JP3858548B2 - Optical engine and liquid crystal projector using the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3枚の反射型液晶表示素子を用いた表示技術に係り、特に3原色の映像光を分離合成する色分離合成光学系の少なくとも一部に偏光ビームスプリッタプリズムを用いる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の反射型液晶表示素子を使用する液晶プロジェクタとして、例えば特開平10−312034号公報に記載がある。
【0003】
また、特定の波長域の光のみ偏光を回転させる偏光回転素子を使用した液晶プロジェクタとしては、例えばUnited States Patent No.5、751、384に記載のCOLOR POLARIZERS FOR POLARIZING AN ADDITIVE COLOR SPECTRUM ALONG A FIRST AXIS AND IT‘S COMPLIMENT ALONG A SECOND AXISにその特徴が開示されている。
【0004】
図10に、前者の開示資料による光源、偏光ビームスプリッタプリズム、3枚の反射型液晶表示素子、色分解光学系(色合成光学系も兼ねる)とを備える液晶プロジェクタ光学系の概略上面図を示す。以下、図10を用いて、この関連技術としての光学系及びそれを用いた液晶プロジェクタを詳細に説明する。
【0005】
光源81は、高圧水銀灯、キセノンランプ等からなる白色光源であり、放射された光はリフレクタにより、略平行光82へと変換される。略平行光82は、R光の成分82R、G光の成分82G、B光の成分82Bからなり、偏光変換素子83により紙面に垂直な波面のみを持つ光へと整流される。ここで偏光変換素子とは、特定の偏光面を持たない無偏光の略平行光を特定の偏光面に整流する作用を持つ光学素子である。尚説明の簡易化の為、今後紙面に垂直な波面のみを持つ光をS偏光、紙面に水平な波面のみを持つ光をP偏光と表記する。
【0006】
偏光変換素子83から出射した該S偏光は、S偏光のみ透過する向きに配置された偏光板83aを通過し、RのS偏光84R、GのS偏光84G、BのS偏光84B、となる。次に偏光ビームスプリッタプリズム85に入射した3原色のS偏光は、スプリッタ面85a(S偏光のみ反射させる性質を持つ多層薄膜)で反射され、色分離合成プリズム86に入射する。
【0007】
色分離合成プリズム86は、4個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により張り合わせ、張り合わせ面にR反射ダイクロイックミラー86RとB反射ダイクロイックミラー86Bを蒸着した構成となっている。ここでR反射ダイクロイックミラー86Rは、R光のみを反射し、且つG光、B光を透過する性質を持つ多層薄膜である。またB反射ダイクロイックミラー86BはB光のみ反射し、R光、G光を透過する性質を持つ多層薄膜である。
【0008】
色分離合成プリズム86に入射した略平行なS偏光84R、84G、84Bは、GのS偏光84Gのみ直進し、RのS偏光84RはR反射ダイクロイクミラー86Rに、BのS偏光84BはB反射ダイクロイックミラー86Bにより反射され、それぞれの色に対応する反射型液晶表示素子87R、87G、87Bに入射する。そして反射型液晶表示素子の各画素毎に、明るく表示させる場合にはP偏光へ変換され、暗く表示させる場合にはS偏光のまま、反射される。尚、図7中では明るく表示させる光のみ作図している。反射された略平行光は、明るく表示される場合は、RのP偏光88R、GのP偏光88G、BのP偏光88Bとなり、色分離合成プリズム86により白色光へと合成され、再度偏光ビームスプリッタ85に入射する。ここで明るく表示させる光であるP偏光は、スプリッタ面85aを透過し、投写レンズ90により拡大投写され、P偏光の映像光91となり、スクリーン等へと入射する。また暗く表示させる光であるS偏光は3色共に色分離合成プリズム86を通過した後、偏光ビームスプリッタプリズム85のスプリッタ面85aにおいて反射され、投写レンズ90へは到達しない。
【0009】
但し、偏光ビームスプリッタプリズム85の偏光分離性能を、S偏光を100%反射させる性能とすることは困難であるため、本来暗く表示させる光であるS偏光の一部が偏光ビームスプリッタ85のスプリッタ面85aを透過してしまい、画像のコントラストが劣化する。そこで偏光ビームスプリッタプリズム85と投写レンズ90の間に、偏光板89をP偏光のみ透過させる角度に配置する事でS偏光が吸収され、コントラストの高い画像を得ることが出来る。
【0010】
尚、図7では反射型液晶表示素子に入射する光をS偏光、反射された光の内、明るく表示させる光をP偏光とした構成を記載したが、実際には光源81と投写レンズ90の位置を入れ替える等により、入射光をP偏光、明るく表示させる反射光をS偏光とする構成も容易に考えることが出来る。
【0011】
また後者の開示資料United States Patent No5、751、384によれば、偏光回転素子を製作するにあたり、回転角の異なる位相差板を積層させることにより、特定の波長域の光のみの偏光を回転させることが可能となる。開示資料中のFig.3に、後者の開示資料による偏光回転素子の構成の一例を示し、Fig.4に該偏光回転素子の波長特性を示す。Fig.4に示すように、本開示資料による偏光回転素子は、波長約500nm以上の光のみ偏光を回転させ、波長500nm以下の光の偏光は回転させない性質を持つ。ここで、積層させる位相差板の構成を変えることにより偏光を回転させる波長帯域をコントロールすることが出来る。
【0012】
また図10に、本開示資料による液晶プロジェクタ色合成光学系の概略上面図を示す。
【0013】
以下、図10を用いて、この関連技術としての液晶プロジェクタ光学系を詳細に説明する。
【0014】
図10は本開示資料の液晶プロジェクタの色合成光学系を示すもので、光源、色分離光学系、投写レンズは省略している。図10中、96、99は本開示資料による、特定波長域の光の偏光を回転させる偏光回転素子であり、96はG光の偏光を回転させ、また99はB光の偏光を回転させる性質を持つ。
【0015】
R、G、Bの3原色の画像表示素子93R、93G、93Bから出射した映像光は、Bの映像光はP偏光94B、Rの映像光はS偏光94R、Gの映像光はP偏光94Gで構成されている。Rの画像表示素子93Rから出射したS偏光の映像光94Rと、Gの画像表示素子93Gから出射したP偏光の映像光94Gは、それぞれ別の面から偏光ビームスプリッタプリズム95に入射する。ここでRのS偏光94Rはスプリッタ面95aにより反射され、またGのP偏光94Gはスプリッタ面95aを透過し、R光はS偏光、G光はP偏光の成分を持つ1つの映像光に合成される。次に映像光は、G光のみの偏光を回転させる偏光回転素子96に入射し、RのS偏光94Rは変化せずS偏光97Rとなり、GのP偏光94Gの偏光は回転しGのS偏光97Gとなることにより、RG共にS偏光の成分を持つ映像光へと変換される。このRのS偏光97R、GのS偏光97Gは共に偏光ビームスプリッタプリズム98に入射し、スプリッタ面98aで反射される。
【0016】
一方、Bの画像表示素子93Bより出射したBのP偏光を持つ映像光94Bは、偏光ビームスプリッタプリズム98に入射し、スプリッタ面98aを透過する。こうしてRGBの映像光が合成され、R、G光はS偏光、B光はP偏光の成分を持つ映像光となる。そしてこの映像光はB光のみの偏光を回転させる偏光回転素子99に入射し、RのS偏光97R、及びGのS偏光97Gは変化せずRのS偏光100R、GのS偏光100Gとなり、BのP偏光94Bのみ偏光が回転しBのS偏光100Bとなることにより、全てS偏光の成分を持つ映像光へと変換され、投写レンズ101により拡大投写される。このように、本開示資料による技術では、ダイクロイックミラーでなく偏光ビームスプリッタプリズムによる色合成が可能となる。
【0017】
ここで、図10に示す公知の光学系に反射型液晶表示素子を応用した場合の、光学系概略上面図を図11に示す。
【0018】
以下、図11を用いてこの公知の光学系を詳細に説明する。
【0019】
R及びGの光を発生する光源110より放射された光はリフレクタにより略平行な光111へと変換され、R光111R、G光111Gとなる。R光111RとG光111Gとは偏光変換素子112を通過し共にP偏光を持つ光へと変換された後、G光のみの偏光を回転させる偏光回転素子113により、R光111RはRのP偏光114R、G光111GはGのS偏光114Gへと変換される。RのP偏光114RとGのS偏光114Gは偏光ビームスプリッタプリズム115に入射し、スプリッタ面115aによりRのP偏光114Rは直進し、GのS偏光114Gは反射され、それぞれ反射型液晶表示素子116R、116Gに入射する。ここで明るく表示させる光は、R映像光はS偏光117R、G映像光はP偏光117Gとして反射され、偏光ビームスプリッタプリズム115に再度入射する。偏光ビームスプリッタプリズム115のスプリッタ面115aでは、RのS偏光117Rは反射され、GのP偏光117Gは直進することにより、2つの映像光が合成される。この、RはS偏光、GはP偏光を持つ映像光はG光のみの偏光を回転させる偏光回転素子118に入射し、RのS偏光117Rは変化せずRのS偏光119Rとなり、GのP偏光117Gは偏光が回転し、GのS偏光119Gとなる。そしてR、G共にS偏光となり偏光ビームスプリッタプリズム120に入射し、スプリッタ面120aで反射される。
【0020】
一方、Bの光を発生する光源125より放射されたB光126Bは、偏光変換素子127によりBのS偏光128Bへと変換され、偏光ビームスプリッタプリズム120に入射する。次にスプリッタ面120aにより反射されたBのS偏光129Bは、Bの反射型液晶表示素子130Bに入射する。そして明るく表示させる光はP偏光131Bとなり、偏光ビームスプリッタプリズム120に再度入射し、今回はP偏光であるため、スプリッタ面120aを透過し、直進する。こうしてB光はP偏光、R光、G光はS偏光の成分を持つ白色光に合成された映像光は、B光のみの偏光を回転させる偏光回転素子122に入射し、BのP偏光131Bは偏光が回転しBのS偏光132Bとなり、またRのS偏光119R、GのS偏光119Gは変化せず、121R、121Gとなり、全てS偏光成分を持つ映像光となり、投写レンズ124により拡大投写される。また、反射型液晶表示素子116R、116G及び130Bにより暗く表示させる映像光へと変換された光(入射光と同じ偏光を持たされた反射光)は、偏光ビームスプリッタプリズム115、120により光源へと導かれ、投写レンズ124へは到達しない。但し、偏光ビームスプリッタプリズムによる分離性能を、S偏光、P偏光共に100%反射、もしくは透過させる特性とすることは困難であるため、本来暗く表示させる映像光の一部が投写レンズに到達してしまい、画像のコントラストを劣化させる。そこで画像コントラスト向上のため、偏光回転素子122と投写レンズ124の間に偏光板123を配置することが必要となる。
【0021】
また、本開示資料におけるRGBの色の配置は、本構成に限ったものではなく、他の配置でも同様の性能が得られることは明白である。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の開示資料の特開平10−312034号公報に記載の技術では、セットの小型化には有利であるが、画像の高コントラスト化と高輝度化を両立させることが困難となる。本開示資料に使用されているダイクロイックミラーは、一般的に光のS偏光とP偏光により、波長反射特性が大きく異なるという性質を持つ。
【0023】
図13に、色分離合成プリズムの1面より光を入れた場合の透過率の1例を示す。図13中のグラフの横軸は光の波長を示し、縦軸は透過率を示す。図13に示すように、G光の透過率の波長帯域はS偏光に対して狭く、P偏光に対しては広くなる。またR光、B光に対してはその逆となる。ここで本開示資料に使用される液晶プロジェクタでは、明るく表示させる信号に対応した光は、反射型液晶表示素子に入射する光はS偏光、反射された光はP偏光となり、色分離時と色合成時の波長特性が異なることになる。例えば、波長580nmの光は入射時にはR反射ダイクロイックミラーにより反射されRの反射型液晶表示素子に入射するが、反射された後はP偏光となり、R反射ダイクロイックミラー及びB反射ダイクロイックミラーを透過し、Bの反射型液晶表示素子に入射し、迷光となり、画像のコントラストを著しく劣化させる。この迷光を防ぐためには、波長580nm及び波長500nm近傍の光をあらかじめカラーフィルタ等でカットしなければならず、光利用率の低下を招く。また、入射光をP偏光とした場合の構成に付いても同様に、G光の迷光が発生する。このように従来の技術の液晶プロジェクタでは、高コントラストと高輝度との両立が困難となる課題がある。
【0024】
また後者の開示資料の United States Patent No5,751,384による技術では、反射型液晶表示素子を使用した色分離合成光学系の持つ課題については考慮されていない。
【0025】
反射型液晶表示素子を使用し、かつ入射光と出射光に異なる偏光を持たせる光学系では、入射光と出射光の一部が同一の光路を通過し、更に色分離光学系と色合成光学系の少なくとも1部が共用されるため、反射型液晶表示素子の直後に偏光板を設置し画像のコントラスト向上させることが困難となる課題を持つが、本開示資料による技術では前記の反射型表示素子を使用した光学系の課題については考慮されていない。
【0026】
図12に示すような、RGBの映像光を偏光ビームスプリッタプリズムにより合成する光学系では、合成された映像光がS偏光とP偏光を持つため、コントラストを向上させるための偏光板を設置する際に、偏光板の前に特定の波長のみ偏光を回転させる偏光回転素子を設置することが必要となる。しかし、この波長選択性を持つ偏光回転素子は偏光を完全に90度回転させる波長域と回転させない波長域との間に10nmから30nm以上のギャップを持ち、その間の波長域の光については偏光の回転角が緩やかに変化し、楕円偏光となる特性を持つ。この過渡域での楕円偏光は、画像のコントラストを著しく劣化させることとなるため、画像のコントラストを向上させるためには、この過渡域での光をフィルタ等でカットする必要が発生し、光の利用効率が低下するという課題を持つ。
【0027】
また、一般に白色光源、及び1本の投写レンズを使用し、RGB3原色の色分離合成を行う3板式の投写装置では、投写レンズから3枚の表示素子までの光学距離が同一であることが投写レンズのフォーカス性能を得るため必要となり、更に投写レンズと表示素子との光学距離を短くし投写レンズのバックフォーカスを短くすることがフォーカス性能を得る上で重要となる。また、画像の色むらを少なくするためには、光源から3枚の表示素子までの光学距離も略同一であることが望ましく、画像の高輝度化を図るためには、光源から表示素子までの距離を短くすることが望まれる。特に反射型表示素子を使用した光学系では、入射光と出射光とが一部同一の光路を通過するため、これらの両立が困難となる課題があるが、本開示資料による技術では、これらの課題については考慮されていない。
【0028】
そこで本発明の目的は,反射型液晶表示素子を使用した液晶プロジェクタ光学エンジンにおいて、光利用率が高く且つ、画像のコントラストの高い光学エンジン及びそれを用いた液晶プロジェクタを提案することにある。
【0029】
また、本発明の目的は、光源からRGBの3枚の反射型液晶表示素子までの距離をほぼ等距離とし色むらを少なくさせると共に、反射型液晶表示素子と投写レンズとの距離を等距離で且つ短くし、投写レンズのバックフォーカスを短くさせ、フォーカス性能の優れた小型で且つ軽量な液晶プロジェクタ光学エンジン及びそれを用い板液晶プロジェクタを提案することにある。
【0030】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光を出射する光源と、前記光の偏光を統一する偏光変換素子と、前記偏光変換素子により偏光が統一された光をR、G、Bの3色に分離するために、前記光源から出射した光から前記R、G、Bのうちの第1色の光を分離するダイクロイックミラーと、前記3色の色に対応して配置された3枚の反射型液晶表示素子と、前記第1色の光に対応する反射型液晶表示素子の反射面の略直前に配置された第1の偏光ビームスプリッタプリズムと、前記第1色の光が分離された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光を第2色の光と第3色の光とに分離するとともに、前記各々の色に対応して配置された反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第2色の光と前記第3色の光を合成する分離合成面と、合成された光を出射する出射面を有する第2の偏光ビームスプリッタプリズムと、前記入射面に配置され且つ、前記第2色の光又は前記第3色の光の偏光を回転させる第1の波長選択性偏光回転素子と、前記出射面に配置され且つ、前記第2色の光又は前記第3色の光の偏光を回転させる第2の波長選択性偏光回転素子と、前記第1の偏光ビームスプリッタプリズムからの光と前記第2の波長選択性偏光回転素子からの光とを合成するダイクロイックミラープリズムと、前記ダイクロイックミラープリズムで合成された光を投写する投写レンズとを有するように構成する。
【0031】
そして白色光源から出射した照明光をR、G、Bともに同一の偏光方向となるように偏光変換素子を配置し、該色分離光学系でまずG光をRB光に対して分離する構成とした。
【0032】
