JPH10228064A - Projection type optical device - Google Patents
Projection type optical deviceInfo
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- JPH10228064A JPH10228064A JP9030844A JP3084497A JPH10228064A JP H10228064 A JPH10228064 A JP H10228064A JP 9030844 A JP9030844 A JP 9030844A JP 3084497 A JP3084497 A JP 3084497A JP H10228064 A JPH10228064 A JP H10228064A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、反射型の投射型光
学装置およびそれに用いる光学素子に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a reflection type projection optical device and an optical element used therefor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】投射型光学装置は画像を一定の距離だけ
離れたスクリーンに投射し、直視型の光学装置に比べて
大きな投射画像を得ることを目的とする。例えば、映写
機も基本的に同様の構造を備えている。つまり、光源か
ら供給される強い光を画像データで変調し、レンズ光学
系を経て、投射する投射型光学装置の構造が古くから知
られていた。2. Description of the Related Art The purpose of a projection type optical device is to project an image on a screen which is separated by a certain distance, and to obtain a large projected image as compared with a direct view type optical device. For example, a projector basically has a similar structure. In other words, the structure of a projection optical device that modulates strong light supplied from a light source with image data and projects the modulated light through a lens optical system has been known for a long time.
【０００３】また、投射型光学装置に用いる光変調手段
として種々の光学素子がある。散乱性を有する光学素子
としては、サスペンジョンディスプレー素子、レーザ書
き込みモード液晶素子やダイナミック・スキャッタリン
グ（ＤＳＭ）の液晶素子などが従来から知られていた。There are various optical elements as light modulating means used in a projection type optical device. As an optical element having a scattering property, a suspension display element, a laser writing mode liquid crystal element, a liquid crystal element of dynamic scattering (DSM) and the like have been conventionally known.
【０００４】ＳＩＤプロシーディングズ Ｖｏｌ．１８
／２ 第２クオーター１９７７、１３４〜１４６頁、
「ライトバルブのためのプロジェクションシステム」
（従来例１）に各種の光変調手段とシュリーレン光学系
とを組み合わせた投射型光学装置に関する説明が開示さ
れた。光変調手段として、ＰＬＺＴや液晶素子が例示さ
れ、シュリーレン光学系と組み合わせた投射型光学装置
であり、従来例１の図８〜図１０に反射モードの構成が
示された。[0004] SID Proceedings Vol. 18
/ 2 second quarter 1977, pp. 134-146,
"Projection system for light valves"
(Conventional Example 1) discloses a description of a projection optical apparatus in which various light modulating means and a schlieren optical system are combined. As a light modulating means, a PLZT or a liquid crystal element is exemplified. The light modulating means is a projection optical device combined with a schlieren optical system, and the configuration of the reflection mode is shown in FIGS.
【０００５】また、新しい動作モードを持つ液晶素子を
投射型光学装置に用いた発明が特開平５−１９６９２３
（従来例２）や、特開平７−５４１９（従来例３）に示
された。この従来例２、３に採用された液晶素子は液晶
／高分子複合体素子、高分子／分散型液晶素子、あるい
は単に分散型液晶素子（以後、ＬＣ／ＰＣとも呼ぶ）な
どと呼ばれ、電界駆動で高い散乱性能と透過率を有し、
従来の偏光板を内蔵する光吸収型のツイスト・ネマチッ
ク（ＴＮ）液晶素子やスーパーツイストネマチック（Ｓ
ＴＮ）液晶素子よりも明るく、コントラストの高い表示
を行うことが可能となった。Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-196923 discloses an invention using a liquid crystal element having a new operation mode in a projection optical device.
(Conventional Example 2) and JP-A-7-5419 (Conventional Example 3). The liquid crystal elements employed in Conventional Examples 2 and 3 are called liquid crystal / polymer composite elements, polymer / dispersion type liquid crystal elements, or simply dispersion type liquid crystal elements (hereinafter also referred to as LC / PC). With high scattering performance and transmittance by driving,
A conventional light-absorbing twisted nematic (TN) liquid crystal device incorporating a polarizing plate or a super twisted nematic (S
TN) It is possible to perform display brighter and higher in contrast than the liquid crystal element.
【０００６】従来例２では、ＬＣ／ＰＣを反射型液晶表
示素子として構成し、反射型の投射型液晶光学装置を形
成した。従来例３では、デルタ型に配置した２枚のダイ
クロイックミラー面を挟むように配置した３枚の反射型
ＬＣ／ＰＣ素子によって、投射表示を行なうものであっ
た。In the conventional example 2, the LC / PC is configured as a reflection type liquid crystal display element to form a reflection type projection type liquid crystal optical device. In Conventional Example 3, projection display is performed by three reflective LC / PC elements arranged so as to sandwich two dichroic mirror surfaces arranged in a delta type.
【０００７】また、ＳＩＤ９５ダイジェストの２２７頁
に、透過散乱型の液晶光学素子を反射型の光学装置とし
て用いた投射型光学装置が記載された。その平面図を図
１８に、側面図を図２０に示す（従来例４）。On page 227 of SID95 Digest, a projection type optical device using a transmission scattering type liquid crystal optical element as a reflection type optical device is described. FIG. 18 is a plan view and FIG. 20 is a side view (conventional example 4).
【０００８】また、特開平４−１４２５２８（従来例
５）に、ＬＣ／ＰＣを光学素子として用いた投射型光学
装置において、光源系に底面の断面が上面の断面よりも
大きな錐体状のプリズムが配置され、投射像の明るさと
コントラスト比を改善した結果が示された。Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 4-142528 (Conventional Example 5) discloses that in a projection optical apparatus using an LC / PC as an optical element, a conical prism having a light source system whose bottom section is larger than its top section is larger than the top section. Were arranged, and the result of improving the brightness and contrast ratio of the projected image was shown.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
例は共通の光路配置を備えており、反射方式に起因する
課題を内蔵していた。従来例の一つである投射型光学装
置５００の全体構成を示した図１９と図２０を参照しな
がら説明する。なお、共通要素についての説明は省略す
る。However, these prior arts have a common optical path arrangement and have a problem caused by the reflection system. A description will be given with reference to FIGS. 19 and 20 showing an overall configuration of a projection optical device 500 which is one of the conventional examples. The description of the common elements is omitted.
【００１０】すなわち、光源系１から出射した主光束の
光軸ＡＸは、集光レンズ１４を通過後に反射型光学素子
１５の反射面に対して一定の角度傾斜で入射するように
配置され、反射型光学素子１５の反射面で正規反射され
た光は反射型光学素子１５の反射面に対して一定の角度
傾斜して反射型光学素子１５を出射し、集光レンズ１４
を通過して投射光学系３へと伝搬する出射光の光軸ＢＸ
となる。反射型光学素子１５の表示面に密着したレンズ
の対称軸がＤＸである。That is, the optical axis AX of the main light beam emitted from the light source system 1 is arranged so as to be incident on the reflection surface of the reflection type optical element 15 at a constant angle after passing through the condenser lens 14. The light regularly reflected on the reflecting surface of the reflective optical element 15 exits the reflective optical element 15 at a certain angle with respect to the reflecting surface of the reflective optical element
Axis BX of the outgoing light that propagates through the optical system and propagates to the projection optical system 3
Becomes The axis of symmetry of the lens that is in close contact with the display surface of the reflective optical element 15 is DX.
【００１１】このとき、光軸ＡＸと光軸ＢＸとは有限の
角度γを有する光路配置となる。この角度γが３０°以
上となるように配置すると、光源系と投射系とが十分空
間適に離れ、相互に干渉しない構成が得られやすいが、
反射型光学素子の像をスクリーン上に結像して用いる場
合、光利用効率を維持して解像度の高い投射レンズを実
現するのが困難であった。At this time, the optical axis AX and the optical axis BX have an optical path arrangement having a finite angle γ. When the angle γ is arranged so as to be 30 ° or more, the light source system and the projection system are sufficiently separated from each other by a sufficient space, and a configuration that does not interfere with each other can be easily obtained.
When an image of a reflection type optical element is formed on a screen and used, it is difficult to maintain a light use efficiency and to realize a projection lens having a high resolution.
【００１２】特に、高い投射像拡大率を必要とする広角
投射レンズや多数枚のレンズ群から構成される投射ズー
ムレンズの場合、表示精細度の高い反射型表示素子の投
影解像度を確保することが技術的に難しかった。In particular, in the case of a wide-angle projection lens requiring a high projection image enlargement ratio or a projection zoom lens composed of a large number of lens groups, it is possible to ensure the projection resolution of a reflective display element having high display definition. It was technically difficult.
【００１３】一方、角度γが３０°以下、さらに２０°
以下となる配置構成とすると、光利用効率を維持して解
像度の高い投射レンズを実現することが可能であるが、
光源系と投射系とが接近するため干渉してしまい、問題
となっていた。On the other hand, when the angle γ is 30 ° or less,
With the following arrangement, it is possible to realize a projection lens with high resolution while maintaining light use efficiency,
Since the light source system and the projection system approach each other, they interfere with each other, causing a problem.
【００１４】特に、高い投射像拡大率を必要とする広角
投射レンズや多数枚のレンズ群から構成される投射ズー
ムレンズの場合、表示精細度の高い反射型表示素子の投
影解像度を確保することが技術的に難しかった。In particular, in the case of a wide-angle projection lens requiring a high projection image enlargement ratio or a projection zoom lens composed of a large number of lens groups, it is possible to ensure the projection resolution of a reflective display element having high display definition. It was technically difficult.
【００１５】一方、角度γが３０°以下、さらに２０°
以下となるように配置しようとすると、高い光利用効率
を維持し、かつ解像度の高い投射レンズを用いることが
可能であった。しかし、光源系と投射系とが空間的に接
近するため、相互に干渉してしまい新たな問題が生まれ
ていた。On the other hand, when the angle γ is 30 ° or less,
If an attempt is made to arrange as follows, it is possible to maintain a high light use efficiency and use a projection lens with high resolution. However, since the light source system and the projection system are spatially close to each other, they interfere with each other, and a new problem has arisen.
【００１６】特に、高い投射像拡大率を必要とする広角
投射レンズや多数枚のレンズ群から構成される投射ズー
ムレンズの場合、投射レンズ自体が大型化する。また、
投射光量を増大させるため大電力ランプを光源系に用い
た場合、放熱量が大きいため集光鏡等の光源系に使用さ
れる光学素子を大型化する必要が生じるとともに投射レ
ンズが接近しているとその温度上昇が問題であった。何
れの場合も光源系と投射系との適切な配置がより困難と
なっていた。In particular, in the case of a wide-angle projection lens requiring a high projection image magnification and a projection zoom lens composed of a large number of lens groups, the size of the projection lens itself increases. Also,
When a high-power lamp is used in the light source system to increase the amount of projection light, the amount of heat dissipation is large, so that it is necessary to increase the size of the optical element used in the light source system such as a condenser mirror and the projection lens is approaching. And the temperature rise was a problem. In any case, it has been more difficult to properly arrange the light source system and the projection system.
