JP4051665B2

JP4051665B2 - Projection display device

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Publication number: JP4051665B2
Application number: JP2002036433A
Authority: JP
Inventors: 敬一前野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2002-02-14
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: JP2003241144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置の偏光ビームスプリッターを備えた投射表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、不定偏光から３原色光に係るＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色光を分解して対応色の空間光変調素子に導き、当該空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。
【０００３】
カラー投射表示装置は、それに適用される空間光変調素子の種類によって３種類に大別される。例えば、透過型の空間光変調素子を適用したもの、反射型の空間光変調素子を適用したもの、また、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００４】
透過型の空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型の空間光変調素子は、高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００５】
特に、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置は、空間光変調素子を照射する入射光と当該空間光変調素子で変調された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッターを必要とする。高コントラストを実現するためには一つの空間光変調素子に対して、通常２つ以上の偏光ビームスプリッターを作用させるために、これが反射型の投射表示装置の光学構成を複雑にしていた。
【０００６】
このような反射型の空間光変調素子における光学構成の課題を解決した色分解合成光学系が、最近、米国のカラーリンク社（Ｃｏｌｏｒｌｉｎｋｉｎｃ．）から提供された。また、これに関しては、文献（Michael G.Robinson et."High Contrast Color Splitting Architecture Using Color Polaraization Filters",SID 00 DIGEST ,92-95(2000)に紹介されている。
【０００７】
図３は、カラーリンク社が提供する反射型空間光変調素子を適用した投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
色分解合成光学系２９０（図中破線で囲まれた部分）は、立方体または角柱状の第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５を、その偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであり、さらに、第１の偏光ビームスプリッター１０２の入射側の透光面（図３においては、第１の偏光ビームスプリッターの左側面）１０２ａ、及び第４の偏光ビームスプリッター１０５の出射側の透光面（図３においては、第４の偏光ビームスプリッターの右側面）１０５ｃには、共にＧ光の偏波面を９０°回転する機能を有する第１の波長選択性偏光変換手段（以下、Ｇ用位相板という）１０６、１０７を、また、第１と第３の偏光ビームスプリッター１０２、１０４間及び第３と第４の偏光ビームスプリッター１０４、１０５間には、共にＲ光の偏波面を９０°回転させる機能を有する第２の波長選択性偏光変換手段（以下、Ｒ用位相板という）１０８、１０９を備えている。
【０００８】
ここで、Ｓ偏光及びＰ偏光は、直線偏光の偏波面と、それが入射する偏光ビームスプリッターの偏光分離面との相対関係で決まり、直線偏光の偏波面が偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対する入射面に垂直である場合にはＳ偏光といい、平行である場合にはＰ偏光という。
【０００９】
上記Ｇ用位相板１０６、１０７には、図４に示す特性を有する位相板が適用される。図４においてクロス−ポラライザー（Crossed Polarizers）とは、波長選択性偏光変換手段を介して偏光子と検光子とをクロスに配置して測定したときの出力光の分光特性であり、パラレル−ポラライザー（Parallel Polaraizers）とは、偏光子と検光子とをパラレルに配置したときの出力光の分光特性である。同図より、Ｇ光の偏波面が９０°回転していることが分かる。
【００１０】
また、上記Ｒ用位相板１０８、１０９は図５に示す特性を有している。図５においてクロス−ポラライザー及びパラレル−ポラライザーとは、上記と同じ意味である。同図より、Ｒ光の偏波面が９０°回転していることが分かる。
【００１１】
また、Ｂ光の偏波面のみを９０°回転させる機能を有する波長選択性偏光変換手段（Ｂ用位相板）も作製することが可能である。
なお、これらの波長選択性偏光変換手段については、ＵＳＰ５７５１３８４に詳細に説明されている。
【００１２】
上記の色分解合成光学系２９０においては、第１の偏光ビームスプリッター１０２が入射側偏光ビームスプリッターとなり、また、その対角に位置する第４の偏光ビームスプリッター１０５が出射側偏光ビームスプリッターとなる。また、その中間位置に配置された第２及び第３の偏光ビームスプリッター１０３、１０４は、反射型空間光変調素子を照射する入射光と当該反射型空間光変調素子で変調された反射光を分離する作用をする、いわゆる主偏光ビームスプリッターとなる。
【００１３】
上記色分解合成光学系２９０の第２の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）１０３の透光面１０３ｃ側にはＧ対応の反射型空間光変調素子１６１を、第３の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）１０４の透光面１０４ｂ側にはＲ対応の反射型空間光変調素子１６２を、また透光面１０４ａ側にはＢ対応の反射型空間光変調素子１６３を備え、さらに第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）１０２の入射側前方には不定偏光を発する光源１７１及び第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）１０２の偏光分離面１２１に対してＳ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択した第１の偏光板１８１を備え、また第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１０５の出射側後方には、第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１０５の偏光分離面１５１に対してＰ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択した第２の偏光板１８２、及びカラーの映像光を拡大投影する投射レンズ１９１を備えて投射表示装置３００を構成している。
【００１４】
なお、第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５の各偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１は、その入射面が共通面となるように配置されているため、Ｓ偏光及びＰ偏光を決める直線偏光の偏波面と偏光分離面との相対関係は、全ての偏光ビームスプリッターに対して同じとなることから、以後Ｓ偏光及びＰ偏光がいずれの偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対するものであるかの説明は省略する。
【００１５】
上記投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１７１から発した不定偏光は、第１の偏光板１８１に入射する。そして、Ｓ偏光のみが第１の偏光板１８１を透過して、Ｇ用位相板１０６に入射する。
Ｇ用位相板１０６はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段（図４を参照）であるため、Ｇ用位相板１０６を透過するＧ光（図３の実線）に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、Ｇ用位相板１０６は、Ｒ光（図３の破線）及びＢ光（図３の２点鎖線）に対しては何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
以後、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。
【００１６】
先ず、Ｇ用位相板１０６を透過したＰ偏光のＧ光（実線）は、第１及び第２の偏光ビームスプリッター１０２、１０３の偏光分離面１２１、１３１を透過直進して、第２の偏光ビームスプリッター１０３の透光面１０３ｃより出射してＧ対応の反射型空間光変調素子１６１に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６１においてＧ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００１７】
