JPH1039258A - Single polarized light conversion element, and projection type display device - Google Patents
Single polarized light conversion element, and projection type display deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、不定偏光である自
然光を単一偏光に変換する光学素子と、この光学素子を
使用した投射型表示装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an optical element for converting natural light, which is an irregularly polarized light, into a single polarized light, and to a projection display device using the optical element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光源からの自然光を単一偏光に変換する
光学素子は、例えば、投射型表示装置である液晶プロジ
ェクターなどへ利用できるということが知られている。
以下に、液晶プロジェクターの従来技術の一例を図７を
参照して説明する。図７において、１は光源、７は入射
側偏光板、８は液晶パネル、９は出射側偏光板、１０は
投射レンズである。光源１には、メタルハライドランプ
付きのパラボラリフレクターなどを使用しており、その
発する光は自然光である。この自然光が入射する液晶パ
ネル８の光入射側には、偏光板７が設置されているた
め、実際には入射側偏光板７の偏光特性及び吸収により
光のほぼ６０％が偏光板を透過できずに吸収されてしま
い、明るさの損失となり、また、偏光板に吸収された光
は熱になるため、偏光板の温度が上昇するという問題が
生じる。2. Description of the Related Art It is known that an optical element for converting natural light from a light source into single polarized light can be used, for example, in a liquid crystal projector as a projection display device.
Hereinafter, an example of the related art of the liquid crystal projector will be described with reference to FIG. 7, reference numeral 1 denotes a light source, 7 denotes an incident side polarizing plate, 8 denotes a liquid crystal panel, 9 denotes an outgoing side polarizing plate, and 10 denotes a projection lens. The light source 1 uses a parabolic reflector or the like with a metal halide lamp, and the emitted light is natural light. Since the polarizing plate 7 is provided on the light incident side of the liquid crystal panel 8 on which the natural light enters, almost 60% of the light can actually pass through the polarizing plate due to the polarization characteristics and absorption of the incident side polarizing plate 7. And the light absorbed by the polarizer becomes heat, so that the temperature of the polarizer increases.
【０００３】以上のような問題に対し、例えば、特開昭
６３−１８３４８０号公報に開示されている光学系は、
偏光ビームスプリッターやコレステリック液晶などを用
いて、自然光を２つの偏光成分に分離し、偏光状態と光
の進行方向を一致させた後、再度合成することによって
単一偏光変換素子を構成したものであり、この光学系を
用いると、光源光の利用効率を上げることができ、また
入射側の偏光板における光の吸収も低減され、偏光板の
温度を下げる効果を得ることができる。To solve the above problems, for example, the optical system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-183480 has
A single polarization conversion element is configured by separating natural light into two polarization components using a polarization beam splitter or cholesteric liquid crystal, matching the polarization state with the traveling direction of the light, and re-combining them. When this optical system is used, the efficiency of use of light from the light source can be increased, the absorption of light by the incident-side polarizing plate can be reduced, and the effect of lowering the temperature of the polarizing plate can be obtained.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６３−１８３４８０号公報に開示された単一偏光変
換素子には、以下のような問題があった。第１に、光源
光が単一光変換素子を照射する照射面積に対して、単一
偏光変換後に液晶ディスプレイを照射する照射面積が２
倍になってしまうため、単位面積当たりの光の利用効率
を高めることができない。第２に、光源光の輝度分布に
おいて、その中央部分が最も明るく周辺ほど暗くなって
いる場合、単一偏光変換された２つの光を合成した時、
明るさのピークが２つ発現してしまい、なおかつセンタ
ー部分が暗い光になってしまう。第３に、４５度反射の
偏光ビームスプリッターを２個並べて使用しているた
め、プリズム全体が大きく重いものになってしまうため
に、高価になり、量産に適さない。However, the single polarization conversion device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-183480 has the following problems. First, the irradiation area for irradiating the liquid crystal display after single polarization conversion is 2 times the irradiation area for irradiating the single light conversion element with the source light.
Therefore, the efficiency of using light per unit area cannot be increased. Second, in the luminance distribution of the light source light, when the central part is brightest and the periphery is darker, when two lights subjected to single polarization conversion are combined,
Two brightness peaks appear, and the center portion becomes dark light. Third, since two 45-degree reflection polarizing beam splitters are used side by side, the entire prism becomes large and heavy, so that it becomes expensive and is not suitable for mass production.