【００１７】したがって、従来の投射型光学装置におい
ては、光源系と投射系とが干渉しないように配置するこ
とと投射像の高い品質を達成することの両立がきわめて
困難であった。Therefore, in the conventional projection type optical apparatus, it is extremely difficult to achieve both the arrangement of the light source system and the projection system so as not to interfere with each other and the achievement of high quality of the projected image.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１の発明は、光源系と、透過散乱型の動作モードを有
する光学素子と反射機能層とが備えられた光変調手段
と、投射光学系とが設けられた投射型光学装置におい
て、光源系と光変調手段の間に透過型のロッドプリズム
が配置され、光源光がロッドプリズムの第１面から入射
され、ロッドプリズム中を伝搬された後、ロッドプリズ
ムの第２面から出射され、主光束となって光変調手段に
入射されることを特徴とする投射型光学装置を提供す
る。That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided a light source system, a light modulating means provided with an optical element having a transmission-scattering type operation mode and a reflection function layer, and a projection system. In a projection type optical device provided with an optical system, a transmission type rod prism is disposed between a light source system and a light modulation unit, and light from a light source enters from the first surface of the rod prism and propagates through the rod prism. After that, the light is emitted from the second surface of the rod prism, becomes a main light beam, and enters the light modulating means.
【００１９】また、請求項２の発明は、光変調手段に入
射する主光束の光軸ＡＸと、光変調手段が透過状態のと
きに反射機能層で反射されて光変調手段から出射される
主光束の光軸ＢＸとが交差角度γ＝４〜３０°を有する
ことを特徴とする請求項１記載の投射型光学装置を提供
する。Further, according to the invention of claim 2, the optical axis AX of the main light beam incident on the light modulating means, and the main light reflected by the reflection function layer and emitted from the light modulating means when the light modulating means is in the transmitting state. 2. The projection optical device according to claim 1, wherein the light beam has an intersection angle [gamma] = 4 to 30 [deg.] With the optical axis BX.
【００２０】また、請求項３の発明は、ロッドプリズム
の第１面と第２面との距離Ｌは、第１面の外接円直径と
第２面の外接円直径のいずれか大きな方をＤとすると、
Ｌ≧Ｄの関係を満たすことを特徴とする請求項１または
２記載の投射型光学装置を提供する。According to a third aspect of the present invention, the distance L between the first surface and the second surface of the rod prism is determined by the larger of the circumscribed circle diameter of the first surface and the circumscribed circle diameter of the second surface. Then
3. The projection optical device according to claim 1, wherein the relationship of L ≧ D is satisfied.
【００２１】また、請求項４の発明は、ロッドプリズム
の第１面と第２面とが非平行面であって、α＝１０〜７
０°を有することを特徴とする請求項１、２または３記
載の投射型光学装置を提供する。According to a fourth aspect of the present invention, the first surface and the second surface of the rod prism are non-parallel surfaces, and α = 10 to 7
4. The projection optical device according to claim 1, wherein the projection optical device has an angle of 0 °.
【００２２】また、請求項５の発明は、ロッドプリズム
の第１面に頂角β1 ＝９０〜１７５°の錐体状プリズム
が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいず
れか１項記載の投射型光学装置を提供する。According to a fifth aspect of the present invention, the first surface of the rod prism is provided with a conical prism having an apex angle β 1 = 90 to 175 °. 9. A projection optical device according to claim 1.
【００２３】また、請求項６の発明は、光学素子は透明
電極を有する表電極基板と反射機能層を有する裏電極基
板との間に、液晶／高分子複合体層が挟持され、電圧の
印加時または非印加時のいずれかの状態においてその高
分子相の屈折率が液晶の屈折率とほぼ一致するようにさ
れた反射型の液晶光学素子であることを特徴とする請求
項１〜５のいずれか１項記載の投射型光学装置を提供す
る。According to a sixth aspect of the present invention, in the optical element, a liquid crystal / polymer composite layer is sandwiched between a front electrode substrate having a transparent electrode and a back electrode substrate having a reflective function layer, and a voltage is applied. 6. A reflection-type liquid crystal optical element wherein the refractive index of its polymer phase is made to substantially match the refractive index of liquid crystal in either of the states of when or when no voltage is applied. A projection optical device according to any one of the preceding claims is provided.
【００２４】本発明の投射型光学装置に用いられる光学
要素であるロッドプリズムは、その光入射面と光出射面
が空間的に離れた位置にあるとともに、その内部を光が
伝搬する透過型の光学要素であり、その光入射面と光出
射面を結ぶ光伝搬媒体の側面、すなわち、空気との界面
において、光入射面からの入射光が全反射して、光出射
面から出射する作用・機能を有する光学要素を総称する
ものとする。The rod prism, which is an optical element used in the projection optical apparatus of the present invention, has a light entrance surface and a light exit surface which are spatially separated from each other, and has a transmission type through which light propagates. An optical element, at the side surface of the light propagation medium connecting the light entrance surface and the light exit surface, that is, at the interface with air, the incident light from the light entrance surface is totally reflected and emitted from the light exit surface. Optical elements having functions are collectively referred to.
【００２５】本発明の投射型光学装置では、光変調手段
として透過散乱の動作モードを有する光学素子を用い
て、他の光学要素と組み合わせて反射型の投射型光学装
置を構成する。この場合、散乱状態の画素では、散乱さ
れずに裏側まで到達した光は反射機能層で反射され、光
路を戻る際に、再度セル内の散乱部分を通過することで
散乱され、結果として薄い光変調層で高い散乱率が得ら
れる。また、透過型の光学素子に対して同じ散乱能とし
た場合、光変調層を薄く形成できるので、その結果駆動
電圧が低減できる。In the projection type optical device of the present invention, a reflection type projection type optical device is constituted by using an optical element having a transmission and scattering operation mode as a light modulating means and combining it with other optical elements. In this case, in pixels in the scattering state, light that has reached the back side without being scattered is reflected by the reflective functional layer, and when returning to the optical path, is scattered by passing through the scattering portion in the cell again, resulting in thin light. A high scattering rate can be obtained in the modulation layer. In addition, when the same scattering power is used for the transmission type optical element, the light modulation layer can be formed thin, and as a result, the driving voltage can be reduced.
【００２６】また、この光学素子が画素からなる表示素
子で、画素ごとに能動素子が形成されたアクティブマト
リックス駆動方式である場合、各画素毎に蓄積容量を形
成する際に、反射型にすることにより蓄積容量形成に伴
う画素開口率の減少が低減される。そのため透過型に比
べて高開口率が得られやすいとともに、能動素子の設計
自由度が増すので有利となる。When the optical element is a display element composed of pixels and is of an active matrix drive system in which an active element is formed for each pixel, it is necessary to use a reflection type when forming a storage capacitor for each pixel. Thereby, the decrease in the pixel aperture ratio due to the formation of the storage capacitor is reduced. Therefore, a high aperture ratio is easily obtained as compared with the transmission type, and the degree of freedom in designing the active element is increased, which is advantageous.
【００２７】具体的には上記のＬＣ／ＰＣを用いること
が好ましい。なぜなら、電気的に散乱状態と透過状態と
を直接制御でき、明るい光源を使用でき、かつ透過時の
光の透過率を大幅に向上できるからである。また、光学
素子の表側の電極基板の界面における光の反射率を低減
することが好ましい。高コントラスト比が容易に得られ
るからである。ＬＣ／ＰＣのセルギャップとして、およ
そ８〜１２μｍとすると、駆動電圧を７〜８Ｖに設定で
きる。Specifically, it is preferable to use the above-mentioned LC / PC. This is because the electrically scattering state and the transmission state can be directly controlled, a bright light source can be used, and the transmittance of light at the time of transmission can be greatly improved. Further, it is preferable to reduce the light reflectance at the interface between the electrode substrate on the front side of the optical element. This is because a high contrast ratio can be easily obtained. When the cell gap of the LC / PC is approximately 8 to 12 μm, the drive voltage can be set to 7 to 8V.
【００２８】本発明に用いるＬＣ／ＰＣセル内の液晶／
高分子複合体層の比抵抗としては、５×１０10Ωｃｍ以
上のものが好ましい。さらに、漏れ電流等による電圧降
下を最小限にし、高精細度の表示を得るためには、１０
11Ωｃｍ以上がより好ましく、この場合には大きな蓄積
容量を画素電極ごとに付与する必要がない。The liquid crystal / LC in the LC / PC cell used in the present invention
The specific resistance of the polymer composite layer is preferably 5 × 10 10 Ωcm or more. Furthermore, in order to minimize the voltage drop due to leakage current and obtain a high-definition display, 10
It is more preferably 11 Ωcm or more. In this case, it is not necessary to provide a large storage capacitance for each pixel electrode.
【００２９】液晶／高分子複合体の構造は種々のものが
あるが、本発明では、特に、細かな孔が多数連通して形
成された高分子相（ネットワーク構造）と、連通した孔
の部分に充填された液晶相とから構成されていることが
好ましい。そして、液晶と高分子相は電圧の印加時また
は非印加時のいずれかの状態においてその高分子の屈折
率が使用する液晶の常光屈折率（ｎo ）または異常光屈
折率（ｎe ）とほぼ一致するように設けられる。There are various structures of the liquid crystal / polymer composite. In the present invention, in particular, the polymer phase (network structure) formed by communicating a large number of fine pores and the portion of the communicating pores And a liquid crystal phase filled with a liquid crystal. Then, liquid crystal and the polymer phase has ordinary refractive index of the liquid crystal refractive index of the polymer in any state is used at the time is applied or when no voltage is applied (n o) or the extraordinary refractive index and (n e) They are provided so as to substantially match.
【００３０】液晶の常光屈折率（ｎo ）は高分子相の屈
折率（ｎp ）とほぼ一致することが好ましく、このとき
電界印加時に高い透明性が得られる。具体的にはｎo −
０．０３＜ｎp ＜ｎo ＋０．０５の関係を満たすことが
好ましい。It is preferable that the ordinary light refractive index (n o ) of the liquid crystal substantially coincides with the refractive index (n p ) of the polymer phase. At this time, high transparency is obtained when an electric field is applied. Specifically, no-
0.03 <it is preferable to satisfy the relationship of np <n o +0.05.
【００３１】これに所望の画素の電極間に電圧を印加す
る。この電圧を印加された画素部分では、液晶が電界方
向に平行に配列し、液晶の常光屈折率（ｎ0 ）と高分子
相の屈折率（ｎp ) とが一致することにより透過状態を
示し、当該所望の画素で光が透過することとなり、投射
スクリーンに明るく表示される。A voltage is applied between the electrodes of a desired pixel. In the pixel portion to which this voltage is applied, the liquid crystal is arranged in parallel to the direction of the electric field, and the transmissive state is indicated by the fact that the ordinary light refractive index (n 0 ) of the liquid crystal matches the refractive index (n p ) of the polymer phase. Then, light is transmitted through the desired pixel, and the image is displayed brightly on the projection screen.
【００３２】液晶の屈折率異方性Δｎ（＝ｎe −ｎo ）
は、散乱性に寄与し、高い散乱性を得るには、ある程度
以上大きいことが好ましく、具体的にはΔｎ≧０．１８
が好ましく、特にΔｎ≧０．２０が好ましい。[0032] The liquid crystal of the refractive index anisotropy Δn (= n e -n o)
Is preferably larger than a certain level in order to contribute to the scattering property and obtain a high scattering property. Specifically, Δn ≧ 0.18
Is particularly preferable, and Δn ≧ 0.20 is particularly preferable.
【００３３】また、誘電異方性が正のネマチック液晶を
用いることが好ましい。また、液晶の体積分率Φは、お
よそ６０〜７０％とすることが好ましい。６３〜６７％
とすることがより好ましい。また、液晶に求められる動
作温度範囲、動作電圧など種々の要求性能を満たすには
組成物を用いた方が有利である。It is preferable to use a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy. Further, the volume fraction Φ of the liquid crystal is preferably about 60 to 70%. 63-67%
Is more preferable. Further, it is more advantageous to use a composition in order to satisfy various required performances such as an operating temperature range and an operating voltage required for the liquid crystal.
