JP4658368B2

JP4658368B2 - Projection device

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Publication number: JP4658368B2
Application number: JP2001109950A
Authority: JP
Inventors: 和弘藤田; 佐敏山内
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: JP2002303932A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーン上にカラー画像を投影する投影装置に係り、特に、偏光していない自然光やランプの光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制御を行うことで、３色の画像をそれぞれ形成し、その単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画像として投影する投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影装置として、明るく、照度が均一で、色再現性の優れた像を投影できる液晶プロジェクターが知られており、この液晶プロジェクターを、より小さく、低コストで実現するために様々な光学系の工夫がなされている。これまでは、透過型液晶素子を用いて改良が重ねられていたが、より高解像で高効率な反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクターが実用化されている。
従来の投影装置の概略は、光源からでた光が液晶素子（ＬＣＤ）からなるライトバルブの直前のコンデンサーレンズで投射レンズの絞りに集光されるように配置された照明系を用いたものが一般的であり、この照明系からの照明光は、カラー表示のためにダイクロイックミラーで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の光に分離され、ライトバルブの３枚の液晶素子で変調を受けた後、再びダイクロイックミラーで合成されて投射レンズ（投影レンズ）で投影される光学系となっている。
【０００３】
従来、液晶素子をライトバルブとして使う場合、偏光を利用している。照明光は自然偏光で様々な方向の偏光成分を含んでいるが、一方向の偏光方向に揃えて偏光度を向上させた後、照明光を３色分離させ、各色それぞれを色と対応したパネル状の液晶素子（液晶パネル）へ照射している。
ここで、従来の反射型液晶投影装置（反射型液晶プロジェクター）における液晶素子を用いたライトバルブ（液晶ライトバルブ）の動作原理を図８に示す。図８に示すように、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７０で選択されたＳ偏光は全反射の場合、反射型液晶素子７１でＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ７０を透過し、図示しない投射レンズに導かれ、反射させない全黒の場合は偏光ビームスプリッタ７０により光源に戻ることになる。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応した３つの液晶ライトバルブを用い、それぞれの反射光を再びダイクロイックミラーなどを用いて色合成を行い、投射レンズでスクリーン上に像形成するのが従来の反射型液晶プロジェクターの一般的な構成である。
【０００４】
また、従来の透過型液晶素子を用いた色合成方法の一例を図９に示す。図９においては、３組の液晶パネル８１，８２，８３とコンデンサレンズ８４，８５，８６を、クロスのダイクロイック膜８０ａ，８０ｂが形成されたプリズム８０の３面に対向して配置し、残る１面に対向して投射レンズ８７を配置する。そして、一方向の偏光成分の照明光を３色分離して、それぞれを透過型の液晶パネル８１，８２，８３を透過させ、その際に光のスイッチングを行い、クロスのダイクロイック膜８０ａ，８０ｂが形成されたプリズム８０を通して３色の光を合成し、投射レンズ８７で投影する方式である。
【０００５】
以上のような、従来からある液晶素子を用いた投影装置（液晶プロジェクター）は、偏光を扱うため、照明光の偏光度の向上が必須となる。光源は自然偏光の光源であるため、ある一方向の偏光成分を向上する素子が必要となる。光源は自然偏光の光源であるため、一方向の偏光成分を抽出したとして、理想的な偏光板と検光子を組み合わせても原理的に５０％の光量しか利用できない。実際には透過率を考慮すると光量の利用率はさらに低下する。そこで光源から供給された光を単一偏光に変換することが行われている。この光源から供給された光を単一偏光に変換する方法としては、複数の方法が提案されているが、現在は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と１／２波長板を組み合わせた方法が採用されている（特開平１１−１４２７９２号公報等）。
その従来の偏光変換器の原理図を図１０に示す。図１０において、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）８８の中には複数の偏光分離膜８９が設けられており、偏光分離膜８９ではＰ波（Ｐ偏光）は透過され、Ｓ波（Ｓ偏光）のみが反射され、反射したＳ波（Ｓ偏光）は１／２波長板９０に入射し、振動方向を９０°回すことでＰ波（Ｐ偏光）となり、従来は捨てていたＳ波（Ｓ偏光）をＰ波（Ｐ偏光）に変換して有効に利用することができるようになる。
【０００６】
また、カラー分離方法についても、クロスプリズムやダイクロイックミラーを用いた方法等、様々な方法が提案されているが、特表平１１−５０４４４１号公報に記載されている積層リターデーションフィルムを用いた色分解、合成方法が提案され、これを用いた新しいプロジェクターがＵＳＰ６１３０９１や、日経マイクロデバイス２０００年８月号ｐ１８４に開示されている。
【０００７】
この従来技術の一実施例の概略を図１１に示す。図１１に示すように、この液晶プロジェクターは、図示しない照明装置と、４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）９１，９２，９３，９４と、緑、赤、青用の３枚の反射型液晶パネル９５，９６，９７と、２種の積層リタデーションフィルム（色偏光子）９８，９９と、偏光板１００と、投射レンズ１０１を備えた構成である。図示しない照明装置からの照明光はまず、第一の積層リタデーションフィルム９８に入射し、緑の帯域だけが９０度偏光方向を変換され、第一のＰＢＳ９１により、緑と、緑の補色（マゼンタ）が分離され、緑は第二のＰＢＳ９２で反射され緑用の液晶パネル９５で変調される。マゼンタは第二の積層リタデーションフィルム９９により赤の波長帯域のみ９０度偏光方向を変えられて、第三のＰＢＳ９３で反射され、赤用の液晶パネル９６へ入射されて変調される。青は第三のＰＢＳ９３では透過し、青用の液晶パネル９７に照射され変調される。そして、各色用の液晶パネル９５，９６，９７で変調された各色の光は第四のＰＢＳ９４を介して合成され、偏光板１００を通過して投射レンズ１０１で投影される。
ここで、図８を参照して説明したように、白あるいは黒表示は、投射レンズ側へ向かうか、照明光源側に戻すかを、各液晶パネル９５，９６，９７により偏光方向を制御することにより制御する構成である。
【０００８】
以上のような積層リターデーションフィルムを使った従来例は、これまでにない新規な色分離方法を用いた液晶プロジェクターであるが、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を数多く使用しているため、重量的にも重くなってしまわざるを得ない。
尚、上記の構成の他、ＰＢＳとダイクロイックプリズムと、スペーサを使ったシステムも提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような構成の投影装置は、積層リターデーションフィルムとＰＢＳを用いて色分離を行っているため、次のような課題がある。
入射光の偏光度が低いと、所望の偏光成分以外の偏光成分光線によって、色分離が高精度に行われなくなる。つまり、色の純度が低下することとなる。従来例では、直線偏光子を入射光に挿入して、所望の偏光成分の比率を向上させる手段を用いて色純度を保つようにしているが、偏光子の特性がよくない場合は、その性能がカラーバランスなどに影響してくる。
【００１０】
ここで、図１２は、積層リターデーションフィルムとＰＢＳを用いて色分離を行う光学系において、偏光度が低くなった場合に発生する課題を説明した図である。
図１２において、例えば、積層リターデーションフィルム１０２にＰ偏光とＳ偏光の比が０．９５：０．０５の照明光Ｗが入射したとする。このとき積層リターデーションフィルム１０２が緑帯域（Ｇ帯域）のみの偏光方向を９０度回転させ、その他の帯域（以下、Ｍ帯域という）は変換されずに透過するＧ／Ｍタイプで構成されていたとすると、積層リターデーションフィルム１０２を透過後は、Ｇ帯域は、
Ｐ偏光：Ｓ偏光＝０．０５：０．９５
の偏光成分を持ち、Ｍ帯域は、
Ｐ偏光：Ｓ偏光＝０．９５：０．０５
の偏光成分を持つことになる。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０３により、透過する方向に分離される光は、Ｐ偏光成分を持つ大部分のＭ帯域の光に若干のＧ帯域の色が混じることとなる。また、ＰＢＳ１０３により反射する方向に分離される光は、Ｓ偏光成分を持つ大部分のＧ帯域の色にＭ帯域の色が混じることとなる。