そして分離後のRB光路中に該特定波長域の偏光を回転させる偏光回転素子を配置し、RとB照明光の偏光方向を互いに略90度の角度を持ち交差する偏光へと変換し、偏光ビームスプリッタプリズムを使用してRB光の分離を行う構成とした。また該偏光ビームスプリッタプリズムは反射型液晶表示素子により反射されたRBの映像光を合成する作用も持たせる構成とした。この時、G光と分離されたR光、B光は、特定波長域の偏光方向を回転させる偏光回転素子により、何れか一方の光が偏光方向を回転され、偏光ビームスプリッタプリズムに入射する。また該偏光回転素子はG光の領域である略510〜580nmの帯域を境に特性が変化する構成とする。偏光ビームスプリッタにより偏光方向の異なるR光、B光は分離され、それぞれの反射型液晶表示素子入射し、反射され再度偏光ビームスプリッタプリズムに入射し、映像を得ると同時に再び合成される。
【0033】
この構成により、1つの偏光ビームスプリッタプリズムで同時に2色の画像を得ることができ、小型かつ軽量な光学エンジンの設計が可能となる。また特定の波長域の偏光を回転させる偏光回転素子をR、B光の通過する光路中に配置することが出来、前記偏光回転素子の過渡域の波長であるG光は別の光路を通過させることにより、過渡域の光をカットすることなく、かつ高いコントラストを持つ映像を得ることが出来る。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【0048】
図1は、本発明の第1の実施例の液晶プロジェクタ光学系の概略上面図である。
【0049】
また図2に本実施例の中で使用されているB光のみの波長を回転させる偏光回転素子9及び16の偏光の回転特性のグラフを示す。グラフの横軸は光の波長を表し、縦軸は偏光回転角を表す。図2に示すように本実施例に使用される偏光回転素子は、波長約550nmの位置に偏光を回転させる中間点を持つ。
【0050】
以下、図1を用いて本発明の第1の実施例を詳細に説明する。
【0051】
光源1から放射された白色光は、リフレクタにより、略平行光2へと変換される。略平行光2は、R光の成分2R、G光の成分2G、B光の成分2Bから成り、偏光変換素子3によりS偏光へと変換され、RのS偏光4R、GのS偏光4G、BのS偏光4Bとなる。
【0052】
反射RB透過ダイクロックミラー5に入射したRのS偏光4R、BのS偏光4Bは、ダイクロイックミラー面を透過した後、偏光板7を透過しP偏光成分が吸収され、RのS偏光8R、BのS偏光8Bとなる。尚、この位置に偏光板7を配置する理由は、偏光変換素子3による偏光の整流化が十分ではなく、入射光4R、4G、4Bには一部P偏光が含まれ、画像のコントラストを劣化させるためである。偏光板7によりP偏光を吸収させることでより高いコントラストが得られる。
【0053】
RのS偏光8RとBのS偏光8Bは、B光の偏光を回転させるための偏光回転素子9に入射し、RのS偏光は変化せず、RのS偏光10Rとなり、BのS偏光は偏光が回転し、BのP偏光10Bとなる。偏光ビームスプリッタプリズム11に入射したRのS偏光10Rはスプリッタ面11aにより反射され、RのS偏光12Rとなり、反射型液晶表示素子13Rに入射する。ここで反射型液晶表示素子13Rにより、明るく表示させる光は、RのP偏光14Rとして反射され、暗く表示させる光はRのS偏光のまま反射される。尚、図1では、暗く表示させる場合の光についてはR、G、Bともに省略する。明るく表示させる光、RのP偏光14Rは、再び偏光ビームスプリッタプリズム11に入射し、今度はP偏光であるためスプリッタ面11aを透過し、RのP偏光15Rとなる。
【0054】
一方、B光の偏光を回転させる偏光回転素子9を透過したBのP偏光10Bは、偏光ビームスプリッタプリズム11に入射し、スプリッタ面11aを透過してBのS偏光12Bとなり、Bの反射型液晶表示素子13Bに入射する。ここでBの反射型液晶表示素子13Bにより、明るく表示させる光は、BのS偏光14Bとして反射され、暗く表示させる光はBのP偏光のまま反射される。明るく表示させる光、BのS偏光14Bは、偏光ビームスプリッタ11に再度入射し、今回はS偏光であるため、スプリッタ面11aにより反射され、BのS偏光15Bとなり、RのP偏光15Rと合成される。
【0055】
合成されたRのP偏光15RとBのS偏光15Bは、B光の偏光を回転させるための偏光回転素子16に入射し、RのP偏光15Rは変化せずにRのP偏光19Rとなり、BのS偏光15Bは偏光が回転し、BのP偏光19Bとなる。R、B共にP偏光となったRのP偏光19RとBのP偏光19Bとは偏光ビームスプリッタプリズム20に入射し、スプリッタ面20aを透過し、RのP偏光21R、BのP偏光21Bとなる。またこの時、RB光共に暗く表示させるS偏光が反射されるため、R、B光共に更にコントラストが改善される。
【0056】
また、Gの光については、光源1より出射したGの光2Gは、偏光変換素子3によりGのS偏光4Gに変換された後、G反射RB透過ダイクロイックミラー5により反射され、偏光板25に入射し、P偏光成分がほぼ完全にカットされ、GのS偏光26Gとなり、偏光ビームスプリッタ27に入射する。偏光ビームスプリッタ27に入射したGのS偏光26Gは、スプリッタ面27aにより反射されGのS偏光28GとなりGの反射型液晶表示素子29Gに入射する。ここで明るく表示させる光はGのP偏光30Gとして反射され、再び偏光ビームスプリッタ27に入射し、今回はP偏光であるため、スプリッタ面27aを透過して、GのP偏光31Gとなる。GのP偏光31Gはここで偏光回転素子34に入射して偏光が回転され、GのS偏光35Gとなる。
【0057】
GのS偏光35Gは、ここで偏光ビームスプリッタプリズム20に入射し、スプリッタ面20aで反射されGのS偏光36Gとなり、RのP偏光21R、BのP偏光21Bと合成される。ここで合成された映像光はR及びBはP偏光、GはS偏光の成分を持ち、投写レンズ24によりスクリーン等に拡大投写される。
【0058】
また本実施例では、各プリズムの上下面に黒色塗料を塗布した構成となっている。この構成により、偏光ビームスプリッタプリズムもしくはダイクロイックミラープリズム内部での内部反射を低減出来、高いコントラストを得ることが出来る。
【0059】
本実施例によれば、映像のコントラスト特性について、Gの反射型液晶表示素子29Gにより反射されたGの映像光31Gは、偏光ビームスプリッタプリズム27のスプリッタ面27aにより暗く表示させる光が十分に反射されるため、コントラストが高い。またRの映像光は偏光ビームスプリッタプリズム11、20のスプリッタ面11a、20aで暗く表示させる光が反射され、良好なコントラストを得ることが出来る。またBの映像光は、偏光ビームスプリッタプリズム20のスプリッタ面20aにより高コントラストにすることが出来る。
【0060】
また、本実施例では、B光の偏光を回転させるための偏光回転素子9、16が図2に示すような特性の場合でも、通過するR光及びB光は波長回転角の過渡域の波長の光を含まないため、通過後の楕円偏光が少なく、偏光板18を通過した後に高い画像コントラストを得ることが出来る。更に上記偏光回転素子16を使用するため、画像のコントラスト向上のために、R光とG光、及びG光とB光の間の光をカットする必要がなく、高い光利用率とすることができる。
【0061】
また本実施例によれば、偏光変換素子3から反射型液晶表示素子13R、29G、13Bまでの距離を略等しくすることが出来、色むらの少ない画像を得ることが出来る。また偏光変換素子3から反射型液晶表示素子までの距離、及び反射型液晶表示素子から投写レンズ24までの距離を、共に反射型液晶表示素子の横辺の長さの約2.5倍にすることが出来、投写レンズのバックフォーカスの短縮化、及び光学系全体の小型軽量化、更には光利用効率の向上を同時に実現出来る。
【0062】
図3は、本発明の第2の実施例の液晶プロジェクタ光学系の概略上面図である。本発明の第2の実施例は、本発明の第1の実施例に対して、R、Bの映像光の光路中の偏光回転素子16を除き、偏光ビームスプリッタ20をダイクロイックミラープリズム39に置き換えたものである。尚、ダイクロイックミラープリズム39のダイクロイックミラー面39aは、Gの波長域の光を反射し、RBの波長域の光を透過させる性質を持つ多層薄膜である。
【0063】
本実施例の光学系のR光、及びB光に対する作用は、偏光ビームスプリッタプリズム11をから出射する前までは、第1の実施例と同様である。
【0064】
偏光ビームスプリッタプリズム11により合成されたRのP偏光15RとBのS偏光15Bは、B光の偏光を回転させるための偏光回転素子16に入射し、RのP偏光15Rは変化せずにRのP偏光19Rとなり、BのS偏光15Bは偏光が回転し、BのP偏光19Bとなる。R、B共にP偏光となったRのP偏光19RとBのP偏光19Bとはダイクロイックプリズム39に入射し、ダイクロイック面39aを透過し、RのP偏光41R、BのP偏光41Bとなる。またこの時、R、B光共に暗く表示させるS偏光が反射されるため、R、B光共にコントラストが改善される。
【0065】
また、Gの映像光31Gに対する作用は、偏光ビームスプリッタ27から出射するまでは、実施例1と同じとなり、その後にダイクロイックミラープリズム39に入射する。
【0066】
ダイクロイックミラープリズム39に入射したGのP偏光31Gは、ダイクロイックミラー面39aで反射されGのP偏光41Gとなり、RのP偏光41R、BのP偏光41Bと合成される。ここで合成された映像光はRGB共にP偏光の成分を持ち、投写レンズ24によりスクリーン等に拡大投写される。
【0067】
本実施例によれば、第1の実施例の場合と同様の効果が得られると共に、偏光回転素子34を省略し、装置を簡略化することが出来る。
【0068】
また、本実施例においては、ダイクロイックミラープリズム39をダイクロイックミラーに置き換えても同様な効果が得られる。またダイクロイックミラー5及び前記合成用ダイクロイックミラープリズムもしくはダイクロイックミラーのダイクロイック膜に傾斜膜等を自由設定できるので、均一な色純度の高い映像が得られる。
図4は、本発明の第3の実施例の液晶プロジェクタ光学系の概略上面図である。
【0069】
本発明の第3の実施例は、本発明の第2の実施例に対して、R、Bの液晶表示素子13R、13Bの位置を入れ替え、R、Bの照明光入射面の偏光板7をB光専用の偏光板46に変更し、B光の偏光を回転させるための偏光回転素子9、16をR光の偏光を回転させるための偏光回転素子42、43に変更したものである。
【0070】
図5は、本実施例に使用したB光専用の偏光板の波長透過率特性及び全波長域用の偏光板の波長透過率特性を示すグラフである。図5に示すように本実施例に使用されるB光専用の偏光板は、Bの波長域の光に対しては偏光板として働くが、Rの波長域の光に対しては、吸収軸、透過軸共に透過し、偏光板としては働かない。
【0071】
本実施例の光学系のR光、及びB光に対する作用は、B光専用偏光板46に入射する以前、及びダイクロックプリズム39に入射した以後は第2の実施例と同様である。
【0072】
G反射RB透過ダイクロイックミラー5を透過したBのS偏光4BはB光専用偏光板46により、P偏光成分が吸収されBのS偏光8Bとなる。BのS偏光8BはR光の偏光を回転させるための偏光回転素子42を透過し、BのS偏光10Bとなり、偏光ビームスプリッタプリズム11に入射する。偏光ビームスプリッタプリズム11のスプリッタ面11aにより反射されたBのS偏光10BはBのS偏光12Bとなり、Bの反射型液晶表示素子13Bに入射する。Bの反射型液晶表示素子13Bにより反射されたB光は、明るく表示させる場合、BのP偏光14Bとなり、再度偏光ビームスプリッタプリズム11に入射する。BのP偏光14Bはスプリッタ面11aを透過する。この際、暗く表示させるS偏光はスプリッタ面11aにより反射されるため、Bの映像光は高いコントラストを持つことができる。ここでBのP偏光14BはR光の偏光を回転させるための偏光回転素子43を透過し、BのP偏光17Bとなってダイクロイックミラープリズム39に入射する。
【0073】
G反射RB透過ダイクロイックミラー5を透過したRのS偏光4Rは、B光専用の偏光板46を透過し、R光の偏光を回転させるための偏光回転素子42を透過し、RのP偏光10Rとなって、偏光ビームスプリッタプリズム11に入射する。RのP偏光10Rは、スプリッタ面11aを透過するが、この際にRのS偏光成分はスプリッタ面11aにより反射され、S偏光成分をほぼ含まないRのP偏光12Rとなり、Rの反射型液晶表示素子13Rに入射する。Rの反射型液晶表示素子13Rにより反射されたRの映像光は、明るく表示させる場合、RのS偏光14Rとなり、再度偏光ビームスプリッタプリズム11に入射する。スプリッタ面11aにより反射されたRのS偏光14RはR光の偏光を回転させるための偏光回転素子43に入射し、RのP偏光17Rとなり、ダイクロイックミラープリズム39に入射する。ダイクロックプリズム39に入射したRの映像光は、ダイクロイック面39aにより、暗く表示させるS偏光が反射され、高いコントラストを持つRのP偏光21Rとなってダイクロックプリズム39より出射する。
【0074】
尚、本実施例の光学系のG光に対する作用は、第2の実施例とほぼ同様である。
【0075】
本実施例によれば、本発明の第2の実施例とほぼ同様な効果が得られると共に、R、B用の照明光入射側の偏光板をB専用の偏光板とすることが出来、より高輝度化を図ることが出来る。
【0076】
図6は、本発明の第4の実施例の液晶プロジェクタ光学系の概略上面図である。
【0077】
本発明の第4の実施例は、本発明の第1の実施例に対して、偏光ビームスプリッタプリズム11と偏光回転素子16と偏光ビームスプリッタプリズム20と偏光回転素子34と偏光ビームスプリッタ27とを互いにり合わせたものである。
【0078】
本実施例の光学系のR、G、B光に対する作用は、第1の実施例と同様である。
【0079】
また本実施例の偏光ビームスプリッタ11、27は偏光ビームスプリッタ20よりサイズが小さくなっている。これにより、反射型液晶表示素子から出射する映像光がプリズム側面でケラレない状態で光学系全体の構成を小型化出来る。
【0080】
また、本実施例の構成により、偏光ビームスプリッタプリズムのような光学素子20に角面取り部49を設け、ここにこの支持部材を設ける、もしくはダイクロイックミラー5や偏光板7、25のような光学部材の支持部を設けることで、光学部材の保持及び位置決めを容易にし、量産時における組み付け時間を短縮、さらに投射型映像表示装置全体のコスト低減も可能となる。
【0081】
本実施例によれば、本発明の第1の実施例の場合とほぼ同様な効果が得られると共に、光学系全体の構成を小型化出来、また量産時における組み付け時間を短縮、さらに投射型映像表示装置全体のコスト低減も可能となる。
【0082】
図7は、本発明の第5の実施例の液晶プロジェクタ光学系の概略上面図である。
【0083】
図7の実施例は、反射型液晶表示素子13R、29G、13Bを3原色のR、G、Bに対応させた反射式3板液晶プロジェクタの装置全体を示している。
【0084】
以下図7を用いて本発明の第5の実施例を詳細に説明する。
【0085】
図7における光源1は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色光源である。
【0086】
光源1から放射された白色照明光は楕円面または放物面または非球面の反射面を持つリフレクタ1aにて略平行光へと変換され、第1のアレイレンズ150に入射する。第1のアレイレンズ150はリフレクタ1aの出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、前記略平行光を第2のアレイレンズ151上に複数の2次光源像として集光させる。第2のアレイレンズ151は第1のアレイレンズと略同一の外形サイズを持ち、また同数の集光レンズにより構成され、前述の複数の2次光源像が形成される近傍に配置される。また第2のアレイレンズ151の個々の集光レンズは、第1のアレイレンズ150の個々のレンズ像を液晶表示素子13R、29G、13Bに結像させる効果を持つ。
【0087】
第2のアレイレンズ151を透過した白色照明光は第2のアレイレンズ151の各々のレンズの横方向のピッチに適合するように配置された、各々のレンズ幅の略1/2の幅を持つ菱形プリズムの列へ入射する。このプリズムの反射面には偏光ビームスプリッタ152の膜付けが施されており、入射光は、この偏光ビームスプリッタ152にてP偏光とS偏光に分離される。P偏光は、そのまま偏光ビームスプリッタ152内を直行し、このプリズムの出射面に設けられた偏光回転素子153により、偏光方向が90°回転され、S偏光となり出射される。一方、S偏光は、偏光ビームスプリッタ152により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してからS偏光として出射される。
【0088】
この菱形プリズム及び偏光回転素子153により、照明光はS偏光を持つ光へと変換される。
【0089】
ここで、従来の反射型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装置では入射側偏光板と反射液晶表示素子の組合せにより、S偏光もしくはP偏光の一方向の偏光光しか使用出来ないため光量が約半分になっている。しかし、偏光ビームスプリッタ152及び偏光回転素子153を用いることで、光源1から出射されるランダムな偏光成分を持つ照明光の偏光方向を揃えて反射型液晶表示素子13に入射させることができ、理想的には従来の投写型液晶表示装置の2倍の明るさが得られる。
【0090】
また、第1、第2のアレイレンズ150、151は、リフレクタ1aから出射した照明光を第1アレイレンズ150で分離し、第2アレイレンズ151により個々のアレイ像を再度液晶表示素子13で重ね合わせることで、画面の中央、周辺部等での明るさむらの少ない均一な画質が得られる。
【0091】
偏光ビームスプリッタ152から出射したS偏光成分の照明光はコンデンサレンズ154に入射する。コンデンサレンズ154は、1枚かまたは複数枚の構成であり、正の屈折力を有し、この照明光をさらに集光させる作用を持つ。コンデンサレンズ154を透過した照明光はミラー155、156により光軸方向を曲げられ、コンデンサレンズ157に入射する。このコンデンサレンズ157は、反射型液晶表示素子13の周辺部に入射する照明光の主光線の偏光ビームスプリッタプリズムに対する入射角度をほぼ垂直にし、偏光ビームスプリッタプリズムの角度依存性から発生する色むらを低減させる。
