JP5767433B2 - 投射型画像表示装置 - Google Patents
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Description
図3(a)は図2の実施例1に示す素子構成において、入射光が偏光分離素子9a、位相差板12g、画像表示素子11gを往復し再び偏光分離素子9aで偏光分離されるまでを模式的に示した図である。画像表示素子11gにより反射した後の部分は鏡面対称に反転させ、各素子を透過する形で描いている。その際に各素子を透過した入射角に対する偏光状態の違いを示したのが図3(b)(c)である。図3(b)(c)の(1)〜(5)に示された灰色楕円内の黒線は、それぞれある入射角度、入射方位における偏光状態を楕円表示で示したものである。ここで、入射角度とはz軸とのなす角、入射方位とは入射方向のxy面への投影像のx軸とのなす角と定義する。図3中で、灰色楕円の中心は、z軸に平行に入射する光線を表し、灰色楕円の中心からの距離が入射角度を表し、灰色楕円の中心を中心とする角度が入射方位を表す。灰色楕円の外側へ行くほど高入射角で入射する光線の偏光状態を示す。図(3)(b)の(1)〜(4)は画像表示素子11gで正反射する光の偏光状態を示し、図(3)(c)の(1)〜(4)は画像表示素子11gに対して垂直入射した光線が、画像表示素子反射時に回折する場合の光の偏光状態を示している。画像表示素子11gでの回折により、図3(c)では画像表示素子11gへの入射時(垂直入射)と反射時(斜め方向に反射)で光の進む方向が異なる場合の偏光状態の変化を表している。また図3(b)(c)の(1)〜(4)はそれぞれ、(1)は入射光が偏光分離素子9aに入射直後の光線の偏光状態の角度分布を示し、(2)はその後位相差板12gを透過した後の偏光状態を示している。(3)はさらに画像表示素子11gで反射され、再び位相差板12gを透過した後の偏光状態を示し、(4)には再び偏光分離素子9aで検光される際の理想的な偏光状態を白線で示している。図3(b)(c)の(5)は、(3)と(4)を重ねて表示した図であり、最終的に(5)での黒線と白線とのズレが大きい程、最終的な光線の偏光状態と偏光分離素子9aにより検光される方向とのズレが大きくなり、漏れ光量が大きいことを意味する。
R=Δna・d
である。したがって、
0.3λ≦Δna・d≦0.7λ ・・・(1)
を満足することが好ましく、さらには、
0.4λ≦Δna・d≦0.6λ ・・・(1)'
を満足することがより好ましい。
60≦θAz ≦85 ・・・(2)
を満足することが好ましく、さらに、
62≦θAz ≦70 ・・・(2)'
を満足することがより好ましい。
0≦θCz≦15 (ただしθCzは鋭角側の角度) ・・・(3)
0.5≦|θAx|≦10 [deg] ・・・(4)
を満たすことが望ましい。さらに好ましくは、
1≦|θAx|≦5 [deg] ・・・(5)
を満たすことがより望ましい。最適な回転角度は位相差板12gの位相差ならびにプレチルト角の傾斜角度・方位に依存する。しかしθAxが0.5度未満ではプレチルトに起因する位相ズレの補償効果が得られず、θAxが10度より大きい場合には偏光分離素子に対する補償効果が低減し、装置全体としての十分な位相補償効果を得ることができない。
0.5≦|θEx|≦10 または 0.5≦|θEx-90|≦10 ・・・(6)
を満たすことが好ましい。
0.01λ≦R'≦0.2λ ・・・(7)
を満たすことが好ましい。ここで、位相差R‘は、z軸に平行に入射する2つの直交する偏光光に対する屈折率差Δneと、z軸に平行に入射する偏光光が第3の位相差板を通過する長さをdとの積Δne・d で表せるので、
0.01λ≦Δne・d≦0.2λ ・・・(7)'
を満たすことが好ましい。
2g: 緑色光
3: 偏光変換素子
4g: 偏光変換された緑色光
5: ダイクロイックミラー
9a: 緑色光用偏光分離素子
9a1: 緑色光用偏光分離面
11g: 緑色光用反射型液晶素子
12g: 緑色光用の第1の位相差板
13g: 緑色光用の第2の位相差板
14g: 緑色光用の第3の位相差板
20 投射レンズ光学系
100: 実施例1の投射型画像表示装置の構成概略図
Claims (9)
- 光源と、