以上のように、積層リターデーションフィルムとＰＢＳを用いて色分離を行う光学系においては、偏光度が低くなると色純度が低下するという不具合が発生することとなる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、積層リターデーションフィルムとＰＢＳを用いて色分離を行う光学系を用いた投影装置における上述の課題を解決し、入射光の偏光度に影響されない、高い色純度を有し、カラーバランスのよい、高画質な画像をスクリーンに投影することができる投影装置を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、光源と、偏光方向を変換する機能を有したライトバルブと、該ライトバルブに前記光源からの光を効率よく照明する手段と、前記ライトバルブによって変調された映像光を投影する手段とで構成される投影装置において、光源からの照明光を、積層リターデーションフィルムに入射させ、該積層リターデーションフィルムを通過後の光のうち、偏光方向が変化しない成分光と、偏光方向が変化した成分光を、偏光ビームスプリッタにより光路を２分割し、２分割された一方の光を第一のライトバルブへの照明光とし、他方の光を色分離素子に導き、該色分離素子により２色に分離し、その２色に分割されたそれぞれの光を、第二および第三のライトバルブへの照明光とし、第一から第三のライトバルブによりカラー画像を形成し、それぞれの変調された映像光を合成する手段と、投影手段によってスクリーン上に画像形成することを特徴とし、且つ、第一のライトバルブと偏光ビームスプリッタとの間に、第一のライトバルブへと入射する色光以外の色光を除去するカラーフィルターを配置し、かつ、第二のライトバルブと色分離素子、及び／又は、第三のライトバルブと色分離素子との間に、第二及び／又は第三のライトバルブへと入射する色光以外の色光を除去するカラーフィルターを配置したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の投影装置において、前記カラーフィルターとして、ダイクロイックフィルターを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の投影装置において、前記ダイクロイックフィルターとして、色分離素子の照明光出射面の少なくとも一箇所以上にダイクロイック膜を形成したことを特徴とするものである。
さらに、請求項４に係る発明は、請求項２記載の投影装置において、前記ダイクロイックフィルターとして、偏光ビームスプリッタにより２分割された光束のうち、第一のライトバルブへ向かう光束が出射する偏光ビームスプリッタの出射面にダイクロイック膜を形成したことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のうちの何れか一つに記載の投影装置において、第一のライトバルブと偏光ビームスプリッタの間に全反射プリズムを配置したことを特徴とするものである。
また、請求項６に係る発明は、請求項５記載の投影装置において、全反射プリズムの全反射面に、ダイクロイック膜を形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作および作用について、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図である。図１において、符号１は積層リターデーションフィルム、２は内部に偏光分離膜（ＰＢＳ膜）２ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３は内部に色分離膜（ダイクロイック膜）３ａを有するダイクロイックプリズム、４は緑色（Ｇ）用のカラーフィルター、５は赤色（Ｒ）用のカラーフィルター、６は緑色（Ｇ）用のライトバルブ（第一のライトバルブ）、７は赤色（Ｒ）用のライトバルブ（第二のライトバルブ）、８は青色（Ｂ）用のライトバルブ（第三のライトバルブ）、９は投射レンズ（投影レンズ）である。
尚、光源と、光源からの光を照明光とする手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズ等）などの照明系の図示は省略している。
【００１７】
図１に示す投影装置においては、積層リターデーションフィルム１と、ＰＢＳ２を備え、このＰＢＳ２のＰＢＳ膜２ａは、積層リターデーションフィルム１を通過後の光のうち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させて、２色に分離する。そして２分割された一方を第一のライトバルブ６への照明光とし、他方を色分離素子、例えばダイクロイックプリズム３のダイクロイック膜３ａによりさらに２色に分離し、第二及び第三のライトバルブ７，８への照明光としている。
第一から第三のライトバルブ６，７，８には、反射型の液晶パネルなどが用いられている。第一から第三のライトバルブ６，７，８により、映像信号に応じて偏光方向を切り替えてＧ，Ｒ，Ｂの各色の画像を形成し、それぞれの変調された映像光は、再びダイクロイックプリズム３、ＰＢＳ２を通過して合成される。第一から第三のライトバルブ６，７，８を構成する液晶パネルにより偏光方向を変化させると、各ライトバルブ６，７，８によりそれぞれ変調された映像光は、ＰＢＳ２を通過して投射レンズ９へと導かれ、図示しないスクリーン上へ投影される。
【００１８】
ここで、図１に示す構成の投影装置では、第一のライトバルブ６とＰＢＳ２の間、第二のライトバルブ７とダイクロイックプリズム３の間等に、カラーフィルター４，５を配置したことを特徴としている（請求項１）。
カラーフィルター４，５は、各ライトバルブ（液晶パネル）へ照明光として３色に対応した各色の主波長成分が、それ以外の波長に比べて透過率を高くしたカラーフィルターである。あるいは、各色の液晶パネルに対応した色の補色の透過率が低くなるような特性を持っていればよい。補色の透過率は０近傍であれば最も効果的であるが、本発明に係るカラーフィルターの特性としては、液晶パネルに対応した色の透過率と補色の透過率に少しでも差があるようなフィルターであれば効果がある。カラーフィルターとしては、従来からある色ガラスや、ゼラチンフィルターなど様々なカラーフィルターを用いることができる。
【００１９】
以上のような構成であって、例えば、入射光はＳ偏光で入射させ、緑帯域光のみ偏光方向を変換する積層リターデーションフィルム１で構成した場合、積層リターデーションフィルム１を透過後、緑帯域はＰ偏光となり、第一のライトバルブ（液晶パネル）６へと向かう。ここで、従来技術の課題で説明したように、照明光の偏光度が低くなった場合（この実施例の場合では、照明光にＰ偏光成分を若干含んでいた場合）、Ｐ偏光成分のマゼンタ帯域が緑色（Ｇ）用のライトバルブ６方向へ向かうこととなるが、緑色用のライトバルブ６の前面に配置した緑色用のフィルター４により、緑色以外の透過光を除去することが可能である。
【００２０】
また、積層リターデーションフィルム１によって変換されないマゼンタ領域の波長を有するＳ偏光成分に混じって、Ｐ偏光照明光成分の緑帯域がＳ偏光へ変換されてＰＢＳ２で反射された光を、色分離素子、例えばダイクロイックプリズム３により、赤色（Ｒ）と赤色以外の帯域とに分離する場合、赤色以外の帯域には、青色（Ｂ）に若干の緑色が混じってしまっているが、青色用のライトバルブ８とダイクロイックプリズム３の間にも青色用のカラーフィルター（図示せず）を配置することによって、この緑色成分の透過光を低減することが可能となる。
さらに、ダイクロイックプリズム３により、青色（Ｂ）と、青色以外の帯域に分離する場合は、赤色用のライトバルブ７とダイクロイックプリズム３の間に赤色用のカラーフィルター５を配置すればよい。また、青色用と赤色用の両方のカラーフィルターを配置してもよい。
【００２１】
積層リターデーションフィルム１は緑色（Ｇ）の帯域の偏光方向を変換する機能で構成したが、青色（Ｂ）の帯域を変換する素子で構成すれば、実施例のダイクロイックプリズム３のダイクロイック膜３ａは、赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）を分離する膜とすればよい。
また、積層リターデーションフィルム１を、赤色（Ｒ）の帯域の偏光方向を変換する素子で構成したとすれば、ダイクロイックプリズム３のダイクロイック膜３ａは、青色帯域と緑色帯域を分離する膜とすればよい。
以上のような構成を採用することにより、偏光度が低くなった照明光であっても、カラーバランスを落とすことなく、コントラストを低下させない投影装置を実現させることが可能となる。
【００２２】
（実施例２）
次に図２は本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。図２において、符号１１は積層リターデーションフィルム、１２は内部に偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１２ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１３はエアギャップ、１４は内部に色分離膜（ダイクロイック膜）１４ａを有するダイクロイックプリズム、１５は緑色（Ｇ）用のカラーフィルター、１６は青色（Ｂ）用のカラーフィルター、１７は緑色（Ｇ）用のライトバルブ（第一のライトバルブ）、１８は赤色（Ｒ）用のライトバルブ（第二のライトバルブ）、１９は青色（Ｂ）用のライトバルブ（第三のライトバルブ）、２０は投射レンズ（投影レンズ）である。この実施例では、Ｐ偏光成分を照明光として使い、積層リターデーションフィルム１１に入射させ、例えば、緑色（Ｇ）の帯域のみ９０度直交するＳ偏光成分に変換してＰＢＳ１２に入射し、ＰＢＳ膜１２ａで緑色の帯域のＳ偏光を反射して第一のライトバルブ１７の照明光とし、それ以外の帯域のＰ偏光はＰＢＳ膜１２ａを透過して、ダイクロイックプリズム１４に入射させ、ダイクロイックプリズム１４のダイクロイック膜１４ａにより、さらに赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の２色に分離し、第二及び第三のライトバルブ１８，１９への照明光としている。また、この実施例では、第一のライトバルブ１７とＰＢＳ１２の間、第三のライトバルブ１９とダイクロイックプリズム１４の間に、カラーフィルター１５，１６を配置している。
尚、光源と、光源からの光を照明光とする手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズ等）などの照明系の図示は省略している。
【００２３】
ここで、図１に示した構成では、４５度の傾斜のダイクロイック膜３ａを有するダイクロイックプリズム３で構成した実施例を示したが、ダイクロイックプリズムのダイクロイック膜は、色分離が可能なあらゆる角度で構成することができる。すなわち、角度依存性のない構成を採用したい場合は、より浅い角度が効果的であり、例えば図２に示すような３０度の角度のダイクロイック膜１４ａで分離するダイクロイックプリズム１４や、あるいは１５度の角度のダイクロイック膜で分離するダイクロイックプリズムで構成してもよい。