【0092】
次に、照明光はG透過RB反射ダイクロイックミラー158に入射する。尚、本実施例ではG透過RB反射ダイクロイックミラー158はダイクロイックミラープリズムでも同様の効果を持つ。照明光はここでG透過RB反射ダイクロイックミラー158により、G光とR、B光とに2分割され、それぞれの偏光板25、7を透過した後、色専用の偏光ビームスプリッタ27、11に入射する。G光は直進し、G専用の偏光ビームスプリッタプリズム27に入射することになる。この時入射光はS偏光なので偏光ビームスプリッタ反射面で反射され、G用反射型液晶表示素子29Gへ入射する。また、B光とR光は偏光板7を透過し、その後B光波長域の光のみ偏光方向を回転させる偏光回転素子9を通過してB光の偏光をS偏光光からP偏光光に変換し、R、B専用偏光ビームスプリッタプリズム11に入射する。ここでB光は、RB専用偏光ビームスプリッタ11を直進してB用反射型液晶表示素子13Bに入射する。一方、R光はS偏光のままとなり、R、B専用偏光ビームスプリッタ11の反射面にて反射された後、R用反射型液晶表示素子13Rに入射する。
【0093】
尚、上記配置例はひとつの具体例であり、本実施例はこれに限定するものではなく、RがP偏光光に変換され、RとBの反射型液晶表示素子の位置を入れ替えてもよく、これとは別にR、Bの反射型液晶表示素子13R、13B及び偏光ビームスプリッタ11と、Gの反射型液晶表示素子29G及び偏光ビームスプリッタプリズム27との位置を入れ替る等、実施例1から4に示す光学系を使用した場合も本実施例が有する効果を得ることは出来る。
【0094】
入射照明光はその後、各色用の反射型映像表示素子13で映像信号に応じて偏光を回転された映像光に変換され、再び各色専用偏光ビームスプリッタ11、27に入射し,反射面にてS偏光は反射され、P偏光は透過する。
【0095】
この反射型映像表示素子13R、39G、13Bは、表示する画素に対応する(例えば横1024画素縦768画素各3色など)数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、各画素の偏光回転各角度が変わり、明るく表示させる光に対しては入射の偏光方向と直交方向になった光が反射され、偏光ビームスプリッタ11、27により投写レンズ24に向かって映像光が出射される。また暗く表示させる場合は、反射光は入射光と同一方向の偏光方向となり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。
【0096】
その後、映像光となったRGB各色の光はG透過RB反射ダイクロイックミラープリズム159により再び合成されて、例えばズームレンズであるような投写レンズ24を通過し、スクリーンに到達する。前記投写レンズ24により、反射型液晶表示素子13R、29G,13Bに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。この3枚の反射型液晶表示素子を用いた反射型液晶表示装置は、電源160により、ランプ、パネル等の駆動を行っている。
【0097】
従って、本発明によるG専用、RB専用偏光ビームスプリッタを2個用いる構成は小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を制御でき、さらに色むら等を改善し、性能向上を同時に実現することができ、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映像表示装置を実現できる。
【0098】
また本発明の投写型映像表示装置は、反射型液晶表示素子の略直前に配置される偏光ビームスプリッタを入射される特定波長帯域の光に対し、そのP偏光光の透過効率あるいは反射効率、S偏光光の透過効率あるいは反射効率がピーク値をとるように、限定波長域専用の膜付けを施した構成、たとえば500nm近傍から600nm近傍迄の波長帯域のG光専用の最適な誘電体多層膜付けを施したG専用偏光ビームスプリッタ27、400nm近傍から500nm近傍迄と、600nm近傍から700nm近傍迄の2つ以上の波長帯域でのR光およびB光専用の最適な誘電体多層膜付けを施したRB専用ビームスプリッタ11を用いる事が出来、誘電体多層膜の膜付けが容易となり、かつ透過効率および反射効率、さらには上記検光効率も従来よりも向上する。このため、高精度な色再現性と高輝度および高効率コントラストの両立化を実現した反射型液晶表示装置を提供できる。さらに、場合によりダイクロイック膜に傾斜膜を付加することにより、より均一性のとれたかつ色純度の高い映像を提供できる。
【0099】
また、本発明の投写型映像表示素子は、G光とR、B光とを分離した後で、且つ偏光ビームスプリッタプリズム11、27に入射する前に、偏光板25、7を設置する構成であることから、偏光板の光入射面にG光及びR光の色純度を補正するカラーフィルタもしくはダイクロイックフィルタ161、162等を設けることが容易となり、高い単色の色純度と高光利用率を両立させることが出来る。
【0100】
図8は、本発明による第6の実施例の液晶プロジェクタ光学系の概略上面図である。本発明の第7の実施例は、本発明の第5の実施例に対して、コンデンサレンズ157を3つ、163R、163G、163Bとし、設置位置を反射型液晶表示素子13と偏光ビームスプリッタプリズム27、11の間としてある。また色分離ダイクロイックミラーのダイクロイック薄膜は傾斜薄膜である。
【0101】
また、本実施例では、反射型液晶表示素子13とコンデンサレンズ163とを一体化しているが、離して設置した場合、もしくはコンデンサレンズ163を表裏逆に設置して偏光ビームスプリッタプリズム27、11と一体化した場合も同様の効果を得ることが出来る。
【0102】
本実施例の光学系のR、G、B光に対する作用は、第5の実施例とほぼ同様である。また本実施例は、コンデンサレンズの位置を反射型液晶表示素子の略直前とすることで、偏光ビームスプリッタ27、11及びダイクロイックミラープリズム159内での内面反射を少なくし、よりコントラストの高い高画質な画像を得ることが出来る構成となっている。
【0103】
また、本実施例ではダイクロイックミラーに入射する画面周辺部に対応した照明光の主光線の角度が画面中心に対応した主光線に対して平行でなくなるため画像の左右方向にに色むらが発生しやすいが、ダイクロイック薄膜を傾斜薄膜とすることで色むらの少ない画像を得る事が出来る。
【0104】
また、本実施例では、コンデンサレンズ163の第1合成焦点を投写レンズ24の絞り面近傍に設定し、且つコンデンサレンズ163の中心軸を反射型液晶表示素子13の中心と一致させ、且つ投写レンズ24の中心軸をパネル中心に対して上方に偏心させることで投写画像をプロジェクタセットに対して上方に偏心させると共に、画像中心と周辺部との輝度差の少ない良好な画像を得ることが出来る。
【0105】
図9は、本発明による第7の実施例の液晶プロジェクタ光学系の概略上面図である。本発明の第7の実施例は、本発明の第6の実施例に対して、コンデンサレンズ164を設置し、且つコンデンサレンズ165とコンデンサレンズ164との合成された焦点距離が、前記実施例6のコンデンサレンズ163とほぼ同じになるように設定したものである。
【0106】
本実施例の光学系のR、G、B光に対する作用は、第6の実施例とほぼ同様である。本実施例は、コンデンサレンズを2つに分けることにより、コンデンサレンズ165のパワーをより小さく設計出来、画像のフォーカス劣化を少なくする作用を持つ。また偏光ビームスプリッタプリズム11、27を通過する主光線の角度をより小さく出来るので、色むらの発生をより小さくすることが出来る。
【0107】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光の利用率が高く、かつ画像のコントラストの高い液晶プロジェクタ用光学エンジン及びそれを用いた液晶プロジェクタを得ることが出来る。
【0108】
また、本発明によれば、小型・軽量で、画像の色むらが少なく、かつフォーカス性能の良い液晶プロジェクタ用の光学エンジン及び液晶プロジェクタを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図2】本発明の第1の実施例の液晶プロジェクタ光学系に使用される偏光回転素子であって、B光の偏光を回転させるための偏光回転素子の波長特性を示すグラフである。
【図3】本発明の第2の実施例の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図4】本発明の第3の実施例の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図5】本発明の第1の実施例の液晶プロジェクタ光学系に使用される偏光板であって、B光に対し偏光吸収特性を持つ偏光板の透過率を示すグラフである。
【図6】本発明の第4の実施例の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図7】本発明の第5の実施例の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図8】本発明の第6の実施例の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図9】本発明の第7の実施例の液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図10】従来の反射型液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図11】従来の液晶プロジェクタ合成光学系の上面図である。
【図12】従来の反射型液晶プロジェクタ光学系の上面図である。
【図13】偏光ビームスプリッタプリズムの波長透過率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1…光源、3…偏光変換素子、5…G反射RB透過ダイクロイックミラー、7…偏光板、9…B光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、11…偏光ビームスプリッタ、13R…Rの反射型液晶表示素子、13B…Bの反射型液晶表示素子、16…B光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、18…B光のみの偏光を吸収する性質を持つ偏光板、20…偏光ビームスプリッタ、24…投写レンズ、25…偏光板、27…偏光ビームスプリッタ、29G…Gの反射型液晶表示素子、34…偏光回転素子、39…ダイクロイックミラープリズム、42…R光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、43…R光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、46…偏光板、49…角面取り部、83a…偏光板、85…偏光ビームスプリッタプリズム、86…色分離合成プリズム、86R…R反射ダイクロイックミラー、86B…B反射ダイクロイックミラー、87R…Rの反射型液晶表示素子、87G…Gの反射型液晶表示素子、87B…Bの反射型液晶表示素子、89…偏光板、90…投写レンズ、93R…Rの画像表示素子、93G…Gの画像表示素子、93B…Bの画像表示素子、95…偏光ビームスプリッタプリズム、96…G光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、98…偏光ビームスプリッタ、99…B光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、101…投写レンズ、110…RG光源、112…偏光変換素子、113…G光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、115…偏光ビームスプリッタプリズム、116R…Rの反射型液晶表示素子、116G…Gの反射型液晶表示素子、117R…RのP偏光、117G…GのS偏光、118…G光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、120…偏光ビームスプリッタプリズム、122…B光のみの偏光を回転させる偏光回転素子、123…偏光板、124…投写レンズ、125…B光源、127…偏光変換素子、130B…Bの反射型液晶表示素子。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display technique using three reflective liquid crystal display elements, and more particularly to a technique using a polarization beam splitter prism in at least a part of a color separation / synthesis optical system for separating and synthesizing video light of three primary colors.
[0002]
[Prior art]
As a liquid crystal projector using this type of reflective liquid crystal display element, for example, there is a description in JP-A-10-312034.
[0003]
In addition, as a liquid crystal projector using a polarization rotation element that rotates only polarized light in a specific wavelength range, for example, United States Patent No. COLOR POLARIZERS FOR POLARIZING AN ADDITIVE COLOR SPECTRUM ALONG A FIRST AXIS AND IT'S COMPLIMENT ALONG A SECOND AXIS described in 5, 751, 384.
[0004]
FIG. 10 is a schematic top view of a liquid crystal projector optical system including a light source, a polarizing beam splitter prism, three reflective liquid crystal display elements, and a color separation optical system (also serving as a color synthesis optical system) according to the former disclosure. . Hereinafter, an optical system as a related technique and a liquid crystal projector using the same will be described in detail with reference to FIG.
[0005]
The light source 81 is a white light source such as a high-pressure mercury lamp or a xenon lamp, and emitted light is converted into substantially parallel light 82 by a reflector. The substantially parallel light 82 is composed of an R light component 82R, a G light component 82G, and a B light component 82B, and is rectified by the polarization conversion element 83 into light having only a wavefront perpendicular to the paper surface. Here, the polarization conversion element is an optical element having an action of rectifying non-polarized substantially parallel light having no specific polarization plane into a specific polarization plane. For the sake of simplification of description, light having only a wavefront perpendicular to the paper surface will be denoted as S-polarized light, and light having only a wavefront horizontal to the paper surface will be denoted as P-polarized light.
[0006]