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッター１０３の偏光分離面１３１で反射され、第４の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター１０５の偏光分離面１５１において反射され、第４の偏光ビームスプリッター１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７は、前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００１８】
次に、Ｒ光（破線）について説明する。
Ｇ用位相板１０６を透過したＳ偏光のＲ光は、第１の偏光ビームスプリッター１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用位相板１０８に入射する。ここで、Ｒ用位相板１０８はＲ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｒ光はＳ偏光からＰ偏光に偏光変換されてこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッター１０４に入射する。さらに、Ｐ偏光のＲ光は第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１を直進透過して透光面１０４ｂより出射し、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＲ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００１９】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１で反射され、Ｒ用位相板１０９に入射する。当該Ｒ用位相板１０９において、Ｒ光のＳ偏光成分はＰ偏光に偏光変換されて第４の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッター１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７はＲ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２０】
次に、Ｂ光（２点鎖線）について説明する。
Ｇ用位相板１０６を透過したＳ偏光のＢ光は、第１の偏光ビームスプリッター１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用位相板１０８に入射する。ここで、Ｒ用位相板１０８は、上記したようにＲ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッター１０４に入射する。
【００２１】
Ｓ偏光のＢ光は第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１で反射され透光面１０４ａより出射し、Ｂ対応の反射型空間光変調素子１６３に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６３においてＢ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００２２】
光変調されて生成したＢ光のＰ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１を透過直進しＲ用位相板１０９に入射する。当該Ｒ用位相板１０９は上記したようにＢ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射して第４の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッター１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７は前述したように、Ｇ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２３】
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面はＰ偏光に揃えられて、投射レンズ１９１を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
以上説明したように、上記投射表示装置３００によれば、１つの反射型空間光変調素子に対して３個の偏光ビームスプリッターを作用させていながら、比較的簡易な光学構成とすることができ、高コントラストな投射表示装置が実現できるという特徴を有している。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、４つの偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５に用いられる偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１は、光学膜により形成されているが、図４に示すように、この光学膜は、光の入射角をパラメータとして、透過率の波長依存性がある。図６は、偏光ビームスプリッターの透光面への入射光の入射角βをパラメータとした時のＰ偏光の透過率の可視波長領域での波長依存性を示す図である。図６中、偏光ビームスプリッターの透光面への入射光の入射角βは、ａが０°、ｂが−６°、ｃが−１５°、ｄが＋６°、ｅが＋１５°の場合を示す。
なお、入射角βは、偏光ビームスプリッターへの入射光が光軸となす角である。
図６に示すように、偏光ビームスプリッターの透光面への入射光の入射角βが±６°以内の場合には、Ｐ偏光の透過率の波長依存性は比較的一定しているが、これ以上になると、大きな波長依存性を有すると共に透過率が低下する。
【００２５】
通常、不定偏光の中には、偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１に対して、光軸に平行に入射する主光線や前記した所定の角度以外の角度で入射する光も含まれるため、主光線を偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１に光軸に平行に入射させることができても、それ以外の光は、光軸と平行に入射させることができない。このため、前記したように、不定偏光を偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１に入射させた場合には、それらの偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１での透過率が波長によって異なるため、色再現性が悪くなる。
【００２６】
この対策として、偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１に入射させる不定偏光の入射角度を狭く絞って透過率の波長依存性を低減することが考えられる。
しかし、絞られた以外の不定偏光は外光となり、投射表示装置には利用されないことになるので、明るさの低下を生じる結果となる。
【００２７】
また、光源１７１から発する光が偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５で吸収されることによる熱分布を生じて、これらの偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５の中の温度差により屈折率が変化して、複屈折が生じるため、映像品質を低下させていた。
更に、投射表示装置の小型軽量化が望まれているが、この投射表示装置中で偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５は最も重たいため、軽くする必要があった。
【００２８】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、明るく、映像品質が良好、かつ軽量な投射表示装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに対角方向に配置された第１の偏光分離手段及び偏光ビームスプリッターと、前記対角方向に直交する対角方向にそれぞれ配置された第２の偏光分離手段及び第３の偏光分離手段と、前記第２の偏光分離手段の前記第１の偏光分離手段が配置されている側と反対側に配置された第１の反射型空間光変調素子と、前記第３の偏光分離手段の前記第１の偏光分離手段が配置されている側と反対側に配置された第２の反射型空間光変調素子と、前記第３の偏光分離手段の前記偏光ビームスプリッターが配置されている側と反対側に配置された第３の反射型空間光変調素子と、Ｓ偏光の３原色光を含んだ光の入射側の前記第１の偏光分離手段の前方に配置された第１の色用位相板と、前記第１の偏光分離手段と前記第３の偏光分離手段との間に配置された第２の色用位相板と、前記第３の偏光分離手段と前記偏光ビームスプリッターとの間に配置された第３の色用位相板と、前記偏光ビームスプリッターの出射側に配置された第４の色用位相板とから構成され、
Ｓ偏光の３原色光を含んだ光を前記第１〜第３の偏光分離手段及び前記第１、第２の色用位相板により各色光に色分解した後、前記第１〜第３の反射型空間光変調素子により各色光の映像信号に対応して光変調すると共に反射させ、前記第３の色用位相板と前記第２、前記第３の偏光分離手段と前記偏光ビームスプリッターと前記第４の色用位相板とにより色合成を行ってＰ偏光の３原色光を出射してカラー画像を得る投射表示装置において、
前記第１〜第３の偏光分離手段に入射する前記３原色光のいずれかが光軸となす角を入射角αとするとき、前記第１〜第３の偏光分離手段を、前記入射角αが１５°以内で、かつＰ偏光の前記第３原色光の透過率が各色光の可視波長領域で０．８〜０．９であるワイヤグリッド偏光分離板で構成したことを特徴とする投射表示装置を提供する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る色分解合成光学系及び投射表示装置を示す図である。
本発明の実施形態に係る投射表示装置１は、従来の投射表示装置における第１〜第３の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４の代わりに第１〜第３のワイヤグリッド偏光分離板８、９、１１にしたものであり、それ以外は同様である。
【００３１】
ここで、本発明の実施形態に用いられるワイヤグリッド偏光分離板の特性を図２に示す。
