JP5759288B2 - Polarization modulator and image projection apparatus - Google Patents

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本発明は、液晶プロジェクタ等の画像投射装置に用いられる偏光変調装置に関する。 The present invention relates to a polarization modulator used in an image projection apparatus such as a liquid crystal projector.

上記のような画像投射装置には、投射レンズ(投射光学系)よりも被投射面であるスクリーン側に、画像出力に同期して駆動される液晶素子を配置したものがある。特許文献1には、液晶素子を用いて、1フィールド毎に右眼用画像と左眼用画像とを交互に投射することで3D映像を表示する画像投射装置が開示されている。また、特許文献2には、液晶素子を用いて映像中に黒画像を挿入することで、映像の残像感を低減する等、映像特性を改善する映像表示装置が開示されている。   Some image projection apparatuses as described above have a liquid crystal element that is driven in synchronization with image output on the screen side, which is a projection surface, with respect to a projection lens (projection optical system). Patent Document 1 discloses an image projection apparatus that displays a 3D image by alternately projecting a right-eye image and a left-eye image for each field using a liquid crystal element. Patent Document 2 discloses a video display device that improves video characteristics, such as reducing the afterimage feeling of a video by inserting a black image into the video using a liquid crystal element.

特開平10−28275号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-28275 特開2001−42282号公報JP 2001-42282 A

特許文献1,2で開示された装置において用いられる液晶素子には高速応答性が求められる。高速応答性に優れた液晶素子としては、例えば光学補償ベンド(Optically Compensated Bend:OCB)方式液晶素子が知られている。ただし、OCB方式液晶素子の液晶分子はベンド配向されており、該液晶素子はラビング方向において自己補償性を持つため、ラビング方向での入射角度特性に対して、ラビング方向に直交する方向での入射角度特性が低下する。   The liquid crystal elements used in the devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 are required to have high-speed response. For example, an optically compensated bend (OCB) type liquid crystal element is known as a liquid crystal element excellent in high-speed response. However, since the liquid crystal molecules of the OCB type liquid crystal element are bend-aligned and the liquid crystal element has self-compensation property in the rubbing direction, the incident angle characteristic in the rubbing direction is incident in the direction orthogonal to the rubbing direction. Angular characteristics are degraded.

投射レンズよりもスクリーン側に液晶素子を配置して高速変調を行う場合、投射レンズの画角によって液晶素子への光の入射角度が決まる。しかし、特に広画角の投射レンズを用いた場合には、投射画像に色むらが発生する。   When high-speed modulation is performed by arranging a liquid crystal element on the screen side of the projection lens, the incident angle of light to the liquid crystal element is determined by the angle of view of the projection lens. However, particularly when a wide-angle projection lens is used, color unevenness occurs in the projected image.

偏光を用いた画像投射装置では、光源からの光をP偏光またはS偏光の直線偏光に変換した上で複数の光変調素子(液晶表示素子)に対して色分離と色合成を行う。このため、射出側に位相差板を配置しない限り、投射画像を形成する射出偏光は、水平方向に対して0度や90度の偏光方向を有する直線偏光となる。   In an image projection apparatus using polarized light, light from a light source is converted into linearly polarized light of P-polarized light or S-polarized light, and then color separation and color composition are performed on a plurality of light modulation elements (liquid crystal display elements). For this reason, unless a phase difference plate is arranged on the exit side, the exit polarized light that forms the projected image is linearly polarized light having a polarization direction of 0 degrees or 90 degrees with respect to the horizontal direction.

特許文献1にて開示された画像投射装置のように投射レンズから射出した光をそのままスクリーンに投射する場合は、射出偏光が水平に対して0度または90度をなす偏光方向を有し、液晶素子は水平方向に対して45度をなすラビング方向を有する。このため、投射画像の対角方向が入射角度特性が低い方向となり、使用する投射レンズの画角が大きくなると色むらも顕著になる。   When the light emitted from the projection lens is projected as it is onto the screen as in the image projection apparatus disclosed in Patent Document 1, the emission polarization has a polarization direction that makes 0 degree or 90 degrees with respect to the horizontal, and the liquid crystal The element has a rubbing direction of 45 degrees with respect to the horizontal direction. For this reason, the diagonal direction of the projected image is a direction with a low incident angle characteristic, and when the angle of view of the projection lens to be used is increased, the color unevenness becomes conspicuous.

また、液晶素子のラビング方向を水平方向とすると、そのままでは成り立たないため、45度偏光板を検光子として挿入せざるを得ず、この結果、投射される光量(つまりは投射画像の明るさ)が半減する。   In addition, if the rubbing direction of the liquid crystal element is a horizontal direction, it does not hold as it is, so a 45-degree polarizing plate must be inserted as an analyzer, and as a result, the amount of light to be projected (that is, the brightness of the projected image) Is halved.