The S-polarized light emitted from the polarization conversion element 83 passes through the polarizing plate 83a arranged in a direction in which only the S-polarized light is transmitted, and becomes R S-polarized light 84R, G S-polarized light 84G, and B S-polarized light 84B. Next, the S-polarized light of the three primary colors incident on the polarization beam splitter prism 85 is reflected by the splitter surface 85a (a multilayer thin film having a property of reflecting only the S-polarized light) and enters the color separation / combination prism 86.
[0007]
The color separation / combination prism 86 has a configuration in which the right-angled surfaces of the four right-angle prisms are bonded to each other with an adhesive, and an R reflecting dichroic mirror 86R and a B reflecting dichroic mirror 86B are deposited on the bonded surfaces. Here, the R reflecting dichroic mirror 86R is a multilayer thin film that reflects only R light and transmits G light and B light. The B reflecting dichroic mirror 86B is a multilayer thin film having the property of reflecting only B light and transmitting R light and G light.
[0008]
The substantially parallel S-polarized light 84R, 84G, and 84B incident on the color separation / combination prism 86 go straight only through the G S-polarized light 84G, the R S-polarized light 84R goes to the R reflecting dichroic mirror 86R, and the B S-polarized light 84B goes to B. The light is reflected by the reflective dichroic mirror 86B and enters the reflective liquid crystal display elements 87R, 87G, 87B corresponding to the respective colors. Each pixel of the reflective liquid crystal display element is converted to P-polarized light when it is brightly displayed, and is reflected as S-polarized light when it is darkly displayed. In FIG. 7, only light to be displayed brightly is plotted. When the reflected substantially parallel light is displayed brightly, it becomes R P-polarized light 88R, G P-polarized light 88G, and B P-polarized light 88B, and is synthesized into white light by the color separation / combination prism 86, and is again polarized. The light enters the splitter 85. The P-polarized light that is brightly displayed here passes through the splitter surface 85a, is enlarged and projected by the projection lens 90, becomes P-polarized video light 91, and enters the screen or the like. S-polarized light, which is light to be displayed dark, passes through the color separation / combination prism 86 for all three colors, and is then reflected by the splitter surface 85a of the polarization beam splitter prism 85 and does not reach the projection lens 90.
[0009]
However, since it is difficult to make the polarization separation performance of the polarization beam splitter prism 85 reflect 100% of the S-polarized light, a part of the S-polarized light that is originally darkly displayed is the splitter surface of the polarization beam splitter 85. 85a is transmitted, and the contrast of the image deteriorates. Therefore, by arranging the polarizing plate 89 at an angle that transmits only the P-polarized light between the polarizing beam splitter prism 85 and the projection lens 90, the S-polarized light is absorbed and an image with high contrast can be obtained.
[0010]
Although FIG. 7 shows a configuration in which the light incident on the reflective liquid crystal display element is S-polarized light, and among the reflected light, light that is brightly displayed is P-polarized light, the actual configuration of the light source 81 and the projection lens 90 is described. A configuration in which incident light is P-polarized light and reflected light for bright display is S-polarized light can be easily considered by changing the position.
[0011]
According to the latter disclosure document United States Patent Nos. 5, 751, and 384, when manufacturing a polarization rotation element, the polarization of only light in a specific wavelength region is rotated by laminating phase difference plates having different rotation angles. It becomes possible. FIG. 3 shows an example of the configuration of the polarization rotation element according to the latter disclosure document, FIG. 4 shows the wavelength characteristics of the polarization rotation element. FIG. As shown in FIG. 4, the polarization rotation element according to the present disclosure has a property of rotating only the light having a wavelength of about 500 nm or more and not rotating the polarization of light having a wavelength of 500 nm or less. Here, the wavelength band for rotating the polarized light can be controlled by changing the configuration of the phase difference plate to be laminated.
[0012]
FIG. 10 is a schematic top view of a liquid crystal projector color synthesis optical system according to the present disclosure.
[0013]
Hereinafter, the liquid crystal projector optical system as the related art will be described in detail with reference to FIG.
[0014]
FIG. 10 shows a color synthesis optical system of a liquid crystal projector according to the present disclosure, and a light source, a color separation optical system, and a projection lens are omitted. In FIG. 10, 96 and 99 are polarization rotation elements that rotate the polarization of light in a specific wavelength range according to the present disclosure, 96 is a property that rotates the polarization of G light, and 99 is a property that rotates the polarization of B light. have.
[0015]
The image light emitted from the image display elements 93R, 93G, and 93B of the three primary colors of R, G, and B is P-polarized light 94B for B image light, S-polarized light 94R for R image light, and P-polarized light 94G for G image light. It consists of The S-polarized video light 94R emitted from the R image display element 93R and the P-polarized video light 94G emitted from the G image display element 93G are incident on the polarization beam splitter prism 95 from different surfaces. Here, the R S-polarized light 94R is reflected by the splitter surface 95a, the G P-polarized light 94G is transmitted through the splitter surface 95a, and the R light is combined into one image light having S-polarized light and the G light is combined with P-polarized light. Is done. Next, the image light is incident on a polarization rotation element 96 that rotates the polarization of only the G light, the S polarization 94R of R does not change and becomes the S polarization 97R, the polarization of the G P polarization 94G rotates, and the S polarization of G By becoming 97G, both RG are converted into image light having an S-polarized component. Both the R S-polarized light 97R and the G S-polarized light 97G are incident on the polarization beam splitter prism 98 and reflected by the splitter surface 98a.
[0016]
On the other hand, the video light 94B having B P-polarized light emitted from the B image display element 93B enters the polarization beam splitter prism 98 and passes through the splitter surface 98a. In this way, RGB image light is synthesized, and R and G light becomes image light having S-polarized light and B light becomes P-polarized light. Then, this image light is incident on a polarization rotation element 99 that rotates only the polarization of the B light, and the S polarization 97R of R and the S polarization 97G of G do not change to become the S polarization 100R of R and the S polarization 100G of G, Only the B P-polarized light 94 </ b> B rotates and becomes B S-polarized light 100 </ b> B, so that all of the light is converted into image light having an S-polarized component and is enlarged and projected by the projection lens 101. As described above, according to the technique according to the present disclosure, it is possible to perform color synthesis using the polarization beam splitter prism instead of the dichroic mirror.
[0017]
Here, FIG. 11 shows a schematic top view of the optical system when a reflective liquid crystal display element is applied to the known optical system shown in FIG.
[0018]
Hereinafter, this known optical system will be described in detail with reference to FIG.
