JP2000310751A - Projection type display device and lighting device used for same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the projection type display device which is relatively inexpensive and high in contrast ratio, has high picture quality, and uses a reflection type phase modulating element. SOLUTION: The projection type display device separates lighting luminous flux and projection luminous flux by a polarized light separating element 10 which performs refracting or diffracting operation differently between nearly orthogonal linear polarized lights. The polarized-light separating element 107 is composed of a surface relief diffraction grating which has cycles shorter than the wavelength of used light wave and a volume type hologram by combining a uniaxial prism and an isotropic prism together.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、投写型表示装置に
関し、特に反射型液晶ライトバルブをはじめとする反射
型位相変調素子を利用した電気光学装置の画像を拡大投
写する投写型表示装置に好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type display device, and more particularly to a projection type display device for enlarging and projecting an image of an electro-optical device using a reflection type phase modulation element such as a reflection type liquid crystal light valve. It is something.

【０００２】[0002]

【従来の技術】最近、液晶をはじめとする位相変調素子
を利用したこの種の投写型表示装置（液晶プロジェク
タ）において、反射型液晶ライトバルブをはじめとする
反射型位相変調素子の利用に注目が集まっている。その
理由として、表示装置全体の小型軽量化に好適な対角１
インチ程度のライトバルブ使用を前提とした場合、透過
型液晶ライトバルブをはじめとする透過型ライトバルブ
では、高解像度化に限界が生じる事があげられる。一例
として、透過型液晶ライトバルブにおいては、光束を透
過させるための画素開口部を確保しなければならず、そ
のため、高解像度化にともなって必然的にスイッチング
素子であるトランジスタの小型化が要求され、その結果
充分なトランジスタの書き込み特性が得られなくなるた
めである。現在では、１インチ程度の透過型液晶ライト
バルブにおいてはSXGA程度の解像度が限界であるといわ
れている。2. Description of the Related Art Recently, in this type of projection display device (liquid crystal projector) using a phase modulation element such as a liquid crystal, attention has been paid to the use of a reflection type phase modulation element such as a reflection type liquid crystal light valve. Are gathering. The reason is that the diagonal 1 suitable for reducing the size and weight of the entire display device
Assuming that an inch-sized light valve is used, transmission-type light valves such as a transmission-type liquid crystal light valve may have a limitation in achieving higher resolution. As an example, in a transmissive liquid crystal light valve, it is necessary to secure a pixel opening for transmitting a light flux. Therefore, with the increase in resolution, a reduction in size of a transistor, which is a switching element, is inevitably required. As a result, sufficient write characteristics of the transistor cannot be obtained. At present, it is said that the resolution of about SXGA is the limit for a transmission type liquid crystal light valve of about 1 inch.

【０００３】一方、反射型液晶ライトバルブをはじめと
する反射型位相変調素子においては画素に反射電極を設
け、その電極の下側にスイッチング素子を形成する事が
可能なため、UVGA以上の高解像度化がはかれるという特
徴がある。On the other hand, in a reflection-type phase modulation element such as a reflection-type liquid crystal light valve, a reflection electrode can be provided in a pixel and a switching element can be formed below the electrode. There is a feature that it is decomposed.

【０００４】このような理由から、今後、市場からの画
像の高精細化が要求される中で、投射型表示装置のライ
トバルブとしては、反射型液晶ライトバルブをはじめと
する反射型位相変調素子が最も有力な候補と目されてい
る。[0004] For these reasons, as the market demands higher definition of images in the future, as a light valve of a projection display device, a reflection type liquid crystal light valve or other reflection type phase modulation element is used. Are considered the most promising candidates.

【０００５】反射型位相変調素子を用いた投射型表示装
置の光学構成の例としては大きく分けて、SPIE Vol. 32
96 P100に見られるような偏光ビームスプリッターを用
いた構成、SPIE(to be published)文献や特開平８−１
７１０７８、特開平８−９４９７５に見られるような偏
光ビームスプリッターを用いない構成に2分される。An example of an optical configuration of a projection type display device using a reflection type phase modulation element is roughly classified into SPIE Vol.
Configuration using a polarizing beam splitter as seen in 96 P100, SPIE (to be published) literature, and JP-A-8-1
71078, and a configuration without a polarizing beam splitter as disclosed in JP-A-8-94975.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前述した偏向ビームス
プリッターを用いた光学系の構成を図１６を用いて説明
する。ランプ１０１からの出射光は、照度比を向上させ
るためのロッド１０４などを透過し、偏光ビームスプリ
ッター１６０１に入射する。偏光ビームスプリッター１
６０１においてはＰ偏光は透過され、Ｓ偏光は反射され
るものとする（偏光分離膜の構成によってはこの逆の関
係も実現できる。）。また、反射型液晶ライトバルブ１
０８は、液晶層の液晶材料の複屈折、配向状態、液晶セ
ル厚を調整する事によりＯＮ状態で液晶層通過光線に対
してλ/４の位相差を付与し、ＯＦＦ状態で０の位相差
を付与するように構成する。この構成については先述の
文献SPIE Vol. 3296 P100やP19等に詳しく述べられてい
る。The configuration of an optical system using the above-described deflection beam splitter will be described with reference to FIG. Light emitted from the lamp 101 passes through a rod 104 or the like for improving the illuminance ratio, and enters the polarization beam splitter 1601. Polarizing beam splitter 1
In 601, P-polarized light is transmitted and S-polarized light is reflected (the reverse relationship can be realized depending on the configuration of the polarization splitting film). Also, a reflective liquid crystal light valve 1
08 is to adjust the birefringence, alignment state and liquid crystal cell thickness of the liquid crystal material of the liquid crystal layer to give a phase difference of λ / 4 to the light passing through the liquid crystal layer in the ON state, and to give a phase difference of 0 in the OFF state. Is configured to be provided. This configuration is described in detail in the aforementioned document SPIE Vol. 3296 P100 and P19.