さらに、特許文献2には、バックライト光源が画像投射装置のように広画角を有する場合に発生する画面内の色むらや透過光量の減少に関して何ら考慮されていない。   Furthermore, Patent Document 2 does not take into consideration any color unevenness in the screen or reduction in the amount of transmitted light that occurs when the backlight light source has a wide angle of view as in the image projection apparatus.

本発明は、明るく、色むらの少ない画像を投射できるようにした偏光変調装置およびこれを用いた画像投射装置を提供する。   The present invention provides a polarization modulation device capable of projecting a bright image with little color unevenness and an image projection device using the same.

本発明の一側面としての偏光変調装置は、光変調素子によって変調された互いに波長帯域が異なる複数の色光を被投射面に投射する投射光学系と、投射光学系よりも光変調素子側に配置され、複数の色光のうち特定色光の偏光方向を他の色光の偏光方向に一致させる波長選択性位相差板と、投射光学系よりも被投射面側に配置され、水平方向に対して45度傾いた偏光透過軸を有する入射偏光板と、波長選択性位相差板と入射偏光板との間に配置され、水平方向に対して45度の偏光方向を有する偏光光を射出する1/2位相差板と、入射偏光板よりも被投射面側に配置され、ラビング方向が入射偏光板の偏光透過軸に対して45度傾いた光学補償ベンド方式液晶セルとを有することを特徴とする。 A polarization modulation device according to one aspect of the present invention is a projection optical system that projects a plurality of color lights modulated by a light modulation element and having different wavelength bands onto a projection surface, and is disposed closer to the light modulation element than the projection optical system A wavelength-selective phase difference plate that matches the polarization direction of the specific color light among the plurality of color lights with the polarization direction of the other color light, and is disposed closer to the projection surface than the projection optical system, and is 45 degrees with respect to the horizontal direction. An incident polarizing plate having an inclined polarization transmission axis, and a half position that emits polarized light having a polarization direction of 45 degrees with respect to the horizontal direction, disposed between the wavelength selective phase difference plate and the incident polarizing plate. It has a phase difference plate and an optically compensated bend type liquid crystal cell which is disposed closer to the projection surface side than the incident polarizing plate and whose rubbing direction is inclined by 45 degrees with respect to the polarization transmission axis of the incident polarizing plate.

なお、光源からの光を変調する光変調素子を少なくとも含み、上記偏光変調装置が一体に設けられた又は取り外し可能に装着される画像投射装置も本発明の他の一側面を構成する。   Note that an image projection apparatus that includes at least a light modulation element that modulates light from a light source and in which the polarization modulation device is integrally provided or detachably mounted also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、液晶セルへの光入射角度が大きい場合でも、明るく、色むらの少ない投射画像を表示可能な偏光変調装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when the light incident angle to a liquid crystal cell is large, the polarization modulation apparatus which can display a projection image with little color unevenness can be provided.

本発明の実施例1である偏光変調装置を有する画像投射装置の構成を示す図。1 is a diagram illustrating a configuration of an image projection apparatus having a polarization modulation device that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 実施例1の偏光変調装置の分解図。1 is an exploded view of a polarization modulation device of Embodiment 1. FIG. OCB方式液晶素子の構成を示す分解図。The exploded view which shows the structure of an OCB system liquid crystal element. 本発明の実施例2である偏光変調装置の分解図。FIG. 6 is an exploded view of a polarization modulation device that is Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例3である偏光変調装置の分解図。FIG. 6 is an exploded view of a polarization modulation device that is Embodiment 3 of the present invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1には、本発明の実施例1である偏光変調装置を備えた液晶プロジェクタ(画像投射装置)の構成を示している。本実施例の偏光変調装置は、例として、映像中に黒画像を挿入し、映像における残像感を低減する等、映像特性を改善するのに適した構成を有する。   FIG. 1 shows the configuration of a liquid crystal projector (image projection apparatus) provided with a polarization modulation device that is Embodiment 1 of the present invention. As an example, the polarization modulation apparatus of the present embodiment has a configuration suitable for improving video characteristics, such as inserting a black image in a video to reduce the afterimage feeling in the video.

図1において、100は液晶プロジェクタ本体であり、照明光学系、色分離合成光学系および液晶パネルを収容している。1は放電ランプ等の光源であり、2は光源1からの光を複数の光束に分離した上で、該複数の光束を後述する液晶パネル上にて重ね合わせるように集光するインテグレータである。インテグレータ2内には、光源からの無偏光光を所定の偏光方向を有する直線偏光に変換する偏光変換素子も含まれる。   In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a liquid crystal projector main body, which accommodates an illumination optical system, a color separation / synthesis optical system, and a liquid crystal panel. Reference numeral 1 denotes a light source such as a discharge lamp, and reference numeral 2 denotes an integrator that separates light from the light source 1 into a plurality of light fluxes and collects the light fluxes so as to overlap each other on a liquid crystal panel described later. The integrator 2 also includes a polarization conversion element that converts non-polarized light from the light source into linearly polarized light having a predetermined polarization direction.