[0019]
Light emitted from the light source 110 that generates R and G light is converted into substantially parallel light 111 by a reflector, and becomes R light 111R and G light 111G. The R light 111R and the G light 111G pass through the polarization conversion element 112 and are both converted to light having P polarization, and then the R light 111R is converted into R P by the polarization rotation element 113 that rotates only the G light. The polarized light 114R and the G light 111G are converted into G S-polarized light 114G. The R P-polarized light 114R and the G S-polarized light 114G are incident on the polarization beam splitter prism 115, the R P-polarized light 114R travels straight by the splitter surface 115a, and the G S-polarized light 114G is reflected. , 116G. Here, the light to be displayed brightly is reflected as R-polarized light 117R as S-polarized light, and G-polarized light as P-polarized light 117G, and enters the polarization beam splitter prism 115 again. On the splitter surface 115a of the polarizing beam splitter prism 115, the R S-polarized light 117R is reflected, and the G P-polarized light 117G travels straight, thereby synthesizing two video lights. The image light with R being S-polarized light and G being P-polarized light is incident on the polarization rotating element 118 that rotates only the G-light polarized light, and the S-polarized light 117R of R does not change to become the S-polarized light 119R of G. The polarization of the P-polarized light 117G is rotated to become the S-polarized light 119G of G. Then, both R and G become S-polarized light and enter the polarizing beam splitter prism 120, and are reflected by the splitter surface 120a.
[0020]
On the other hand, the B light 126 </ b> B emitted from the light source 125 that generates the B light is converted into the B S-polarized light 128 </ b> B by the polarization conversion element 127 and is incident on the polarization beam splitter prism 120. Next, the B S-polarized light 129B reflected by the splitter surface 120a is incident on the B reflective liquid crystal display element 130B. The light to be displayed brightly becomes P-polarized light 131B and is incident again on the polarizing beam splitter prism 120. Since it is P-polarized light this time, it passes through the splitter surface 120a and goes straight. Thus, the image light combined with white light having components of B-polarized light, R-light, and G-light S-polarized light is incident on the polarization rotation element 122 that rotates only the polarized light of B light, and the P-polarized light 131B of B The polarized light is rotated to become B S-polarized light 132B, and R S-polarized light 119R and G S-polarized light 119G are not changed, and become 121R and 121G, all of which become image light having S-polarized components, and are enlarged and projected by the projection lens 124. Is done. In addition, the light (reflected light having the same polarization as the incident light) converted to image light to be darkly displayed by the reflective liquid crystal display elements 116R, 116G, and 130B is transmitted to the light source by the polarization beam splitter prisms 115 and 120. Thus, the projection lens 124 is not reached. However, since it is difficult to make the separation performance of the polarizing beam splitter prism 100% reflected or transmitted for both S-polarized light and P-polarized light, part of the image light that is originally displayed darkly reaches the projection lens. As a result, the contrast of the image is deteriorated. Therefore, in order to improve the image contrast, it is necessary to dispose the polarizing plate 123 between the polarization rotation element 122 and the projection lens 124.
[0021]
In addition, the arrangement of RGB colors in the present disclosure is not limited to this configuration, and it is apparent that similar performance can be obtained with other arrangements.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technique disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-312034 of the former disclosure document is advantageous for reducing the size of the set, but it is difficult to achieve both high contrast and high brightness of the image. The dichroic mirror used in the present disclosure generally has a property that the wavelength reflection characteristics are greatly different depending on S-polarized light and P-polarized light.
[0023]
FIG. 13 shows an example of the transmittance when light enters from one surface of the color separation / combination prism. The horizontal axis of the graph in FIG. 13 indicates the wavelength of light, and the vertical axis indicates the transmittance. As shown in FIG. 13, the wavelength band of G light transmittance is narrower for S-polarized light and wider for P-polarized light. The opposite is true for R light and B light. Here, in the liquid crystal projector used in the present disclosure, the light corresponding to the signal to be brightly displayed is S-polarized light for the incident light to the reflective liquid crystal display element, and P-polarized light for the reflected light. The wavelength characteristics at the time of synthesis will be different. For example, light having a wavelength of 580 nm is reflected by an R reflective dichroic mirror upon incidence and is incident on an R reflective liquid crystal display element, but after being reflected, becomes P-polarized light, passes through an R reflective dichroic mirror and a B reflective dichroic mirror, The light enters the reflective liquid crystal display element B and becomes stray light, and the contrast of the image is remarkably deteriorated. In order to prevent this stray light, light in the vicinity of the wavelength of 580 nm and the wavelength of 500 nm must be cut in advance with a color filter or the like, resulting in a decrease in the light utilization rate. Similarly, the stray light of the G light is generated even when the incident light is P-polarized light. As described above, the conventional liquid crystal projector has a problem that it is difficult to achieve both high contrast and high luminance.
[0024]
Further, in the technique disclosed in the latter disclosed document, United States Patent No. 5,751,384, the problem of the color separation / synthesis optical system using the reflective liquid crystal display element is not considered.
[0025]
In an optical system that uses a reflective liquid crystal display element and makes the incident light and outgoing light have different polarizations, a part of the incident light and the outgoing light pass through the same optical path, and further, a color separation optical system and color synthesis optics Since at least a part of the system is shared, there is a problem that it is difficult to improve the contrast of an image by installing a polarizing plate immediately after the reflective liquid crystal display element. The problem of the optical system using the element is not considered.
[0026]
In an optical system that combines RGB image light with a polarization beam splitter prism as shown in FIG. 12, the combined image light has S-polarized light and P-polarized light, and therefore a polarizing plate for improving contrast is installed. In addition, it is necessary to install a polarization rotation element that rotates polarized light only at a specific wavelength before the polarizing plate. However, the polarization rotator having wavelength selectivity has a gap of 10 nm to 30 nm or more between the wavelength range where the polarization is completely rotated by 90 degrees and the wavelength range where the polarization is not rotated. The rotation angle changes slowly and has the characteristic of becoming elliptically polarized light. Since the elliptically polarized light in this transient region significantly deteriorates the contrast of the image, it is necessary to cut the light in this transient region with a filter or the like in order to improve the contrast of the image. There is a problem that the use efficiency decreases.
[0027]
Further, in a three-plate type projection apparatus that generally uses a white light source and one projection lens and performs color separation and synthesis of the three primary colors of RGB, it is projected that the optical distances from the projection lens to the three display elements are the same. In order to obtain the focusing performance of the lens, it is necessary to shorten the optical distance between the projection lens and the display element and shorten the back focus of the projection lens. Further, in order to reduce the color unevenness of the image, it is desirable that the optical distance from the light source to the three display elements is also substantially the same, and in order to increase the brightness of the image, from the light source to the display element. It is desirable to shorten the distance. In particular, in an optical system using a reflective display element, incident light and outgoing light partially pass through the same optical path, which makes it difficult to achieve both of them. Issues are not taken into account.
[0028]
Accordingly, an object of the present invention is to propose an optical engine having a high light utilization rate and a high image contrast in a liquid crystal projector optical engine using a reflective liquid crystal display element, and a liquid crystal projector using the same.
[0029]
Another object of the present invention is to reduce the color unevenness by making the distance from the light source to the three reflective liquid crystal display elements of RGB substantially equal, and to keep the distance between the reflective liquid crystal display element and the projection lens at an equal distance. Another object of the present invention is to propose a small and lightweight liquid crystal projector optical engine having excellent focusing performance and a flat liquid crystal projector using the same, shortening the back focus of the projection lens.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above objectiveIn the present invention, a light source that emits light, a polarization conversion element that unifies the polarization of the light, and light that has been polarized by the polarization conversion element are separated into three colors of R, G, and B. A dichroic mirror that separates light of the first color of R, G, and B from light emitted from the light source; and three reflective liquid crystal display elements arranged corresponding to the three colors; A first polarizing beam splitter prism disposed substantially immediately before a reflective surface of a reflective liquid crystal display element corresponding to the first color light; and an incident surface on which light from which the first color light is separated is incident. The light incident from the incident surface is separated into the light of the second color and the light of the third color, and the first of the light reflected by the reflective liquid crystal display elements arranged corresponding to the respective colors. Separating and combining surface for combining light of two colors and light of the third color, and emitting the combined light A second polarization beam splitter prism having an exit surface, and a first wavelength selective polarization rotation element that is disposed on the entrance surface and that rotates the polarization of the second color light or the third color light. A second wavelength-selective polarization rotation element that is disposed on the exit surface and rotates the polarization of the second color light or the third color light; and the light from the first polarization beam splitter prism. A dichroic mirror prism that synthesizes the light from the second wavelength-selective polarization rotation element and a projection lens that projects the light synthesized by the dichroic mirror prism are configured.
[0031]
A polarization conversion element is arranged so that the illumination light emitted from the white light source has the same polarization direction for all of R, G, and B, and the G light is first separated from the RB light by the color separation optical system. .
[0032]
Then, a polarization rotation element that rotates the polarized light in the specific wavelength region is disposed in the separated RB optical path, and the polarization directions of the R and B illumination light are converted into polarized light that intersects each other at an angle of about 90 degrees. The beam splitter prism is used to separate RB light. The polarizing beam splitter prism is configured to have a function of synthesizing the RB image light reflected by the reflective liquid crystal display element. At this time, the R light and the B light separated from the G light are rotated in the polarization direction by a polarization rotation element that rotates the polarization direction in a specific wavelength region, and enter the polarization beam splitter prism. The polarization rotator is configured such that the characteristics change with a band of about 510 to 580 nm, which is the G light region. The R light and B light having different polarization directions are separated by the polarization beam splitter, are incident on the respective reflection type liquid crystal display elements, are reflected and again enter the polarization beam splitter prism, and are synthesized again at the same time as an image is obtained.
[0033]
With this configuration, two color images can be obtained simultaneously with one polarizing beam splitter prism, and a compact and lightweight optical engine can be designed. In addition, a polarization rotation element that rotates polarized light in a specific wavelength region can be arranged in an optical path through which R and B light passes, and G light that is a wavelength in the transient region of the polarization rotation element passes through another optical path. As a result, it is possible to obtain an image with high contrast without cutting light in a transitional region.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0048]
FIG. 1 is a schematic top view of a liquid crystal projector optical system according to a first embodiment of the present invention.
[0049]
FIG. 2 shows a graph of the polarization rotation characteristics of the polarization rotation elements 9 and 16 that rotate the wavelength of only the B light used in this embodiment. The horizontal axis of the graph represents the wavelength of light, and the vertical axis represents the polarization rotation angle. As shown in FIG. 2, the polarization rotating element used in this embodiment has an intermediate point for rotating the polarized light at a wavelength of about 550 nm.
[0050]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0051]
White light emitted from the light source 1 is converted into substantially parallel light 2 by the reflector. The substantially parallel light 2 is composed of a component 2R of R light, a component 2G of G light, and a component 2B of B light, and is converted into S-polarized light by the polarization conversion element 3, and S-polarized light 4R of R, S-polarized light 4G of G, B becomes S-polarized light 4B.
[0052]
The R S-polarized light 4R and the B S-polarized light 4B incident on the reflective RB transmissive dichroic mirror 5 are transmitted through the dichroic mirror surface, then transmitted through the polarizing plate 7, and the P-polarized light component is absorbed. B becomes S-polarized light 8B. Incidentally, the reason why the polarizing plate 7 is disposed at this position is that the polarization rectification by the polarization conversion element 3 is not sufficient, and the incident light 4R, 4G, 4B includes a part of the P-polarized light and deteriorates the contrast of the image. This is to make it happen. A higher contrast can be obtained by absorbing the P-polarized light by the polarizing plate 7.
[0053]
The R S-polarized light 8R and the B S-polarized light 8B enter the polarization rotation element 9 for rotating the polarization of the B light, and the S polarization of the R does not change and becomes the S polarization 10R of the R, and the S polarization of the B Becomes a P-polarized light 10B of B. The R S-polarized light 10R incident on the polarization beam splitter prism 11 is reflected by the splitter surface 11a, becomes R S-polarized light 12R, and enters the reflective liquid crystal display element 13R. Here, light that is displayed brightly by the reflective liquid crystal display element 13R is reflected as R P-polarized light 14R, and light that is displayed dark is reflected as R S-polarized light. In FIG. 1, R, G, and B are all omitted for light that is displayed darkly. Light P to be displayed brightly, R P-polarized light 14R, is incident on the polarization beam splitter prism 11 again, and is now P-polarized light, so that it passes through the splitter surface 11a and becomes R P-polarized light 15R.
[0054]
On the other hand, the B P-polarized light 10B that has passed through the polarization rotating element 9 that rotates the polarization of the B light is incident on the polarization beam splitter prism 11, passes through the splitter surface 11a, and becomes the B S-polarized light 12B. Incident on the liquid crystal display element 13B. Here, light to be displayed brightly by the B reflective liquid crystal display element 13B is reflected as S-polarized light B of B, and light to be displayed dark is reflected as B P-polarized light. The brightly displayed light, B S-polarized light 14B, is incident on the polarization beam splitter 11 again, and this time it is S-polarized light. Therefore, the light is reflected by the splitter surface 11a, becomes B S-polarized light 15B, and is combined with R P-polarized light 15R. Is done.