【００３４】このＬＣ／ＰＣを表電極基板と、反射膜を
有する裏電極基板との間に挟持して反射型の液晶光学素
子とする。この反射型の液晶光学素子の電極間への電圧
の印加状態により、その液晶の屈折率が変化し、高分子
相の屈折率と液晶の屈折率との関係が変化し、両者の屈
折率が一致したときには透過状態（正規反射して光が出
射）となり、屈折率が異なったときには散乱状態（拡散
光が出射）となる。The LC / PC is sandwiched between a front electrode substrate and a back electrode substrate having a reflection film to form a reflection type liquid crystal optical element. The state of voltage application between the electrodes of the reflective liquid crystal optical element changes the refractive index of the liquid crystal, and changes the relationship between the refractive index of the polymer phase and the liquid crystal. When they match, they are in a transmissive state (light is emitted after regular reflection), and when they have different refractive indices, they are in a scattering state (diffuse light is emitted).
【００３５】本発明に用いるＬＣ／ＰＣは光励起重合相
分離法で形成することが好ましい。ＬＣＰＣを構成する
高分子相の材料としては、未硬化の硬化性化合物として
光硬化性化合物の使用が好ましく、なかでも、オリゴマ
ーを含有した光硬化性ビニル系化合物の使用が好まし
い。例えば、特開昭６３−２７１２３３、特開昭６３−
２７８０３５、特開平３−９８０２２に開示された技術
である。もちろん、他の手法によるＬＣ／ＰＣも基本的
には採用できる。The LC / PC used in the present invention is preferably formed by a photoexcitation polymerization phase separation method. As the polymer phase material constituting the LCPC, a photocurable compound is preferably used as an uncured curable compound, and among them, a photocurable vinyl compound containing an oligomer is preferably used. For example, JP-A-63-271233, JP-A-63-271233
278035, which is a technique disclosed in JP-A-3-98022. Of course, LC / PC by another method can be basically adopted.
【００３６】また、これらの液晶と硬化性化合物との未
硬化の混合物には、基板間隙制御用のセラミック粒子、
プラスチック粒子、ガラス繊維等のスペーサー、顔料、
色素、粘度調整剤、その他本発明の性能に悪影響を与え
ない添加剤を添加してもよい。なお、このＬＣ／ＰＣを
使用した反射型の液晶表示素子の透過状態での透過率は
高いほどよく、散乱状態でのヘイズ値は８０％以上であ
ることが好ましい。The uncured mixture of the liquid crystal and the curable compound contains ceramic particles for controlling the gap between the substrates,
Plastic particles, spacers such as glass fiber, pigments,
Dyes, viscosity modifiers, and other additives that do not adversely affect the performance of the present invention may be added. The higher the transmittance of the reflective liquid crystal display device using the LC / PC in the transmission state, the better, and the haze value in the scattering state is preferably 80% or more.
【００３７】本発明で能動素子としてＴＦＴを用いる場
合には、半導体材料としてはシリコンが好適である。特
に多結晶シリコンは、非結晶シリコンよりも高速動作可
能であって、面積の小さなＴＦＴで動作可能となり、高
い開口率を達成でき明るい表示が得られる。また、裏電
極基板としてＭＯＳ半導体基板を用いることもできる。
この場合、駆動電圧をＴＦＴよりも高くでき、１５Ｖ駆
動のときに、セルギャップを１５μｍ程度まで厚くする
ことができる。When a TFT is used as an active element in the present invention, silicon is preferable as a semiconductor material. In particular, polycrystalline silicon can operate at a higher speed than amorphous silicon, can operate with a TFT having a small area, can achieve a high aperture ratio, and can provide a bright display. Further, a MOS semiconductor substrate can be used as the back electrode substrate.
In this case, the driving voltage can be higher than that of the TFT, and the cell gap can be increased to about 15 μm when driving at 15 V.
【００３８】図１は本発明の投射型光学装置の基本的構
成を示す斜視図である。図１において、メタルハライド
ランプ等の光源１１から出射した光は集光鏡１２によっ
て集光され、光源光となって、光路中に配置された円柱
状光伝搬素子であるロッドプリズム１６の第１面に入射
し、ロッドプリズムを通過してその出射面である第２面
に到達し、ロッドプリズムから主光束となって出射され
る。FIG. 1 is a perspective view showing the basic structure of a projection optical apparatus according to the present invention. In FIG. 1, light emitted from a light source 11 such as a metal halide lamp is condensed by a converging mirror 12 to become light source light, and a first surface of a rod prism 16 which is a columnar light propagation element disposed in an optical path. , Passes through the rod prism, reaches the second surface, which is the exit surface, and exits from the rod prism as a main beam.
【００３９】さらに、集光レンズ１４によって集光され
反射型の液晶光学素子１５に入射され、裏側の反射機能
層で反射されて入射側に戻ってきて、再度集光レンズ１
４を通過し投射光学系３に集光され、投射レンズにより
図示されていないスクリーンに投射される。図１におい
ては、光源系１と光変調手段２との間に配置するロッド
プリズムの形状として円柱ガラスロッド１６を用いた例
が示されている。Further, the light is condensed by the condenser lens 14 and is incident on the reflection type liquid crystal optical element 15, is reflected by the reflection function layer on the back side, returns to the incident side, and is again condensed by the condenser lens 1.
The light passes through 4 and is condensed on the projection optical system 3 and is projected by a projection lens onto a screen (not shown). FIG. 1 shows an example in which a cylindrical glass rod 16 is used as the shape of a rod prism disposed between the light source system 1 and the light modulation unit 2.
【００４０】図２にプリズム内での主光束の伝搬光路を
示す。入射された主光束のうち、第１面から入射して直
接第２面から出射する光（直進光成分）と、側面で全反
射されて第２面に到達し出射する光とがある（斜行成
分）。ロッドプリズムの全長Ｌがその第１面の外接円直
径と第２面の外接円直径のいずれか大きな方をＤとした
場合に、Ｄに対してＬが相対的に長いほど、側面で全反
射されて第２面に到達する光が増大し直接第２面に到達
する光は減少する。FIG. 2 shows the propagation light path of the main light beam in the prism. Among the incident main luminous fluxes, there are light that enters from the first surface and directly exits from the second surface (straight light component), and light that is totally reflected on the side surface and reaches and exits the second surface (oblique). Row components). When the total length L of the rod prism is D, whichever is larger, the circumscribed circle diameter of the first surface or the circumscribed circle diameter of the second surface. Then, the light reaching the second surface increases, and the light reaching the second surface directly decreases.
【００４１】ロッドプリズムを構成する光学材料が可視
波長域で透明であり、側面が清浄な光学研磨面であれ
ば、原理的にロッドプリズムを伝搬する光の損失はなく
なる。そして、第１面と第２面が平行かつ光伝搬光軸に
対して垂直であってロッドプリズムが円柱状であれば入
射光の配光分布と出射光の配光分布は同一となる。If the optical material constituting the rod prism is transparent in the visible wavelength range and the side surface is a clean optically polished surface, loss of light propagating through the rod prism is in principle eliminated. When the first surface and the second surface are parallel and perpendicular to the light propagation optical axis and the rod prism is cylindrical, the light distribution of the incident light and the light distribution of the emitted light are the same.
【００４２】したがって、光源からの放射光を集める集
光鏡の集光点にロッドプリズムの第１面を配置すれば、
光伝送用の光ファイバと同様に、光は光量損失をほとん
ど生じることなくロッドプリズム中を伝搬した後、その
長さＬだけ離れた位置から出射されるため、ロッドプリ
ズムの長さＬを適当に設定すれば本発明の投射型光学装
置において投射光学系３と光源系１との間隔を調整する
ことが可能となる。Therefore, if the first surface of the rod prism is arranged at the converging point of the converging mirror for collecting the radiated light from the light source,
Similarly to the optical fiber for light transmission, light propagates through the rod prism with almost no loss of light amount, and is then emitted from a position separated by the length L. If it is set, the distance between the projection optical system 3 and the light source system 1 can be adjusted in the projection optical apparatus of the present invention.
【００４３】よって、光軸ＡＸと光軸ＢＸとの交差角度
γが小さな場合でも、ロッドプリズムを用いることによ
り光源系１と投射光学系３とが空間的に干渉しないよう
に配置することが可能となる。具体的には、Ｌ≧Ｄの関
係を満たすような形状とすることが好ましい。Therefore, even when the intersection angle γ between the optical axis AX and the optical axis BX is small, the light source system 1 and the projection optical system 3 can be arranged so as not to spatially interfere by using the rod prism. Becomes Specifically, it is preferable to have a shape that satisfies the relationship of L ≧ D.
【００４４】別のロッドプリズムの構成例を図３（断面
図）および図４（斜視図）に示した。この構成例では、
ロッドプリズムの光入射面である第１面と光出射面であ
る第２面とが非平行面であって角度αをなすように設け
てあるので、入射光の光軸ＣＸと出射光の光軸ＡＸとが
同一方向でなくなり、交差角θを有する。FIGS. 3 (cross-sectional view) and 4 (perspective view) show another example of the configuration of the rod prism. In this configuration example,
Since the first surface, which is the light incident surface, and the second surface, which is the light emitting surface, of the rod prism are provided so as to be non-parallel and form an angle α, the optical axis CX of the incident light and the light of the emitted light are provided. The axis AX is no longer in the same direction and has an intersection angle θ.
【００４５】図３の断面図において、第１面と第２面と
が角度αをなすロッドプリズム１６に光軸ＣＸの主光束
が入射され、プリズムの入射面と出射面でそれぞれ屈折
した後、出射する場合、スネルの屈折則によりロッドプ
リズムの屈折率をｍとすると光軸ＣＸと光軸ＡＸの交差
角度θの最小値θmin は次式で決まる。In the cross-sectional view of FIG. 3, after the main beam of the optical axis CX is incident on the rod prism 16 having the first surface and the second surface forming an angle α, and refracted by the entrance surface and the exit surface of the prism, respectively. In the case of emission, assuming that the refractive index of the rod prism is m according to Snell's law of refraction, the minimum value θ min of the intersection angle θ between the optical axis CX and the optical axis AX is determined by the following equation.
【００４６】[0046]
【数１】 θmin ＝２×sin-1(ｍ×sin(α/2))−α ・・・・・・・（式１）Equation 1 θ min = 2 × sin −1 (m × sin (α / 2)) − α (Equation 1)
【００４７】すなわち、屈折率１. ５のプリズムの場
合、角度α≒１９°のときに、θmin＝１０、角度α≒
６７°のときに、θmin ＝４５°となる。実際には、プ
リズムの屈折率は用いる光学材料によって１. ４〜１.
８程度の違いがあり、入射角がが出射角と異なるような
配置の場合は交差角はθmin より大きな値となる。That is, in the case of a prism having a refractive index of 1.5, when the angle α ≒ 19 °, θ min = 10 and the angle α ≒
At 67 °, θ min = 45 °. In practice, the refractive index of the prism is between 1.4 and 1. depending on the optical material used.
There is about 8 differences, and in an arrangement in which the incident angle is different from the emission angle, the crossing angle becomes a value larger than θ min .