また、ダイクロイックプリズムの替わりに平板タイプのダイクロイックミラーや、フィルターなどで構成してもよい。
尚、積層リターデーションフィルム１１、ＰＢＳ１２、ダイクロイックプリズム１４、カラーフィルター１５，１６、第一から第三ライトバルブ１７，１８，１９の構成、動作は実施例１と略同様のものである。
【００２４】
（実施例３）
次に図３は本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。図３において、符号２１は積層リターデーションフィルム、２２は内部に偏光分離膜（ＰＢＳ膜）２２ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、２３は内部に色分離膜（ダイクロイック膜）２３ａを有するダイクロイックプリズム、２４は光学ガラス等からなる平行平板、２５は青色（Ｂ）用のダイクロイックフィルター、２６は緑色（Ｇ）用のダイクロイックフィルター、２７は緑色（Ｇ）用のライトバルブ（第一のライトバルブ）、２８は赤色（Ｒ）用のライトバルブ（第二のライトバルブ）、２９は青色（Ｂ）用のライトバルブ（第三のライトバルブ）、３０は投射レンズ（投影レンズ）である。
尚、光源と、光源からの光を照明光とする手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズ等）などの照明系の図示は省略している。
【００２５】
本実施例では、カラーフィルターとして、実施例１，２で説明した通常のカラーフィルターの替わりに、ダイクロイックフィルター２５，２６を用いた構成としたものである（請求項２）。また、図３の構成では、ＰＢＳ２２により分離されたあと、第一のライトバルブ２７へ照明する光束の光路長を補正するため、ダイクロイックプリズムの光路長分だけ補正する平行平板２４をＰＢＳ２２と第一のライトバルブ２７の間に挿入した実施例であり、第一のライトバルブ２７と平行平板２４の間に、ダイクロイックフィルター２６が配設されている。
ダイクロイックフィルターとしては、近年の薄膜成膜技術を用いて光学ガラス等の表面に形成することができる。具体的には、誘電体材料や金属材料を、真空プロセスを用いて多層に形成する薄膜形成技術により、光学ガラス等の表面にダイクロイック膜を形成できる。カラーフィルターとしてダイクロイックフィルター２５，２６を用いることで、あらゆる波長の透過率、反射率を任意に設定して形成可能となる。
【００２６】
本実施例の投影装置の構成、動作及び作用は、カラーフィルターとしてダイクロイックフィルター２５，２６を用いた以外は、実施例１の投影装置の構成、動作及び作用とほぼ同じであるが、カラーバランスを低下させる本来照明してはいけない帯域の光束を本発明に係るダイクロイックフィルター２５，２６により反射させることができるので、ライトバルブ（液晶パネル）へ到達される不要な帯域の光束の光量を低減することが可能となる。すなわち、これらの色純度を低下させる光は、ライトバルブ（液晶パネル）へ到達される前にダイクロイックフィルターで反射されて、照明光路を折り返して照明光源の方へ戻っていく。
このように、カラーフィルターをダイクロイックフィルターで構成したことにより、任意の分光分布特性を持ったダイクロイックフィルターをライトバルブの前面に配置できる。
また、ダイクロイックフィルターは、従来のカラーフィルターのような吸収型タイプでは実現できなかった本来ライトバルブへと照明されるべき波長の透過光の透過率が高いもので構成することが可能となる。
【００２７】
図３に示す構成では、緑色用の第一のライトバルブ２７と青色用の第三のライトバルブ２９の前方にダイクロイックフィルター２６，２５を配置しているが、第一から第三のライトバルブ２７，２８，２９の前方の３箇所のうちの何れか一箇所以上に挿入すればよい。また、ダイクロイックプリズム２３のダイクロイック膜２３ａでは、赤色（Ｒ）と赤色以外の帯域とに分離するような構成とした場合は、赤色以外の帯域には、青に若干の緑が混じってしまっているが、青色用のライトバルブ２９とダイクロイックプリズム２３の間に、青領域に透過率の高いダイクロイックフィルター２５を配置することによって、この緑成分の透過光を低くすることが可能となる。
また、ダイクロイックプリズム２３により、青色（Ｂ）と青以外の帯域に分離する場合は、赤色用のライトバルブ２８とダイクロイックプリズム２３の間に赤の透過率が高いダイクロイックフィルターを配置すればよい。
【００２８】
（実施例４）
次に図４は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。図４において、符号３１は積層リターデーションフィルム、３２は内部に偏光分離膜（ＰＢＳ膜）３２ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３３は照明光出射面にフィルターとして機能するダイクロイック膜３３ａを有する光学ガラス等からなる平行平板、３４は内部に色分離膜（ダイクロイック膜）３４ａを有し且つ照明光出射面の少なくとも一箇所以上にフィルターとして機能するダイクロイック膜３４ｂを有するダイクロイックプリズム、３５は緑色（Ｇ）用のライトバルブ（第一のライトバルブ）、３６は赤色（Ｒ）用のライトバルブ（第二のライトバルブ）、３７は青色（Ｂ）用のライトバルブ（第三のライトバルブ）、３８は投射レンズ（投影レンズ）である。
尚、光源と、光源からの光を照明光とする手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズ等）などの照明系の図示は省略している。
【００２９】
本実施例では、実施例３（図３）に示したダイクロイックフィルターとして、ダイクロイックプリズム３４の照明光出射面の少なくとも一箇所以上にダイクロイック膜３４ｂを形成したものである（請求項３）。
実施例３で述べたダイクロイックフィルターは、従来からある薄膜形成技術で作成できるので、ダイクロイックプリズム３４の出射面に一体的に形成することが可能であり、ダイクロイックプリズム３４のダイクロイック膜３４ａを形成する際に、同一の真空プロセスにより本発明に係るダイクロイック膜（ダイクロイックフィルター膜）３４ｂを形成することが可能となるので、よりコストの低減が可能となるし、光学系の小型化も実現することができる。
【００３０】
また、図４の構成は、ＰＢＳ３２により分離された後、第一のライトバルブ３５へ照明する光束の光路長を補正するため、ダイクロイックプリズムの光路長分だけ補正する平行平板３３をＰＢＳ３２と第一のライトバルブ３５の間に挿入した実施例であり、第一のライトバルブ３５と対向する平行平板３３の照明光出射面にダイクロイック膜３３ａが一体に形成されている。
尚、この平行平板３３は光路長を合わせて、より色合成の精度や、高画質を保つために有効である。
【００３１】
（実施例５）
次に図５は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。図５において、符号４１は積層リターデーションフィルム、４２は内部に偏光分離膜（ＰＢＳ膜）４２ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、４３は内部に色分離膜（ダイクロイック膜）４３ａを有し且つ照明光出射面の少なくとも一箇所以上にフィルターとして機能するダイクロイック膜４３ｂを有するダイクロイックプリズム、４４はＰＢＳ４２により２分割された光束のうち第一のライトバルブへ向かう光束が出射するＰＢＳ４２の出射面に形成されたフィルターとして機能するダイクロイック膜、４５は緑色（Ｇ）用のライトバルブ（第一のライトバルブ）、４６は赤色（Ｒ）用のライトバルブ（第二のライトバルブ）、４７は青色（Ｂ）用のライトバルブ（第三のライトバルブ）、４８は投射レンズ（投影レンズ）である。
尚、光源と、光源からの光を照明光とする手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズ等）などの照明系の図示は省略している。
【００３２】
本実施例では、実施例４（図４）の平行平板３３を用いずに、ダイクロイックフィルターとして、ＰＢＳ４２により２分割された光束のうち、第一のライトバルブ４５へ向かう光束が出射するＰＢＳ４２の出射面に一体的にダイクロイック膜４４を形成したものである（請求項４）。
実施例３で述べたダイクロイックフィルターは、従来からある薄膜形成技術で作成できるので、ＰＢＳ４２の出射面に一体的に形成することが可能であり、ＰＢＳを作成する際に、本発明に係るダイクロイック膜（ダイクロイックフィルター膜）４４を直接形成することが可能となるので、よりコストの低減が可能となるし、光学系の小型化も実現することができる。
【００３３】
（実施例６）
次に図６は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。図６において、符号５１は積層リターデーションフィルム、５２は内部に偏光分離膜（ＰＢＳ膜）５２ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、５３は内部に色分離膜（ダイクロイック膜）５３ａを有し且つ照明光出射面の少なくとも一箇所以上にフィルターとして機能するダイクロイック膜５３ｂを有するダイクロイックプリズム、５４は全反射プリズム、５５は全反射プリズム５４の照明光出射面に形成されフィルターとして機能するダイクロイック膜、５６は緑色（Ｇ）用のライトバルブ（第一のライトバルブ）、５７は赤色（Ｒ）用のライトバルブ（第二のライトバルブ）、５８は青色（Ｂ）用のライトバルブ（第三のライトバルブ）、５９は投射レンズ（投影レンズ）である。
尚、光源と、光源からの光を照明光とする手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズ等）などの照明系の図示は省略している。
【００３４】
本実施例では、実施例４（図４）の平行平板３３に替えて第一のライトバルブ５６とＰＢＳ５２の間に全反射プリズム５４を配置し、その全反射プリズム５４の照明光出射面にフィルターとして機能するダイクロイック膜５５を形成したものである（請求項５）。