[0055]
The combined R P-polarized light 15R and B S-polarized light 15B are incident on the polarization rotation element 16 for rotating the polarization of the B light, and the R P-polarized light 15R remains unchanged as the R P-polarized light 19R. The polarized light of the B S-polarized light 15B rotates and becomes the B P-polarized light 19B. The R P-polarized light 19R and the B P-polarized light 19B that are both P-polarized light are incident on the polarizing beam splitter prism 20, transmitted through the splitter surface 20a, the R P-polarized light 21R, and the B P-polarized light 21B. Become. At this time, since the S-polarized light that causes dark display of both the RB light is reflected, the contrast of both the R and B lights is further improved.
[0056]
As for the G light, the G light 2 G emitted from the light source 1 is converted into S-polarized light 4 G by the polarization conversion element 3, then reflected by the G-reflecting RB transmission dichroic mirror 5, and reflected on the polarizing plate 25. Incident light, the P-polarized light component is almost completely cut to become S-polarized light G of G, and enters the polarization beam splitter 27. The G S-polarized light 26G incident on the polarization beam splitter 27 is reflected by the splitter surface 27a to become the G S-polarized light 28G and enters the G reflective liquid crystal display element 29G. The light to be displayed brightly is reflected as G P-polarized light 30G and enters the polarization beam splitter 27 again. Since it is P-polarized light this time, it passes through the splitter surface 27a and becomes G P-polarized light 31G. Here, the G P-polarized light 31G is incident on the polarization rotation element 34 and the polarized light is rotated to become G S-polarized light 35G.
[0057]
The G S-polarized light 35G is incident on the polarization beam splitter prism 20 and is reflected by the splitter surface 20a to become G S-polarized light 36G, which is combined with the R P-polarized light 21R and the B P-polarized light 21B. The combined image light has components of R and B for P-polarized light and G for S-polarized light, and is enlarged and projected on a screen or the like by the projection lens 24.
[0058]
In this embodiment, a black paint is applied to the upper and lower surfaces of each prism. With this configuration, internal reflection inside the polarizing beam splitter prism or dichroic mirror prism can be reduced, and high contrast can be obtained.
[0059]
According to the present embodiment, with respect to the contrast characteristics of the image, the G image light 31G reflected by the G reflective liquid crystal display element 29G is sufficiently reflected by the splitter surface 27a of the polarization beam splitter prism 27 to sufficiently reflect the light. Therefore, the contrast is high. In addition, the image light of R is reflected by the splitter surfaces 11a and 20a of the polarizing beam splitter prisms 11 and 20 so as to be darkly displayed, so that a good contrast can be obtained. Further, the B image light can be made high contrast by the splitter surface 20 a of the polarization beam splitter prism 20.
[0060]
Further, in this embodiment, even when the polarization rotation elements 9 and 16 for rotating the polarization of the B light have the characteristics as shown in FIG. 2, the R light and the B light passing through the wavelength in the transient region of the wavelength rotation angle. Therefore, a high image contrast can be obtained after passing through the polarizing plate 18. Further, since the polarization rotator 16 is used, it is not necessary to cut off the light between the R light and the G light, and the light between the G light and the B light in order to improve the contrast of the image, and a high light utilization rate can be obtained. it can.
[0061]
Further, according to the present embodiment, the distances from the polarization conversion element 3 to the reflective liquid crystal display elements 13R, 29G, and 13B can be made substantially equal, and an image with little color unevenness can be obtained. The distance from the polarization conversion element 3 to the reflective liquid crystal display element and the distance from the reflective liquid crystal display element to the projection lens 24 are both about 2.5 times the length of the horizontal side of the reflective liquid crystal display element. Thus, the back focus of the projection lens can be shortened, the entire optical system can be reduced in size and weight, and the light utilization efficiency can be improved at the same time.
[0062]
FIG. 3 is a schematic top view of the liquid crystal projector optical system according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that the polarization beam splitter 20 is replaced with a dichroic mirror prism 39 except for the polarization rotation element 16 in the optical path of R and B image light. It is a thing. The dichroic mirror surface 39a of the dichroic mirror prism 39 is a multilayer thin film having the property of reflecting light in the G wavelength region and transmitting light in the RB wavelength region.
[0063]
The action of the optical system of the present embodiment with respect to the R light and the B light is the same as that of the first embodiment before exiting from the polarization beam splitter prism 11.
[0064]
The R P-polarized light 15R and the B S-polarized light 15B synthesized by the polarization beam splitter prism 11 are incident on the polarization rotation element 16 for rotating the polarization of the B light, and the R P-polarized light 15R is not changed. P polarized light 19R, and the B S polarized light 15B rotates and becomes B P polarized light 19B. The R P-polarized light 19R and the B P-polarized light 19B, both of which are P-polarized light, enter the dichroic prism 39, pass through the dichroic surface 39a, and become R P-polarized light 41R and B P-polarized light 41B. At this time, since the S-polarized light that causes dark display of both the R and B lights is reflected, the contrast of both the R and B lights is improved.
[0065]
Further, the action of G on the video light 31 </ b> G is the same as that of the first embodiment until it is emitted from the polarization beam splitter 27, and thereafter enters the dichroic mirror prism 39.
[0066]
The G P-polarized light 31G incident on the dichroic mirror prism 39 is reflected by the dichroic mirror surface 39a to become the G P-polarized light 41G, and is combined with the R P-polarized light 41R and the B P-polarized light 41B. The combined video light has P-polarized components for both RGB and is enlarged and projected on a screen or the like by the projection lens 24.
[0067]
According to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the polarization rotating element 34 can be omitted, and the apparatus can be simplified.
[0068]
In this embodiment, the same effect can be obtained even if the dichroic mirror prism 39 is replaced with a dichroic mirror. In addition, since an inclined film or the like can be freely set in the dichroic mirror 5 and the dichroic film of the dichroic mirror for synthesis or the dichroic mirror, an image with high uniform color purity can be obtained.
FIG. 4 is a schematic top view of the liquid crystal projector optical system according to the third embodiment of the present invention.
[0069]
The third embodiment of the present invention is different from the second embodiment of the present invention in that the positions of the R and B liquid crystal display elements 13R and 13B are changed, and the polarizing plate 7 on the R and B illumination light incident surfaces is changed. The polarizing plate 46 is changed to the polarizing plate 46 dedicated to the B light, and the polarization rotating elements 9 and 16 for rotating the polarization of the B light are changed to the polarization rotating elements 42 and 43 for rotating the polarization of the R light.
[0070]
FIG. 5 is a graph showing the wavelength transmittance characteristics of the polarizing plate exclusively for B light used in this example and the wavelength transmittance characteristics of the polarizing plate for the entire wavelength region. As shown in FIG. 5, the polarizing plate for exclusive use of B light used in this embodiment works as a polarizing plate for light in the B wavelength range, but for the light in the R wavelength range, the absorption axis. , The transmission axis is transmitted and does not work as a polarizing plate.
[0071]
The action of the optical system of this embodiment with respect to R light and B light is the same as that of the second embodiment before entering the polarizing plate 46 dedicated to B light and after entering the dichroic prism 39.
[0072]
The B S-polarized light 4B that has passed through the G-reflecting RB transmitting dichroic mirror 5 is absorbed by the B-light-only polarizing plate 46 to become a B S-polarized light 8B. The B S-polarized light 8B passes through the polarization rotation element 42 for rotating the polarization of the R light, becomes the B S-polarized light 10B, and enters the polarization beam splitter prism 11. The B S-polarized light 10B reflected by the splitter surface 11a of the polarization beam splitter prism 11 becomes the B S-polarized light 12B and enters the B reflective liquid crystal display element 13B. The B light reflected by the B reflective liquid crystal display element 13B becomes B P-polarized light 14B and is incident on the polarization beam splitter prism 11 again when displaying brightly. The B P-polarized light 14B passes through the splitter surface 11a. At this time, since the S-polarized light to be displayed darkly is reflected by the splitter surface 11a, the B image light can have a high contrast. Here, the B P-polarized light 14B passes through the polarization rotation element 43 for rotating the polarization of the R light, becomes the B P-polarized light 17B, and enters the dichroic mirror prism 39.
[0073]
The R S-polarized light 4R transmitted through the G-reflecting RB transmitting dichroic mirror 5 is transmitted through the polarizing plate 46 dedicated to the B light, is transmitted through the polarization rotating element 42 for rotating the polarization of the R light, and is the R P-polarized light 10R. And enters the polarization beam splitter prism 11. The R P-polarized light 10R is transmitted through the splitter surface 11a. At this time, the S S-polarized component of R is reflected by the splitter surface 11a and becomes the R P-polarized light 12R that does not substantially contain the S-polarized component. The light enters the display element 13R. The R image light reflected by the R reflective liquid crystal display element 13 </ b> R becomes R S-polarized light 14 </ b> R and is incident on the polarization beam splitter prism 11 again when being displayed brightly. The R S-polarized light 14R reflected by the splitter surface 11a enters the polarization rotation element 43 for rotating the polarization of the R light, becomes the R P-polarized light 17R, and enters the dichroic mirror prism 39. The R image light incident on the dichroic prism 39 is reflected by the dichroic surface 39a as S-polarized light to be displayed dark, and is emitted from the dichroic prism 39 as R-polarized light 21R having high contrast.
[0074]
The action of the optical system of this embodiment on G light is substantially the same as that of the second embodiment.
[0075]
According to the present embodiment, substantially the same effect as that of the second embodiment of the present invention can be obtained, and the polarizing plate for the illumination light incident side for R and B can be used as a polarizing plate for B. High brightness can be achieved.
[0076]
FIG. 6 is a schematic top view of a liquid crystal projector optical system according to the fourth embodiment of the present invention.
[0077]
  The fourth embodiment of the present invention is different from the first embodiment of the present invention in that a polarization beam splitter prism 11, a polarization rotation element 16, a polarization beam splitter prism 20, a polarization rotation element 34, and a polarization beam splitter 27 are provided. To each otherPastedIt is a combination.
[0078]
The action of the optical system of this embodiment with respect to R, G, and B light is the same as that of the first embodiment.
[0079]
Further, the polarizing beam splitters 11 and 27 of this embodiment are smaller in size than the polarizing beam splitter 20. Thereby, the configuration of the entire optical system can be reduced in a state in which the image light emitted from the reflective liquid crystal display element is not vignetted on the prism side surface.
[0080]
Further, according to the configuration of the present embodiment, the chamfered portion 49 is provided in the optical element 20 such as a polarizing beam splitter prism, and this support member is provided here, or an optical member such as the dichroic mirror 5 and the polarizing plates 7 and 25. By providing the supporting portion, it is possible to easily hold and position the optical member, shorten the assembling time during mass production, and further reduce the cost of the projection display apparatus.
[0081]
According to this embodiment, substantially the same effect as that of the first embodiment of the present invention can be obtained, the configuration of the entire optical system can be reduced in size, the assembling time in mass production can be shortened, and a projection type image can be obtained. The cost of the entire display device can also be reduced.
[0082]
FIG. 7 is a schematic top view of a liquid crystal projector optical system according to the fifth embodiment of the present invention.
[0083]
The embodiment of FIG. 7 shows the entire apparatus of a reflective three-plate liquid crystal projector in which the reflective liquid crystal display elements 13R, 29G, and 13B are made to correspond to R, G, and B of the three primary colors.
[0084]
Hereinafter, the fifth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0085]
The light source 1 in FIG. 7 is a white light source such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a mercury xenon lamp, or a halogen lamp.
[0086]
The white illumination light emitted from the light source 1 is converted into substantially parallel light by the reflector 1 a having an elliptical surface, a paraboloidal surface, or an aspherical reflecting surface, and is incident on the first array lens 150. The first array lens 150 is constituted by a plurality of condensing lenses provided in a rectangular frame having a size substantially equal to the exit aperture of the reflector 1a, and the substantially parallel light is placed on the second array lens 151 by a plurality of secondary light sources. Focus as an image. The second array lens 151 has substantially the same outer size as the first array lens, is configured by the same number of condensing lenses, and is disposed in the vicinity where the plurality of secondary light source images are formed. The individual condenser lenses of the second array lens 151 have the effect of forming the individual lens images of the first array lens 150 on the liquid crystal display elements 13R, 29G, and 13B.
[0087]
The white illumination light that has passed through the second array lens 151 has a width that is approximately ½ of the width of each lens, which is arranged to match the lateral pitch of each lens of the second array lens 151. Incident to the row of rhombus prisms. The reflecting surface of the prism is provided with a polarizing beam splitter 152, and incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarizing beam splitter 152. The P-polarized light passes through the polarization beam splitter 152 as it is, and the polarization direction is rotated by 90 ° by the polarization rotating element 153 provided on the exit surface of the prism, and is emitted as S-polarized light. On the other hand, the S-polarized light is reflected by the polarizing beam splitter 152, is reflected once again in the original optical axis direction in the adjacent rhomboid prism, and then emitted as S-polarized light.
[0088]
Illumination light is converted into light having S polarization by the rhomboid prism and the polarization rotation element 153.
[0089]
Here, in the projection type liquid crystal display device using the conventional reflection type liquid crystal display element, only the polarized light in one direction of S-polarization or P-polarization can be used by the combination of the incident side polarizing plate and the reflection liquid crystal display element. It is about half. However, by using the polarization beam splitter 152 and the polarization rotation element 153, the polarization direction of illumination light having a random polarization component emitted from the light source 1 can be aligned and incident on the reflective liquid crystal display element 13, which is ideal. Specifically, the brightness twice as high as that of the conventional projection type liquid crystal display device can be obtained.