入射光のうち一方の偏光光を透過し、これと直交する他方の偏光光を反射する偏光分離面を有するマクニール型の偏光分離素子と、
入射光を画像光へと変調して反射する画像表示素子と、
該偏光分離素子と該画像表示素子との間に配置される第1の位相差板と、
該第1の位相差板と該画像表示素子との間に配置される第3の位相差板と、
を有し、前記画像光を投射レンズを用いてスクリーンに投射する投射型画像表示装置であって、
前記画像表示素子は、垂直配向型の液晶画像表示素子であり、該液晶画像表示素子は黒表示状態において面法線に対しプレチルト角を有し、
前記第1の位相差板は、該第1の位相差板の光学面内において直交する2つの方向で互いに異なる屈折率を有し、該光学面に対して垂直に入射した、使用波長帯域内のある波長λの偏光光に対してλ/4よりも大きな位相差を与える位相差板であり、
前記偏光分離素子の入出射面の法線の方向をz軸、該z軸と前記偏光分離面の法線nの両方に垂直な方向をy軸、z軸とy軸の両方に垂直な方向をx軸、と座標軸を定義したとき、
前記第1の位相差板は、該第1の位相差板の光学軸をxz面内でx軸に対して傾かせて配置することにより、該第1の位相差板への入射角が往路と復路で変化する光のうち、復路の光の位相に影響を与えており、
前記第3の位相差板は、該第3の位相差板のxy面内において直交する2つの方向で互いに異なる屈折率を有し、前記プレチルト角に起因する位相ズレを補償するように配置されており、
前記第3の位相差板の光学軸のxy面への射影像とx軸とがなす角度をθEx(度)としたとき、
0.5≦|θEx|≦10 または 0.5≦|θEx-90|≦10 (ただし、θExは鋭角側の角度)
のいずれかを満たす、
ことを特徴とする投射型画像表示装置。 - 前記第1の位相差板は、z軸に平行に入射する2つの直交する偏光光に対して生じる位相差をRとしたとき、
0.3λ≦R≦0.7λ
を満たす、請求項1に記載の投射型画像表示装置。 - 前記第1の位相差板の前記光学軸とz軸との成す角度をθAz(度)としたとき、
60≦θAz≦85 (ただしθAzは鋭角側の角度)
を満たす、請求項1または2に記載の投射型画像表示装置。 - 前記第1の位相差板の光学軸は、該第1の位相差板の光学面内にあり、
該光学面がxy面に対して傾斜するように、該第1の位相差板が設置され、
該第1の位相差板は、前記偏光分離素子側の第1のクサビ型の基板と、前記画像表示素子側の第2のクサビ型の基板と、で挟むように構成され、
該第1及び第2のクサビ型の基板は屈折率等方性であり、
該第1のクサビ型の基板の該偏光分離素子側の光学面はxy面と平行であり、
該第2のクサビ型の基板の該画像表示素子側の光学面はxy面と平行である、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の投射型画像表示装置。 - 前記投射型画像表示装置は、第2の位相差板をさらに有し、
該第2の位相差板は、z方向とxy面内の方向において互いに異なる屈折率を有し、
前記光源からの光路において、前記偏光分離素子、前記第1の位相差板、該第2の位相差板、前記画像表示素子、の順で配置される、
請求項1に記載の投射型画像表示装置。 - 前記第2の位相差板の常光線屈折率n0と異常光線屈折率neの屈折率差ne−n0は、前記画像表示素子における常光線屈折率n0と異常光線屈折率neの屈折率差と符号が反対である、請求項5に記載の投射型画像表示装置。
- 前記第2の位相差板は屈折率の互いに異なる少なくとも2種類の無機等方性薄膜を10層以上、積層した構造からなる、請求項5または6に記載の投射型画像表示装置。
- 前記第2の位相差板の光学軸とz軸との成す角度をθCz(度)としたとき、
0≦θCz≦15 (ただしθCzは鋭角側の角度)
を満たす、請求項5乃至7のいずれか1項に記載の投射型画像表示装置。 - 前記第3の位相差板は、z軸に平行に入射する2つの直交する偏光光に対して生じる位相差をR’としたとき、
0.01λ≦R’≦0.2λ
を満たす、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の投射型画像表示装置。
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