【０００５】本発明は、このような従来技術における問
題点に鑑みてなされたもので、光源から発した自然光の
光束幅を集光機能を持つレンズアレイが有するそれぞれ
のレンズの焦点位置へ向けて狭めた後、この光束をコレ
ステリック液晶及び反射光学素子によって単一偏光に変
換し、更にこの光の出射角度を元に戻す機能を持つレン
ズアレイを使用することによって、光源光の照射面積と
輝度分布を変えずに単一偏光変換を行うことができるよ
うにした単一偏光変換素子と、この単一偏光変換素子を
使用した投射型表示装置を提供することをその解決すべ
き課題とする。The present invention has been made in view of such problems in the prior art, and aims at directing the luminous flux width of natural light emitted from a light source to the focal position of each lens of a lens array having a condensing function. After narrowing, the luminous flux is converted into single polarized light by cholesteric liquid crystal and reflective optical element, and further, by using a lens array having the function of returning the emission angle of this light to the original, the irradiation area and luminance distribution of the light source light It is an object of the present invention to provide a single polarization conversion element capable of performing a single polarization conversion without changing, and a projection display device using the single polarization conversion element.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
のレンズからなり、光源から発した自然光を該レンズの
焦点に集光させることにより光を分割させるようにした
第１のレンズアレイ部と、該第１のレンズアレイ部から
出射した自然光のうち右回転偏光と左回転偏光のいずれ
か一方を反射し、他方を透過させるようにしたコレステ
リック液晶部と、該コレステリック液晶部で反射した光
を再度前記コレステリック液晶部を透過した光と進行方
向を一致させるように反射させて、前記コレステリック
液晶部で反射した光の偏光の回転方向を逆向きに変換さ
せるようにした反射光学素子と、前記コレステリック液
晶部を透過した光と前記反射光学素子で反射した光の出
射角度を前記光源から発した自然光の出射角度に一致さ
せるようにした第２のレンズアレイ部を有することを特
徴としたもので、光源光の照射面積と輝度分布を変える
ことなく単一偏光変換が実現でき、また、小型かつ軽量
な単一偏光変換素子を構成することができるようにした
ものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a first lens array comprising a plurality of lenses, wherein light is split by condensing natural light emitted from a light source at the focal point of the lens. Part, a cholesteric liquid crystal part that reflects one of right-handed polarized light and left-handed polarized light out of natural light emitted from the first lens array part and transmits the other, and reflected by the cholesteric liquid crystal part. A reflection optical element which reflects light so that the traveling direction matches the light transmitted through the cholesteric liquid crystal portion again, and converts the rotation direction of the polarization of the light reflected by the cholesteric liquid crystal portion to an opposite direction. An emission angle of light transmitted through the cholesteric liquid crystal unit and an emission angle of light reflected by the reflective optical element are made to coincide with an emission angle of natural light emitted from the light source. It is characterized by having a lens array portion of the above, can realize single polarization conversion without changing the irradiation area and luminance distribution of the light source light, and can constitute a small and lightweight single polarization conversion element. It is made possible.
【０００７】請求項２の発明は、請求項１記載の単一偏
光変換素子において、前記コレステリック液晶部と前記
反射光学素子の少なくとも一方が曲面形状を有するよう
にしたことを特徴としたもので、第２のレンズアレイ部
が１枚のレンズアレイのみでよい等、前記単一偏光変換
素子の構成の簡易化を図るようにしたものである。According to a second aspect of the present invention, in the single polarization conversion element according to the first aspect, at least one of the cholesteric liquid crystal section and the reflection optical element has a curved surface shape. The configuration of the single polarization conversion element is simplified, for example, the second lens array section may be formed of only one lens array.
【０００８】請求項３の発明は、請求項１及び２記載の
単一偏光変換素子において、前記第１のレンズアレイ
部，前記コレステリック液晶部，前記反射光学素子及び
前記第２のレンズアレイ部を一体化するようにしたこと
を特徴としたもので、前記単一偏光変換素子が具備する
それぞれの構成要素の位置や角度のアライメント精度を
容易に出すことができるようにしたものである。According to a third aspect of the present invention, in the single polarization conversion element according to the first and second aspects, the first lens array section, the cholesteric liquid crystal section, the reflection optical element, and the second lens array section are provided. It is characterized in that it is integrated, and the alignment accuracy of the position and angle of each component included in the single polarization conversion element can be easily obtained.
【０００９】請求項４の発明は、光源と、請求項１〜３
いずれか１に記載の単一偏光変換素子と、円偏光を直線
偏光に変換できる位相差板と、光を変調する偏光変調透
過型ライトバルブと投射光学手段を有することを特徴と
したもので、輝度分布を変えることなく、かつ明るい投
射画像を投射できる投射型表示装置を構成できるように
したものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light source;
A single polarization conversion element according to any one of the above, a phase difference plate that can convert circularly polarized light into linearly polarized light, a polarization modulation transmission type light valve that modulates light, and a projection optical means, characterized by having A projection display device capable of projecting a bright projection image without changing the luminance distribution can be configured.