図２は、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αをパラメータとした時のＰ偏光の透過率の波長依存性を示す図である。図２中、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αは、ａが０°、ｂが−１５°、ｃが＋１５°の場合を示す。なお、入射角αは、ワイヤグリッド分離偏光板への入射光が光軸となす角である。
図２に示すように、従来よりも広い入射角である±１５°となってもＰ偏光の透過率の波長依存性は可視波長領域で極めて小さく、安定している。このため、偏光ビームスプリッターの代わりにワイヤグリッド偏光分離板を用いると、明るく、色再現性の良好な投射表示装置が得られることがわかる。また、ワイヤグリッド偏光分離板は、偏光ビームスプリッターと異なり、一枚の板状の偏光分離板であるので、軽量である。また、投射表示装置に組み込まれた場合でも、光源から発する光を吸収しにくいため、複屈折による映像品質の低下を抑えることができる。
【００３２】
以下に本発明の実施形態に係る色分解合成光学系及び投射表示装置について詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る投射表示装置１は、不定偏光を出射する光源２と、この不定偏光からＳ偏光の関係を有する直線偏光のみの３原色光を透過させるように透過軸を選択した第１の偏光板３と、この第１の偏光板３から出射される直線偏光を３原色光に色分解し、この色分解された３原色光を各色光用の映像信号で変調した後、再び色合成を行ってカラー画像にする色分解合成光学系４と、色合成されたカラー画像をＰ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択する第２の偏光板５と、Ｐ偏光となったカラー画像を拡大投影する投射レンズ６と、からなる。
【００３３】
色分解合成光学系４は、第１の偏光板３を通過したＳ偏光の不定偏光のうち、Ｇ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にする機能を有する第１のＧ用位相板７と、第１のＧ用位相板７を透過した３原色光のうち、Ｐ偏光のＧ光を透過し、Ｓ偏光のその他の光を反射させ、Ｇ光の光軸に対して４５°の角度を有して配置された第１のワイヤグリッド偏光分離板８と、Ｐ偏光のＧ光を透過し、Ｓ偏光のＧ光を反射させ、Ｇ光の光軸に対して、１３５°の角度を有して配置された第２のワイヤグリッド偏光分離板９と、第１のワイヤグリッド偏光分離板８で反射されたＳ偏光のその他の光のうち、Ｒ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にする機能を有する第１のＲ用位相板１０と、この第１のＲ用位相板１０を通過したＲ光とその他の光（即ち、Ｂ光）のうち、Ｐ偏光のＲ光を透過させ、Ｓ偏光のＢ光を反射させ、Ｒ光の光軸に対して、４５°の角度を有して配置された第３のワイヤグリッド偏光分離板１１と、からなる。
【００３４】
更に、第２のワイヤグリッド偏光分離板９のＧ光の透過側には、Ｐ偏光のＧ光を映像信号に応じて光変調し、Ｓ偏光にして反射するＧ対応の反射型空間光変調素子１２と、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１のＲ光の透過側には、Ｐ偏光のＲ光を映像信号に応じて光変調し、Ｓ偏光にして反射するＲ対応の反射型空間光変調素子１３と、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１でＢ光が反射された側には、Ｓ偏光のＢ光を映像信号に応じて光変調し、Ｐ偏光にして反射するＢ対応の反射型空間光変調素子１４と、反射型空間光変調素子１３から反射されるＳ偏光のＲ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にする機能を有する第２のＲ用位相板１５と、からなる。
【００３５】
更にまた、第２のワイヤグリッド偏光分離板９から反射されたＳ偏光のＧ光を反射し、第２のＲ用位相板１５を透過するＰ偏光のＢ光及びＲ光を透過させる偏光分離面１６ａを有する偏光ビームスプリッタ１６と、Ｐ偏光のＲ光及びＢ光をそのまま透過させ、Ｓ偏光のＧ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にする機能を有する第２のＧ用位相板１７と、からなる。
【００３６】
次に、その動作について説明する。
光源２から出射した不定偏光を第１の偏光板３に入射させる。そして、第１の偏光板３でこの不定偏光からＳ偏光のみの関係を有する直線偏光のみの３原色光を透過して第１のＧ用位相板７に入射する。第１のＧ用位相板７はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、第１のＧ用位相板７を透過するＧ光に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、第１のＧ用位相板７は、Ｒ光及びＢ光に対して何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
【００３７】
第１のＧ用位相板７を透過したＰ偏光のＧ光は、第１及び第２のグリッドワイヤ分離偏光板８、９を透過直進して、Ｇ対応の反射型空間光変調素子１２に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１２においてＧ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッター１６の透光面１６ｂから入射し、偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面１６ａにおいて反射され、第２のＧ用位相板１７に入射する。第２のＧ用位相板１７は前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００３８】
次に、Ｒ光について説明する。
第１のＧ用偏光板７を透過したＳ偏光のＲ光は、第１のワイヤグリッド分離偏光板８で反射され、第１のＲ用位相板１０に入射する。
ここで、第１のＲ用位相板１０は、Ｒ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｒ光はＳ偏光からＰ変更に偏光されてこれを出射し、第３のグリッドワイヤ分離偏光板１１に入射する。更に、Ｐ偏光のＲ光は、第３のグリッドワイヤ分離偏光板１１を透過してＲ対応の反射型空間光変調素子１３に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１３においてＲ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００３９】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３のグリッドワイヤ分離偏光板１３で反射され、第２のＲ用位相板１５に入射する。当該第２のＲ用位相板１５において、Ｒ光のＳ偏光成分はＰ偏光に偏光変換されて偏光ビームスプリッター１６に入射する。そして、偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面１６ａを透過直進して第２のＧ用位相板１７に入射する。第２のＧ用位相板１７は、Ｒ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００４０】
次に、Ｂ光について説明する。
第１のＧ用位相板７を透過したＳ偏光のＢ光は、第１のグリッドワイヤ分離偏光板８で反射され、第１のＲ用位相板１０に入射する。ここで、第１のＲ用位相板１０は、上記したように、Ｒ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は、偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３のグリッドワイヤ分離偏光板１１に入射する。
【００４１】
Ｓ偏光のＢ光は、第３のグリッドワイヤ分離偏光板１１で反射されて、Ｂ対応の反射型空間光変調素子１４において、Ｂ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００４２】
光変調されて生成したＢ光のＰ偏光成分は、第３のグリッドワイヤ分離偏光板１１を透過直進し，第２のＲ用位相板１５に入射する。当該第２のＲ用位相板１５は、上記したように、Ｂ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光は、Ｐ偏光のままこれを出射して偏光ビームスプリッター１６に入射する。そして、偏光ビームスプリッター１６の偏光分離面１６ａを透過直進して、その透光面１６ｃより出射し、後段に配置した第２のＧ用位相板１７に入射する。
第２のＧ用位相板１７は、前記したように、Ｇ光のみに作用し、Ｂ光には何ら作用しないため、Ｂ光は、Ｐ偏光のままこれを出射する。
【００４３】
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面は、Ｐ偏光に揃えられて、Ｐ偏光光のみを透過する第２の偏光板５、投射レンズ６を介して図示しないスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
【００４４】
以上のように、本発明の実施形態によれば、Ｐ偏光の透過率の波長依存性が少なく、板状のワイヤグリッド偏光分離板８、９、１１を用いているので、軽量で、かつ熱分布による複屈折が生じないため、映像品質の良好な色分解合成光学系が得られる。
また、この色分解合成光学系を用いた投射表示装置は、明るく、良好な映像品質の画像を得ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、対角方向に配置された第１の偏光分離手段及び第２の偏光分離手段と、前記対角方向に直交する対角方向に配置された第３の偏光分離手段及び第４の偏光分離手段と、前記第１の偏光分離手段が光入射側、前記第２の偏光分離手段が出射側に配置される時、前記第１の偏光分離手段の光入射側、前記第２の偏光分離手段の光出射側及び前記第１乃至前記第４の偏光分離手段の内側対向面のうち、２つ以上の前記内側対向面の間に配置され、前記第１の偏光分離手段の光入射側から入射する所定の３原色光の偏波面を９０°回転させる波長選択性変換手段と、からなり、前記第１、第３及び第４の偏光分離手段は、板状のワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第４の偏光分離手段は、偏光ビームスプリッターであるので、軽量で、かつ熱分布による複屈折が生じないため、映像品質の良好な色分解合成光学系が得られる。