【００４８】本発明の投射型光学装置において、光源系
１と投射光学系３との距離を小型な光学素子の導入によ
り確保するためには、ロッドプリズム中を全反射して伝
搬するとともに光軸ＣＸと光軸ＡＸとが交差角θを有す
るようにロッドプリズムの形状を定めることが好まし
い。交差角θが１０〜４５°程度になるようなプリズム
形状・配置は、角度αが１０〜７０°のときに得られ
る。In the projection type optical device of the present invention, in order to secure the distance between the light source system 1 and the projection optical system 3 by introducing a small optical element, the light propagates through the rod prism while being totally reflected and propagated along the optical axis. It is preferable to determine the shape of the rod prism so that the CX and the optical axis AX have an intersection angle θ. A prism shape and arrangement in which the intersection angle θ is about 10 to 45 ° is obtained when the angle α is 10 to 70 °.
【００４９】次に、本発明に用いられるロッドプリズム
の他の構成例について、図５（斜視図）および図６（断
面図）を用いて説明する。この例は、ロッドプリズムの
第１面が平坦面でなく錐体状とした場合である。光源系
の集光鏡の焦点位置近傍にこのような錐体状プリズムを
配置した場合、入射光の配光分布との関係で入射光が錐
体面で屈折することにより光軸の近軸光成分が増大し、
平坦面の場合に比べて光束密度を向上することが可能と
なる。Next, another example of the configuration of the rod prism used in the present invention will be described with reference to FIG. 5 (perspective view) and FIG. 6 (cross-sectional view). In this example, the first surface of the rod prism is not a flat surface but a cone. When such a cone-shaped prism is arranged near the focal point of the condenser mirror of the light source system, the paraxial light component of the optical axis is obtained by refracting the incident light on the cone surface in relation to the light distribution of the incident light. Increases,
The luminous flux density can be improved as compared with the case of a flat surface.
【００５０】入射面を錐体状とする場合、ロッドプリズ
ム自体の端面を錐体状に加工する方法、あるいは円柱ロ
ッドに錐体状プリズムを接合して形成する方法などがあ
る。このとき、錐体面は頂角β1 ＝９０〜１７５°の凸
型形状と頂角β2 ＝１８５〜２７０°の凹型形状に設け
ることが好ましい。次に、本発明に用いるロッドプリズ
ムの他の構成例について、図７（斜視図）および図８
（断面図）を用いて説明する。When the incident surface is formed in a cone shape, there is a method of processing the end face of the rod prism itself into a cone shape, or a method of joining a cone rod to a cylindrical rod and forming the same. At this time, the cone surface is preferably provided in a convex shape with an apex angle β 1 = 90 to 175 ° and a concave shape with an apex angle β 2 = 185 to 270 °. Next, another configuration example of the rod prism used in the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (cross-sectional view).
【００５１】この例は、ロッドプリズムの第１面と第２
面が平行面とされているが、その面積、形状が同一では
ない。ロッドプリズムは円錐台状であり、その光軸を含
む断面において側面が傾斜角を有するように構成され
る。この場合、入射面の面積に比べ出射面の面積が小さ
いため、出射側の光束密度が増大する。ただし、図８に
示す傾斜角度ηが鋭角すぎると出射面で全反射してしま
い、主光束が出射面で出射されず入射面側に戻ってしま
う場合がある。そのため、入射される主光束の配光分布
に合わせて側面の傾斜角度ηとロッドプリズムの長さＬ
とを適切に設定することが必要となる。実用的には、こ
のような場合も入射面側の形状を図５および図６のよう
に錐体状とすることが好ましい。In this example, the first surface of the rod prism and the second surface
Although the planes are parallel planes, their areas and shapes are not the same. The rod prism has a truncated cone shape, and is configured such that a side surface has an inclination angle in a cross section including the optical axis. In this case, since the area of the exit surface is smaller than the area of the entrance surface, the light flux density on the exit side increases. However, if the inclination angle η shown in FIG. 8 is too acute, the light may be totally reflected on the exit surface, and the main light beam may return to the entrance surface without being emitted on the exit surface. Therefore, the inclination angle η of the side surface and the length L of the rod prism are adjusted according to the light distribution of the incident main light beam.
Must be set appropriately. Practically, in such a case as well, it is preferable that the shape of the incident surface side be a cone as shown in FIGS.
【００５２】次に、本発明に用いられるロッドプリズム
の他の形状例について、図９（斜視図）および図１０
（断面図）を用いて説明する。この例は、２個の円柱状
ロッドプリズムを直角プリズムで接合した構成である。
光源系から入射される主光束の光軸ＣＸを直角プリズム
の傾斜面で全反射させることにより９０°偏向した光軸
ＡＸを有する主光束として出射する作用を有する。Next, another example of the shape of the rod prism used in the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to (cross-sectional view). This example has a configuration in which two cylindrical rod prisms are joined by a right-angle prism.
The optical axis CX of the main light beam incident from the light source system is totally reflected by the inclined surface of the right-angle prism, so that it is emitted as a main light beam having an optical axis AX deflected by 90 °.
【００５３】全反射ミラーつまり４５°入射／反射鏡を
用いて光軸を９０°偏向する場合と異なるのは、ロッド
プリズム中を伝搬する間の光束密度は変化させず、その
まま保持される点である。つまり、光学系の配置から分
析すると、ロッドプリズムの入射面の配光分布を、ロッ
ドプリズムの出射面に移動したことに相当する点であ
る。The difference from the case where the optical axis is deflected by 90 ° using a total reflection mirror, that is, a 45 ° incidence / reflection mirror, is that the light flux density during propagation through the rod prism is not changed and is maintained as it is. is there. That is, when analyzed from the arrangement of the optical system, this is a point corresponding to the fact that the light distribution on the incident surface of the rod prism has moved to the exit surface of the rod prism.
【００５４】このような構成とすることにより、光軸Ａ
Ｘと光軸ＢＸとで決定される平面Ａと光軸ＣＸと光軸Ａ
Ｘで決定される平面Ｂとの配置設定の自由度が広がる。
２個の円柱状ロッドプリズムを結合するプリズムは直角
プリズムに限定されることはなく、一方の円柱状ロッド
プリズムからの伝搬光をその傾斜面で全反射して他方の
円柱状ロッドプリズムに導光させる機能を有する光学素
子であればよい。また、個別の光学部品を接合した構成
でもよいし、最初から一体化された形態でもよい。With such a configuration, the optical axis A
Plane A, optical axis CX and optical axis A determined by X and optical axis BX
The degree of freedom in setting the arrangement with the plane B determined by X is increased.
The prism that couples the two cylindrical rod prisms is not limited to a right-angle prism, and the light propagated from one cylindrical rod prism is totally reflected on its inclined surface and guided to the other cylindrical rod prism. Any optical element having a function of causing the optical element to have a function can be used. In addition, a configuration in which individual optical components are joined, or a configuration in which the components are integrated from the beginning may be used.
【００５５】以上、図２〜図１０を参照し、各種の形態
のロッドプリズムを説明したが、それぞれを組み合わせ
ることによりその特長を併せ持った形態とすることで各
種の投射型光学装置に適合したさらに高い性能が実現で
きる。As described above, various types of rod prisms have been described with reference to FIGS. 2 to 10. However, by combining each of them, it is possible to obtain a configuration having the features of the rod prism. High performance can be achieved.
【００５６】図１２に本発明の投射型光学装置のより好
ましい構成例を模式的に斜視図で示す。また、図１３は
本発明の投射型液晶光学装置の基本的構成を模式的に示
す平面図である。図１４は本発明の投射型液晶光学装置
の基本的構成を模式的に示す側面図である。FIG. 12 is a perspective view schematically showing a more preferable configuration example of the projection optical apparatus of the present invention. FIG. 13 is a plan view schematically showing the basic configuration of the projection type liquid crystal optical device of the present invention. FIG. 14 is a side view schematically showing a basic configuration of the projection type liquid crystal optical device of the present invention.
【００５７】集光鏡として楕円鏡１２を用い、楕円鏡１
２の第１焦点位置に光源１１の発光部が配置され、光源
１１から出射した光は楕円鏡１２でその第２焦点近傍に
集光され、光源光となった後、第２焦点位置近傍に配置
された複合ロッドプリズム１６／１７および第１の開口
絞り１３を通過し、主光束として出射される。The elliptical mirror 12 is used as the converging mirror, and the elliptical mirror 1 is used.
The light-emitting part of the light source 11 is disposed at the first focal position of the light source 2, and the light emitted from the light source 11 is condensed by the elliptical mirror 12 near the second focal point, becomes light source light, and is then moved to the vicinity of the second focal position. The light passes through the arranged composite rod prism 16/17 and the first aperture stop 13, and is emitted as a main light beam.
【００５８】そして主光束が平凸レンズ１４で集光され
反射型の液晶光学素子１５に入射し、裏側で反射されて
入射側に戻ってきて、再度平凸レンズ１４を通過し集光
され、拡散光を減ずる装置である第２の開口絞り１８を
通過し、投射光学系３のレンズにより図示されていない
スクリーンに投射される。The main light beam is condensed by the plano-convex lens 14 and is incident on the reflection type liquid crystal optical element 15, is reflected on the back side, returns to the incident side, passes through the plano-convex lens 14 again, is condensed, and is diffused light. Then, the light passes through a second aperture stop 18 which is a device for reducing the diameter, and is projected onto a screen (not shown) by a lens of the projection optical system 3.
【００５９】ここでは、ロッドプリズムとして図５およ
び図６に示したものを用いた。光軸ＡＸに関して軸対称
または回転対称である錐体状プリズム１７とロッドプリ
ズム１６とを併用して、または一体形状として複合ロッ
ドプリズム１６／１７を形成した例を示している。Here, the rod prism shown in FIGS. 5 and 6 was used. An example is shown in which a composite rod prism 16/17 is formed by using a conical prism 17 and a rod prism 16 which are axially symmetric or rotationally symmetric with respect to the optical axis AX, or as an integral shape.
【００６０】ここで用いる集光レンズ１４の素材はガラ
スあるいはプラスティックいずれでも構わない。また、
集光レンズの凸面の形状は球面が一般的だが、投射像の
解像度および投射レンズと組み合わせたときの収差を低
減するために非球面形状とすることが好ましい。また、
フレネル形状とすることによってレンズを薄厚化し、軽
量・安価にしてもよい。The material of the condenser lens 14 used here may be glass or plastic. Also,
The shape of the convex surface of the condenser lens is generally a spherical surface, but is preferably an aspherical shape in order to reduce the aberration when combined with the projection lens and the resolution of the projected image. Also,
By having a Fresnel shape, the lens may be made thinner and lighter and less expensive.
【００６１】また、集光レンズ１４はその空気界面のフ
レネル反射を低減するため、光学素子１５と一体化する
ことにより界面反射を無くすことが好ましいが、十分反
射率の低い反射防止膜が形成されていれば光学素子１５
とレンズ１４とを分離して配置しても構わない。In order to reduce the Fresnel reflection at the air interface of the condenser lens 14, it is preferable to eliminate the interface reflection by integrating it with the optical element 15. However, an antireflection film having a sufficiently low reflectance is formed. Optical element 15
And the lens 14 may be arranged separately.