3はダイクロイックミラーであり、緑の波長帯域の光(緑色光:以下、G光という)を透過して、赤の波長帯域の光(赤色光:以下、R光という)および青の波長帯域の光(青色光:以下、B光という)を反射する。   Reference numeral 3 denotes a dichroic mirror, which transmits light in the green wavelength band (green light: hereinafter referred to as G light), and transmits light in the red wavelength band (hereinafter referred to as R light) and in the blue wavelength band. Reflects light (blue light: hereinafter referred to as B light).

4はR波長選択性位相差板であり、R光の偏光方向のみを90度回転させる。5はG光用の光変調素子としての反射型液晶表示素子(以下、G液晶パネルという)であり、6はB光用の光変調素子としての反射型液晶表示素子(以下、B液晶パネルという)である。7はR光用の光変調素子としての反射型液晶表示素子(以下、R液晶パネルという)である。   Reference numeral 4 denotes an R wavelength selective phase difference plate that rotates only the polarization direction of the R light by 90 degrees. Reference numeral 5 denotes a reflection type liquid crystal display element (hereinafter referred to as a G liquid crystal panel) as a light modulation element for G light, and reference numeral 6 denotes a reflection type liquid crystal display element (hereinafter referred to as a B liquid crystal panel) as a light modulation element for B light. ). Reference numeral 7 denotes a reflective liquid crystal display element (hereinafter referred to as an R liquid crystal panel) as a light modulation element for R light.

8aは第1の偏光ビームスプリッタであり、8bは第2の偏光ビームスプリッタである。これら第1および第2の偏光ビームスプリッタ8a,8bは、P偏光を透過して、S偏光を反射する。9はダイクロイックプリズムであり、R光およびB光を透過して、G光を反射する。   8a is a first polarization beam splitter, and 8b is a second polarization beam splitter. These first and second polarization beam splitters 8a and 8b transmit P-polarized light and reflect S-polarized light. A dichroic prism 9 transmits R light and B light and reflects G light.

上述した偏光変換素子により偏光変換されてインテグレータ2から射出される光がS偏光である場合、ダイクロイックミラー3を透過したS偏光としてのG光は、第1の偏光ビームスプリッタ8aで反射されてG液晶パネル5に入射する。G液晶パネル5で変調され、かつ反射されたG光はP偏光となり、第1の偏光ビームスプリッタ8aを透過してダイクロイックプリズム9に入射する。   When the light converted by the polarization conversion element and emitted from the integrator 2 is S-polarized light, the G light as S-polarized light that has passed through the dichroic mirror 3 is reflected by the first polarization beam splitter 8a to be G Incident on the liquid crystal panel 5. The G light modulated and reflected by the G liquid crystal panel 5 becomes P-polarized light, passes through the first polarization beam splitter 8a, and enters the dichroic prism 9.

一方、ダイクロイックミラー3で反射されたS偏光としてのR光は、R波長選択性位相差板4によって偏光方向が回転されてP偏光となって第2の偏光ビームスプリッタ8bに入射する。このR光は、第2の偏光ビームスプリッタ8bを透過して、R液晶パネル7に入射する。R液晶パネル7で変調され、かつ反射されたR光はS偏光となり、第2の偏光ビームスプリッタ8bで反射されてダイクロイックプリズム9に入射する。   On the other hand, the R light as S-polarized light reflected by the dichroic mirror 3 is rotated in the polarization direction by the R-wavelength selective phase difference plate 4 to become P-polarized light and enters the second polarizing beam splitter 8b. The R light passes through the second polarization beam splitter 8 b and enters the R liquid crystal panel 7. The R light modulated and reflected by the R liquid crystal panel 7 becomes S-polarized light, is reflected by the second polarization beam splitter 8b, and enters the dichroic prism 9.

さらに、ダイクロイックミラー3で反射されたS偏光としてのB光は、R波長選択性位相差板4をそのまま透過して第2の偏光ビームスプリッタ8bに入射し、該第2の偏光ビームスプリッタ8bで反射されて、B液晶パネル6に入射する。B液晶パネル6で変調され、かつ反射されたB光はP偏光となり、第2の偏光ビームスプリッタ8bを透過してダイクロイックプリズム9に入射する。   Further, the B light as S-polarized light reflected by the dichroic mirror 3 passes through the R-wavelength selective retardation plate 4 as it is and enters the second polarizing beam splitter 8b, and the second polarizing beam splitter 8b The light is reflected and enters the B liquid crystal panel 6. The B light modulated and reflected by the B liquid crystal panel 6 becomes P-polarized light, passes through the second polarization beam splitter 8b, and enters the dichroic prism 9.