【００１０】請求項５の発明は、光源と、該光源から発
した光を赤・緑・青の各色に分離した光路のそれぞれ
に、光を変調する偏光変調透過型ライトバルブを設け、
前記分離した光路を合成した光路に投射光学手段を備え
てなる投射型表示装置において、コレステリック液晶の
反射特性を前記色の波長帯の少なくとも一色の波長帯に
合わせて設定した前記コレステリック液晶部をもつ請求
項１〜３のいずれか１に記載の単一偏光変換素子と、円
偏光を直線偏光に変換できる位相差板を、前記分離した
光路の少なくとも一色の光路に設けるようにしたことを
特徴としたもので、光量の損失や輝度分布の変位をなく
し、鮮明なカラー画像を投射できる投射型表示装置を構
成できるようにしたものである。According to a fifth aspect of the present invention, a light source and a polarization modulation transmission type light valve for modulating light are provided in each of optical paths for separating light emitted from the light source into red, green, and blue.
In a projection display device including a projection optical unit in an optical path obtained by combining the separated optical paths, the projection type display device includes the cholesteric liquid crystal unit in which a reflection characteristic of the cholesteric liquid crystal is set in accordance with at least one wavelength band of the color. A single polarization conversion element according to any one of claims 1 to 3, and a retardation plate capable of converting circularly polarized light into linearly polarized light is provided on at least one of the separated optical paths. Thus, a projection type display device capable of projecting a clear color image by eliminating loss of light amount and displacement of luminance distribution can be configured.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の単一偏光変換素子
の実施形態とその素子を用いた投射型表示装置の実施形
態を添付された図面を参照して具体的に説明する。な
お、実施形態を説明するための全図において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a single polarization conversion device according to the present invention and embodiments of a projection type display device using the device will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and a repeated description thereof will be omitted.
【００１２】（実施形態１）図１は、本発明による単一
偏光変換素子の一実施形態を説明するための平面図で、
図中、１は光源、２は第１のレンズアレイ部、３はコレ
ステリック液晶部、４は反射光学素子、５は第２のレン
ズアレイ部、５ａ，５ｂは前記第２のレンズアレイ部を
構成するレンズアレイである。図２は、本発明による単
一偏光変換素子の一実施形態を説明するためのコレステ
リック液晶部と反射光学素子を含む要部を概念的に示し
た図である。(Embodiment 1) FIG. 1 is a plan view for explaining an embodiment of a single polarization conversion element according to the present invention.
In the figure, 1 is a light source, 2 is a first lens array unit, 3 is a cholesteric liquid crystal unit, 4 is a reflective optical element, 5 is a second lens array unit, and 5a and 5b constitute the second lens array unit. Lens array. FIG. 2 is a diagram conceptually showing a main part including a cholesteric liquid crystal unit and a reflection optical element for explaining an embodiment of a single polarization conversion element according to the present invention.
【００１３】図１に示すごとく、光源１から発した自然
光は、集光機能を持つ第１のレンズアレイ部２で集光さ
れ、その光束の面積が狭くなった部分に設置されたコレ
ステリック液晶部３によって右旋光と左旋光の２つの円
偏光成分に分離され、どちらか一方の前記円偏光成分を
透過し、他方を反射する。このとき、左右どちらかの旋
光性を有する円偏光成分が、コレステリック液晶で反射
するか透過するかについては、使用するコレステリック
液晶の分子層のヘリカル方向によって決定されるため、
このコレステリック液晶部の設定により、任意の円偏光
成分を透過または反射させることが可能となる。例え
ば、図２に示すごとく、コレステリック液晶部３で、左
旋光円偏光が透過し、右旋光円偏光が反射する場合を説
明すると、前記コレステリック液晶部３で反射した右旋
光円偏光は、反射光学素子４で反射することによって、
左旋光円偏光に変換されると同時に、反射光の進行方向
が右旋光円偏光である透過光の進行方向と一致する。こ
のような光学系を通ることにより、自然光がすべて左旋
光円偏光に変換される。As shown in FIG. 1, natural light emitted from a light source 1 is condensed by a first lens array unit 2 having a condensing function, and a cholesteric liquid crystal unit provided in a portion where the area of the light beam is reduced. The light is separated into two right-handed and left-handed circularly polarized light components by 3, and transmits one of the circularly polarized light components and reflects the other. At this time, whether the circularly polarized light component having either the right or left optical rotation is reflected or transmitted by the cholesteric liquid crystal is determined by the helical direction of the molecular layer of the cholesteric liquid crystal to be used.