【０００７】偏向ビームスプリッター１６０１を透過し
たＰ偏光は反射型液晶ライトバルブに入射し、反射電極
で反射される。すると、光線は入射・反射の光路で２回
液晶層を通過するため、反射型液晶ライトバルブがＯＮ
状態では反射後の光線はλ/２の位相差を受けＳ偏光に
変換され、引き続き入射する偏光ビームスプリッター１
６０１で反射された後、投射レンズ１１０によりスクリ
ーン１１１上に投影され、明表示となる。一方で、ＯＦ
Ｆ時は、反射後の光線は何ら位相差を受けないため再び
偏光ビームスプリッター１６０１を透過して照明光学系
側に逆戻りし、スクリーン１１１には光線は到達せず暗
表示となる。The P-polarized light transmitted through the deflecting beam splitter 1601 enters a reflection type liquid crystal light valve and is reflected by a reflection electrode. Then, since the light beam passes through the liquid crystal layer twice in the incident / reflective optical path, the reflective liquid crystal light valve is turned on.
In this state, the reflected light beam receives a phase difference of λ / 2, is converted into S-polarized light, and subsequently enters the polarizing beam splitter 1.
After being reflected by 601, it is projected on the screen 111 by the projection lens 110, and a bright display is obtained. On the other hand, OF
At the time of F, since the reflected light beam does not receive any phase difference, it passes through the polarizing beam splitter 1601 again and returns to the illumination optical system side, so that the light beam does not reach the screen 111 and dark display is performed.

【０００８】この偏光ビームスプリッターを用いた光学
系の欠点として、光学系全体の構成が複雑化し、部品コ
ストが高くなることがあげられる。偏光ビームスプリッ
ターの偏光分離機能を有する誘電体多層膜は限定された
波長帯域と光線入射角度にあわせて設計されているため
に、投射型表示装置で使われる可視全域にわたる波長帯
域と広い光線入射角度を有する照明光に対しては十分な
消光比を得ることはできず、高いコントラストを有する
投射画像を得るためには、Ｒ，Ｇ，Ｂ3原色のそれぞれ
に専用の偏光ビームスプリッターを用いる必要が生じ
る。すると最低でも３個の偏光ビームスプリッターを使
用せざるを得ず、装置の複雑化とコストアップにつなが
る。そのような欠点を補うために１つの偏光ビームスプ
リッターで全帯域をカバーするような誘電体多層膜設計
を行っても、十分な消光比を得ることは極めて困難であ
る。Disadvantages of the optical system using the polarizing beam splitter include a complicated structure of the entire optical system and an increase in the cost of parts. Since the dielectric multilayer film having the polarization splitting function of the polarizing beam splitter is designed for a limited wavelength band and light incident angle, the wavelength band covering the entire visible range and a wide light incident angle used in projection display devices It is not possible to obtain a sufficient extinction ratio with respect to the illumination light having the chromaticity, and it is necessary to use a dedicated polarization beam splitter for each of the R, G, and B3 primary colors in order to obtain a projected image having a high contrast. . In this case, at least three polarizing beam splitters must be used, which leads to a complicated apparatus and an increased cost. Even if a dielectric multilayer film is designed to cover the entire band with one polarizing beam splitter to compensate for such a defect, it is extremely difficult to obtain a sufficient extinction ratio.

【０００９】次に偏光ビームスプリッターを用いない光
学系について説明する。 偏光ビームスプリッターを用
いない光学系における重要なポイントは、照明光束と投
射光束を空間的に分離するための構成にある。Next, an optical system that does not use a polarizing beam splitter will be described. An important point in an optical system that does not use a polarizing beam splitter is a configuration for spatially separating an illumination light beam and a projection light beam.