実施例４（図４）の平行平板３３は光路長を合わせて、より色合成の精度や、高画質を保つために有効であるが、より小型化を達成するためには、図６に示すように、プリズム形状にして全反射を利用した構成とするほうがよい。プリズム５４の全反射面は、図６では、紙面内での反射で９０度の反射方向であるが、全反射条件であれば、どのような角度でもよく、また、反射の方向も様々な方向に設定可能である。
このような構成を採用することで、任意の方向に光路を折り曲げることが効率よくでき、より小型化を実現できる。また、全反射プリズム５４を用いることにより、図４の平行平板３３に比べて体積を半分にすることができ、重量および体積の縮小が可能となり、より小型で軽量な投影装置が実現できる。
【００３５】
（実施例７）
次に図７は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。図７において、符号６１は積層リターデーションフィルム、６２は内部に偏光分離膜（ＰＢＳ膜）６２ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、６３は内部に色分離膜（ダイクロイック膜）６３ａを有し且つ照明光出射面の少なくとも一箇所以上にフィルターとして機能するダイクロイック膜６３ｂを有するダイクロイックプリズム、６４は全反射プリズム、６４ａは全反射プリズム６４の全反射面に形成されたダイクロイック膜、６５は緑色（Ｇ）用のライトバルブ（第一のライトバルブ）、６６は赤色（Ｒ）用のライトバルブ（第二のライトバルブ）、６７は青色（Ｂ）用のライトバルブ（第三のライトバルブ）、６８は投射レンズ（投影レンズ）である。
尚、光源と、光源からの光を照明光とする手段（例えば、インテグレータ光学系や、コンデンサーレンズ等）などの照明系の図示は省略している。
【００３６】
本実施例では、実施例６（図６）と同様に、第一のライトバルブ６５とＰＢＳ６２の間に全反射プリズム６４を配置したものであるが、この全反射プリズム６４の全反射面にダイクロイック膜６４ａを形成している。
このような構成を採用することで、全反射条件を満たさない場合も、膜設計によっては、ダイクロイックミラーとして形成可能となり、より光学系レイアウトの自由度が向上する。また、第一のライトバルブ６５へ入射する不要な波長領域の光は、全反射面から透過する構成が可能であるため、照明側に戻らず、不要なフレア光を発生させない効果があり、より高品質な投影装置を実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、光源と、偏光方向を変換する機能を有したライトバルブと、該ライトバルブに前記光源からの光を効率よく照明する手段と、前記ライトバルブによって変調された映像光を投影する手段とで構成される投影装置において、光源からの照明光を、積層リターデーションフィルムに入射させ、該積層リターデーションフィルムを通過後の光のうち、偏光方向が変化しない成分光と、偏光方向が変化した成分光を、偏光ビームスプリッタにより光路を２分割し、２分割された一方の光を第一のライトバルブへの照明光とし、他方の光を色分離素子に導き、該色分離素子により２色に分離し、その２色に分割されたそれぞれの光を、第二および第三のライトバルブへの照明光とし、第一から第三のライトバルブによりカラー画像を形成し、それぞれの変調された映像光を合成する手段と、投影手段によってスクリーン上に画像形成することを特徴とし、且つ、第一のライトバルブと偏光ビームスプリッタとの間に、第一のライトバルブへと入射する色光以外の色光を除去するカラーフィルターを配置し、かつ、第二のライトバルブと色分離素子、及び／又は、第三のライトバルブと色分離素子との間に、第二及び／又は第三のライトバルブへと入射する色光以外の色光を除去するカラーフィルターを配置したことを特徴とするので（請求項１）、カラーフィルターにより所望の色の帯域以外の光を除いて各ライトバルブへの照明光の色純度を向上でき、入射光の偏光度に影響されない、高い色純度を有し、カラーバランスのよい、高画質な画像をスクリーンに投影することができる投影装置を実現することができる。
【００３８】
また、上記投影装置において、カラーフィルターとして、ダイクロイックフィルターを用いることにより（請求項２）、あらゆる波長の透過率、反射率を任意に設定して形成可能となる。
さらに、上記ダイクロイックフィルターとして、色分離素子の照明光出射面の少なくとも一箇所以上にダイクロイック膜を形成する（請求項３）、あるいは、上記ダイクロイックフィルターとして、偏光ビームスプリッタにより２分割された光束のうち、第一のライトバルブへ向かう光束が出射する偏光ビームスプリッタの出射面にダイクロイック膜を形成することにより（請求項４）、部品数を削減でき、製造コストの低減や、光学系の小型化を実現することができる。
【００３９】
また、上記投影装置において、第一のライトバルブと偏光ビームスプリッタの間に全反射プリズムを配置することにより（請求項５）、任意の方向に光路を折り曲げることが効率良くでき、より光学系の小型化を実現することができる。
さらに、上記全反射プリズムの反射面にダイクロイック膜を形成することにより（請求項６）、全反射条件を満たさない場合も、膜設計によってはダイクロイックミラーとして形成可能となり、より光学系レイアウトの自由度が向上する。
また、第一のライトバルブへ入射する不要な波長領域の光は、全反射面から透過する構成が可能であるため、照明側に戻らず、不要なフレア光を発生させない効果があり、より高品質な投影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図３】本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図８】従来技術の一例を示す図であって、反射型液晶投影装置における反射型液晶素子の機能の説明図である。
【図９】従来技術の別の例を示す図であって、透過型液晶素子を用いた色合成方法の説明図である。
【図１０】従来技術のさらに別の例を示す図であって、偏光変換器の構成説明図である。
【図１１】従来技術のさらに別の例を示す図であって、カラー偏光子を用いた投影装置の概略要部構成図である。
【図１２】積層リターデーションフィルムと偏光ビームスプリッタを用いて色分離を行う光学系において、偏光度が低下した場合に発生する課題の説明図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１：積層リターデーションフィルム
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２ａ，１２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，６２ａ：ＰＢＳ膜
３，１４，２３，３４，４３，５３，６３：ダイクロイックプリズム（色分離素子）
３ａ，１４ａ，２３ａ，３４ａ，４３ａ，５３ａ，６３ａ：ダイクロイック膜（色分離膜）
４，５，１５，１６：カラーフィルター
６，１７，２７，３５，４５，５６，６５：第一のライトバルブ
７，１８，２８，３６，４６，５７，６６：第二のライトバルブ
８，１９，２９，３７，４７，５８，６７：第三のライトバルブ
２５，２６：ダイクロイックフィルター
３３ａ，３４ｂ，４３ｂ，４４，５５，６４ａ：ダイクロイック膜（ダイクロイックフィルター膜）
５４，６４：全反射プリズム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection apparatus that projects a color image on a screen, and in particular, means for separating unpolarized natural light and lamp light into three colors and controlling the polarization direction of each separated light, for example, liquid crystal By driving a light valve consisting of elements, the polarization direction is changed when passing through or reflecting the liquid crystal, and light switching control is performed to form three color images, respectively. The present invention relates to a projection apparatus that color-synthesizes the formed three-color images again and projects them as color images.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a projection device, a liquid crystal projector capable of projecting a bright image with uniform illuminance and excellent color reproducibility is known, and various optical systems are realized in order to realize this liquid crystal projector at a smaller size and at a lower cost. Have been devised. Until now, improvements have been made by using transmissive liquid crystal elements, but liquid crystal projectors using reflective liquid crystal elements with higher resolution and higher efficiency have been put into practical use.