By setting the cholesteric liquid crystal unit, an arbitrary circularly polarized light component can be transmitted or reflected. For example, as shown in FIG. 2, the case where left-handed circularly polarized light is transmitted and right-handed circularly polarized light is reflected by the cholesteric liquid crystal unit 3 will be described. By reflecting on the reflective optical element 4,
At the same time as being converted to left-handed circularly polarized light, the traveling direction of the reflected light coincides with the traveling direction of transmitted light that is right-handed circularly polarized light. By passing through such an optical system, all natural light is converted into left-handed circularly polarized light.
【００１４】そして、図１に示すごとく、前記反射光学
素子４で反射した光は、レンズアレイ５ａで元の光源光
の出射角度に戻され、同様に、コレステリック液晶部３
を透過した光は、レンズアレイ５ｂで光源光の出射角度
に戻される。上記のような光学系の設定によって、光源
光の照射面積と輝度分布を変えないで、光源光を単一偏
光に変換する小型の単一偏光変換素子を実現することが
できる。ここで、反射光学素子４には、ミラーやホログ
ラムなどを使用することも可能であり、また、第１のレ
ンズアレイ部２及び第２のレンズアレイ部５には、シリ
ンドリカルレンズを用いてもよい。As shown in FIG. 1, the light reflected by the reflection optical element 4 is returned to the original light source light emission angle by the lens array 5a.
Is returned to the light source light emission angle by the lens array 5b. By setting the optical system as described above, it is possible to realize a small single polarization conversion element that converts the light source light into single polarized light without changing the irradiation area and the luminance distribution of the light source light. Here, a mirror, a hologram, or the like can be used for the reflection optical element 4, and a cylindrical lens may be used for the first lens array unit 2 and the second lens array unit 5. .
【００１５】（実施形態２）図３は、本発明による他の
単一偏光変換素子の実施形態を説明するための平面図で
ある。この実施形態では、コレステリック液晶部３と反
射光学素子４の面を曲面とすることによって、第１のレ
ンズアレイ部２の焦点位置と反射光学素子４の反射光の
焦点位置が並列するように設定される。これによって、
第２のレンズアレイ部５を構成するレンズアレイは１枚
にすることができる。Embodiment 2 FIG. 3 is a plan view for explaining another embodiment of a single polarization conversion element according to the present invention. In this embodiment, by setting the surfaces of the cholesteric liquid crystal unit 3 and the reflective optical element 4 to be curved surfaces, the focal position of the first lens array unit 2 and the focal position of the reflected light of the reflective optical element 4 are set in parallel. Is done. by this,
The number of lens arrays constituting the second lens array unit 5 can be one.
【００１６】（実施形態３）図４は、本発明による他の
単一偏光変換素子の実施形態を示す平面図である。この
実施形態では、実施形態２の光学系を２つの要素部品に
分けて、更にそれを組み合わせて一体型にしたものであ
る。すなわち、第１のレンズアレイ部２とコレステリッ
ク液晶部３をガラスや光学樹脂などで一体型部品として
作り、反射光学素子４と第２のレンズアレイ部５もガラ
スや光学樹脂などの一体型部品として作る。そして、こ
の２つの部品を組み合わせることによって、一体化した
単一偏光変換素子全体ができあがる。このような形態を
有することによって、第１のレンズアレイ部２，コレス
テリック液晶部３，反射光学素子４及び第２のレンズア
レイ部５の位置や角度のアライメントの精度を容易に出
すことが可能になる。同様にして、実施形態１に示した
光学系についても、この単一偏光変換素子全体を一体型
として作ることが可能である。また、全体を一体型にせ
ず、目的に応じて、レンズアレイ部だけを分割すること
なども可能である。(Embodiment 3) FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of another single polarization conversion element according to the present invention. In this embodiment, the optical system of the second embodiment is divided into two component parts, which are further combined to form an integral type. That is, the first lens array section 2 and the cholesteric liquid crystal section 3 are formed as an integral part using glass or optical resin, and the reflective optical element 4 and the second lens array section 5 are also formed as an integral part such as glass or optical resin. create. Then, by combining these two components, an integrated single polarization conversion element as a whole is completed. With such a configuration, it is possible to easily obtain the alignment accuracy of the positions and angles of the first lens array unit 2, the cholesteric liquid crystal unit 3, the reflective optical element 4, and the second lens array unit 5. Become. Similarly, in the optical system shown in the first embodiment, it is possible to make this single polarization conversion element as a whole. Further, it is also possible to divide only the lens array portion according to the purpose without forming the whole unitary.