ダイクロイックプリズム9において、G光は反射され、R光およびB光は透過される。これにより、R光、G光およびB光は合成されて偏光変調装置200に入射する。ダイクロイックプリズム9から射出したG光およびB光はP偏光であり、R光はS偏光である。すなわち、複数(3つ)の色光のうち1つの特定色光であるR光の偏光方向が、他の色光であるG光およびB光の偏光方向と異なる。   In the dichroic prism 9, the G light is reflected and the R light and the B light are transmitted. Thereby, the R light, the G light, and the B light are combined and enter the polarization modulator 200. The G light and B light emitted from the dichroic prism 9 are P-polarized light, and the R light is S-polarized light. That is, the polarization direction of the R light that is one specific color light among the plurality (three) of color lights is different from the polarization direction of the G light and B light that are the other color lights.

偏光変調装置200において、10はR波長選択性位相差板であり、R光の偏光方向のみを90度回転させ、R光の偏光方向をG光およびB光の偏光方向に一致させる。これにより、R波長選択性位相差板10から射出するR光、G光およびB光はすべてS偏光となる。11は投射光学系としての投射レンズである。   In the polarization modulator 200, reference numeral 10 denotes an R wavelength selective phase difference plate that rotates only the polarization direction of the R light by 90 degrees, and matches the polarization direction of the R light with the polarization directions of the G light and the B light. As a result, the R light, G light, and B light emitted from the R wavelength selective phase difference plate 10 are all S-polarized light. Reference numeral 11 denotes a projection lens as a projection optical system.

R波長選択性位相差板10は、投射レンズ11と色分離合成光学系との間、言い換えれば投射レンズ11よりも液晶パネル(5〜7)側、すなわち光変調素子側に配置されている。R波長選択性位相差板10を、投射レンズ11よりもスクリーン(17)側、すなわち被投射面側に配置すると、投射レンズ11が広画角になった場合にR波長選択性位相差板10の入射角度特性によって、投射画像の四隅が色づく可能性がある。これに対して、投射レンズ11と色分離合成光学系との間はテレセントリックになっているので、このような問題は生じない。   The R wavelength selective phase difference plate 10 is disposed between the projection lens 11 and the color separation / synthesis optical system, in other words, closer to the liquid crystal panel (5 to 7) side than the projection lens 11, that is, the light modulation element side. When the R wavelength selective phase difference plate 10 is arranged on the screen (17) side, that is, the projection surface side with respect to the projection lens 11, the R wavelength selective phase difference plate 10 is obtained when the projection lens 11 has a wide angle of view. Depending on the incident angle characteristics, the four corners of the projected image may be colored. On the other hand, since the projection lens 11 and the color separation / synthesis optical system are telecentric, such a problem does not occur.

12は入射した偏光光の偏光方向を45度回転させる1/2位相差板(λ/2板)であり、R波長選択性位相差板10と後述する入射偏光板13との間に配置されている。   Reference numeral 12 denotes a ½ retardation plate (λ / 2 plate) that rotates the polarization direction of the incident polarized light by 45 degrees, and is disposed between the R wavelength selective retardation plate 10 and an incident polarizing plate 13 described later. ing.

13は入射偏光板であり、投射レンズ11よりもスクリーン(17)側、すなわち被投射面側に配置されている。3つの色光は第1および第2の偏光ビームスプリッタ8a,8bによって検光されるが、ダイクロイックプリズム9、R波長選択性位相差板10および投射レンズ11によって偏光状態が乱れる可能性がある。このため、投射レンズ11よりもスクリーン側に入射偏光板13を配置して、不要光をカットする。   Reference numeral 13 denotes an incident polarizing plate, which is disposed on the screen (17) side, that is, on the projection surface side of the projection lens 11. The three color lights are analyzed by the first and second polarization beam splitters 8 a and 8 b, but the polarization state may be disturbed by the dichroic prism 9, the R wavelength selective phase difference plate 10 and the projection lens 11. For this reason, the incident polarizing plate 13 is disposed on the screen side of the projection lens 11 to cut unnecessary light.

14は入射した偏光を高速で変調する液晶層としての液晶セルであり、入射偏光板13よりもスクリーン側に配置されている。   Reference numeral 14 denotes a liquid crystal cell as a liquid crystal layer that modulates incident polarized light at high speed, and is disposed on the screen side of the incident polarizing plate 13.

15は位相補償板であり、液晶セル14よりもスクリーン側に配置されている。16は射出偏光板であり、位相補償板15よりもスクリーン側に配置されている。スクリーン17には、偏光変調装置200から射出した光が投射され、映像が表示される。なお、スクリーン17に代えて、部屋の壁等、プロジェクタ専用のスクリーン以外の被投射面に映像を投射表示してもよい。   Reference numeral 15 denotes a phase compensation plate, which is disposed on the screen side of the liquid crystal cell 14. Reference numeral 16 denotes an exit polarizing plate, which is disposed on the screen side of the phase compensation plate 15. The screen 17 projects the light emitted from the polarization modulator 200 and displays an image. Instead of the screen 17, an image may be projected and displayed on a projection surface other than the projector-dedicated screen, such as a wall of a room.