【００６２】また、図１３および図１４では平凸レンズ
１４ の凸面が略回転対称形状でその対称軸ＤＸが液晶
素子１５の反射面の略中心に位置する構成が示されてい
るが、対称軸ＤＸを液晶素子の反射面の中心に配置しな
くてもよい。対称軸ＤＸが液晶光学素子の反射面内に位
置しないような偏心性レンズを用いた構成とすることに
よりレンズの凸面における全ての領域の界面反射光が投
射光学系３の第２の開口絞り１８を通過することがなく
なるため、レンズの凸面の反射防止膜を設けなくとも、
均一な黒表示が可能となる。具体的な構成例の下方から
見た平面図を図１５に側面図を図１６に示す。FIGS. 13 and 14 show a configuration in which the convex surface of the plano-convex lens 14 has a substantially rotationally symmetric shape and its symmetric axis DX is located substantially at the center of the reflection surface of the liquid crystal element 15. Need not be arranged at the center of the reflection surface of the liquid crystal element. By using a configuration using an eccentric lens such that the symmetry axis DX is not located within the reflection surface of the liquid crystal optical element, the interface reflection light in all regions on the convex surface of the lens can be reflected by the second aperture stop 18 of the projection optical system 3. Without the need to provide an anti-reflection coating on the convex surface of the lens.
Uniform black display is possible. FIG. 15 is a plan view of a specific configuration example viewed from below, and FIG. 16 is a side view of FIG.
【００６３】この例では、ロッドプリズムとして光入射
面が錐体形状を有する円柱ロッドと出射面が平坦な円柱
ロッドが直角になるよう全反射４５°傾斜面を有するプ
リズムで接合された形態のものを用いている。その結
果、光源系１の光軸ＣＸが投射光学系３の光軸ＢＸと直
交するため、集光鏡１２は投射光学系１に空間的に干渉
することなく自由に配置できる。In this example, a rod prism in which a light incident surface has a cone shape and a cylindrical rod having a flat exit surface is joined by a prism having a total reflection 45 ° inclined surface so that the light incident surface is a right angle. Is used. As a result, since the optical axis CX of the light source system 1 is orthogonal to the optical axis BX of the projection optical system 3, the condenser mirror 12 can be freely arranged without spatially interfering with the projection optical system 1.
【００６４】本発明の光源系は、図１２〜図１６では楕
円面鏡を集光鏡として用いた例を示したが、放物面鏡、
球面鏡やレンズ等を適当に組み合わせたものも光源系と
して使用できる。ランプとしては、ハロゲンランプ、メ
タルハライドランプ、キセノンランプ等がある。さら
に、この光源系には冷却系を付加したり、赤外線カット
フィルタや紫外線カットフィルタ等を組み合わせてもよ
い。Although the light source system of the present invention has been described with reference to FIGS. 12 to 16 in which an elliptical mirror is used as a condensing mirror, a parabolic mirror,
Any suitable combination of spherical mirrors, lenses, etc. can be used as the light source system. Examples of the lamp include a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, and the like. Further, a cooling system may be added to this light source system, or an infrared cut filter or an ultraviolet cut filter may be combined.
【００６５】また、ロッドプリズム１６と併用する錐体
状プリズム１７の代わりに、レンズ、マイクロレンズア
レイや拡散板等の光学素子を配置しても構わない。In place of the conical prism 17 used in combination with the rod prism 16, an optical element such as a lens, a microlens array, or a diffusion plate may be arranged.
【００６６】また、複数の光変調手段に色光を入射させ
る場合には、最初から３色の光源を準備してもよいし、
ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等によ
り分光してもよい。具体的に図１５〜図１６の装置に適
用するとすれば、平凸レンズ１４と光源光学系１および
投射光学系３との間にダイクロイックミラー系４を配置
し、ＲＧＢの各色光に対して３個の光変調素子がそれぞ
れ配置されることになる。When color light is made incident on a plurality of light modulating means, three color light sources may be prepared from the beginning,
The light may be separated by a dichroic mirror, a dichroic prism, or the like. 15 and 16, a dichroic mirror system 4 is arranged between the plano-convex lens 14, the light source optical system 1 and the projection optical system 3, and three dichroic mirrors 4 for each color light of RGB. Of light modulation elements are arranged.
【００６７】その構成例の平面図を図１７に、側面図を
図１８に示す。この例では、Ｒ反射ＧＢ透過のダイクロ
イックミラー４１とＢ反射Ｇ透過のダイクロイックミラ
ー４２の２枚構成で光源系からの入射白色光をＲＧＢに
色分離するとともにＲＧＢ各液晶光学素子１５Ｒ、１５
Ｇ、１５ＲからのＲＧＢ反射光を色合成用している。こ
こで、Ｒは赤色帯域の波長光、Ｇとは緑色帯域の波長
光、Ｂとは青色帯域の波長光を意味する。FIG. 17 is a plan view of the configuration example, and FIG. 18 is a side view of the configuration example. In this example, an R-reflected GB-transmitting dichroic mirror 41 and a B-reflecting G-transmitted dichroic mirror 42 are used to separate the incident white light from the light source system into R, G, and B, and to convert each of the R, G, and B liquid crystal optical elements 15 R, 15.
The RGB reflected lights from G and 15R are used for color synthesis. Here, R means wavelength light in the red band, G means wavelength light in the green band, and B means wavelength light in the blue band.
【００６８】図１１は本発明の投射型液晶光学装置に用
いる反射型の光学素子１５の断面図である。光学素子１
５は液晶光学素子であって、内面に透明電極１５２が形
成された表電極基板１５１と内面に反射電極膜１５４が
形成された裏電極基板１５３とによってセル組みされた
素子にＬＣ／ＰＣ１５５が封入された構成となってい
る。FIG. 11 is a sectional view of a reflection type optical element 15 used in the projection type liquid crystal optical device of the present invention. Optical element 1
Reference numeral 5 denotes a liquid crystal optical element, in which an LC / PC 155 is sealed in a cell-assembled element comprising a front electrode substrate 151 having a transparent electrode 152 formed on the inner surface and a back electrode substrate 153 having a reflective electrode film 154 formed on the inner surface. It is the configuration that was done.
【００６９】この透明電極１５２と反射電極膜１５４と
の間に電圧を印加することにより液晶固化物複合体１５
５が光散乱と光透過の状態が変化する。By applying a voltage between the transparent electrode 152 and the reflective electrode film 154, the solidified liquid crystal composite 15
5 changes the state of light scattering and light transmission.
【００７０】図１１の光変調手段では、このような液晶
光学素子１５に平凸レンズ１４がインデックスマッチン
グされたカップリング材１５６で接合されている。図１
１では液晶光学素子１５の表電極基板１５１と平凸レン
ズ１４とが個別に存在し後で接合する形態を示している
が、平凸レンズ１４の平面側に透明電極１５２が形成さ
れたものを用いることにより、液晶光学素子１５の表電
極基板１５１を平凸レンズ１４で代用できる。この場
合、後からレンズを接合する必要はなくなる。In the light modulation means shown in FIG. 11, the plano-convex lens 14 is joined to such a liquid crystal optical element 15 by a coupling material 156 index-matched. FIG.
FIG. 1 shows a mode in which the front electrode substrate 151 of the liquid crystal optical element 15 and the plano-convex lens 14 are individually present and are joined later, but it is necessary to use a plano-convex lens 14 having a transparent electrode 152 formed on the plane side. Accordingly, the front electrode substrate 151 of the liquid crystal optical element 15 can be replaced by the plano-convex lens 14. In this case, it is not necessary to join the lenses later.
【００７１】本発明の反射型の光学素子１５の表電極基
板１５１は、ガラス、プラスチック等の透明基板であ
り、その内面にIn2O3-SnO2（ＩＴＯ）、SnO2等の透明電
極が形成されており、通常はベタ電極にされている。The front electrode substrate 151 of the reflective optical element 15 of the present invention is a transparent substrate such as glass or plastic, and a transparent electrode such as In 2 O 3 —SnO 2 (ITO) or SnO 2 is provided on its inner surface. It is formed and is usually a solid electrode.
【００７２】この液晶光学素子１５接合された平凸レン
ズ１４の凸面の表面には反射防止膜１４２を形成するこ
とが 界面反射光による透過率損失を低減するために好
ましい。It is preferable to form an antireflection film 142 on the convex surface of the plano-convex lens 14 bonded to the liquid crystal optical element 15 in order to reduce transmittance loss due to interface reflected light.
【００７３】この反射防止膜は、レンズ材質と空気との
界面反射を低減するように設計されたSiO2、TiO2、Zr
O2、MgF2、Al2O3 、CeF3等の無機物やポリイミド等の有
機物の単層、多層の干渉膜である。This antireflection film is made of SiO 2 , TiO 2 , Zr, which is designed to reduce the interfacial reflection between the lens material and air.
It is a single-layer or multilayer interference film of an inorganic substance such as O 2 , MgF 2 , Al 2 O 3 , CeF 3 or an organic substance such as polyimide.
【００７４】また、液晶光学素子の透明電極が形成され
た面にも、表電極基板の基板自体と透明電極１５２との
間に反射防止膜を設けてもよい。さらに、多層反射防止
膜において、構成要素として透明電極の屈折率、膜厚を
調製して用いてもよい。また表電極基板の基板自体に微
細な凹凸を形成した後透明電極膜を形成することにより
界面反射を散乱させることにより正規反射を防止する構
成であってもよい。Also, an antireflection film may be provided between the transparent electrode 152 and the front electrode substrate itself on the surface of the liquid crystal optical element on which the transparent electrodes are formed. Further, in the multilayer antireflection film, the refractive index and the film thickness of the transparent electrode may be adjusted and used as components. Further, a configuration may be employed in which regular reflection is prevented by scattering interface reflection by forming a transparent electrode film after forming fine irregularities on the substrate itself of the front electrode substrate.
【００７５】裏電極基板は、電極を有すると共に反射膜
により反射機能を有するので、ガラス、プラスチック、
金属、セラミックス、半導体等いずれでもよい。Since the back electrode substrate has an electrode and a reflecting function by a reflecting film, the back electrode substrate is made of glass, plastic,
Any of metals, ceramics, semiconductors and the like may be used.
【００７６】そして、この裏電極は画素電極として、パ
ターニングされて用いられるので、必要に応じて、ＴＦ
Ｔ、薄膜ダイオード、ＭＩＭ等の能動素子を設けて接続
する。なお、好ましくない反射を低減させるためには、
このような能動素子は裏電極基板に設けることが好まし
い。Since this back electrode is used after being patterned as a pixel electrode, the TF
Active elements such as T, thin-film diode, and MIM are provided and connected. Note that in order to reduce unwanted reflections,
Such an active element is preferably provided on the back electrode substrate.
【００７７】また、反射膜１５４は屈折率が相対的に高
い透光性誘電体薄膜と屈折率が相対的に低い透光性誘電
体薄膜とを積層してなる誘電体多層膜でもよい。多層膜
は、Si02、MgF2、Na3AlF6 等の低屈折率透光性誘電体薄
膜とTiO2、ZrO2、Ta2O5 ZnS、ZnSe、ZnTe、Si、Ge、Y2O
3、Al2O3 等の高屈折率透光性誘電体薄膜とを交互に積
層した構造からなり、必要とする反射および透過波長
帯、反射率に応じて、材料・膜厚・層数が異なり、設計
自由度が金属膜に比べ広い。The reflection film 154 may be a dielectric multilayer film formed by laminating a light transmitting dielectric thin film having a relatively high refractive index and a light transmitting dielectric thin film having a relatively low refractive index. Multilayer film, Si0 2, MgF 2, Na 3 AlF low refractive index, such as 6 translucent dielectric thin film and a TiO 2, ZrO 2, Ta 2 O 5 ZnS, ZnSe, ZnTe, Si, Ge, Y 2 O
3, consists of Al 2 O 3 structure of alternately laminated high refractive index light-transmitting dielectric thin film such as, required to reflect and transmission wavelength band, depending on the reflectance, the number of the material, thickness, and layer Differently, the degree of freedom in design is wider than that of a metal film.