An outline of a conventional projection apparatus uses an illumination system arranged such that light emitted from a light source is condensed on a diaphragm of a projection lens by a condenser lens immediately before a light valve made of a liquid crystal element (LCD). In general, the illumination light from this illumination system is separated into light of three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) by a dichroic mirror for color display. After being modulated by the liquid crystal element, the optical system is composed again by the dichroic mirror and projected by the projection lens (projection lens).
[0003]
Conventionally, when a liquid crystal element is used as a light valve, polarized light is used. The illumination light is naturally polarized and contains polarization components in various directions. After improving the degree of polarization by aligning the polarization direction in one direction, the illumination light is separated into three colors, and each color corresponds to a panel. The liquid crystal element (liquid crystal panel) is irradiated.
Here, FIG. 8 shows an operation principle of a light valve (liquid crystal light valve) using a liquid crystal element in a conventional reflective liquid crystal projector (reflective liquid crystal projector). As shown in FIG. 8, when the S-polarized light selected by the polarizing beam splitter (PBS) 70 is totally reflected, it is converted to P-polarized light by the reflective liquid crystal element 71 and is transmitted through the polarizing beam splitter 70 to the projection lens (not shown). In the case of all black, which is guided and not reflected, it is returned to the light source by the polarizing beam splitter 70. Therefore, three liquid crystal light valves corresponding to the three colors R, G, and B are used, and each reflected light is again color-combined using a dichroic mirror or the like, and an image is formed on a screen by a projection lens. This is a general configuration of the reflective liquid crystal projector.
[0004]
FIG. 9 shows an example of a color composition method using a conventional transmissive liquid crystal element. In FIG. 9, three sets of liquid crystal panels 81, 82, 83 and condenser lenses 84, 85, 86 are arranged opposite to the three surfaces of the prism 80 on which cross dichroic films 80a, 80b are formed, and the remaining 1 A projection lens 87 is arranged facing the surface. Then, the illumination light of the polarization component in one direction is separated into three colors, and each is transmitted through the transmissive liquid crystal panels 81, 82, 83, and at that time, the light is switched. In this method, light of three colors is synthesized through the formed prism 80 and projected by the projection lens 87.
[0005]
Since the projector (liquid crystal projector) using the conventional liquid crystal element as described above handles polarized light, it is essential to improve the polarization degree of illumination light. Since the light source is a naturally polarized light source, an element that improves the polarization component in one direction is required. Since the light source is a naturally-polarized light source, even if an ideal polarizing plate and an analyzer are combined, only 50% of the light amount can be used in principle, assuming that a polarization component in one direction is extracted. Actually, when the transmittance is taken into consideration, the utilization rate of the light amount further decreases. Therefore, the light supplied from the light source is converted into a single polarized light. A plurality of methods have been proposed as a method for converting the light supplied from the light source into a single polarized light. Currently, a method combining a polarization beam splitter (PBS) and a half-wave plate is adopted. (Japanese Patent Laid-Open No. 11-142792 etc.).
FIG. 10 shows a principle diagram of the conventional polarization converter. In FIG. 10, a polarization beam splitter array (PBS array) 88 is provided with a plurality of polarization separation films 89. The polarization separation film 89 transmits a P wave (P polarization) and an S wave (S polarization). The reflected S wave (S polarized light) is incident on the half-wave plate 90 and turned into a P wave (P polarized light) by turning the vibration direction by 90 °. ) Can be converted to P wave (P polarized light) and used effectively.
[0006]
As for the color separation method, various methods such as a method using a cross prism or a dichroic mirror have been proposed. Color using a laminated retardation film described in JP-T-11-504441 A disassembly and synthesis method has been proposed, and a new projector using the method is disclosed in USP 613091 and Nikkei Microdevices August 2000 p184.
[0007]
An outline of an embodiment of this prior art is shown in FIG. As shown in FIG. 11, this liquid crystal projector includes an illumination device (not shown), four polarization beam splitters (PBS) 91, 92, 93, 94, and three reflective liquid crystal panels 95 for green, red, and blue. 96, 97, two types of laminated retardation films (color polarizers) 98, 99, a polarizing plate 100, and a projection lens 101. Illumination light from an illuminating device (not shown) first enters the first laminated retardation film 98, and only the green band has its 90-degree polarization direction converted, and the first PBS 91 causes green and green complementary colors (magenta). The green is reflected by the second PBS 92 and modulated by the green liquid crystal panel 95. Magenta is changed in polarization direction by 90 degrees only in the red wavelength band by the second laminated retardation film 99, reflected by the third PBS 93, and incident on the red liquid crystal panel 96 to be modulated. Blue is transmitted through the third PBS 93 and is applied to the blue liquid crystal panel 97 to be modulated. Then, light of each color modulated by the liquid crystal panels 95, 96, and 97 for each color is combined via the fourth PBS 94, passes through the polarizing plate 100, and is projected by the projection lens 101.
Here, as described with reference to FIG. 8, the polarization direction is controlled by the liquid crystal panels 95, 96, and 97 to determine whether white or black display is directed to the projection lens side or returned to the illumination light source side. It is the structure controlled by.
[0008]
The conventional example using the laminated retardation film as described above is a liquid crystal projector using a novel color separation method that has not been available so far, but because it uses many polarization beam splitters (PBS), It must be heavier.
In addition to the above configuration, a system using a PBS, a dichroic prism, and a spacer has been proposed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The projection apparatus having the above-described configuration has the following problems because color separation is performed using a laminated retardation film and PBS.
When the degree of polarization of incident light is low, color separation is not performed with high accuracy by polarized light components other than a desired polarized light component. That is, the color purity is lowered. In the conventional example, a linear polarizer is inserted into the incident light to maintain the color purity by using a means for improving the ratio of the desired polarization component. Will affect the color balance.
[0010]
Here, FIG. 12 is a diagram illustrating a problem that occurs when the degree of polarization becomes low in an optical system that performs color separation using a laminated retardation film and PBS.
In FIG. 12, for example, it is assumed that illumination light W having a ratio of P-polarized light to S-polarized light of 0.95: 0.05 is incident on the laminated retardation film 102. At this time, the laminated retardation film 102 is composed of the G / M type in which the polarization direction of only the green band (G band) is rotated by 90 degrees and the other bands (hereinafter referred to as M band) are transmitted without being converted. Then, after passing through the laminated retardation film 102, the G band is
P-polarized light: S-polarized light = 0.05: 0.95
And the M band is
P polarized light: S polarized light = 0.95: 0.05
It will have a polarization component. The light separated in the transmitting direction by the polarization beam splitter (PBS) 103 is mixed with a little G band color in most M band light having P polarization component. In addition, the light separated in the direction of reflection by the PBS 103 is such that most of the G band color having the S polarization component is mixed with the M band color.