また、これを用いた投射表示装置では、明るく、良好な映像品質の画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る色分解合成光学系及び投射表示装置を示す図である。
【図２】ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αをパラメータとした時のＰ偏光の透過率の波長依存性を示す図である。
【図３】カラーリンク社が提供する反射型空間光変調素子を適用した投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
【図４】Ｇ用位相板の分光特性である。
【図５】Ｒ用位相板の分光特性である。
【図６】偏光ビームスプリッターの透光面への入射光の入射角βをパラメータとした時のＰ偏光の透過率の可視波長領域での波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
１…投射表示装置、２…光源、３…第１の偏光板、４…色分解合成光学系、５…第２の偏光板、６…投射レンズ、７…第１のＧ用位相板、８…第１のワイヤグリッド偏光分離板（第１の偏光分離手段）、９…第２のワイヤグリッド偏光分離板（第３の偏光分離手段）、１０…第１のＲ用位相板、１１…第３のワイヤグリッド偏光分離板（第４の偏光分離手段）、１２…Ｇ対応の反射型空間光変調素子、１３…Ｒ対応の反射型空間光変調素子、１４…Ｂ対応の反射型空間光変調素子、１５…第２のＲ用位相板、１６…偏光ビームスプリッター（第２の偏光分離手段）、１６ａ…偏光分離面、１７…第２のＧ用位相板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention includes a polarizing beam splitter for a projection display device using a reflective spatial light modulator.Projection display deviceAbout.
[0002]
[Prior art]
The color projection display device decomposes R (red), G (green), and B (blue) color lights related to the three primary colors from indefinite polarized light and leads them to the corresponding spatial light modulation elements. Color light modulated according to the video signal is synthesized and projected to display a color video on the screen.
[0003]
Color projection display devices are roughly classified into three types depending on the type of spatial light modulation element applied thereto. For example, there are a device to which a transmissive spatial light modulator is applied, a device to which a reflective spatial light modulator is applied, and a device to which DMD (Digital Mirror Device) is applied.
[0004]
The transmissive spatial light modulator and DMD can be reduced in size easily because the optical configuration can be made relatively simple, but it is difficult to achieve high resolution. On the other hand, the reflective spatial light modulator is advantageous for high resolution, but it is difficult to reduce the size because the optical configuration becomes complicated.
[0005]
In particular, a projection display device to which a reflective spatial light modulation element is applied requires a polarization beam splitter to separate incident light that irradiates the spatial light modulation element and reflected light modulated by the spatial light modulation element. To do. In order to realize high contrast, two or more polarization beam splitters are usually applied to one spatial light modulation element, which complicates the optical configuration of the reflection type projection display device.
[0006]
A color separation / synthesis optical system that solves the problem of the optical configuration of such a reflective spatial light modulator has recently been provided by Colorlink Inc. of the United States. This is also introduced in the literature (Michael G. Robinson et. “High Contrast Color Splitting Architecture Using Color Polarization Filters”, SID 00 DIGEST, 92-95 (2000)).
[0007]
FIG. 3 is a schematic plan view showing an optical configuration of a projection display device to which a reflective spatial light modulation element provided by Color Link is applied.
The color separation / synthesis optical system 290 (the portion surrounded by the broken line in the figure) separates the first, second, third, and fourth polarization beam splitters 102, 103, 104, and 105 that are cubic or prismatic in their polarization separation. The surfaces 121, 131, 141, 151 are arranged so as to intersect in a substantially X shape, and the light transmitting surface on the incident side of the first polarization beam splitter 102 (in FIG. 3, the first polarization Both the beam splitter left side) 102a and the light transmitting surface of the fourth polarizing beam splitter 105 on the light transmitting surface (the right side surface of the fourth polarizing beam splitter in FIG. 3) 105c both have G light polarization planes. First wavelength-selective polarization conversion means (hereinafter referred to as G phase plate) 106, 107 having a function of rotating 90 °, and between the first and third polarization beam splitters 102, 104 and Between the third and fourth polarization beam splitters 104 and 105, second wavelength selective polarization conversion means (hereinafter referred to as R phase plates) 108 and 109 each having a function of rotating the polarization plane of the R light by 90 °. It has.