【００７８】また、裏電極の１つ毎に能動素子が形成さ
れる場合、反射型の液晶光学素子に入射した光が直接能
動素子に到達しないよう、遮光膜としての機能も果た
す。その結果、光導電効果の大きなアモルファスシリコ
ン等の能動素子を用いた場合でも、別途遮光層を設け無
くとも、光誘起電流の発生を低減することができる。When an active element is formed for each of the back electrodes, it also functions as a light shielding film so that light incident on the reflective liquid crystal optical element does not directly reach the active element. As a result, even when an active element having a large photoconductive effect, such as amorphous silicon, is used, generation of a photoinduced current can be reduced without providing a separate light-shielding layer.
【００７９】反射型の液晶光学素子の透過状態の画素の
部分では、光が透過し、反射膜で正規反射した後空気側
に出射してくる。この直進光は拡散光を減ずる装置であ
る絞り１８を通過する光となるので、投射スクリーン上
で明るく表示される。一方、散乱状態の画素の部分で
は、光が散乱されて、拡散光として出射してくる。この
光はほとんどが拡散光を減ずる装置である絞り１８を通
過できないので、投射スクリーン上で暗く見えることに
なる。Light is transmitted through the pixel portion in the transmission state of the reflection type liquid crystal optical element, and is emitted to the air side after being regularly reflected by the reflection film. Since this straight light becomes light passing through the stop 18 which is a device for reducing diffused light, it is displayed brightly on the projection screen. On the other hand, light is scattered in the scattered pixel portion and emitted as diffused light. Most of this light will not pass through the aperture 18, which is a device that reduces diffused light, and will appear dark on the projection screen.
【００８０】本発明の投射型液晶光学装置は、投射用の
光源からの光を反射型の液晶光学素子に入射させ、その
反射して出射した光を用いるものであればよい。このた
め、大型の投射スクリーンに画像を投射する表示装置の
みでなく、反射型光変調器をも含むものである。The projection type liquid crystal optical device of the present invention may be any device that uses light emitted from a light source for projection incident on a reflection type liquid crystal optical element and reflected and emitted. Therefore, it includes not only a display device for projecting an image on a large projection screen but also a reflection type light modulator.
【００８１】[0081]
【作用】本発明では、投射型光学装置の用途に最適化さ
れた高い光学特性を有する光学素子を採用し、素子自体
の特性として高コントラスト比が得られる。According to the present invention, an optical element having high optical characteristics optimized for the use of the projection type optical device is employed, and a high contrast ratio can be obtained as a characteristic of the element itself.
【００８２】図２〜図１０を参照して、本発明の構成要
素であるロッドプリズムの形状および作用について説明
したように、本発明の投射型光学装置におけるロッドプ
リズムの利用により、光源系１からの出射光の集光点を
ロッドプリズムの長さ分だけ移動できるため、プリズム
形状・配置を適切に設定することにより、光源系１と投
射光学系３とを距離を隔てて配置することが可能とな
る。As described with reference to FIGS. 2 to 10, the shape and operation of the rod prism which is a component of the present invention, the use of the rod prism in the projection optical device of the present invention allows the light source system 1 to be used. Since the focal point of the emitted light can be moved by the length of the rod prism, the light source system 1 and the projection optical system 3 can be arranged at a distance by appropriately setting the prism shape and arrangement. Becomes
【００８３】具体的には、ロッドプリズムの光伝搬方向
の長さＬをその入射面あるいは出射面の外接円の直径Ｄ
に比べて大きくなるように配置することが好ましい。あ
るいは、ロッドプリズムの入射面と出射面とのなす角度
αを１０〜７０゜の範囲とすることにより、入射光の光
軸ＣＸと出射光の光軸ＡＸとの交差角θが１０〜４５°
程度に設定できるため、より光源系１と投射光学系３と
を距離を隔てて配置することが可能となる。More specifically, the length L of the rod prism in the light propagation direction is set to the diameter D of the circumscribed circle of the entrance surface or the exit surface.
It is preferable to dispose them so as to be larger than. Alternatively, by setting the angle α between the entrance surface and the exit surface of the rod prism in the range of 10 to 70 °, the intersection angle θ between the optical axis CX of the incident light and the optical axis AX of the exit light is 10 to 45 °.
Since the light source system 1 and the projection optical system 3 can be set at a certain distance, it is possible to arrange the light source system 1 and the projection optical system 3 at a greater distance.
【００８４】あるいは、２個の円柱状ロッドプリズムを
直角プリズムで接合した構成とすることにより、光軸Ｃ
Ｘと光軸ＡＸとの交差角を９０°とすることも可能で、
光軸ＡＸおよびＢＸに対して垂直方向にロッドプリズム
入射光の光軸ＣＸを設定することもできる。Alternatively, an optical axis C can be obtained by joining two cylindrical rod prisms with a right-angle prism.
The intersection angle between X and the optical axis AX can be 90 °,
The optical axis CX of the rod prism incident light can also be set in a direction perpendicular to the optical axes AX and BX.
【００８５】その結果、高い投射像拡大率を必要とする
広角投射レンズや多数枚のレンズ群から構成される投射
ズームレンズの場合でも、光源系と投射系とが干渉しな
いように配置することと投射像の高い品質を達成するこ
との両立が可能となり、表示精細度の高い反射型表示素
子の投射解像度を確保することができる。As a result, even in the case of a wide-angle projection lens requiring a high projection image magnification or a projection zoom lens composed of a large number of lens groups, it is necessary to arrange the light source system and the projection system so as not to interfere with each other. Achieving both high quality of the projected image can be achieved, and the projection resolution of the reflective display element with high display definition can be secured.
【００８６】また、投射光量を増大させるため大電力ラ
ンプを光源系に用いた場合でも、放熱量が大きいため集
光鏡等の光源系を投射レンズと離して設置できるため、
その温度上昇の問題でも回避できる。以下、実施例によ
り、本発明を具体的に説明する。Further, even when a high power lamp is used for the light source system to increase the amount of projection light, since the amount of heat radiation is large, the light source system such as a condenser mirror can be installed separately from the projection lens.
The problem of temperature rise can be avoided. Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
【００８７】[0087]
（実施例１）図１２〜図１４に、本発明の第１の実施例
である投射型表示装置２００を示し、その構成を以下に
説明する。楕円鏡１２は第１焦点距離ｆ1 ＝１５ｍｍ、
第２焦点距離ｆ2 ＝７０ｍｍ、深さＨ＝３０ｍｍの形状
に加工されてパイレックスガラスの内面にコールドミラ
ーが形成されている。(Embodiment 1) FIGS. 12 to 14 show a projection display apparatus 200 according to a first embodiment of the present invention, and the configuration thereof will be described below. The elliptical mirror 12 has a first focal length f 1 = 15 mm,
A cold mirror is formed on the inner surface of Pyrex glass by processing into a shape having a second focal length f 2 = 70 mm and a depth H = 30 mm.
【００８８】本例で用いるロッドプリズムは複合プリズ
ムで、屈折率約１. ５のＢＫ７ガラスを加工・研磨した
もので、頂角β＝１１４°、直径３０ｍｍ、高さ１０ｍ
ｍの円錐体形状プリズム１７と、長さＬ＝５０ｍｍ、直
径３０ｍｍの円柱ロッド１６とを一体化したものであ
る。上述した図５および図６に示した形状である。そし
て、第１の面である光入射錐体面には可視波長帯の反射
防止膜が形成され、第２の面である光出射面には紫外線
カットフィルタが形成されている。The rod prism used in this example is a composite prism, which is obtained by processing and polishing BK7 glass having a refractive index of about 1.5, a vertex angle β = 114 °, a diameter of 30 mm, and a height of 10 m.
In this example, a m-shaped conical prism 17 and a cylindrical rod 16 having a length L = 50 mm and a diameter of 30 mm are integrated. This is the shape shown in FIGS. 5 and 6 described above. An antireflection film in the visible wavelength band is formed on the light incident cone surface as the first surface, and an ultraviolet cut filter is formed on the light emission surface as the second surface.
【００８９】このようなロッドプリズムを用いることに
より光源系１の楕円鏡１２と投射光学系３との空間的な
間隔を確保できる。平凸レンズ１４は焦点距離ｆ＝１２
０ｍｍの平凸形状のＢＫ７であり、縦４０ｍｍ横４５ｍ
ｍの長方形状とする。By using such a rod prism, a spatial interval between the elliptical mirror 12 of the light source system 1 and the projection optical system 3 can be secured. The plano-convex lens 14 has a focal length f = 12
BK7 with a flat convex shape of 0 mm, length 40 mm and width 45 m
m rectangular shape.
【００９０】この平凸レンズの切断面には黒色塗料を塗
布し、側面に入射した光は吸収されるようにする。ま
た、凸面には可視域用の反射防止膜が形成されている。
このような平凸レンズ１４の平面側を、表示部形状が３
０. ５ｍｍ×４０. ６ｍｍで対角長が２インチである液
晶表示素子１５の表電極基板１５１に屈折率１. ５２の
カップリングオイルを用いて接合して光変調手段２を形
成する。A black paint is applied to the cut surface of the plano-convex lens so that light incident on the side surface is absorbed. Further, an antireflection film for a visible region is formed on the convex surface.
The plane side of such a plano-convex lens 14 has a display section shape of 3
The light modulating means 2 is formed by bonding using a coupling oil having a refractive index of 1.52 to a front electrode substrate 151 of a liquid crystal display element 15 having a size of 0.5 mm × 40.6 mm and a diagonal length of 2 inches.
【００９１】楕円鏡１２の第２焦点位置近傍にロッドプ
リズム１６／１７の錐体面を配置し、ロッドプリズムの
光出射面の近傍に第１の絞り１３を設置し、上記の各光
学部品を図１２〜図１４のように配置する。このとき、
平凸レンズ１４への入射光の光軸ＡＸと光学素子１５の
反射機能層で正規反射された反射光が平凸レンズ１４に
よって集光されて出射される光の光軸ＢＸとのなす角度
γを２０°となるように設定している。The conical surface of the rod prism 16/17 is arranged near the second focal position of the elliptical mirror 12, and the first diaphragm 13 is installed near the light exit surface of the rod prism. They are arranged as shown in FIGS. At this time,
The angle γ between the optical axis AX of the light incident on the plano-convex lens 14 and the optical axis BX of the light that is reflected and reflected by the reflection function layer of the optical element 15 by the plano-convex lens 14 is 20 ° is set.
【００９２】第１の絞り１３および第２の絞り１８はそ
の開口直径が可変となる虹彩絞りとする。また、光学素
子１５の反射機能層で正規反射された反射光が平凸レン
ズ１４によって集光され、第１の絞り１３の開口部の像
が結像される位置に第２の絞り１８をその開口部が第１
の絞り１３の開口部の像と一致するように設置する。The first diaphragm 13 and the second diaphragm 18 are iris diaphragms whose aperture diameters are variable. The reflected light that is regularly reflected by the reflection function layer of the optical element 15 is condensed by the plano-convex lens 14, and the second diaphragm 18 is moved to a position where an image of the opening of the first diaphragm 13 is formed. Part 1
The aperture 13 is set so as to coincide with the image of the aperture of the aperture 13.