【００１７】（実施形態４）図５は、本発明による投射
型表示装置の一実施形態を説明するための平面図で、図
中、６は位相差板、７は入射側偏光板、８は液晶パネ
ル、９は出射側偏光板、２０は単一偏光変換素子であ
る。請求項４に記載の偏光変調透過型ライトバルブは、
ここでは入射側偏光板７と液晶パネル８と出射側偏光板
９を指し、同じく請求項４に記載の投射光学手段は、こ
こでは投射レンズ１０を指す。光源１から発した自然光
が、上記実施形態１から３のいずれかに記載された単一
偏光変換素子２０に入射し、単一旋光方向の円偏光に変
換された後、位相差板６に入射する。この位相差板６
は、例えば、λ／４板のようなものであり、入射した単
一旋光方向の円偏光を単一振動方向の直線偏光に変換す
る機能を持つ。このとき、入射側偏光板７の透過軸方向
を、位相差板６によって得られた直線偏光の振動方向と
一致させておくことにより、前記直線偏光は、入射側偏
光板７を効率良く透過し、液晶パネル８，出射側偏光板
９を透過した後、投射レンズ７によってスクリーン（図
示せず）に投射される。この結果、従来入射側偏光板に
吸収されていた入射光のうち、約５０％の損失分を投射
画像の明るさに寄与させることが可能となる。(Embodiment 4) FIG. 5 is a plan view for explaining an embodiment of a projection type display device according to the present invention, in which 6 is a phase difference plate, 7 is an incident side polarizing plate, and 8 is a plan view. A liquid crystal panel, 9 is an output side polarizing plate, and 20 is a single polarization conversion element. The polarization modulation transmission type light valve according to claim 4,
Here, it refers to the incident-side polarizing plate 7, the liquid crystal panel 8, and the emitting-side polarizing plate 9, and the projection optical means according to claim 4 refers to the projection lens 10 here. Natural light emitted from the light source 1 is incident on the single polarization conversion element 20 described in any of the first to third embodiments, is converted into circularly polarized light in a single optical rotation direction, and then is incident on the retardation plate 6. I do. This phase difference plate 6
Is a λ / 4 plate, for example, and has a function of converting incident circularly polarized light in a single optical rotation direction into linearly polarized light in a single vibration direction. At this time, by making the transmission axis direction of the incident side polarizing plate 7 coincide with the oscillation direction of the linearly polarized light obtained by the phase difference plate 6, the linearly polarized light is transmitted through the incident side polarizing plate 7 efficiently. After being transmitted through the liquid crystal panel 8 and the emission-side polarizing plate 9, the light is projected on a screen (not shown) by the projection lens 7. As a result, it is possible to contribute about 50% of the loss of the incident light conventionally absorbed by the incident-side polarizing plate to the brightness of the projected image.
【００１８】（実施形態５）図６は、本発明による赤，
青，緑の３色分離・合成を行うタイプの投射型表示装置
の一実施形態を説明するための平面図で、図中、６ｒ，
６ｂ，６ｇは位相差板、７ｒ，７ｂ，７ｇは入射側偏光
板、８ｒ，８ｂ，８ｇは液晶パネル、９ｒ，９ｂ，９ｇ
は出射側偏光板、１０は投射レンズ、１１ｒ，１１ｂ
Ａ，１１ｂＢ，１１ｇはダイクロイックミラー、１２
Ａ，１２Ｂは全反射ミラー、２０ｒ，２０ｂ，２０ｇは
単一偏光変換素子である。この装置の基本的な動作は、
実施形態４に示した投射型表示装置の場合と同じであ
り、光源１から出た自然光は、赤色反射ダイクロイック
ミラー１１ｒに入射し、そこで反射した赤色光は、全反
射ミラー１２Ａで反射して赤色用単一偏光変換素子２０
ｒに入射する。また、赤色反射ダイクロイックミラー１
１ｒを透過した青色，緑色光は、青色反射ダイクロイッ
クミラー１１ｂＡに入射し、そこで、反射した青色光
は、青色用単一偏光変換素子２０ｂに入射する。同様
に、青色反射ダイクロイックミラー１１ｂＡを透過した
緑色光は、緑色用単一偏光変換素子２０ｇに入射する。
このように、赤色用，青色用，緑色用単一偏光変換素子
２０ｒ，２０ｂ，２０ｇに入射した赤色，青色，緑色光
は、単一旋光方向の円偏光に変換された後、それぞれ位
相差板６ｒ，６ｂ，６ｇに入射し、直線偏光に変換され
ることによって、入射側偏光板７ｒ，７ｂ，７ｇを効率
良く透過し、液晶パネル８ｒ，８ｂ，８ｇ，出射側偏光
板９ｒ，９ｂ，９ｇを透過する。出射側偏光板９ｒ，９
ｂを透過した赤色，青色光は、青色反射ダイクロイック
ミラー１１ｂＢで色合成された後、緑色反射ダイクロイ
ックミラー１１ｇに入射する。出射側偏光板９ｇを透過
した緑色光は、全反射ミラー１２Ｂで反射して緑色反射
ダイクロイックミラー１１ｇに入射する。そして、緑色
反射ダイクロイックミラー１１ｇに入射した赤色，青
色，緑色光は、３色色合成された後、投射レンズ１０に
よってスクリーン（図示せず）に投射される。この実施
形態では、赤色，青色，緑色のすべての光路に、単一偏
光変換素子を入れたが、目的に応じて必要な部分のみに
入れることも可能である。また、コレステリック液晶に
よる反射は、波長選択性をもつため、上記のような赤，
青，緑の３色分離合成を行うタイプの投射型表示装置で
は、使用する波長帯に合わせたコレステリック液晶を使
用した方が良い。また、単一偏光変換素子を入れる場所
も、目的に応じて変えることができる。(Embodiment 5) FIG.