[0008]
Here, the S-polarized light and the P-polarized light are determined by the relative relationship between the polarization plane of the linearly polarized light and the polarization separation surface of the polarization beam splitter on which the polarization is incident, and the polarization plane of the linearly polarized light is incident on the polarization separation surface of the polarization beam splitter. When it is perpendicular to the surface, it is called S-polarized light, and when it is parallel, it is called P-polarized light.
[0009]
A phase plate having the characteristics shown in FIG. 4 is applied to the G phase plates 106 and 107. In FIG. 4, crossed polarizers are spectral characteristics of output light when measured with a polarizer and an analyzer arranged in a cross via wavelength-selective polarization conversion means, and a parallel-polarizer ( Parallel Polaraizers) is a spectral characteristic of output light when a polarizer and an analyzer are arranged in parallel. From the figure, it can be seen that the polarization plane of the G light is rotated by 90 °.
[0010]
The R phase plates 108 and 109 have the characteristics shown in FIG. In FIG. 5, the cross-polarizer and the parallel-polarizer have the same meaning as described above. From the figure, it can be seen that the polarization plane of the R light is rotated by 90 °.
[0011]
It is also possible to produce wavelength selective polarization conversion means (B phase plate) having a function of rotating only the polarization plane of the B light by 90 °.
These wavelength selective polarization conversion means are described in detail in US Pat. No. 5,751,384.
[0012]
In the color separation / synthesis optical system 290 described above, the first polarization beam splitter 102 serves as an incident-side polarization beam splitter, and the fourth polarization beam splitter 105 located at the diagonal thereof serves as an exit-side polarization beam splitter. The second and third polarization beam splitters 103 and 104 arranged at the intermediate position separate incident light that irradiates the reflective spatial light modulator and reflected light modulated by the reflective spatial light modulator. This is a so-called main polarization beam splitter.
[0013]
A reflective spatial light modulator 161 corresponding to G is provided on the light transmitting surface 103c side of the second polarization beam splitter (main polarization beam splitter) 103 of the color separation / synthesis optical system 290, and a third polarization beam splitter (main polarization). The beam splitter) 104 includes an R-compatible reflective spatial light modulator 162 on the translucent surface 104b side, and a B-compatible reflective spatial light modulator 163 on the translucent surface 104a side. The S-polarized light is related to the light source 171 that emits indefinite polarization in front of the incident side of the beam splitter (incident side polarizing beam splitter) 102 and the polarization separation surface 121 of the first polarizing beam splitter (incident side polarizing beam splitter) 102. A first polarizing plate 181 having a transmission axis selected so as to transmit only the linearly polarized light having the fourth polarizing beam splitter. Only the linearly polarized light having the relationship of P-polarized light is transmitted to the polarization separation surface 151 of the fourth polarization beam splitter (emission side polarization beam splitter) 105 on the rear side of the emission side polarization beam splitter (105). As described above, the projection display apparatus 300 includes the second polarizing plate 182 that selects the transmission axis and the projection lens 191 that enlarges and projects the color image light.
[0014]
The polarization separation surfaces 121, 131, 141, 151 of the first, second, third, and fourth polarization beam splitters 102, 103, 104, and 105 are arranged so that their incident surfaces are common surfaces. Therefore, the relative relationship between the polarization plane and the polarization separation plane of the linearly polarized light that determines the S-polarized light and the P-polarized light is the same for all the polarized beam splitters. Description of whether the beam splitter is for the polarization separation surface is omitted.
[0015]
The projection display device 300 operates as follows.
Indefinite polarized light emitted from the light source 171 enters the first polarizing plate 181. Then, only the S-polarized light passes through the first polarizing plate 181 and enters the G phase plate 106.
Since the G phase plate 106 is wavelength selective polarization conversion means (see FIG. 4) that rotates the plane of polarization of only the G light by 90 °, the G light is transmitted to the G phase plate 106 (solid line in FIG. 3). Such S-polarized light is converted to P-polarized light. Further, since the G phase plate 106 does not act on the R light (broken line in FIG. 3) and the B light (two-dot chain line in FIG. 3), they remain S-polarized light.
Hereinafter, the transition of the optical path and the plane of polarization of each color light will be described individually.
[0016]
First, the P-polarized G light (solid line) that has passed through the G phase plate 106 passes straight through the polarization separation surfaces 121 and 131 of the first and second polarization beam splitters 102 and 103 and passes through the second polarization beam. The light exits from the light-transmitting surface 103 c of the splitter 103 and enters the G-type reflective spatial light modulator 161. Then, the reflection type spatial light modulation element 161 receives light modulation according to the video signal corresponding to G and reflects the light.
[0017]
The S-polarized component of the G light generated by the light modulation is reflected by the polarization separation surface 131 of the second polarization beam splitter 103 and enters the fourth polarization beam splitter 105. Then, the light is reflected by the polarization separation surface 151 of the fourth polarization beam splitter 105, is emitted from the light transmission surface 105 c of the fourth polarization beam splitter 105, and is incident on the G phase plate 107 disposed at the subsequent stage.
Since the G phase plate 107 has a function of rotating the polarization plane of the G light by 90 ° as described above, the S polarization of the G light is converted into P polarization and emitted.
[0018]
Next, R light (broken line) will be described.
The S-polarized R light transmitted through the G phase plate 106 is reflected by the polarization separation surface 121 of the first polarization beam splitter 102 and enters the R phase plate 108. Here, since the R phase plate 108 is a wavelength-selective polarization conversion means for rotating the polarization plane of the R light by 90 °, the R light is converted from S-polarized light to P-polarized light, and is emitted therefrom. The light enters the polarization beam splitter 104. Further, the P-polarized R light travels straight through the polarization separation surface 141 of the third polarization beam splitter 104, exits from the light transmission surface 104 b, and enters the R-compatible reflective spatial light modulation element 162. Then, the reflection type spatial light modulation element 162 receives the light modulation corresponding to the video signal corresponding to R and is reflected.
[0019]
The S-polarized component of the R light generated by the light modulation is reflected by the polarization separation surface 141 of the third polarization beam splitter 104 and enters the R phase plate 109. In the R phase plate 109, the S-polarized component of the R light is converted into P-polarized light and enters the fourth polarizing beam splitter 105. Then, the light travels straight through the polarization separation surface 151 of the fourth polarization beam splitter 105, exits from the light transmission surface 105 c of the fourth polarization beam splitter 105, and enters the G phase plate 107 disposed at the subsequent stage.