本実施例の偏光変調装置200において用いられている液晶セル14は、光学補償ベンド(Optically Compensated Bend:OCB)方式液晶セルであり、図3に示すように、ラビング方向に沿って液晶分子が弓なりの配向(ベンド配向)を有する。このため、ラビング方向の入射角度特性が高いという特徴を有する。しかし、ラビング方向に直交する方向においては、ラビング方向と比べて入射角度特性が低い。   The liquid crystal cell 14 used in the polarization modulator 200 of this embodiment is an optically compensated bend (OCB) type liquid crystal cell, and as shown in FIG. 3, the liquid crystal molecules are bowed along the rubbing direction. (Bend orientation). For this reason, it has the characteristic that the incident angle characteristic of a rubbing direction is high. However, the incident angle characteristic is lower in the direction orthogonal to the rubbing direction than in the rubbing direction.

液晶セル14を、投射レンズ11よりスクリーン側に配置して入射光の高速変調を行うと、投射レンズ11が広画角の場合(例えば、投射レンズ11の半画角が35度以上である場合)にラビング方向に直交する方向において投射画像に色むらが生じる。投射画像は矩形画像であり、該矩形の対角方向が最も画角が大きいため、OCB方式液晶セルのラビング方向は、画像面に対して垂直方向または水平方向とするのが好ましい。   When the liquid crystal cell 14 is arranged on the screen side with respect to the projection lens 11 to perform high-speed modulation of incident light, the projection lens 11 has a wide angle of view (for example, the half angle of view of the projection lens 11 is 35 degrees or more). ) Color unevenness occurs in the projected image in a direction orthogonal to the rubbing direction. Since the projected image is a rectangular image, and the diagonal direction of the rectangle has the largest angle of view, the rubbing direction of the OCB type liquid crystal cell is preferably a vertical direction or a horizontal direction with respect to the image plane.

しかし、プロジェクタ本体100から射出される偏光光の偏光方向は0度または90度の方向である。このため、OCB方式液晶セルをそのまま配置すると、ラビング方向が45度の方向になり、投射画像の対角方向のうちラビング方向に直交する方向においてのみ色むらが目立つ。一方、色むらを低減するためにラビング方向が水平方向または垂直方向となるようにOCB方式液晶セルを配置すると、入射偏光板13への入射光量光が半減する。   However, the polarization direction of the polarized light emitted from the projector main body 100 is 0 or 90 degrees. For this reason, when the OCB type liquid crystal cell is arranged as it is, the rubbing direction becomes 45 degrees, and color unevenness is conspicuous only in the direction orthogonal to the rubbing direction in the diagonal direction of the projected image. On the other hand, if the OCB type liquid crystal cell is arranged so that the rubbing direction is the horizontal direction or the vertical direction in order to reduce color unevenness, the amount of light incident on the incident polarizing plate 13 is halved.

本実施例の偏光変調装置200では、図2に示すように、入射偏光板13よりも液晶パネル側(R波長選択性位相差板10と入射偏光板13との間)に1/2位相差板12を配置している。そして、1/2位相差板12からの射出偏光が、水平方向または垂直方向に対して45度の偏光方向を有するように調整する。   In the polarization modulation device 200 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, a ½ phase difference is provided on the liquid crystal panel side (between the R wavelength selective phase difference plate 10 and the incident polarizing plate 13) with respect to the incident polarizing plate 13. A plate 12 is arranged. And it adjusts so that the emitted polarized light from the 1/2 phase difference plate 12 may have a polarization direction of 45 degrees with respect to the horizontal direction or the vertical direction.

1/2位相差板12には、1軸性複屈折を面内に有した複屈折材料が用いられている。1軸性複屈折材料には、進相軸とこれに直交する遅相軸とがあり、進相軸に沿った偏光成分の位相は進み、遅相軸に沿った偏光成分の位相は遅れるという特性を持つ。この進相軸と遅相軸の位相差を波長の2分の1に設定したものが1/2位相差板であり、遅相軸と入射直線偏光とのなす角度がθであるとき、2θだけ偏光方向を回転させる機能を有する。   A birefringent material having uniaxial birefringence in the plane is used for the half retardation plate 12. A uniaxial birefringent material has a fast axis and a slow axis perpendicular to the fast axis, the phase of the polarization component along the fast axis advances, and the phase of the polarization component along the slow axis is delayed. Has characteristics. When the phase difference between the fast axis and the slow axis is set to ½ of the wavelength, a 1/2 phase difference plate is used, and when the angle between the slow axis and the incident linearly polarized light is θ, 2θ Only has the function of rotating the polarization direction.