[0090]
The first and second array lenses 150 and 151 separate the illumination light emitted from the reflector 1 a by the first array lens 150, and the individual array images are again superimposed on the liquid crystal display element 13 by the second array lens 151. By combining them, a uniform image quality can be obtained with little brightness unevenness at the center, periphery, etc. of the screen.
[0091]
The S-polarized component illumination light emitted from the polarization beam splitter 152 enters the condenser lens 154. The condenser lens 154 has one or a plurality of components, has a positive refractive power, and has a function of further condensing the illumination light. The illumination light transmitted through the condenser lens 154 is bent in the optical axis direction by the mirrors 155 and 156 and enters the condenser lens 157. This condenser lens 157 makes the incident angle of the principal ray of the illumination light incident on the peripheral portion of the reflective liquid crystal display element 13 substantially perpendicular to the polarization beam splitter prism, and eliminates color unevenness caused by the angle dependency of the polarization beam splitter prism. Reduce.
[0092]
Next, the illumination light is incident on the G transmission RB reflection dichroic mirror 158. In this embodiment, the G transmissive RB reflecting dichroic mirror 158 has the same effect even if it is a dichroic mirror prism. Illumination light is divided into G light, R light, and B light by a G transmission RB reflection dichroic mirror 158, and is transmitted through the polarizing plates 25 and 7 and then incident on the polarization beam splitters 27 and 11 dedicated to colors. To do. The G light travels straight and enters the polarization beam splitter prism 27 dedicated to G. At this time, since the incident light is S-polarized light, it is reflected by the reflection surface of the polarizing beam splitter and enters the G-use reflective liquid crystal display element 29G. Further, the B light and the R light are transmitted through the polarizing plate 7, and then pass through the polarization rotation element 9 that rotates the polarization direction of only the light in the B light wavelength region, and the polarization of the B light is converted from S-polarized light to P-polarized light. Then, it is incident on the polarization beam splitter prism 11 dedicated to R and B. Here, the B light travels straight through the RB-dedicated polarization beam splitter 11 and enters the B-use reflective liquid crystal display element 13B. On the other hand, the R light remains as S-polarized light and is reflected by the reflection surface of the R and B-dedicated polarization beam splitter 11 and then enters the R reflective liquid crystal display element 13R.
[0093]
The above arrangement example is one specific example, and the present embodiment is not limited to this. R may be converted to P-polarized light, and the positions of the R and B reflective liquid crystal display elements may be interchanged. Separately, the positions of the R and B reflective liquid crystal display elements 13R and 13B and the polarizing beam splitter 11 and the G reflective liquid crystal display element 29G and the polarizing beam splitter prism 27 are switched, and the like. Even when the optical system shown in FIG. 4 is used, the effect of the present embodiment can be obtained.
[0094]
The incident illumination light is then converted into image light whose polarization has been rotated in accordance with the image signal by the reflective image display element 13 for each color, and is again incident on the polarization beam splitters 11 and 27 for each color, and S is reflected on the reflection surface. Polarized light is reflected and P-polarized light is transmitted.
[0095]
Each of the reflective image display elements 13R, 39G, and 13B is provided with a number of liquid crystal display units corresponding to the pixels to be displayed (for example, 1024 pixels in the horizontal direction and 768 pixels in the vertical direction and 3 colors). Then, according to a signal driven from the outside, each angle of polarization rotation of each pixel changes, and light that is orthogonal to the incident polarization direction is reflected by the polarization beam splitters 11 and 27 for light to be displayed brightly. Image light is emitted toward the projection lens 24. When the display is dark, the reflected light has the same polarization direction as that of the incident light and is returned to the light source side along the incident light path.
[0096]
Thereafter, the RGB light components that have become image light are synthesized again by the G-transmitting RB reflecting dichroic mirror prism 159, and pass through the projection lens 24 such as a zoom lens to reach the screen. Images formed on the reflective liquid crystal display elements 13R, 29G, and 13B by the projection lens 24 are enlarged and projected on a screen to function as a display device. In the reflective liquid crystal display device using the three reflective liquid crystal display elements, a power source 160 drives a lamp, a panel, and the like.
[0097]
Therefore, the configuration using two polarization beam splitters dedicated to G and RB according to the present invention can achieve a reduction in size and weight, and further, can control color purity, improve color unevenness, and improve performance at the same time. Therefore, a compact, high-brightness, high-quality projection-type image display device can be realized.
[0098]
Further, the projection display apparatus of the present invention has a transmission efficiency or a reflection efficiency of the P-polarized light with respect to the light of a specific wavelength band incident on the polarization beam splitter disposed almost immediately before the reflective liquid crystal display element, S A configuration in which a film for exclusive use in a limited wavelength region is applied so that the transmission efficiency or reflection efficiency of polarized light takes a peak value, for example, an optimum dielectric multilayer film for exclusive use for G light in the wavelength band from about 500 nm to about 600 nm. G-polarized polarization beam splitter 27 with an optimal dielectric multilayer film for exclusive use of R light and B light in two or more wavelength bands from near 400 nm to near 500 nm and from near 600 nm to near 700 nm. The RB beam splitter 11 can be used, the dielectric multilayer film can be easily formed, and the transmission efficiency and the reflection efficiency as well as the above-described light detection efficiency are also conventional. Better than. Therefore, it is possible to provide a reflective liquid crystal display device that achieves both high-precision color reproducibility, high brightness, and high-efficiency contrast. Furthermore, by adding an inclined film to the dichroic film in some cases, it is possible to provide an image with higher uniformity and high color purity.
[0099]
In addition, the projection display device of the present invention has a configuration in which the polarizing plates 25 and 7 are installed after separating the G light and the R and B lights and before entering the polarizing beam splitter prisms 11 and 27. For this reason, it is easy to provide a color filter or dichroic filters 161 and 162 for correcting the color purity of G light and R light on the light incident surface of the polarizing plate, thereby achieving both high monochromatic color purity and high light utilization rate. I can do it.
[0100]
FIG. 8 is a schematic top view of a liquid crystal projector optical system according to the sixth embodiment of the present invention. The seventh embodiment of the present invention is different from the fifth embodiment of the present invention in that there are three condenser lenses 157, 163R, 163G, and 163B, and the installation positions are the reflective liquid crystal display element 13 and the polarization beam splitter prism. 27,11. Further, the dichroic thin film of the color separation dichroic mirror is an inclined thin film.
[0101]
In this embodiment, the reflective liquid crystal display element 13 and the condenser lens 163 are integrated. However, when the reflective liquid crystal display element 13 and the condenser lens 163 are installed apart from each other, or the condenser lens 163 is installed upside down, the polarizing beam splitter prisms 27 and 11 The same effect can be obtained when they are integrated.
[0102]
The action of the optical system of this embodiment with respect to R, G, and B light is substantially the same as that of the fifth embodiment. Further, in this embodiment, the position of the condenser lens is set almost immediately before the reflective liquid crystal display element, so that the internal reflection in the polarization beam splitters 27 and 11 and the dichroic mirror prism 159 is reduced, and the image quality with higher contrast is increased. It is the structure which can obtain a simple image.
[0103]
Further, in this embodiment, since the chief ray angle of the illumination light corresponding to the peripheral portion of the screen incident on the dichroic mirror is not parallel to the chief ray corresponding to the center of the screen, color unevenness occurs in the horizontal direction of the image. Although it is easy, an image with little color unevenness can be obtained by using a dichroic thin film as an inclined thin film.
[0104]
In this embodiment, the first synthetic focus of the condenser lens 163 is set in the vicinity of the diaphragm surface of the projection lens 24, the central axis of the condenser lens 163 is made coincident with the center of the reflective liquid crystal display element 13, and the projection lens. By decentering the central axis of 24 upward with respect to the center of the panel, the projected image can be decentered upward with respect to the projector set, and a good image with little difference in luminance between the image center and the peripheral portion can be obtained.
[0105]
FIG. 9 is a schematic top view of a liquid crystal projector optical system according to a seventh embodiment of the present invention. The seventh embodiment of the present invention is different from the sixth embodiment of the present invention in that a condenser lens 164 is provided and the combined focal length of the condenser lens 165 and the condenser lens 164 is the same as that of the sixth embodiment. The condenser lens 163 is set to be substantially the same.
[0106]
The action of the optical system of this embodiment on R, G, and B light is substantially the same as that of the sixth embodiment. In this embodiment, by dividing the condenser lens into two, it is possible to design the power of the condenser lens 165 to be smaller, and to reduce the focus deterioration of the image. In addition, since the angle of the principal ray passing through the polarization beam splitter prisms 11 and 27 can be made smaller, the occurrence of color unevenness can be made smaller.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an optical engine for a liquid crystal projector having a high light utilization rate and a high image contrast, and a liquid crystal projector using the same.
[0108]
Further, according to the present invention, it is possible to obtain an optical engine and a liquid crystal projector for a liquid crystal projector that are small and light, have little color unevenness in an image, and have good focusing performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view of a liquid crystal projector optical system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the wavelength characteristics of a polarization rotator used for the liquid crystal projector optical system of the first embodiment of the present invention, for rotating the polarization of B light.
FIG. 3 is a top view of a liquid crystal projector optical system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a top view of a liquid crystal projector optical system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the transmittance of a polarizing plate used in the liquid crystal projector optical system according to the first embodiment of the present invention and having polarization absorption characteristics for B light.
FIG. 6 is a top view of a liquid crystal projector optical system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a top view of a liquid crystal projector optical system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a top view of a liquid crystal projector optical system according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a top view of a liquid crystal projector optical system according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a top view of a conventional reflective liquid crystal projector optical system.
FIG. 11 is a top view of a conventional liquid crystal projector combining optical system.
FIG. 12 is a top view of a conventional reflective liquid crystal projector optical system.
FIG. 13 is a graph showing wavelength transmittance characteristics of a polarizing beam splitter prism.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 3 ... Polarization conversion element, 5 ... G reflection RB transmission dichroic mirror, 7 ... Polarizing plate, 9 ... Polarization rotation element which rotates only polarized light of B light, 11 ... Polarization beam splitter, 13R ... R reflection type A liquid crystal display element, a reflective liquid crystal display element of 13B... B, a polarization rotating element for rotating the polarization of only B light, a polarizing plate having a property of absorbing the polarization of only B light, a polarization beam splitter, 24 ... projection lens, 25 ... polarizing plate, 27 ... polarization beam splitter, 29G ... G reflective liquid crystal display element, 34 ... polarization rotation element, 39 ... dichroic mirror prism, 42 ... polarization rotation that rotates only the polarization of R light Element: 43... Polarization rotating element for rotating only polarized light of R light, 46... Polarizing plate, 49... Chamfered portion, 83 a. Color separation / combination prism, 86R ... R reflective dichroic mirror, 86B ... B reflective dichroic mirror, 87R ... R reflective liquid crystal display element, 87G ... G reflective liquid crystal display element, 87B ... B reflective liquid crystal display element, 89 ... Polarizing plate, 90 ... Projection lens, 93R ... R image display element, 93G ... G image display element, 93B ... B image display element, 95 ... Polarizing beam splitter prism, 96 ... Rotating polarized light of only G light Polarization rotator, 98... Polarization beam splitter, 99... Polarization rotation element that rotates polarization of only B light, 101... Projection lens, 110... RG light source, 112. Polarization rotating element, 115... Polarization beam splitter prism, 116 R... R reflective liquid crystal display element, 116 G... G reflective liquid crystal display element. 117R ... R P-polarized light, 117G ... G S-polarized light, 118 ... polarization rotating element that rotates only G light polarization, 120 ... polarization beam splitter prism, 122 ... polarization rotating element that rotates only B light polarization, 123: Polarizing plate, 124: Projection lens, 125 ... B light source, 127 ... Polarization conversion element, 130B ... B reflective liquid crystal display element.

Claims (26)

光を出射する光源と、A light source that emits light;
前記光の偏光を統一する偏光変換素子と、A polarization conversion element for unifying the polarization of the light;
前記偏光変換素子により偏光が統一された光をR、G、Bの3色に分離するために、前記光源から出射した光から前記R、G、Bのうちの第1色の光を分離するダイクロイックミラーと、In order to separate the light whose polarization is unified by the polarization conversion element into three colors of R, G, and B, the light of the first color of the R, G, and B is separated from the light emitted from the light source. A dichroic mirror,
前記3色の色に対応して配置された3枚の反射型液晶表示素子と、Three reflective liquid crystal display elements arranged corresponding to the three colors;
前記第1色の光に対応する反射型液晶表示素子の反射面の略直前に配置された第1の偏光ビームスプリッタプリズムと、A first polarizing beam splitter prism disposed substantially immediately before the reflecting surface of the reflective liquid crystal display element corresponding to the first color light;
前記第1色の光が分離された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光を第2色の光と第3色の光とに分離するとともに、前記各々の色に対応して配置された反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第2色の光と前記第3色の光を合成する分離合成面と、合成された光を出射する出射面を有する第2の偏光ビームスプリッタプリズムと、Separating incident light from which the light of the first color is incident, separating light incident from the incident surface into light of the second color and light of the third color, and corresponding to each of the colors Of the light reflected by the reflective liquid crystal display element disposed in a second position, a second combining surface for combining the light of the second color and the light of the third color, and an output surface for emitting the combined light. A polarizing beam splitter prism;
前記入射面に配置され且つ、前記第2色の光又は前記第3色の光の偏光を回転させる第1の波長選択性偏光回転素子と、A first wavelength-selective polarization rotation element that is disposed on the incident surface and rotates the polarization of the light of the second color or the light of the third color;
前記出射面に配置され且つ、前記第2色の光又は前記第3色の光の偏光を回転させる第2の波長選択性偏光回転素子と、A second wavelength-selective polarization rotation element that is disposed on the exit surface and rotates the polarization of the light of the second color or the light of the third color;
前記第1の偏光ビームスプリッタプリズムからの光と前記第2の波長選択性偏光回転素子からの光とを合成するダイクロイックミラープリズムと、A dichroic mirror prism that combines light from the first polarization beam splitter prism and light from the second wavelength-selective polarization rotation element;
前記ダイクロイックミラープリズムで合成された光を投写する投写レンズとを有する光学エンジン。An optical engine having a projection lens that projects light synthesized by the dichroic mirror prism.