FIG. 6 is a plan view for explaining an embodiment of a projection type display device of a type that performs separation and synthesis of three colors of blue and green.
6b and 6g are retardation plates, 7r, 7b and 7g are incident side polarizing plates, 8r, 8b and 8g are liquid crystal panels, 9r, 9b and 9g.
Is an output side polarizing plate, 10 is a projection lens, 11r, 11b
A, 11bB and 11g are dichroic mirrors, 12
A and 12B are total reflection mirrors, and 20r, 20b and 20g are single polarization conversion elements. The basic operation of this device is
This is the same as the case of the projection type display device shown in the fourth embodiment. Natural light emitted from the light source 1 is incident on the red reflection dichroic mirror 11r, and the red light reflected there is reflected by the total reflection mirror 12A and becomes red. Single polarization conversion element 20
r. Also, a red reflecting dichroic mirror 1
The blue and green light transmitted through 1r is incident on the blue reflection dichroic mirror 11bA, where the reflected blue light is incident on the single blue polarization conversion element 20b. Similarly, the green light transmitted through the blue reflecting dichroic mirror 11bA is incident on the single polarization conversion element for green 20g.
As described above, the red, blue, and green lights incident on the single polarization conversion elements for red, blue, and green 20r, 20b, and 20g are converted into circularly polarized light in a single optical rotation direction, and then each of the phase difference plates. 6r, 6b, and 6g, which are converted into linearly polarized light, thereby efficiently transmitting through the incident-side polarizing plates 7r, 7b, and 7g, and the liquid crystal panels 8r, 8b, and 8g, and the emitting-side polarizing plates 9r, 9b, and 9g. Through. Emission-side polarizing plates 9r, 9
The red and blue lights transmitted through b are color-combined by the blue reflecting dichroic mirror 11bB and then enter the green reflecting dichroic mirror 11g. The green light transmitted through the emission-side polarizing plate 9g is reflected by the total reflection mirror 12B and enters the green reflection dichroic mirror 11g. The red, blue, and green lights that have entered the green reflecting dichroic mirror 11g are combined into three colors, and then projected by a projection lens 10 onto a screen (not shown). In this embodiment, a single polarization conversion element is provided in all of the red, blue, and green light paths, but it is also possible to provide only a necessary portion according to the purpose. In addition, the reflection by the cholesteric liquid crystal has wavelength selectivity.
In a projection display device of a type that performs separation and synthesis of three colors of blue and green, it is better to use a cholesteric liquid crystal adapted to a wavelength band to be used. Further, the place where the single polarization conversion element is placed can be changed according to the purpose.
【００１９】[0019]
【発明の効果】上述した本発明により、以上の効果が得
られる。 請求項１の効果：請求項１記載の単一偏光変換素子によ
り、光源光の照射面積と輝度分布を変えることなく、単
一偏光変換が実現でき、また、小型かつ軽量な単一偏光
変換素子として構成することができる。According to the present invention described above, the above effects can be obtained. According to the first aspect of the present invention, the single polarization conversion element according to the first aspect can realize single polarization conversion without changing the irradiation area and the luminance distribution of the light source light, and is small and lightweight. Can be configured as
【００２０】請求項２の効果：単一偏光変換素子が備え
るコレステリック液晶部と反射光学素子の少くとも一方
が曲面形状を有するようにすることによって、集光され
た光を元に戻す機能を持つ第２のレンズアレイ部が１枚
のレンズアレイのみで良い等の構成の簡易化を図ること
ができる。According to the second aspect of the present invention, at least one of the cholesteric liquid crystal portion and the reflection optical element of the single polarization conversion element has a curved surface shape, thereby having a function of restoring the collected light. The configuration can be simplified such that the second lens array section needs only one lens array.