本実施例では、1/2位相差板12への入射偏光の偏光方向が水平方向(特定方向)である。この場合、1/2位相差板12の遅相軸を22.5度に配置すると、1/2位相差板12からの射出偏光の偏光方向は、水平方向に対して45度の方向となる。このため、入射偏光板13の偏光透過軸を水平方向に対して45度傾けて、液晶セル14のラビング方向を、入射偏光板13の偏光透過軸に対して45度傾いた水平方向(特定方向と同じ方向)とすることができる。したがって、画角が大きい対角方向に対して液晶セル14の入射角度特性が良い方向を配置することができ、これにより投射画像の色むらを低減することができる。なお、1/2位相差板12は、R波長選択性位相差板10と投射レンズ11との間に配置してもよい。   In the present embodiment, the polarization direction of the polarized light incident on the half phase plate 12 is the horizontal direction (specific direction). In this case, when the slow axis of the 1/2 phase difference plate 12 is arranged at 22.5 degrees, the polarization direction of the polarized light emitted from the 1/2 phase difference plate 12 is 45 degrees with respect to the horizontal direction. . For this reason, the polarization transmission axis of the incident polarizing plate 13 is inclined 45 degrees with respect to the horizontal direction, and the rubbing direction of the liquid crystal cell 14 is changed to the horizontal direction (specific direction) inclined 45 degrees with respect to the polarization transmission axis of the incident polarizing plate 13. In the same direction). Therefore, it is possible to arrange a direction in which the incident angle characteristic of the liquid crystal cell 14 is good with respect to the diagonal direction where the angle of view is large, thereby reducing color unevenness of the projected image. Note that the ½ phase difference plate 12 may be disposed between the R wavelength selective phase difference plate 10 and the projection lens 11.

位相補償板15は、液晶セル14の入射角度特性を補償する。該位相補償板15は、液晶セル14を挟み込むように液晶セル14の前後に配置するのが好ましい。しかし、図1および図2に示すように、少なくとも液晶セルよりもスクリーン側に配置することで、より色むらを低減することができる。   The phase compensation plate 15 compensates the incident angle characteristic of the liquid crystal cell 14. The phase compensation plate 15 is preferably arranged before and after the liquid crystal cell 14 so as to sandwich the liquid crystal cell 14. However, as shown in FIGS. 1 and 2, the color unevenness can be further reduced by disposing at least the liquid crystal cell on the screen side.

射出偏光板16は、液晶セル14によって変調された光のうち不要な光をカットする。射出偏光板16は、入射偏光板13に対してクロスニコル(crossed nicols)の状態に配置される。すなわち、射出偏光板16は、入射偏光板13の偏光透過軸に対して直交する偏光透過軸を有する。   The exit polarizing plate 16 cuts unnecessary light out of the light modulated by the liquid crystal cell 14. The exit polarizing plate 16 is arranged in a crossed nicols state with respect to the incident polarizing plate 13. That is, the exit polarizing plate 16 has a polarization transmission axis orthogonal to the polarization transmission axis of the incident polarization plate 13.

本実施例では、プロジェクタ本体100における光変調素子として反射型液晶表示素子を用いているが、透過型液晶表示素子やマイクロミラーデバイス(DMD)を用いてもよい。また、本実施例では、R波長選択性位相差板10からの射出偏光をS偏光としているが、P偏光でもよい。   In this embodiment, a reflective liquid crystal display element is used as a light modulation element in the projector main body 100, but a transmissive liquid crystal display element or a micromirror device (DMD) may be used. In this embodiment, the outgoing polarized light from the R wavelength selective phase difference plate 10 is S-polarized light, but it may be P-polarized light.

さらに、本実施例では、波長選択性位相差板10として、R光の偏光方向のみを回転させるものが用いられているが、G光やB光の偏光方向を回転させる波長選択性位相差板としてもよい。また、プロジェクタ本体100の光学構成の変更に伴って、G光の偏光方向を回転させる波長選択性位相差板を用いてもよい。さらに、1/2位相差板と一体に組み合わせて、R光の偏光方向を45度回転させ、G光およびB光の偏光方向を−45度回転させて、R光の偏光方向をG光およびB光の偏光方向に一致させる素子としてもよい。   Further, in this embodiment, the wavelength-selective retardation plate 10 that rotates only the polarization direction of the R light is used. However, the wavelength-selective retardation plate that rotates the polarization direction of the G light and B light. It is good. Further, a wavelength-selective phase plate that rotates the polarization direction of the G light may be used in accordance with the change in the optical configuration of the projector main body 100. Further, in combination with the 1/2 phase difference plate, the polarization direction of the R light is rotated 45 degrees, the polarization direction of the G light and the B light is rotated by −45 degrees, and the polarization direction of the R light is changed to the G light and It is good also as an element matched with the polarization direction of B light.