As described above, in the optical system that performs color separation using the laminated retardation film and the PBS, there is a problem that the color purity is lowered when the polarization degree is lowered.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and solves the above-described problems in a projection apparatus using an optical system that performs color separation using a laminated retardation film and PBS, and is not affected by the degree of polarization of incident light. It is an object of the present invention to realize a projection apparatus that can project a high-quality image with high color purity and good color balance onto a screen.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, the invention according to claim 1 is directed to a light source, a light valve having a function of changing a polarization direction, and means for efficiently illuminating the light valve with light from the light source. In the projection apparatus constituted by the means for projecting the image light modulated by the light valve, the illumination light from the light source is incident on the laminated retardation film, and the light after passing through the laminated retardation film The component light whose polarization direction does not change and the component light whose polarization direction has changed are divided into two by a polarization beam splitter, and one of the two divided lights is used as illumination light for the first light valve, The light is guided to the color separation element, separated into two colors by the color separation element, and the respective lights divided into the two colors are used as illumination light for the second and third light valves, Et by the third light valve to form a color image, and means for synthesizing the image light respectively modulated, characterized in that the image formed on a screen by the projection means, and, A color filter for removing color light other than the color light incident on the first light valve is disposed between the first light valve and the polarization beam splitter, and the second light valve, the color separation element, and / or Alternatively, color light other than the color light incident on the second and / or third light valve is removed between the third light valve and the color separation element. A color filter is arranged.
[0013]
The invention according to claim 2 is the projection apparatus according to claim 1, wherein a dichroic filter is used as the color filter.
The invention according to claim 3 is the projection apparatus according to claim 2, wherein a dichroic film is formed as the dichroic filter in at least one place on the illumination light exit surface of the color separation element. is there.
Furthermore, the invention according to claim 4 is the projection apparatus according to claim 2, wherein, as the dichroic filter, a polarization beam splitter that emits a light beam directed to the first light valve among the light beams divided into two by the polarization beam splitter. In this embodiment, a dichroic film is formed on the exit surface.
[0014]
The invention according to claim 5 is the projection apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a total reflection prism is disposed between the first light valve and the polarization beam splitter. Is.
The invention according to claim 6 is the projection apparatus according to claim 5, wherein a dichroic film is formed on the total reflection surface of the total reflection prism.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration, operation and action of the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.
[0016]
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a laminated retardation film, 2 is a polarization beam splitter (PBS) having a polarization separation film (PBS film) 2a therein, 3 is a dichroic prism having a color separation film (dichroic film) 3a inside, 4 is a color filter for green (G), 5 is a color filter for red (R), 6 is a light valve for green (G) (first light valve), and 7 is a light valve for red (R). (Second light valve), 8 is a light valve for blue (B) (third light valve), and 9 is a projection lens (projection lens).
Note that illustration of an illumination system such as a light source and means for using light from the light source as illumination light (for example, an integrator optical system, a condenser lens, etc.) is omitted.
[0017]
The projection apparatus shown in FIG. 1 includes a laminated retardation film 1 and PBS 2. The PBS film 2a of the PBS 2 transmits P-polarized light and passes S-polarized light out of the light after passing through the laminated retardation film 1. Reflect and separate into two colors. One of the two divided lights is used as illumination light for the first light valve 6, and the other is further separated into two colors by a color separation element, for example, the dichroic film 3a of the dichroic prism 3, and the second and third light valves 7 are separated. , 8 as illumination light.
A reflective liquid crystal panel or the like is used for the first to third light valves 6, 7, and 8. The first to third light valves 6, 7, and 8 change the polarization direction according to the video signal to form images of G, R, and B colors, and the modulated video light is again transmitted to the dichroic prism. 3. Synthesized after passing through PBS2. When the polarization direction is changed by the liquid crystal panels constituting the first to third light valves 6, 7, and 8, the image light modulated by each light valve 6, 7, and 8 passes through the PBS 2 and is a projection lens. 9 and projected onto a screen (not shown).
[0018]
Here, in the projection apparatus having the configuration shown in FIG. 1, the color filters 4 and 5 are arranged between the first light valve 6 and the PBS 2, between the second light valve 7 and the dichroic prism 3, and the like. (Claim 1).
The color filters 4 and 5 are color filters in which the principal wavelength components of each color corresponding to three colors as illumination light to each light valve (liquid crystal panel) have higher transmittance than other wavelengths. Alternatively, it is only necessary to have a characteristic that the transmittance of the complementary color of the color corresponding to the liquid crystal panel of each color is lowered. The complementary color transmittance is most effective when it is close to 0, but the color filter according to the present invention has a slight difference between the color transmittance corresponding to the liquid crystal panel and the transmittance of the complementary color. A filter is effective. As the color filter, various color filters such as a conventional colored glass and a gelatin filter can be used.
[0019]
In the above configuration, for example, in the case of the laminated retardation film 1 in which incident light is incident as S-polarized light and the polarization direction of only the green band light is changed, the green band is transmitted through the laminated retardation film 1. Becomes P-polarized light and travels toward the first light valve (liquid crystal panel) 6. Here, as described in the problem of the prior art, when the degree of polarization of the illumination light is low (in the case of this embodiment, the illumination light includes a little P-polarized component), the magenta of the P-polarized component Although the band is directed toward the green (G) light valve 6, it is possible to remove transmitted light other than green by the green filter 4 disposed in front of the green light valve 6. .
[0020]
In addition, the light that is mixed with the S-polarized light component having the magenta wavelength that is not converted by the laminated retardation film 1 and the green band of the P-polarized illumination light component is converted to S-polarized light and reflected by the PBS 2, For example, when the dichroic prism 3 separates red (R) and bands other than red, blue (B) is mixed with some green in the band other than red, but the light valve 8 for blue is used. By disposing a blue color filter (not shown) between the dichroic prism 3 and the dichroic prism 3, it is possible to reduce the transmitted light of the green component.
Further, when the dichroic prism 3 is used to separate blue (B) and bands other than blue, the red color filter 5 may be disposed between the red light valve 7 and the dichroic prism 3. Further, both blue and red color filters may be arranged.
[0021]
The laminated retardation film 1 is configured with the function of converting the polarization direction of the green (G) band. However, if the laminated retardation film 1 is configured by an element that converts the blue (B) band, the dichroic film 3a of the dichroic prism 3 of the embodiment is A film that separates red (R) and green (G) may be used.
Also, if the laminated retardation film 1 is composed of an element that converts the polarization direction of the red (R) band, the dichroic film 3a of the dichroic prism 3 is a film that separates the blue band and the green band. Good.
By adopting the configuration as described above, it is possible to realize a projection apparatus that does not reduce the color balance without reducing the color balance even with illumination light having a low degree of polarization.
[0022]
(Example 2)
Next, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention. In FIG. 2, reference numeral 11 is a laminated retardation film, 12 is a polarization beam splitter (PBS) having a polarization separation film (PBS film) 12a therein, 13 is an air gap, and 14 is a color separation film (dichroic film) 14a inside. 15 is a color filter for green (G), 16 is a color filter for blue (B), 17 is a light valve for green (G) (first light valve), and 18 is red (R ) Light valve (second light valve), 19 is a blue (B) light valve (third light valve), and 20 is a projection lens (projection lens). In this embodiment, the P-polarized light component is used as illumination light and is incident on the laminated retardation film 11. For example, only the green (G) band is converted into the S-polarized light component orthogonal to 90 degrees and incident on the PBS 12. The S-polarized light in the green band is reflected by 12a to be the illumination light of the first light valve 17, and the P-polarized light in the other band is transmitted through the PBS film 12a and incident on the dichroic prism 14, and the dichroic prism 14 The dichroic film 14a further separates the red (R) and blue (B) colors into illumination light for the second and third light valves 18, 19. In this embodiment, color filters 15 and 16 are disposed between the first light valve 17 and the PBS 12 and between the third light valve 19 and the dichroic prism 14.