光を出射する光源と、A light source that emits light;
前記光の偏光を統一する偏光変換素子と、A polarization conversion element for unifying the polarization of the light;
前記偏光変換素子により偏光が統一された光をR、G、Bの3色に分離するために、前記光源から出射した光から前記R、G、Bのうちの第1色の光を分離するダイクロイックミラーと、In order to separate the light whose polarization is unified by the polarization conversion element into three colors of R, G, and B, the light of the first color of the R, G, and B is separated from the light emitted from the light source. A dichroic mirror,
前記3色の色に対応して配置された3枚の反射型液晶表示素子と、Three reflective liquid crystal display elements arranged corresponding to the three colors;
前記第1色の光に対応する反射型液晶表示素子の反射面の略直前に配置された第1の偏光ビームスプリッタプリズムと、A first polarizing beam splitter prism disposed substantially immediately before the reflecting surface of the reflective liquid crystal display element corresponding to the first color light;
前記第1色の光が分離された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光を第2色の光と第3色の光とに分離するとともに、前記各々の色に対応して配置された反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第2色の光と前記第3色の光を合成する分離合成面と、合成された光を出射する出射面を有する第2の偏光ビームスプリッタプリズムと、Separating incident light from which the light of the first color is incident, separating light incident from the incident surface into light of the second color and light of the third color, and corresponding to each of the colors Of the light reflected by the reflective liquid crystal display element disposed in a second position, a second combining surface for combining the light of the second color and the light of the third color, and an output surface for emitting the combined light. A polarizing beam splitter prism;
前記入射面に配置され且つ、前記第2色の光又は前記第3色の光の偏光を回転させる第1の波長選択性偏光回転素子と、A first wavelength-selective polarization rotation element that is disposed on the incident surface and rotates the polarization of the light of the second color or the light of the third color;
前記出射面に配置され且つ、前記第2色の光又は前記第3色の光の偏光を回転させる第2の波長選択性偏光回転素子と、A second wavelength-selective polarization rotation element that is disposed on the exit surface and rotates the polarization of the light of the second color or the light of the third color;
前記第1の偏光ビームスプリッタプリズムからの光と前記第2の波長選択性偏光回転素子からの光とを合成する第3の偏光ビームスプリッタプリズムと、A third polarizing beam splitter prism that combines light from the first polarizing beam splitter prism and light from the second wavelength selective polarization rotation element;
前記第3の偏光ビームスプリッタプリズムで合成された光を投写する投写レンズとを有する光学エンジン。An optical engine having a projection lens that projects the light combined by the third polarization beam splitter prism.
前記第2色の光と前記第3色の光に対応する2枚の反射型液晶表示素子は、互いに略隣接し、且つ略90度の角度を成すように配置され、The two reflective liquid crystal display elements corresponding to the second color light and the third color light are arranged so as to be substantially adjacent to each other and at an angle of about 90 degrees,
前記第2の偏光ビームスプリッタプリズムは、前記2枚の反射型液晶表示素子の両反射面の略直前位置に配置されたことを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れか1項に記載の光学エンジン。3. The second polarizing beam splitter prism according to claim 1, wherein the second polarizing beam splitter prism is disposed substantially immediately before both reflecting surfaces of the two reflective liquid crystal display elements. Optical engine.
前記第1及び第2の偏光ビームスプリッタプリズムから出射される光は各々、前記ダイクロイックミラープリズム或いは前記第3の偏光ビームスプリッタプリズムの2面から入射することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の光学エンジン。4. The light emitted from the first and second polarizing beam splitter prisms is incident from two surfaces of the dichroic mirror prism or the third polarizing beam splitter prism, respectively. The optical engine according to any one of the above. 前記第1色はGであって、The first color is G,
第3の偏光ビームスプリッタプリズム或いはダイクロイックミラープリズムに入射するGの光の偏光方向は、R、Bの光の偏光方向と略直交することを特徴とする請求項4に記載の光学エンジン。5. The optical engine according to claim 4, wherein the polarization direction of the G light incident on the third polarization beam splitter prism or the dichroic mirror prism is substantially orthogonal to the polarization direction of the R and B light.
前記第1色はGであって、The first color is G,
前記第1及び第2の波長選択性偏光回転素子は、R又はBの何れか一方の光の偏光方向を略90度回転させることを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れか1項に記載の光学エンジン。3. The device according to claim 1, wherein the first and second wavelength-selective polarization rotation elements rotate the polarization direction of either R or B light by approximately 90 degrees. 4. The optical engine described in 1.
前記第1及び第2の波長選択性偏光回転素子は、400nm〜500nm近傍の波長帯域もしくは600nm〜700nm近傍の波長帯域の光に対して、偏光を回転させることを特徴とする請求項6に記載の光学エンジン。The said 1st and 2nd wavelength selective polarization rotation element rotates a polarization | polarized-light with respect to the light of the wavelength band near 400 nm-500 nm, or the wavelength band near 600 nm-700 nm, It is characterized by the above-mentioned. Optical engine. 前記第1及び第2の波長選択性偏光回転素子は、同じ偏光方向で入射する400nm〜500nm近傍の波長帯域の光と600nm〜700nm近傍の波長帯域の光との偏光方向が互いに略直交するように、何れか一方の光の偏光を回転させることを特徴とする請求項6乃至請求項7の何れか1項に記載の光学エンジン。In the first and second wavelength selective polarization rotation elements, the polarization directions of light having a wavelength band of 400 nm to 500 nm and light having a wavelength band of 600 nm to 700 nm incident in the same polarization direction are substantially orthogonal to each other. The optical engine according to any one of claims 6 to 7, wherein the polarization of any one of the lights is rotated. 前記第1色はGであって、The first color is G,
前記第1の偏光ビームスプリッタプリズムは、Gに対して、透過効率或いは反射効率がピーク値をとることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の光学エンジン。5. The optical engine according to claim 1, wherein the first polarization beam splitter prism has a peak value of transmission efficiency or reflection efficiency with respect to G. 6.
前記第1色はGであって、The first color is G,
前記第2の偏光ビームスプリッタプリズムは、R又はBの光に対して、透過効率或いは反射効率がピーク値をとることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の光学エンジン。5. The optical device according to claim 1, wherein the second polarization beam splitter prism has a peak value of transmission efficiency or reflection efficiency with respect to R or B light. 6. engine.
前記第2の波長選択性偏光回転素子と前記第3の偏光ビームスプリッタプリズムとを互いに貼り合わせて一体状としたことを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れか1項に記載の光学エンジン。3. The optical device according to claim 1, wherein the second wavelength-selective polarization rotation element and the third polarization beam splitter prism are bonded together to form an integrated body. engine. 前記第1の波長選択性偏光回転素子と前記第2の偏光ビームスプリッタプリズムと前記第2の波長選択性偏光回転素子と前記ダイクロイックミラープリズムとを互いに貼り合わせて一体状としたことを特徴とする請求項1、4、5の何れか1項に記載の光学エンジン。The first wavelength-selective polarization rotation element, the second polarization beam splitter prism, the second wavelength-selective polarization rotation element, and the dichroic mirror prism are bonded together to form an integral body. The optical engine according to any one of claims 1, 4, and 5. 前記ダイクロイックミラーは、Gの光とR、Bの光とに分離するものであって、前記第1の偏光ビームスプリッタプリズムの前、及び前記第2の偏光ビームスプリッタプリズムの前に、偏光を整流するための素子をそれぞれ有することを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れか1項に記載の光学エンジン。The dichroic mirror separates G light and R and B light, and rectifies polarized light before the first polarizing beam splitter prism and before the second polarizing beam splitter prism. The optical engine according to claim 1, further comprising an element for performing the operation. 前記偏光を整流するための素子は、偏光板であることを特徴とする請求項13に記載の光学エンジン。The optical engine according to claim 13, wherein the element for rectifying the polarized light is a polarizing plate. 前記それぞれの偏光を整流するための素子の光入射側に、光の色純度を調整するフィルタをそれぞれ有することを特徴とする請求項13乃至請求項14の何れか1項に記載の光学エンジン。15. The optical engine according to claim 13, further comprising a filter for adjusting color purity of light on a light incident side of an element for rectifying each of the polarized lights. 前記光の色純度を調整するフィルタは、カラーフィルタ又はダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項15に記載の光学エンジン。The optical engine according to claim 15, wherein the filter for adjusting the color purity of the light is a color filter or a dichroic filter. 前記第1色はGであって、The first color is G,
Rの光に対応する反射型液晶表示素子は、前記入射面の対抗する面に配置され、The reflective liquid crystal display element corresponding to the R light is disposed on a surface opposite to the incident surface,
Bの光に対応する反射型液晶表示素子は、前記出射面の対抗する面に配置され、The reflective liquid crystal display element corresponding to the light of B is disposed on the surface opposite to the emission surface,
Bの光に対応する偏光板は、前記入射面に配置されることを特徴とする請求項13に記載の光学エンジン。The optical engine according to claim 13, wherein a polarizing plate corresponding to the B light is disposed on the incident surface.
前記光学エンジンは、The optical engine is
前記第1の偏光ビームスプリッタプリズムに入射する光の主光線を前記3枚の反射型液晶表示素子の周辺部に対し略鉛直に入射させ、且つ前記光源と前記第1の偏光ビームスプリッタプリズムとの間に配置されたコンデンサレンズを有することを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れか1項に記載の光学エンジン。A principal ray of light incident on the first polarizing beam splitter prism is incident substantially vertically on the peripheral portion of the three reflective liquid crystal display elements, and between the light source and the first polarizing beam splitter prism The optical engine according to claim 1, further comprising a condenser lens disposed therebetween.
前記3枚の反射型液晶表示素子の反射面側に、前記コンデンサレンズを配置したことを特徴とする請求項18に記載の光学エンジン。The optical engine according to claim 18, wherein the condenser lens is disposed on a reflective surface side of the three reflective liquid crystal display elements. 前記コンデンサレンズは、前記コンデンサレンズの中心軸が前記3枚の反射型液晶表示素子の中心軸と各々略一致し、且つ前記投写レンズの中心軸に対しては偏心して配置されることを特徴とする請求項19に記載の光学エンジン。The condenser lens is arranged such that a central axis of the condenser lens substantially coincides with a central axis of each of the three reflective liquid crystal display elements, and is decentered with respect to the central axis of the projection lens. The optical engine according to claim 19. 前記ダイクロイックミラー及び前記ダイクロイックミラープリズムのダイクロイック反射薄膜を、一定方向に膜厚を変えて反射波長特性を変化させた傾斜薄膜とすることを特徴とする請求項19に記載の光学エンジン。20. The optical engine according to claim 19, wherein the dichroic reflective thin films of the dichroic mirror and the dichroic mirror prism are inclined thin films whose reflection wavelength characteristics are changed by changing the film thickness in a certain direction. 前記第3の偏光ビームスプリッタプリズムのサイズは、前記第1の偏光ビームスプリッタプリズム、及び前記第2の偏光ビームスプリッタプリズムのサイズよりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の光学エンジン。3. The optical engine according to claim 2, wherein a size of the third polarizing beam splitter prism is larger than sizes of the first polarizing beam splitter prism and the second polarizing beam splitter prism. 前記第3の偏光ビームスプリッタプリズムは、角面取り部を有することを特徴とする請求項22に記載の光学エンジン。The optical engine according to claim 22, wherein the third polarizing beam splitter prism has a chamfered portion. 前記第1の偏光ビームスプリッタプリズム、前記第2の偏光ビームスプリッタプリズム及び前記ダイクロイックミラープリズムの上下両面は黒色塗料が塗布されていることを特徴とする請求項1に記載の光学エンジン。2. The optical engine according to claim 1, wherein black paint is applied to both upper and lower surfaces of the first polarizing beam splitter prism, the second polarizing beam splitter prism, and the dichroic mirror prism. 前記第1の偏光ビームスプリッタプリズム、前記第2の偏光ビームスプリッタプリズム及び前記第3の偏光ビームスプリッタプリズムの上下両面に黒色塗料を塗布することを特徴とする請求項2に記載の光学エンジン。3. The optical engine according to claim 2, wherein black paint is applied to both upper and lower surfaces of the first polarizing beam splitter prism, the second polarizing beam splitter prism, and the third polarizing beam splitter prism. 請求項1乃至請求項25の何れか1項に記載の光学エンジンと、An optical engine according to any one of claims 1 to 25;
前記3枚の反射型液晶表示素子を駆動する駆動回路とを有すること特徴とする液晶プロジェクタ。A liquid crystal projector comprising a drive circuit for driving the three reflective liquid crystal display elements.
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