本実施例では、液晶セル14のラビング方向を水平方向としているが、ラビング方向を、入射偏光板13の偏光透過軸に対して45度傾いた垂直方向(特定方向に直交する方向)としてもよい。多くのプロジェクタでは、投射レンズを光軸に直交する方向にシフトさせる、いわゆるレンズシフト機能を有する。しかし、垂直方向のレンズシフト量が大きくなると、水平方向よりも垂直方向の方が画角が大きくなることもあるため、ラビング方向を垂直に取るほうが色むらに対して有利である。   In this embodiment, the rubbing direction of the liquid crystal cell 14 is a horizontal direction, but the rubbing direction may be a vertical direction (a direction orthogonal to a specific direction) inclined by 45 degrees with respect to the polarization transmission axis of the incident polarizing plate 13. . Many projectors have a so-called lens shift function for shifting the projection lens in a direction perpendicular to the optical axis. However, if the lens shift amount in the vertical direction is increased, the angle of view may be larger in the vertical direction than in the horizontal direction. Therefore, it is advantageous to take the rubbing direction perpendicular to color unevenness.

また、本実施例では、1/2位相差板12、入射偏光板13、液晶セル14、位相補償板15および射出偏光板16を、この順で、投射レンズ11よりもスクリーン側に配置している。これに対し、1/2位相差板12、入射偏光板13、液晶セル14、位相補償板15および射出偏光板16をダイクロイックプリズム9と投射レンズ11との間に配置することも可能である。しかし、この場合、液晶セル14の入射角度特性は改善されるが、投射レンズ11のバックフォーカスが大きくなり、投射レンズ11のサイズが著しく大きくなる。   In this embodiment, the half retardation plate 12, the incident polarizing plate 13, the liquid crystal cell 14, the phase compensation plate 15 and the exit polarizing plate 16 are arranged in this order on the screen side from the projection lens 11. Yes. On the other hand, the half retardation plate 12, the incident polarizing plate 13, the liquid crystal cell 14, the phase compensation plate 15, and the exit polarizing plate 16 can be disposed between the dichroic prism 9 and the projection lens 11. In this case, however, the incident angle characteristic of the liquid crystal cell 14 is improved, but the back focus of the projection lens 11 is increased, and the size of the projection lens 11 is significantly increased.

図4には、本発明の実施例2である偏光変調装置の構成を示している。本実施例の偏光変調装置は、3D映像の表示に適した構成を有する。   FIG. 4 shows the configuration of a polarization modulation device that is Embodiment 2 of the present invention. The polarization modulation apparatus of the present embodiment has a configuration suitable for displaying 3D video.

本実施例は、実施例1の偏光変調装置200の構成から射出偏光板16を外した構成を有する。この構成では、液晶セル14の変調に従って、偏光方向が水平方向に対して45度と−45度をなす偏光光が交互に投射される。そして、これに同期して右眼用画像と左眼用画像を投射することで、ユーザは、右眼用に偏光透過軸が45度の偏光板を備え、左眼用に偏光透過軸が−45度の偏光板を備えた偏光メガネを通して3D映像を観察することができる。   The present embodiment has a configuration in which the exit polarizing plate 16 is removed from the configuration of the polarization modulator 200 of the first embodiment. In this configuration, polarized light having a polarization direction of 45 degrees and −45 degrees with respect to the horizontal direction is projected alternately according to the modulation of the liquid crystal cell 14. And by projecting the image for the right eye and the image for the left eye in synchronization with this, the user is provided with a polarizing plate having a polarization transmission axis of 45 degrees for the right eye, and the polarization transmission axis is − A 3D image can be observed through polarizing glasses having a 45-degree polarizing plate.

図5には、本発明の実施例3である偏光変調装置の構成を示している。本実施例の偏光変調装置も、3D映像の表示に適した構成を有する。   FIG. 5 shows the configuration of a polarization modulation device that is Embodiment 3 of the present invention. The polarization modulation device of the present embodiment also has a configuration suitable for displaying 3D video.

本実施例は、実施例1の偏光変調装置200に用いられている射出偏光板16に代えて、1/4位相差板18を用いた構成を有する。ユーザが使用する偏光メガネの右眼用および左眼用のうち一方に1/4位相差板を設け、他方に偏光板を設けることで、ユーザからの視野角特性を改善することができる。   The present embodiment has a configuration in which a quarter retardation plate 18 is used instead of the exit polarizing plate 16 used in the polarization modulator 200 of the first embodiment. Viewing angle characteristics from the user can be improved by providing a ¼ phase difference plate for one of the right eye and the left eye of the polarizing glasses used by the user and a polarizing plate for the other.

以上説明した各実施例の偏光変調装置をプロジェクタ本体に一体に設けて又は取り外し可能に装着して用いることで、従来のプロジェクタよりも明るく、かつ色むらが少ない映像を容易に投射することができる。   By using the polarization modulation device of each embodiment described above integrally provided in the projector main body or detachably mounted, it is possible to easily project an image that is brighter and less uneven in color than conventional projectors. .