Note that illustration of an illumination system such as a light source and means for using light from the light source as illumination light (for example, an integrator optical system, a condenser lens, etc.) is omitted.
[0023]
Here, in the configuration shown in FIG. 1, an example in which the dichroic prism 3 having the dichroic film 3a having the inclination of 45 degrees is shown, but the dichroic film of the dichroic prism is configured at any angle capable of color separation. can do. That is, when it is desired to adopt a configuration having no angle dependency, a shallower angle is effective. For example, a dichroic prism 14 separated by a dichroic film 14a having an angle of 30 degrees as shown in FIG. You may comprise by the dichroic prism isolate | separated by the dichroic film | membrane of an angle.
Further, instead of the dichroic prism, a flat plate type dichroic mirror or a filter may be used.
The laminated retardation film 11, PBS 12, dichroic prism 14, color filters 15, 16, and first to third light valves 17, 18, 19 are substantially the same as those in the first embodiment.
[0024]
(Example 3)
Next, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 21 is a laminated retardation film, 22 is a polarization beam splitter (PBS) having a polarization separation film (PBS film) 22a inside, 23 is a dichroic prism having a color separation film (dichroic film) 23a inside, 24 is a parallel plate made of optical glass, 25 is a dichroic filter for blue (B), 26 is a dichroic filter for green (G), 27 is a light valve for green (G) (first light valve), 28 is a red (R) light valve (second light valve), 29 is a blue (B) light valve (third light valve), and 30 is a projection lens (projection lens).
Note that illustration of an illumination system such as a light source and means for using light from the light source as illumination light (for example, an integrator optical system, a condenser lens, etc.) is omitted.
[0025]
In this embodiment, the dichroic filters 25 and 26 are used as the color filters instead of the normal color filters described in the first and second embodiments (claim 2). Further, in the configuration of FIG. 3, in order to correct the optical path length of the light beam that illuminates the first light valve 27 after being separated by the PBS 22, the parallel plate 24 that corrects only the optical path length of the dichroic prism is the PBS 22 and the first In this embodiment, a dichroic filter 26 is disposed between the first light valve 27 and the parallel plate 24.
The dichroic filter can be formed on the surface of optical glass or the like using a recent thin film forming technique. Specifically, a dichroic film can be formed on the surface of optical glass or the like by a thin film forming technique in which a dielectric material or a metal material is formed in multiple layers using a vacuum process. By using the dichroic filters 25 and 26 as the color filter, it is possible to arbitrarily set the transmittance and reflectance of all wavelengths.
[0026]
The configuration, operation, and action of the projection apparatus of the present embodiment are substantially the same as the configuration, operation, and action of the projection apparatus of Embodiment 1 except that the dichroic filters 25 and 26 are used as color filters. Since the dichroic filters 25 and 26 according to the present invention can reflect the light flux in the band that should not be illuminated, the amount of the light flux in the unnecessary band reaching the light valve (liquid crystal panel) is reduced. Is possible. That is, the light that lowers the color purity is reflected by the dichroic filter before reaching the light valve (liquid crystal panel), and returns to the illumination light source by turning back the illumination optical path.
As described above, since the color filter is formed of a dichroic filter, a dichroic filter having an arbitrary spectral distribution characteristic can be disposed in front of the light valve.
In addition, the dichroic filter can be configured with a high transmittance of transmitted light having a wavelength that should be originally illuminated on the light valve, which cannot be realized by an absorption type like a conventional color filter.
[0027]
In the configuration shown in FIG. 3, dichroic filters 26 and 25 are arranged in front of the first light valve 27 for green and the third light valve 29 for blue. , 28, 29 may be inserted into any one or more of the three locations. Further, when the dichroic film 23a of the dichroic prism 23 is configured to be separated into red (R) and a band other than red, a little green is mixed with blue in the band other than red. However, by disposing the dichroic filter 25 having a high transmittance in the blue region between the blue light valve 29 and the dichroic prism 23, the transmitted light of the green component can be lowered.
When the dichroic prism 23 separates the blue (B) and bands other than blue, a dichroic filter having a high red transmittance may be disposed between the red light valve 28 and the dichroic prism 23.
[0028]
Example 4
Next, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention. In FIG. 4, reference numeral 31 denotes a laminated retardation film, 32 denotes a polarization beam splitter (PBS) having a polarization separation film (PBS film) 32a therein, and 33 denotes an optical having a dichroic film 33a functioning as a filter on the illumination light exit surface. A parallel plate made of glass or the like, a dichroic prism 34 having a color separation film (dichroic film) 34a inside and a dichroic film 34b functioning as a filter at least at one place on the illumination light exit surface, and 35 is green (G ) Light valve (first light valve), 36 is a red (R) light valve (second light valve), 37 is a blue (B) light valve (third light valve), 38 Is a projection lens.
Note that illustration of an illumination system such as a light source and means for using light from the light source as illumination light (for example, an integrator optical system, a condenser lens, etc.) is omitted.
[0029]
In this embodiment, as the dichroic filter shown in Embodiment 3 (FIG. 3), a dichroic film 34b is formed in at least one place on the illumination light exit surface of the dichroic prism 34 (Claim 3).
Since the dichroic filter described in the third embodiment can be formed by a conventional thin film forming technique, the dichroic filter can be integrally formed on the emission surface of the dichroic prism 34, and when the dichroic film 34a of the dichroic prism 34 is formed. In addition, since the dichroic film (dichroic filter film) 34b according to the present invention can be formed by the same vacuum process, the cost can be further reduced and the optical system can be downsized. .
[0030]
Further, in the configuration of FIG. 4, the parallel plate 33 that is corrected by the optical path length of the dichroic prism is corrected with the PBS 32 in order to correct the optical path length of the light beam that illuminates the first light valve 35 after being separated by the PBS 32. In this embodiment, a dichroic film 33a is integrally formed on the illumination light exit surface of the parallel plate 33 facing the first light valve 35.
The parallel plate 33 is effective for keeping the color synthesis accuracy and high image quality by matching the optical path length.
[0031]
(Example 5)
Next, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention. In FIG. 5, reference numeral 41 denotes a laminated retardation film, 42 denotes a polarization beam splitter (PBS) having a polarization separation film (PBS film) 42a therein, 43 denotes a color separation film (dichroic film) 43a inside and illumination A dichroic prism 44 having a dichroic film 43b functioning as a filter at least at one location on the light exit surface is formed on the exit surface of the PBS 42 from which the light beam directed to the first light valve out of the light beams divided into two by the PBS 42 is emitted. Dichroic membrane that functions as a filter, 45 is a light valve for green (G) (first light valve), 46 is a light valve for red (R) (second light valve), and 47 is blue (B) A light valve (third light valve) 48 is a projection lens (projection lens).
Note that illustration of an illumination system such as a light source and means for using light from the light source as illumination light (for example, an integrator optical system, a condenser lens, etc.) is omitted.
[0032]
In the present embodiment, the parallel plate 33 of the fourth embodiment (FIG. 4) is not used, and the PBS 42 emits a light beam directed to the first light valve 45 out of the light beams divided by the PBS 42 as a dichroic filter. A dichroic film 44 is integrally formed on the surface (claim 4).
Since the dichroic filter described in the third embodiment can be formed by a conventional thin film forming technique, the dichroic filter can be integrally formed on the exit surface of the PBS 42, and the dichroic film according to the present invention can be formed when the PBS is formed. Since the (dichroic filter film) 44 can be directly formed, the cost can be further reduced and the optical system can be downsized.
[0033]
(Example 6)
Next, FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 51 denotes a laminated retardation film, 52 denotes a polarization beam splitter (PBS) having a polarization separation film (PBS film) 52a therein, 53 denotes a color separation film (dichroic film) 53a inside and illumination A dichroic prism having a dichroic film 53b that functions as a filter at least at one place on the light exit surface, 54 is a total reflection prism, 55 is a dichroic film that is formed on the illumination light exit surface of the total reflection prism 54 and functions as a filter, and 56 is Light valve for green (G) (first light valve), 57 for red (R) light valve (second light valve), 58 for light valve for blue (B) (third light valve) ) And 59 are projection lenses (projection lenses).
Note that illustration of an illumination system such as a light source and means for using light from the light source as illumination light (for example, an integrator optical system, a condenser lens, etc.) is omitted.