【００９３】この第２の絞り１８の開口部を透過した光
（主光束）が投射光学系３を通してスクリーン上に投射
される。第２の絞り１８は投射レンズ１９と分離して配
置しても構わないが投射レンズ系の瞳位置に配置される
ことが好ましい。The light (main luminous flux) transmitted through the opening of the second stop 18 is projected on the screen through the projection optical system 3. The second stop 18 may be arranged separately from the projection lens 19, but is preferably arranged at the pupil position of the projection lens system.
【００９４】第１の絞り１３の開口部直径をａ、第２の
絞り１８の開口部直径をｂとすると、光学素子へ入射さ
れる主光束の分散角Φと投射光の指向性を示す集光角δ
は偏心性の平凸レンズの焦点距離ｆを用いて、次の（式
２）、（式３）で規定される。Assuming that the diameter of the opening of the first stop 13 is a and the diameter of the opening of the second stop 18 is b, the divergence angle Φ of the main light beam incident on the optical element and the directivity of the projected light are shown. Light angle δ
Is defined by the following (Equation 2) and (Equation 3) using the focal length f of an eccentric plano-convex lens.
【００９５】[0095]
【数２】ｔａｎ（Φ）＝ａ／ｆ ・・・（式２） ｔａｎ（δ）＝ｂ／ｆ ・・・（式３）Tan (Φ) = a / f (Equation 2) tan (δ) = b / f (Equation 3)
【００９６】ここで、Φ＝δとなるように第１の開口絞
りと第２の開口絞りの開口径ａ、ｂを同時に調整した。
光源11としては、放電発光型のメタルハライドランプを
用いる。その消費電力は１５０Ｗでアーク発光電極長が
３ｍｍのＤＣ放電ランプである。Here, the aperture diameters a and b of the first aperture stop and the second aperture stop were simultaneously adjusted so that Φ = δ.
As the light source 11, a discharge light emitting metal halide lamp is used. The power consumption is 150 W and the arc discharge electrode length is 3 mm.
【００９７】このような構成により、光軸ＡＸと光軸Ｂ
Ｘとのなす角度γが２０°と小さな配置の場合でも、ロ
ッドプリズムを用いることにより光源系１を投射光学系
３から離して配置することが可能となった。その結果、
光源系１と投射系３とを空間的に干渉することなく配置
できるとともに投射光学系の高い解像度性能を実現でき
る。With such a configuration, the optical axis AX and the optical axis B
Even when the angle γ with X is as small as 20 °, the light source system 1 can be arranged away from the projection optical system 3 by using the rod prism. as a result,
The light source system 1 and the projection system 3 can be arranged without spatial interference, and a high resolution performance of the projection optical system can be realized.
【００９８】また、ロッドプリズムの光入射面が錐体状
であるため入射光の光束密度が向上するとともに、ロッ
ドプリズム側面を全反射した光がその出射面である程度
均等化されて表示素子面入射光の均一性がさらに向上す
る。Further, since the light entrance surface of the rod prism has a cone shape, the luminous flux density of the incident light is improved, and the light totally reflected on the side surface of the rod prism is equalized to some extent on the exit surface, and the light is incident on the display element surface. Light uniformity is further improved.
【００９９】上記の分散角Φ＝集光角δの条件設定で、
第１の絞りと第２の絞りを連動して変化させることによ
り、集光角δを４°から１０°へと変化させた場合、投
射像の黒表示レベルの一様性を保ったまま、コントラス
ト比と明るさを調整することが可能となる。Under the above-described condition of setting the dispersion angle Φ = condensing angle δ,
When the converging angle δ is changed from 4 ° to 10 ° by changing the first stop and the second stop in conjunction with each other, the uniformity of the black display level of the projected image is maintained. The contrast ratio and the brightness can be adjusted.
【０１００】すなわち、集光角δを小さく設定した場合
は明るさは低下するが１００以上のコントラスト比が達
成されるため、比較的暗い部屋で鮮明な画像が得られ
る。一方、集光角δを大きく設定した場合はコントラス
ト比は低下するが明るさが向上するため、比較的明るい
部屋では実際のコントラスト比が向上し、鮮明な画像が
得られる。本実施例では光源として放電発光型のメタル
ハライドランプを用いる例を示したが、それ以外に、超
高圧水銀ランプやキセノンランプや無電極マイクロ波放
電ランプおよびフィラメント発光型のハロゲンランプ等
もよい。That is, when the condensing angle δ is set to a small value, the brightness decreases, but a contrast ratio of 100 or more is achieved, so that a clear image can be obtained in a relatively dark room. On the other hand, when the condensing angle δ is set to be large, the contrast ratio is reduced but the brightness is improved. Therefore, in a relatively bright room, the actual contrast ratio is improved, and a clear image can be obtained. In this embodiment, an example in which a discharge light-emitting metal halide lamp is used as a light source has been described. However, an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, an electrodeless microwave discharge lamp, a filament light-emitting halogen lamp, or the like may be used.
【０１０１】本例に用いる透過散乱型の光学素子は、電
圧の印加状態により、透過状態と散乱状態とをとりうる
平面型ものであれば使用できる。具体的には、上述した
光励起重合相分離法によって形成したＬＣ／ＰＣで、立
ち上がり時間が４０ｍｓ、電圧除去の立ち下がり時間が
１５ｍｓ程度のものを用いることが好ましい。透過率は
７８％、ヘイズ値は８２％程度とものする。The transmission / scattering type optical element used in this embodiment can be used as long as it is a plane type element that can take a transmission state and a scattering state depending on a voltage application state. Specifically, it is preferable to use an LC / PC formed by the above-described photoexcitation polymerization phase separation method and having a rise time of about 40 ms and a fall time of voltage removal of about 15 ms. The transmittance is about 78% and the haze value is about 82%.
【０１０２】また、駆動素子として、駆動電圧が８Ｖの
ＴＦＴを用いる。画素数は６４０×４８０のＶＧＡサイ
ズとする。また、電極として入射面側にＩＴＯ、反射機
能層兼用のアルミニウムの反射電極を形成する。Further, a TFT having a driving voltage of 8 V is used as a driving element. The number of pixels is a 640 × 480 VGA size. In addition, a reflective electrode made of ITO and aluminum also serving as a reflective functional layer is formed on the incident surface side as an electrode.
【０１０３】投射型表示装置は、別置したスクリーンに
投射するように配置される。この場合、前面投射型（観
察者が投射型表示装置側に位置して見る）であっても、
背面投射型（観察者が投射型表示装置と反対側に位置し
て見る）であってもよい。The projection type display device is arranged so as to project onto a separately provided screen. In this case, even if it is a front projection type (the observer is positioned on the projection type display device side and sees),
It may be of a rear projection type (a viewer is located on the opposite side of the projection type display device and looks at it).
【０１０４】この透過散乱型の光学素子を全面ベタ電極
の光学素子としたり、簡単な電極パターニングを施した
光学素子に形成して、これを照明装置として用いること
ができる。This transmission / scattering type optical element can be used as an optical element having a solid electrode on the entire surface or an optical element which has been subjected to simple electrode patterning, and can be used as an illumination device.
【０１０５】例えば、図１２の装置自体をそのような構
成とし、壁、天井等に埋め込んで配置しておくことによ
り、高速で色を変化させずに調光することができる。For example, by arranging the apparatus shown in FIG. 12 in such a configuration and embedding it in a wall, a ceiling, or the like, light can be adjusted at high speed without changing the color.
【０１０６】本実施例において、カラー表示を実現する
ためには、表示面が反射表示画素からなる透過散乱型の
光学素子１５の画素毎にＲＧＢのモザイク・カラーフィ
ルタを形成し、各色画素にＲＧＢの画像信号を印加して
カラー画像とすればよい。In this embodiment, in order to realize a color display, an RGB mosaic color filter is formed for each pixel of the transmission / scattering type optical element 15 whose display surface is composed of a reflective display pixel, and an RGB mosaic color filter is formed for each color pixel. May be applied to form a color image.
【０１０７】（実施例２）実施例１では、透過散乱型の
光学素子１５を単体で用いる例を示したが、各色毎に複
数個の光学素子１５を用いフルカラー表示を行うことも
できる。複数の透過散乱型の光学素子を各色ごとに設け
た場合には、ダイクロイックミラーやダイクロイックプ
リズム等で合成してから投射するように構成してもよい
し、個々に投射してスクリーン上で合成されるようにし
てもよいが、合成してから投射する方が光軸が一本にな
るので、小型で携帯を必要とする用途においては有利で
ある。(Embodiment 2) In Embodiment 1, an example in which the transmission / scattering type optical element 15 is used alone has been described. However, full-color display can be performed by using a plurality of optical elements 15 for each color. When a plurality of transmission / scattering type optical elements are provided for each color, the light may be synthesized by a dichroic mirror or a dichroic prism and then projected, or may be individually projected and synthesized on a screen. Although it may be possible to combine them and project them after combining them, the number of optical axes becomes one, which is advantageous in applications requiring small size and carrying.
【０１０８】ＲＧＢ各色ごとに３個の透過散乱型の表示
素子（１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒ）を用いた場合の投射型
光学装置４００の例の平面図を図１７に、側面図を図１
８に示す。FIG. 17 is a plan view of an example of the projection optical apparatus 400 when three transmission / scattering type display elements (15B, 15G, 15R) are used for each color of RGB, and FIG.
FIG.
【０１０９】ここでは、Ｒ波長光を反射し、ＧとＢの波
長光を透過するダイクロイックミラー４１とＢ波長光を
反射しＧ波長光を透過するダイクロイックミラー４２と
を入射光の光軸に対して入射角が３０°になるよう、ま
た各々のダイクロイックミラー４１と４２が６０°の角
度をなすように配置されている。Here, a dichroic mirror 41 that reflects the R wavelength light and transmits the G and B wavelength lights and a dichroic mirror 42 that reflects the B wavelength light and transmits the G wavelength light are arranged with respect to the optical axis of the incident light. The dichroic mirrors 41 and 42 are arranged so as to form an angle of 60 °.
【０１１０】そして、Ｒ用の反射型液晶表示素子１５Ｒ
と偏心平凸レンズ１４Ｒがダイクロイックミラー４１の
反射面に対して面対称位置に配置され、Ｂ用の反射型液
晶表示素子１５Ｂと偏心平凸レンズ１４Ｂがダイクロイ
ックミラー４２の反射面に対して面対称位置に配置され
ている。このような構成とすることによりにダイクロイ
ックミラー４１、４２を色分離系および色合成系として
共用できるため、小型化しやすい。The reflection type liquid crystal display element 15R for R
And the eccentric plano-convex lens 14R are arranged in plane symmetry with respect to the reflection surface of the dichroic mirror 41, and the reflection type liquid crystal display element 15B for B and the eccentric plano-convex lens 14B are arranged in plane symmetry with respect to the reflection surface of the dichroic mirror 42. Are located. With such a configuration, the dichroic mirrors 41 and 42 can be commonly used as a color separation system and a color synthesis system, so that the size can be easily reduced.
【０１１１】このようなダイクロイックミラーを用いた
ＲＧＢ３板反射型表示素子構成とすることにより、実施
例１の単板反射型表示素子構成に比べて、ＲＧＢの色純
度を保ったまま高い光利用効率が実現できる。By using the RGB three-plate reflection type display element configuration using such a dichroic mirror, compared with the single-plate reflection type display element configuration of the first embodiment, a higher light use efficiency is maintained while maintaining the RGB color purity. Can be realized.