The G phase plate 107 does not act on the R light, and the R light is emitted as P-polarized light.
[0020]
Next, the B light (two-dot chain line) will be described.
The S-polarized B light transmitted through the G phase plate 106 is reflected by the polarization separation surface 121 of the first polarization beam splitter 102 and enters the R phase plate 108. Here, as described above, the R phase plate 108 acts only on the R light and does not act on the B light. Therefore, the B light is emitted as it is without being subjected to polarization conversion and remains as S-polarized light. The light enters the polarization beam splitter 104.
[0021]
The S-polarized B light is reflected by the polarization separation surface 141 of the third polarization beam splitter 104, exits from the light transmitting surface 104a, and enters the B-type reflective spatial light modulator 163. Then, the reflection type spatial light modulation element 163 receives light modulation according to the video signal corresponding to B and is reflected.
[0022]
The P-polarized component of the B light generated by the light modulation is transmitted through the polarization separation surface 141 of the third polarization beam splitter 104 and enters the R phase plate 109. Since the R phase plate 109 does not act on the B light as described above, the B light exits the P-polarized light and enters the fourth polarizing beam splitter 105. Then, the light travels straight through the polarization separation surface 151 of the fourth polarization beam splitter 105, exits from the light transmission surface 105 c of the fourth polarization beam splitter 105, and enters the G phase plate 107 disposed at the subsequent stage.
As described above, since the G phase plate 107 acts only on the G light and does not act on the B light, the B light is emitted as P-polarized light.
[0023]
In this way, the polarization planes of the R light, G light, and B light are aligned with P polarized light, and a color image is enlarged and displayed on a screen (not shown) via the projection lens 191.
As described above, according to the projection display device 300, it is possible to achieve a relatively simple optical configuration while operating three polarization beam splitters on one reflective spatial light modulator. It has a feature that a high-contrast projection display device can be realized.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, the polarization separation surfaces 121, 131, 141, 151 used for the four polarization beam splitters 102, 103, 104, 105 are formed of optical films. As shown in FIG. With the incident angle of light as a parameter, there is a wavelength dependency of transmittance. FIG. 6 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light in the visible wavelength region when the incident angle β of incident light on the light transmitting surface of the polarizing beam splitter is used as a parameter. In FIG. 6, the incident angle β of the incident light to the light transmitting surface of the polarizing beam splitter is a case where a is 0 °, b is −6 °, c is −15 °, d is + 6 °, and e is + 15 °. Show.
Note that the incident angle β is an angle formed by the light incident on the polarizing beam splitter and the optical axis.
As shown in FIG. 6, when the incident angle β of the incident light on the light transmitting surface of the polarizing beam splitter is within ± 6 °, the wavelength dependence of the transmittance of the P-polarized light is relatively constant. If it exceeds this, it has a large wavelength dependency and the transmittance is lowered.
[0025]
Usually, the indefinite polarization includes principal rays incident parallel to the optical axis and light incident at an angle other than the predetermined angle with respect to the polarization separation surfaces 121, 131, 141, 151. Even if the principal ray can be incident on the polarization splitting surfaces 121, 131, 141, 151 in parallel to the optical axis, other light cannot be incident in parallel with the optical axis. For this reason, as described above, when indefinitely polarized light is incident on the polarization separation surfaces 121, 131, 141, 151, the transmittance on the polarization separation surfaces 121, 131, 141, 151 differs depending on the wavelength. , Color reproducibility deteriorates.
[0026]
As a countermeasure, it is conceivable to reduce the wavelength dependency of the transmittance by narrowing the incident angle of the indefinite polarized light incident on the polarization separation surfaces 121, 131, 141, 151.
However, indefinite polarized light other than that which has been reduced becomes outside light and is not used in the projection display device, resulting in a decrease in brightness.
[0027]
Further, the light emitted from the light source 171 is absorbed by the polarizing beam splitters 102, 103, 104, and 105, thereby generating a heat distribution, and the refractive index is changed by the temperature difference in these polarizing beam splitters 102, 103, 104, and 105. Changes, resulting in birefringence, which deteriorates the image quality.
Further, it is desired to reduce the size and weight of the projection display device. However, the polarizing beam splitters 102, 103, 104, and 105 are the heaviest in the projection display device, and thus it is necessary to reduce the weight.
[0028]
  Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and is bright, good in video quality, and lightweight.Projection display deviceThe purpose is to provide.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention includes a first polarization separation unit and a polarization beam splitter arranged diagonally to each other, and a second polarization separation unit and a third polarization arranged respectively in a diagonal direction orthogonal to the diagonal direction. Separating means, first reflective spatial light modulator disposed on the opposite side of the second polarized light separating means on which the first polarized light separating means is disposed, and the third polarized light separating means The second reflective spatial light disposed on the side opposite to the side on which the first polarization separation means is disposedmodulationAn element, and a third reflective spatial light modulator disposed on the opposite side of the third polarization separation means to the side on which the polarization beam splitter is disposed;A first color phase plate disposed in front of the first polarization separation means on the incident side of light including S-polarized three primary colors, the first polarization separation means, and the third polarization separation; A second color phase plate disposed between the polarization beam splitter, a third color phase plate disposed between the third polarization separation unit and the polarization beam splitter, and the polarization beam splitter. A fourth color phase plate disposed on the emission side,
  The first to third polarized light separating means for converting light including S-polarized three primary colorsAnd the first and second color phase platesAfter color separation into each color light by the above, the first to third reflective spatial light modulation elements are optically modulated and reflected according to the video signal of each color light,The third color phase plate;The second and third polarization separation meansWhenThe polarization beam splitterAnd the fourth color phase plateIn a projection display device that performs color composition by emitting three primary colors of P-polarized light to obtain a color image,
  The light incident on the first to third polarization separation means3 primary colorsWhen the angle formed by any of the optical axis and the optical axis is an incident angle α, the first to third polarization separation means are configured so that the incident angle α is within 15 ° and the P-polarized light isThird primary color lightThe transmittance ofFor each color lightA projection display device comprising a wire grid polarization separation plate having a visible wavelength region of 0.8 to 0.9 is provided.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a color separation / synthesis optical system and a projection display device according to an embodiment of the present invention.