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

明るく、かつ色むらが少ない映像の投射を可能とする偏光変調装置および画像投射装置を提供できる。   It is possible to provide a polarization modulation device and an image projection device capable of projecting a bright image with little color unevenness.

100 液晶プロジェクタ本体
200 偏光変調装置
5,6,7 反射型液晶表示素子
10 R波長選択性位相差板
11 投射レンズ
12 1/2位相差板
13 入射偏光板
14 液晶セル
15 位相補償板
17 スクリーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Liquid crystal projector main body 200 Polarization modulator 5, 6, 7 Reflection type liquid crystal display element 10 R wavelength selective phase difference plate 11 Projection lens 12 1/2 phase difference plate 13 Incident polarizing plate 14 Liquid crystal cell 15 Phase compensation plate 17 Screen

Claims (9)

光変調素子によって変調された互いに波長帯域が異なる複数の色光を被投射面に投射する投射光学系と、
前記投射光学系よりも前記光変調素子側に配置され、前記複数の色光のうち特定色光の偏光方向を他の色光の偏光方向に一致させる波長選択性位相差板と、
前記投射光学系よりも前記被投射面側に配置され、水平方向に対して45度傾いた偏光透過軸を有する入射偏光板と、
前記波長選択性位相差板と前記入射偏光板との間に配置され、前記水平方向に対して45度の偏光方向を有する偏光光を射出する1/2位相差板と、
前記入射偏光板よりも前記被投射面側に配置され、ラビング方向が前記入射偏光板の前記偏光透過軸に対して45度傾いた光学補償ベンド方式液晶セルとを有することを特徴とする偏光変調装置。
A projection optical system that projects a plurality of color lights having different wavelength bands modulated by the light modulation element onto a projection surface;
A wavelength-selective phase difference plate that is disposed on the light modulation element side of the projection optical system and matches the polarization direction of specific color light among the plurality of color lights with the polarization direction of other color light;
An incident polarizing plate disposed on the projection surface side of the projection optical system and having a polarization transmission axis inclined by 45 degrees with respect to the horizontal direction;
A half-phase plate that is disposed between the wavelength-selective phase plate and the incident polarizing plate and emits polarized light having a polarization direction of 45 degrees with respect to the horizontal direction;
A polarization modulation comprising: an optically compensated bend type liquid crystal cell disposed on the projection surface side of the incident polarizing plate and having a rubbing direction inclined by 45 degrees with respect to the polarization transmission axis of the incident polarizing plate. apparatus.
前記光学補償ベンド方式液晶セルよりも前記被投射面側に配置された位相補償板を有することを特徴とする請求項1に記載の偏光変調装置。 The polarization modulation device according to claim 1, further comprising a phase compensation plate disposed closer to the projection surface than the optical compensation bend type liquid crystal cell. 前記ラビング方向が前記水平方向と同じ方向であることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏光変調装置。 The polarization modulation device according to claim 1, wherein the rubbing direction is the same direction as the horizontal direction. 前記ラビング方向が前記水平方向に対して直交する方向であることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏光変調装置。 Polarization modulation apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the rubbing direction is the direction perpendicular to the horizontal direction. 前記光学補償ベンド方式液晶セルよりも前記被投射面側に配置され、前記入射偏光板の前記偏光透過軸に対して直交する偏光透過軸を有する射出偏光板を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の偏光変調装置。 2. The liquid crystal cell according to claim 1, further comprising an exit polarizing plate that is disposed closer to the projection surface than the optical compensation bend type liquid crystal cell and has a polarization transmission axis perpendicular to the polarization transmission axis of the incident polarization plate. 5. The polarization modulation device according to any one of items 1 to 4. 前記投射光学系の半画角が35度以上であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の偏光変調装置。 Polarization modulation device according to any one of claims 1 to 5 in which the half angle of the projection optical system is characterized in that at least 35 degrees. 前記波長選択性位相差板は、前記特定色光である赤色光の偏光方向を90度回転させる位相差板であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の偏光変調装置。 Said wavelength-selective phase plate, the polarization modulator according to any one of claims 1 to 6, wherein a retardation plate for rotating 90 ° the polarization direction of the red light is a specific color light . 前記光変調素子は、反射型液晶表示素子であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の偏光変調装置。 The light modulation element is a reflective liquid crystal display polarization modulating device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the element. 光源からの光を変調する光変調素子を含み、
請求項1からのいずれか1項に記載の偏光変調装置が一体に設けられた又は取り外し可能に装着されることを特徴とする画像投射装置。
Including a light modulation element for modulating light from the light source;
Image projection apparatus a polarization modulator according to any one of claims 1 8, characterized in that it is mounted so as to be or removably provided integrally.
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