【００２１】請求項３の効果：単一偏光変換素子を一体
型にして形成するようにすることによって、前記単一偏
光変換素子を構成する第１のレンズアレイ部，コレステ
リック液晶部，反射光学素子及び第２のレンズアレイ部
の位置や角度のアライメント精度を容易に出すことが可
能になる。According to the third aspect of the present invention, by forming the single polarization conversion element integrally, the first lens array section, the cholesteric liquid crystal section, and the reflection optical element constituting the single polarization conversion element are formed. In addition, the alignment accuracy of the position and angle of the second lens array unit can be easily obtained.
【００２２】請求項４の効果：本発明による単一偏光変
換素子を用いて液晶プロジェクター等の投射型表示装置
を構成することにより、輝度分布を変えることなく、か
つ明るい投射画像を得ることができ、また、同時に入射
側偏光板の光吸収による温度上昇を抑えることができ
る。According to a fourth aspect of the present invention, a projection display device such as a liquid crystal projector is constituted by using the single polarization conversion element according to the present invention, so that a bright projected image can be obtained without changing the luminance distribution. At the same time, it is possible to suppress a temperature rise due to light absorption of the incident side polarizing plate.
【００２３】請求項５の効果：赤・青・緑の各色の分離
合成を行ってカラー表示を行う投射型表示装置におい
て、少なくとも一色の光路に本発明による単一偏光変換
素子を使用し、このとき、少なくとも一色の波長帯に合
わせて反射特性を設定したコレステリック液晶部を用い
ることによって、光量の損失や輝度分布の変位をなく
し、鮮明なカラー画像を得ることができる。According to a fifth aspect of the present invention, in a projection display apparatus for performing color display by performing separation / combination of each color of red, blue, and green, a single polarization conversion element according to the present invention is used in an optical path of at least one color. At this time, by using a cholesteric liquid crystal section whose reflection characteristics are set in accordance with at least one wavelength band, loss of light amount and displacement of luminance distribution can be eliminated, and a clear color image can be obtained.
【図１】本発明による単一偏光変換素子の一実施形態を
説明するための平面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating an embodiment of a single polarization conversion element according to the present invention.
【図２】本発明による単一偏光変換素子の一実施形態を
説明するためのコレステリック液晶部と反射光学素子を
含む要部を概念的に示した図である。FIG. 2 is a diagram conceptually showing a main part including a cholesteric liquid crystal unit and a reflection optical element for explaining an embodiment of a single polarization conversion element according to the present invention.
【図３】本発明による他の単一偏光変換素子の実施形態
を説明するための平面図である。FIG. 3 is a plan view illustrating an embodiment of another single polarization conversion element according to the present invention.
【図４】本発明による他の単一偏光変換素子の実施形態
を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of another single polarization conversion element according to the present invention.
【図５】本発明による投射型表示装置の一実施形態を説
明するための平面図である。FIG. 5 is a plan view illustrating an embodiment of a projection display device according to the present invention.
【図６】本発明による赤，青，緑の３色分離合成を行う
タイプの投射型表示装置の一実施形態を説明するための
平面図である。FIG. 6 is a plan view illustrating an embodiment of a projection type display device of the type that performs three-color separation / combination of red, blue and green according to the present invention.
【図７】液晶プロジェクターの従来技術の一例を説明す
るための図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a conventional liquid crystal projector.