The projection display device 1 according to the embodiment of the present invention includes first to third wire grid polarization separation plates 8 and 9 instead of the first to third polarization beam splitters 102, 103, and 104 in the conventional projection display device. , 11, and the others are the same.
[0031]
Here, the characteristics of the wire grid polarization separator used in the embodiment of the present invention are shown in FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light when the incident angle α of incident light on the wire grid polarization separator is used as a parameter. In FIG. 2, the incident angle α of the incident light to the wire grid polarization separator shows a case where a is 0 °, b is −15 °, and c is + 15 °. Incidentally, the incident angle α is an angle formed by the light incident on the wire grid separating polarizer and the optical axis.
As shown in FIG. 2, the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light is extremely small in the visible wavelength region and stable even when the incident angle is ± 15 ° which is wider than the conventional angle. For this reason, it can be seen that when a wire grid polarization separation plate is used instead of the polarization beam splitter, a bright projection display device with good color reproducibility can be obtained. Further, unlike the polarization beam splitter, the wire grid polarization separation plate is a single plate-like polarization separation plate, and thus is lightweight. In addition, even when incorporated in a projection display device, it is difficult to absorb light emitted from a light source, so that deterioration in image quality due to birefringence can be suppressed.
[0032]
Hereinafter, a color separation / synthesis optical system and a projection display device according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
In the projection display device 1 according to the embodiment of the present invention, the light source 2 that emits indefinite polarized light and the transmission axes are selected so as to transmit only the three primary colors of linearly polarized light having the relationship of S polarization from the indefinite polarized light. The first polarizing plate 3 and the linearly polarized light emitted from the first polarizing plate 3 are color-separated into three primary color lights, and the color-separated three primary color lights are modulated with video signals for each color light, and then again. A color separation / synthesis optical system 4 that performs color synthesis to form a color image, and a second polarizing plate 5 that selects a transmission axis so that only the linearly polarized light having the relationship of P-polarized light is transmitted through the color synthesized color image. , And a projection lens 6 for enlarging and projecting a color image that has become P-polarized light.
[0033]
  The color separation / combination optical system 4 is a first G phase plate having a function of rotating the polarization plane of G light by 90 ° into P polarization out of S polarization indefinite polarization that has passed through the first polarizing plate 3. 7 and among the three primary color light beams transmitted through the first G phase plate 7, P-polarized G light is transmitted, S-polarized other light is reflected, and 45 ° with respect to the optical axis of the G light. A first wire grid polarization separating plate 8 arranged at an angle, P-polarized G light is transmitted, S-polarized G light is reflected, and an angle of 135 ° with respect to the optical axis of the G light. Of the other S-polarized light reflected by the first wire grid polarization separation plate 9 and the second wire grid polarization separation plate 9 arranged with a rotation angle, the polarization plane of the R light is rotated by 90 °. The first R phase plate 10 having a function of converting to P-polarized light, and the R light and other light (that is, B light) that have passed through the first R phase plate 10 Among them, it is transmitted through the R light of the P polarized light, the S-polarized lightBAnd a third wire grid polarization separation plate 11 that reflects light and is disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the R light.
[0034]
Further, on the G light transmission side of the second wire grid polarization separator 9, a G-compatible reflective spatial light modulation element that modulates P-polarized G light in accordance with a video signal and reflects it as S-polarized light. 12 and the third wire grid polarization separation plate 11 on the R light transmission side, P-polarized R light is modulated in accordance with the video signal, and reflected as S-polarized spatial light modulation. On the side where the B light is reflected by the element 13 and the third wire grid polarization separation plate 11, a B-compatible reflective type that modulates the S-polarized B light according to the video signal and reflects it as P-polarized light. Spatial light modulation element 14 and second R phase plate 15 having a function of rotating the polarization plane of S-polarized R light reflected from reflective spatial light modulation element 13 by 90 ° into P-polarization. Become.
[0035]
Furthermore, a polarization separation surface that reflects the S-polarized G light reflected from the second wire grid polarization separation plate 9 and transmits the P-polarized B light and R light transmitted through the second R phase plate 15. A polarizing beam splitter 16 having 16a, and a second G phase plate having a function of transmitting P-polarized R light and B light as they are and rotating the polarization plane of S-polarized G light by 90 ° to make P-polarized light. 17.
[0036]
Next, the operation will be described.
Indefinitely polarized light emitted from the light source 2 is incident on the first polarizing plate 3. Then, the first polarizing plate 3 transmits the three primary color lights of only the linearly polarized light having the relationship of only the S polarized light from the indefinitely polarized light and enters the first G phase plate 7. Since the first G phase plate 7 is wavelength selective polarization conversion means for rotating the plane of polarization of only G light by 90 °, the S-polarized light associated with the G light transmitted through the first G phase plate 7 is P-polarized light. Is converted to In addition, since the first G phase plate 7 does not act on the R light and the B light, they remain S-polarized light.
[0037]
The P-polarized G light transmitted through the first G phase plate 7 travels straight through the first and second grid wire separating polarizers 8 and 9 and enters the G-type reflective spatial light modulator 12. To do. Then, the reflection type spatial light modulation element 12 receives light modulation according to the video signal corresponding to G and reflects the light.
The S-polarized component of the G light generated by the light modulation is incident from the light transmitting surface 16 b of the polarization beam splitter 16, reflected by the polarization separation surface 16 a of the polarization beam splitter 16, and incident on the second G phase plate 17. To do. Since the second G phase plate 17 has a function of rotating the polarization plane of the G light by 90 ° as described above, the S-polarized light of the G light is converted into P-polarized light and emitted.
[0038]
Next, the R light will be described.
The S-polarized R light transmitted through the first G-polarizing plate 7 is reflected by the first wire grid separation polarizing plate 8 and enters the first R-phase plate 10.
Here, since the first R phase plate 10 is a wavelength-selective polarization converting means for rotating the polarization plane of the R light by 90 °, the R light is polarized from S-polarized light to P-changed and emitted therefrom, The light enters the third grid wire separating polarizer 11. Further, the P-polarized R light is transmitted through the third grid wire separating polarizing plate 11 and enters the R-compatible reflective spatial light modulator 13. Then, the reflection type spatial light modulator 13 receives the light modulation corresponding to the video signal corresponding to R and reflects the light.