【０１１２】本例で用いられるロッドプリズムは、屈折
率約１．５のＢＫガラスを加工・研磨したもので、光入
射面は頂角β＝１１４°、直径３０ｍｍ、高さ１２ｍｍ
の円錐体形状プリズム１７の形状で、光伝搬部分は長さ
Ｌ＝５０ｍｍで光入射側直径３０ｍｍおよび光出射側直
径２０ｍｍであって、光軸ＣＸを含む断面の形状が台形
状ロッドであり、さらに、この光出射面は光軸ＣＸの垂
直面に対して、α＝３０°の角度を有する傾斜面として
いる。光入射面および光出射面には可視波長帯の反射防
止膜が形成されている。このような複合ロッドプリズム
を用いることにより、光源系１の楕円鏡１２と投射光学
系３との干渉を回避できる。The rod prism used in this example is obtained by processing and polishing BK glass having a refractive index of about 1.5, and the light incident surface has an apex angle β = 114 °, a diameter of 30 mm, and a height of 12 mm.
In the shape of the conical prism 17, the light propagation portion has a length L = 50 mm, a light incident side diameter of 30 mm and a light exit side diameter of 20 mm, and a cross-sectional shape including the optical axis CX is a trapezoidal rod. Further, this light emitting surface is an inclined surface having an angle of α = 30 ° with respect to a plane perpendicular to the optical axis CX. An antireflection film in the visible wavelength band is formed on the light incident surface and the light emission surface. By using such a composite rod prism, interference between the elliptical mirror 12 of the light source system 1 and the projection optical system 3 can be avoided.
【０１１３】[0113]
【発明の効果】本発明によって、従来得られなかった高
輝度、かつきれいな投射表示が可能になる。基本的に
は、従来困難であった、コントラスト比の面内均一性を
向上できるようになる。また、投射画面の明るさは１０
００ＡＮＳＩルーメン程度が可能となる。また、フルカ
ラーの色純度の発色も良好で、高品位の高密度カラー表
示を達成できる。According to the present invention, it is possible to provide a high-brightness and clear projection display which could not be obtained conventionally. Basically, it is possible to improve the in-plane uniformity of the contrast ratio, which has been difficult in the past. The brightness of the projection screen is 10
About 00 ANSI lumens are possible. In addition, color development of full-color purity is good, and high-quality, high-density color display can be achieved.
【０１１４】本発明では、ロッドプリズムを用いて光源
系の出射光位置を調整できるため、光源系で大半の体積
を占めるとともに発熱源であるランプおよび集光鏡と投
射系との間隔を広げて配置することが可能となる。In the present invention, since the position of the emitted light from the light source system can be adjusted by using the rod prism, the light source system occupies most of the volume, and the distance between the projection system and the lamp and condenser mirror as the heat source is increased. It becomes possible to arrange.
【０１１５】その結果、高い投射像拡大率を必要とする
広角投射レンズや多数枚のレンズ群から構成される投射
ズ−ムレンズ等の比較的大型のレンズの場合でも、光源
系と投射光学系とが干渉しないように配置することと投
射像の高い品質を達成することの両立が可能となり、表
示精細度の高い、かつ超小型の反射型表示素子の投射解
像度を確保することができる。As a result, even in the case of a relatively large lens such as a wide-angle projection lens requiring a high projection image magnification and a projection zoom lens composed of a large number of lens groups, the light source system and the projection optical system can be used. Can be arranged so as not to interfere with each other and achieve high quality of the projected image, and the projection resolution of the ultra-small reflective display element having high display definition and high accuracy can be secured.
【０１１６】また、投射光量を増大させるため大電力ラ
ンプを光源系に用いた場合でも、放熱量が大きいため集
光鏡等の光源系を投射レンズと離して設置できるため、
その温度上昇の問題でも回避できる。Further, even when a high power lamp is used for the light source system to increase the amount of projection light, the light source system such as a condenser mirror can be installed separately from the projection lens because of the large amount of heat radiation.
The problem of temperature rise can be avoided.
【０１１７】本発明は、このほか、本発明の効果を損し
ない範囲内で種々の応用が可能である。The present invention is also applicable to various applications within a range that does not impair the effects of the present invention.
【図１】本発明の投射型光学装置の第１の構成例を示す
斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a first configuration example of a projection optical device according to the present invention.
【図２】本発明の投射型表示装置のロッドプリズムの作
用を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the operation of a rod prism of the projection display device of the present invention.
【図３】本発明の投射型表示装置の第２のロッドプリズ
ムの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a second rod prism of the projection display device of the present invention.
【図４】本発明の投射型表示装置の第２のロッドプリズ
ムの斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a second rod prism of the projection display device of the present invention.
【図５】本発明の投射型表示装置の第３のロッドプリズ
ムの斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a third rod prism of the projection display device of the present invention.
【図６】本発明の投射型表示装置の第３のロッドプリズ
ムの断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a third rod prism of the projection display device of the present invention.
【図７】本発明の投射型表示装置の第４のロッドプリズ
ムの斜視図。FIG. 7 is a perspective view of a fourth rod prism of the projection display device of the present invention.
【図８】本発明の投射型表示装置の第４のロッドプリズ
ムの断面図。FIG. 8 is a sectional view of a fourth rod prism of the projection display device of the present invention.
【図９】本発明の投射型表示装置の第５のロッドプリズ
ムの斜視図。FIG. 9 is a perspective view of a fifth rod prism of the projection display device of the present invention.
【図１０】本発明の投射型表示装置の第５のロッドプリ
ズムの断面図。FIG. 10 is a sectional view of a fifth rod prism of the projection display device of the present invention.
【図１１】本発明の投射型表示装置の光変調手段の一部
拡大断面図。FIG. 11 is a partially enlarged sectional view of a light modulating means of the projection display device of the present invention.
【図１２】本発明の投射型表示装置の第２の構成例を示
す斜視図。FIG. 12 is a perspective view showing a second configuration example of the projection display device of the present invention.
【図１３】本発明の投射型表示装置の第２の構成例を示
す平面図。FIG. 13 is a plan view showing a second configuration example of the projection display device of the present invention.
【図１４】本発明の投射型表示装置の第２の構成例を示
す側面図。FIG. 14 is a side view showing a second configuration example of the projection display device of the present invention.
【図１５】本発明の投射型表示装置の第３の構成例を示
す平面図。FIG. 15 is a plan view showing a third configuration example of the projection display device of the present invention.
【図１６】本発明の投射型表示装置の第３の構成例を示
す側面図。FIG. 16 is a side view showing a third configuration example of the projection display device of the present invention.
【図１７】本発明の投射型表示装置の第４の構成例を示
す平面図。FIG. 17 is a plan view showing a fourth configuration example of the projection display device of the present invention.
【図１８】本発明の投射型表示装置の第４の構成例を示
す側面図。FIG. 18 is a side view showing a fourth configuration example of the projection display device of the present invention.
【図１９】従来技術の投射型表示装置の構成例を示す平
面図。FIG. 19 is a plan view showing a configuration example of a projection display device of the related art.
【図２０】従来技術の投射型表示装置の構成例を示す側
面図。FIG. 20 is a side view showing a configuration example of a projection display device of the related art.
１：光源系 ２：光変調手段 ３：投射光学系 ４：色分離合成系 １１：光源 １２：楕円鏡 １３：第１の開口絞り １４、１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇ：集光レンズ １５、１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒ：光学素子 １６：ロッドプリズム １７：錐体状プリズム １８：第２の開口絞り １９：投射用レンズ ４１、４２：ダイクロイックミラー １４１：光吸収体層 １４２：反射防止膜 １５１：表電極基板 １５２：透明電極 １５３：裏電極基板 １５４：反射機能層（反射電極） １５５：液晶／高分子複合体 1: Light source system 2: Light modulation means 3: Projection optical system 4: Color separation / combination system 11: Light source 12: Elliptical mirror 13: First aperture stop 14, 14R, 14B, 14G: Condensing lens 15, 15B, 15G Reference numeral 15R: Optical element 16: Rod prism 17: Conical prism 18: Second aperture stop 19: Projection lens 41, 42: Dichroic mirror 141: Light absorber layer 142: Antireflection film 151: Front electrode substrate 152 : Transparent electrode 153: Back electrode substrate 154: Reflective function layer (reflective electrode) 155: Liquid crystal / polymer composite
Claims (6)
る光学素子と反射機能層とが備えられた光変調手段と、
投射光学系とが設けられた投射型光学装置において、光
源系と光変調手段の間に透過型のロッドプリズムが配置
され、光源光がロッドプリズムの第１面から入射され、
ロッドプリズム中を伝搬された後、ロッドプリズムの第
２面から出射され、主光束となって光変調手段に入射さ
れることを特徴とする投射型光学装置。An optical modulator comprising a light source system, an optical element having a transmission-scattering type operation mode, and a reflection function layer,
In a projection optical device provided with a projection optical system, a transmission type rod prism is disposed between the light source system and the light modulation unit, and light from the light source is incident from the first surface of the rod prism;
A projection optical device, wherein the light is emitted from a second surface of the rod prism after being propagated through the rod prism, and is incident on the light modulation unit as a main light beam.
と、光変調手段が透過状態のときに反射機能層で反射さ
れて光変調手段から出射される主光束の光軸ＢＸとが交
差角度γ＝４〜３０°を有することを特徴とする請求項
１記載の投射型光学装置。2. The optical axis AX of a main light beam incident on a light modulating means.
And an optical axis BX of a main light beam reflected by the reflection function layer and emitted from the light modulating means when the light modulating means is in a transmission state, has an intersection angle γ = 4 to 30 °. 2. The projection optical device according to 1.
Ｌは、第１面の外接円直径と第２面の外接円直径のいず
れか大きな方をＤとすると、Ｌ≧Ｄの関係を満たすこと
を特徴とする請求項１または２記載の投射型光学装置。3. The distance L between the first surface and the second surface of the rod prism is L ≧ D, where D is the larger of the circumscribed circle diameter of the first surface and the circumscribed circle diameter of the second surface. The projection optical device according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
行面であって、交差角度α＝１０〜７０°を有すること
を特徴とする請求項１、２または３記載の投射型光学装
置。4. The projection type according to claim 1, wherein the first surface and the second surface of the rod prism are non-parallel surfaces, and have an intersection angle α = 10 to 70 °. Optical device.
〜１７５°の錐体状プリズムが設けられていることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の投射型光学
装置。5. The vertical angle β 1 = 90 on the first surface of the rod prism.
The projection optical device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a conical prism having an angle of 175 °.
反射機能層を有する裏電極基板との間に、液晶／高分子
複合体層が挟持され、電圧の印加時または非印加時のい
ずれかの状態においてその高分子相の屈折率が液晶の屈
折率とほぼ一致するようにされた反射型の液晶光学素子
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記
載の投射型光学装置。6. The optical element has a liquid crystal / polymer composite layer sandwiched between a front electrode substrate having a transparent electrode and a back electrode substrate having a reflective function layer, and is provided with either a voltage application or non-voltage application. 6. The projection according to claim 1, wherein the reflection type liquid crystal optical element has a refractive index of the polymer phase substantially equal to a refractive index of the liquid crystal in such a state. Optical device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9030844A JPH10228064A (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Projection type optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9030844A JPH10228064A (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Projection type optical device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10228064A true JPH10228064A (en) | 1998-08-25 |
Family
ID=12315019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9030844A Pending JPH10228064A (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Projection type optical device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10228064A (en) |
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-
1997
- 1997-02-14 JP JP9030844A patent/JPH10228064A/en active Pending
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