１…光源、２…第１のレンズアレイ部、３…コレステリ
ック液晶部、４…反射光学素子、５…第２のレンズアレ
イ部、５ａ，５ｂ…第２のレンズアレイ部を構成するレ
ンズアレイ、６，６ｒ，６ｂ，６ｇ…位相差板、７，７
ｒ，７ｂ，７ｇ…入射側偏光板、８，８ｒ，８ｂ，８ｇ
…液晶パネル、９，９ｒ，９ｂ，９ｇ…出射側偏光板、
１０…投射レンズ、１１ｒ，１１ｂＡ，１１ｂＢ，１１
ｇ…ダイクロイックミラー、１２Ａ，１２Ｂ…全反射ミ
ラー、２０，２０ｒ，２０ｂ，２０ｇ…単一偏光変換素
子。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... 1st lens array part, 3 ... Cholesteric liquid crystal part, 4 ... Reflective optical element, 5 ... Second lens array part, 5a, 5b ... Lens array which comprises 2nd lens array part, 6, 6r, 6b, 6g ... retardation plates, 7, 7
r, 7b, 7g: Incident side polarizing plate, 8, 8r, 8b, 8g
... Liquid crystal panel, 9, 9r, 9b, 9g ... Output side polarizing plate,
10 Projection lens, 11r, 11bA, 11bB, 11
g: dichroic mirror, 12A, 12B: total reflection mirror, 20, 20r, 20b, 20g: single polarization conversion element.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９ Ｇ０９Ｆ 9/30 ３４９Ｅ 9/35 ３２０ 9/35 ３２０ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location G09F 9/30 349 G09F 9/30 349E 9/35 320 9/35 320 H04N 5/74 H04N 5 / 74 K
Claims (5)
自然光を該レンズの焦点に集光させることにより光を分
割させるようにした第１のレンズアレイ部と、該第１の
レンズアレイ部から出射した自然光のうち右回転偏光と
左回転偏光のいずれか一方を反射し、他方を透過させる
ようにしたコレステリック液晶部と、該コレステリック
液晶部で反射した光を再度前記コレステリック液晶部を
透過した光と進行方向を一致させるように反射させて、
前記コレステリック液晶部で反射した光の偏光の回転方
向を逆向きに変換させるようにした反射光学素子と、前
記コレステリック液晶部を透過した光と前記反射光学素
子で反射した光の出射角度を前記光源から発した自然光
の出射角度に一致させるようにした第２のレンズアレイ
部を有することを特徴とする単一偏光変換素子。A first lens array portion comprising a plurality of lenses, wherein the light is split by condensing natural light emitted from a light source at a focal point of the lens; and a first lens array portion. A cholesteric liquid crystal portion that reflects one of right-handed polarized light and left-handed polarized light out of the emitted natural light and transmits the other, and light that has been reflected by the cholesteric liquid crystal portion and passed through the cholesteric liquid crystal portion again. And reflected so that the traveling direction matches,
A reflection optical element configured to change the rotation direction of the polarization of the light reflected by the cholesteric liquid crystal unit to an opposite direction, and the light source transmits the light transmitted through the cholesteric liquid crystal unit and the emission angle of the light reflected by the reflection optical element to the light source. A single polarization conversion element having a second lens array section adapted to match the emission angle of natural light emitted from the lens.
て、前記コレステリック液晶部と前記反射光学素子の少
なくとも一方が曲面形状を有するようにしたことを特徴
とする単一偏光変換素子。2. The single polarization conversion element according to claim 1, wherein at least one of the cholesteric liquid crystal section and the reflection optical element has a curved surface shape.
において、前記第１のレンズアレイ部，前記コレステリ
ック液晶部，前記反射光学素子及び前記第２のレンズア
レイ部を一体化するようにしたことを特徴とする単一偏
光変換素子。3. The single polarization conversion device according to claim 1, wherein the first lens array section, the cholesteric liquid crystal section, the reflection optical element, and the second lens array section are integrated. A single polarization conversion element, characterized in that:
の単一偏光変換素子と、円偏光を直線偏光に変換できる
位相差板と、光を変調する偏光変調透過型ライトバルブ
と投射光学手段を有することを特徴とする投射型表示装
置。4. A light source, a single polarization conversion element according to claim 1, a phase difference plate capable of converting circularly polarized light into linearly polarized light, and a polarization modulation transmission type light valve for modulating light. A projection display device comprising projection optical means.
青の各色に分離した光路のそれぞれに、光を変調する偏
光変調透過型ライトバルブを設け、前記分離した光路を
合成した光路に投射光学手段を備えてなる投射型表示装
置において、コレステリック液晶の反射特性を前記色の
波長帯の少なくとも一色の波長帯に合わせて設定した前
記コレステリック液晶部をもつ請求項１〜３のいずれか
１に記載の単一偏光変換素子と、円偏光を直線偏光に変
換できる位相差板を、前記分離した光路の少なくとも一
色の光路に設けるようにしたことを特徴とする投射型表
示装置。5. A light source and a light emitted from the light source,
In each of the optical paths separated into blue colors, a polarization modulation transmission type light valve that modulates light is provided, and in a projection type display device including projection optical means in an optical path obtained by combining the separated optical paths, reflection of cholesteric liquid crystal is performed. 4. The single polarization conversion device according to claim 1, wherein the cholesteric liquid crystal section has characteristics set in accordance with at least one wavelength band of the color, and converts circularly polarized light into linearly polarized light. A projection type display device, wherein a retardation plate that can be provided is provided in at least one of the separated optical paths.
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1996
- 1996-07-29 JP JP19912496A patent/JP3437035B2/en not_active Expired - Fee Related
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