[0039]
The S-polarized component of the R light generated by the light modulation is reflected by the third grid wire separation polarizing plate 13 and enters the second R phase plate 15. In the second R phase plate 15, the S-polarized component of the R light is converted to P-polarized light and enters the polarizing beam splitter 16. Then, the light travels straight through the polarization separation surface 16 a of the polarization beam splitter 16 and enters the second G phase plate 17. The second G phase plate 17 does not act on the R light, and the R light is emitted as P-polarized light.
[0040]
Next, the B light will be described.
The S-polarized B light transmitted through the first G phase plate 7 is reflected by the first grid wire separation polarizing plate 8 and is incident on the first R phase plate 10. Here, as described above, the first R phase plate 10 acts only on the R light and does not act on the B light. Therefore, the B light is emitted as it is without being subjected to polarization conversion. Then, the light enters the third grid wire separation polarizing plate 11.
[0041]
The S-polarized B light is reflected by the third grid wire separating polarizing plate 11, and reflected by the B-compatible reflective spatial light modulator 14 after being subjected to light modulation corresponding to the B-compatible video signal.
[0042]
The P-polarized component of the B light generated by the light modulation travels straight through the third grid wire separating polarizing plate 11 and enters the second R phase plate 15. Since the second R phase plate 15 does not act on the B light as described above, the B light exits the P-polarized light and enters the polarization beam splitter 16. Then, the light travels straight through the polarization separation surface 16 a of the polarization beam splitter 16, exits from the light transmission surface 16 c, and enters the second G phase plate 17 disposed in the subsequent stage.
As described above, the second G phase plate 17 acts only on the G light and does not act on the B light. Therefore, the B light is emitted as P-polarized light.
[0043]
In this way, the polarization planes of the R light, G light, and B light are aligned with the P-polarized light, and the color is applied to the screen (not shown) via the second polarizing plate 5 and the projection lens 6 that transmits only the P-polarized light. Zoom in on the video.
[0044]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the wavelength dependency of the transmittance of P-polarized light is small, and the plate-like wire grid polarization separation plates 8, 9, and 11 are used. Since birefringence due to distribution does not occur, a color separation / synthesis optical system with good image quality can be obtained.
In addition, a projection display device using this color separation / synthesis optical system can obtain a bright and good image quality image.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first polarization separation means and the second polarization separation means arranged in the diagonal direction, and the third polarization arranged in the diagonal direction orthogonal to the diagonal direction. When the separation means, the fourth polarization separation means, and the first polarization separation means are arranged on the light incident side, and the second polarization separation means is arranged on the emission side, the light incidence side of the first polarization separation means The first polarized light is disposed between two or more inner facing surfaces of the light exit side of the second polarization separating means and the inner facing surfaces of the first to fourth polarization separating means. Wavelength selective conversion means for rotating the planes of polarization of predetermined three primary colors incident from the light incident side of the separation means by 90 °, and the first, third and fourth polarization separation means are plate-like A wire grid polarization separation plate, wherein the fourth polarization separation means is a polarization beam splitter. Runode, lightweight, and since the birefringence due to the heat distribution is not generated, better color combining optical system of the image quality can be obtained.
In addition, in a projection display device using this, a bright and good image quality image can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a color separation / synthesis optical system and a projection display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance of P-polarized light when the incident angle α of incident light on the wire grid polarization separator is used as a parameter.
FIG. 3 is a schematic plan view showing an optical configuration of a projection display device to which a reflective spatial light modulation element provided by Color Link is applied.
FIG. 4 is a spectral characteristic of a G phase plate.
FIG. 5 shows spectral characteristics of an R phase plate.
FIG. 6 is a diagram showing the wavelength dependence in the visible wavelength region of the transmittance of P-polarized light when the incident angle β of incident light on the light transmitting surface of the polarizing beam splitter is used as a parameter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projection display apparatus, 2 ... Light source, 3 ... 1st polarizing plate, 4 ... Color separation synthetic | combination optical system, 5 ... 2nd polarizing plate, 6 ... Projection lens, 7 ... 1st phase plate for G, 8 ... First wire grid polarization separation plate (first polarization separation means), 9... Second wire grid polarization separation plate (third polarization separation means), 10... First R phase plate, 11. 3... Wire grid polarization separation plate (fourth polarization separation means), 12... G corresponding reflective spatial light modulator, 13... R corresponding reflective spatial light modulator, 14. Elements: 15 ... second R phase plate, 16 ... polarization beam splitter (second polarization separation means), 16a ... polarization separation surface, 17 ... second G phase plate

Claims

A first polarization separation means and a polarization beam splitter arranged diagonally to each other; a second polarization separation means and a third polarization separation means respectively arranged in a diagonal direction orthogonal to the diagonal direction; A first reflective spatial light modulator disposed on the opposite side of the second polarized light separating means to the side on which the first polarized light separating means is disposed; and the first polarized light separating means. of the second reflective spatial light modulator polarization separator is disposed on the side opposite to the side on which are arranged, on the side opposite to the side where the polarization beam splitter is disposed in the third polarization separation means A third reflective spatial light modulation element disposed; a first color phase plate disposed in front of the first polarization separation means on the incident side of light including S-polarized three primary color light; Between the first polarization separation means and the third polarization separation means; A second color phase plate, a third color phase plate disposed between the third polarization separation means and the polarization beam splitter, and an emission side of the polarization beam splitter. A fourth color phase plate,
After the light including the three primary colors of S-polarized light is separated into each color light by the first to third polarization separation means and the first and second color phase plates , the first to third reflections are performed. The spatial light modulation element modulates and reflects light corresponding to the video signal of each color light, and the third color phase plate, the second and third polarization separation means , the polarization beam splitter, and the first In a projection display device that performs color composition with a phase plate for four colors and emits P-polarized three primary colors to obtain a color image,
When the angle formed by any one of the three primary color lights incident on the first to third polarization separation means and the optical axis is an incident angle α, the first to third polarization separation means are A projection display comprising a wire grid polarization separation plate having a transmittance of P-polarized third primary color light of 0.8 to 0.9 in the visible wavelength region of each color light. apparatus.