[0034]
In the present embodiment, a total reflection prism 54 is disposed between the first light valve 56 and the PBS 52 instead of the parallel plate 33 of the fourth embodiment (FIG. 4), and a filter is provided on the illumination light exit surface of the total reflection prism 54. The dichroic film 55 functioning as a film is formed (claim 5).
The parallel flat plate 33 of the fourth embodiment (FIG. 4) is effective for keeping the color path accuracy and maintaining the accuracy of color synthesis and high image quality, but in order to achieve further miniaturization, it is shown in FIG. As described above, it is better to use a prism shape and use total reflection. In FIG. 6, the total reflection surface of the prism 54 is 90 ° reflection direction due to reflection in the paper surface, but any angle may be used as long as the total reflection condition is satisfied, and the reflection direction may be various directions. Can be set.
By adopting such a configuration, the optical path can be efficiently bent in an arbitrary direction, and further downsizing can be realized. Further, by using the total reflection prism 54, the volume can be halved as compared with the parallel plate 33 of FIG. 4, the weight and volume can be reduced, and a smaller and lighter projection apparatus can be realized.
[0035]
(Example 7)
Next, FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 61 denotes a laminated retardation film, 62 denotes a polarization beam splitter (PBS) having a polarization separation film (PBS film) 62a therein, 63 denotes a color separation film (dichroic film) 63a inside and illumination A dichroic prism having a dichroic film 63b functioning as a filter at least at one place on the light exit surface, 64 is a total reflection prism, 64a is a dichroic film formed on the total reflection surface of the total reflection prism 64, and 65 is green (G). Light valve (first light valve) 66, red (R) light valve (second light valve), 67 (blue) light valve (third light valve), 68 Projection lens (projection lens).
Note that illustration of an illumination system such as a light source and means for using light from the light source as illumination light (for example, an integrator optical system, a condenser lens, etc.) is omitted.
[0036]
In the present embodiment, a total reflection prism 64 is disposed between the first light valve 65 and the PBS 62 as in the sixth embodiment (FIG. 6). A dichroic is provided on the total reflection surface of the total reflection prism 64. A film 64a is formed.
By adopting such a configuration, even when the total reflection condition is not satisfied, depending on the film design, it can be formed as a dichroic mirror, and the degree of freedom of the optical system layout is further improved. Further, since the light in the unnecessary wavelength region incident on the first light valve 65 can be transmitted from the total reflection surface, the light does not return to the illumination side, and there is an effect of not generating unnecessary flare light. A high-quality projection apparatus can be realized.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a light source, a light valve having a function of changing the polarization direction, a means for efficiently illuminating the light valve with light from the light source, and the light valve are modulated. Component light whose polarization direction does not change among the light after the illumination light from the light source is incident on the laminated retardation film and passes through the laminated retardation film in a projection apparatus constituted by means for projecting image light Then, the component light whose polarization direction has changed is divided into two by the polarization beam splitter, one of the divided light is used as illumination light for the first light valve, and the other light is guided to the color separation element. The light is separated into two colors by the color separation element, and the respective lights divided into the two colors are used as illumination light to the second and third light valves. Color image forming, and a means for combining the respective modulated image light, characterized in that the image formed on a screen by the projection means, and, A color filter for removing color light other than the color light incident on the first light valve is disposed between the first light valve and the polarization beam splitter, and the second light valve, the color separation element, and / or Alternatively, color light other than the color light incident on the second and / or third light valve is removed between the third light valve and the color separation element. Since the color filter is arranged (Claim 1), the color filter can improve the color purity of the illumination light to each light valve by removing light outside the desired color band, and the degree of polarization of the incident light. Therefore, it is possible to realize a projection apparatus that can project a high-quality image with high color purity, good color balance, and no influence on the screen.
[0038]
Further, in the above projection apparatus, by using a dichroic filter as the color filter (Claim 2), it is possible to form by arbitrarily setting the transmittance and reflectance of all wavelengths.
Further, as the dichroic filter, a dichroic film is formed on at least one place of the illumination light exit surface of the color separation element (Claim 3), or, as the dichroic filter, among the light beams divided into two by the polarization beam splitter By forming a dichroic film on the exit surface of the polarization beam splitter from which the light beam going to the first light valve exits (Claim 4), the number of parts can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the optical system can be downsized. Can be realized.
[0039]
In the above projection apparatus, by arranging the total reflection prism between the first light valve and the polarization beam splitter (Claim 5), the optical path can be efficiently bent in an arbitrary direction, and the optical system can be more efficiently operated. Miniaturization can be realized.
Furthermore, by forming a dichroic film on the reflection surface of the total reflection prism (Claim 6), even if the total reflection condition is not satisfied, it can be formed as a dichroic mirror depending on the film design, and the degree of freedom of optical system layout is increased. Will improve.
In addition, light in an unnecessary wavelength region that is incident on the first light valve can be transmitted from the total reflection surface, so that it does not return to the illumination side and does not generate unnecessary flare light. A quality projection apparatus can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a conventional technique, and is an explanatory diagram of functions of a reflective liquid crystal element in a reflective liquid crystal projector.
FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the prior art, and is an explanatory diagram of a color composition method using a transmissive liquid crystal element.
FIG. 10 is a diagram illustrating still another example of the prior art, and is a configuration explanatory diagram of a polarization converter.
FIG. 11 is a diagram showing still another example of the prior art, and is a schematic configuration diagram of a main part of a projection apparatus using a color polarizer.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a problem that occurs when the degree of polarization decreases in an optical system that performs color separation using a laminated retardation film and a polarizing beam splitter.
[Explanation of symbols]
1, 11, 21, 31, 41, 51, 61: Laminated retardation film
2, 12, 22, 32, 42, 52, 62: Polarization beam splitter (PBS)
2a, 12a, 22a, 32a, 42a, 52a, 62a: PBS membrane
3, 14, 23, 34, 43, 53, 63: Dichroic prism (color separation element)
3a, 14a, 23a, 34a, 43a, 53a, 63a: Dichroic film (color separation film)
4, 5, 15, 16: Color filter
6, 17, 27, 35, 45, 56, 65: First light valve
7, 18, 28, 36, 46, 57, 66: second light valve
8, 19, 29, 37, 47, 58, 67: Third light valve
25, 26: Dichroic filter
33a, 34b, 43b, 44, 55, 64a: Dichroic membrane (dichroic filter membrane)
54, 64: Total reflection prism

Claims

It comprises a light source, a light valve having a function of changing the polarization direction, means for efficiently illuminating the light valve with light from the light source, and means for projecting image light modulated by the light valve. In the projection device
Illumination light from the light source is incident on the laminated retardation film, and the component light whose polarization direction does not change and the component light whose polarization direction changes among the light after passing through the laminated retardation film are converted by the polarization beam splitter. The light path is divided into two, one of the divided light is used as illumination light for the first light valve, the other light is guided to the color separation element, and is separated into two colors by the color separation element. Each of the divided lights is used as illumination light to the second and third light valves, a color image is formed by the first to third light valves, and the respective modulated video lights are combined; characterized by forming an image on a screen by the projection means, and, between the first light valve and the polarization beam splitter, remove color light other than the color light entering into the first light valve The color filter is disposed and incident on the second and / or third light valve between the second light valve and the color separation element and / or the third light valve and the color separation element. A projection apparatus comprising a color filter for removing color light other than color light to be emitted .

The projection device according to claim 1,
A projection apparatus using a dichroic filter as the color filter.

The projection apparatus according to claim 2, wherein
A projection apparatus comprising a dichroic film formed as a dichroic filter in at least one place on an illumination light exit surface of a color separation element.

The projection apparatus according to claim 2, wherein
A projection apparatus, wherein a dichroic film is formed on the exit surface of the polarization beam splitter from which the light beam directed to the first light valve out of the light beam divided into two by the polarization beam splitter is used as the dichroic filter.

In the projection apparatus as described in any one of Claims 1-4,
A projection apparatus comprising a total reflection prism disposed between a first light valve and a polarizing beam splitter.

The projection apparatus according to claim 5, wherein
A projection apparatus, wherein a dichroic film is formed on a total reflection surface of a total reflection prism.