【００１０】その第１の例を図１７を用いて説明する。
ランプ１０１からの出射光は、集光レンズ１０３により
集光され、照度分布の均一化機能を有するロッド１０
４、結像レンズ１０５ａ、１０５ｂ、偏光板１０６を経
由して反射型液晶ライトバルブ１０８に入射する。な
お、反射型液晶ライトバルブ１０８の構成、機能は先述
したものと同様である。反射型液晶ライトバルブ１０８
を反射した光線は偏光板１０９を経由して投射レンズ１
１０に導かれる。ここで、入射側の偏光板１０６と出射
側の偏光板１０９をクロスニコル配置にすることによ
り、ＯＮ状態では光線はλ/２の位相差を受け入射偏光
とは直交する偏光に変換されて出射側の偏光板１０９を
透過し、投射レンズ１１０によりスクリーン１１１上に
投影され、明表示となる。一方で、ＯＦＦ時は、反射後
の光線は何ら位相差を受けないため出射側の偏光板１０
９で吸収され、スクリーン１１１に光線は到達せず暗表
示となる。The first example will be described with reference to FIG.
Light emitted from the lamp 101 is condensed by a condensing lens 103, and a rod 10 having a function of making the illuminance distribution uniform.
4. The light enters the reflective liquid crystal light valve 108 via the imaging lenses 105a and 105b and the polarizing plate 106. The configuration and function of the reflective liquid crystal light valve 108 are the same as those described above. Reflective liquid crystal light valve 108
Is reflected by the projection lens 1 via the polarizing plate 109.
It is led to 10. Here, by arranging the polarizing plate 106 on the incident side and the polarizing plate 109 on the emitting side in a crossed Nicols arrangement, in the ON state, the light beam receives a phase difference of λ / 2 and is converted into polarized light orthogonal to the incident polarized light and emitted. The light passes through the polarizing plate 109 on the side, and is projected on the screen 111 by the projection lens 110 to provide a bright display. On the other hand, when OFF, the reflected light beam does not receive any phase difference, so
9, the light beam does not reach the screen 111 and a dark display is obtained.

【００１１】本光学系の欠点は投射画像の画質の劣化と
コストアップが避けられないことにある。本構成におい
ては、照明光は反射型液晶ライトバルブ１０８に斜めに
入射するために、当然反射光も斜めに反射する。この反
射光をスクリーン１１１上に投影するためには、一般的
には投射レンズ１１０を反射光の光軸に垂直に配置する
ことが好ましいが、すると投射レンズ１１０から見て反
射型ライトバルブ１０８は光軸に対して傾いて配置され
ていることと等価となり、スクリーン投影画像は必然的
に台形歪みや各種偏心収差を有することとなり、画質が
大きく劣化する。このような欠点を回避するために投射
レンズ１１０を偏心レンズなどで構成し収差改善を図る
ことも可能であるが、そのような投射レンズはきわめて
高価なものとなりコストアップを招く。The drawbacks of the present optical system are that the quality of the projected image deteriorates and the cost increases. In this configuration, since the illumination light is obliquely incident on the reflective liquid crystal light valve 108, the reflected light is also obliquely reflected. In order to project the reflected light on the screen 111, it is generally preferable to arrange the projection lens 110 perpendicular to the optical axis of the reflected light. This is equivalent to being arranged at an angle with respect to the optical axis, and the screen projection image necessarily has trapezoidal distortion and various eccentric aberrations, and the image quality is greatly deteriorated. In order to avoid such a drawback, it is possible to improve the aberration by forming the projection lens 110 with an eccentric lens or the like. However, such a projection lens is extremely expensive and causes an increase in cost.

【００１２】このような欠点を補うために、図１８に示
すように、照明光束と投射光束の角度分離を極力少なく
するための構成も提案されている。In order to compensate for such a drawback, a configuration for minimizing the angle separation between the illumination light beam and the projection light beam as shown in FIG. 18 has also been proposed.

【００１３】本構成においては、ランプ１０１からの出
射光は、集光レンズ１０３ａにより集光され、偏光板１
０６、ミラー８０３、集光レンズ１０３ｂを経由して反
射型液晶ライトバルブ１０８に入射する。なお、反射型
液晶ライトバルブ１０８の構成、機能は先述したものと
同様である。反射型液晶ライトバルブ１０８を反射した
光線は集光レンズ１０３ｂによりアパーチャーストップ
８０４で形成されるアパーチャーに集光された後、偏光
板１０９を経由して投射レンズ１１０に導かれる。In this configuration, the light emitted from the lamp 101 is condensed by the condensing lens 103a and
06, the mirror 803, and the condenser lens 103b, and enters the reflective liquid crystal light valve 108. The configuration and function of the reflective liquid crystal light valve 108 are the same as those described above. The light beam reflected by the reflection type liquid crystal light valve 108 is condensed by the condenser lens 103b on the aperture formed by the aperture stop 804, and then guided to the projection lens 110 via the polarizing plate 109.

【００１４】本構成においては照明光束と照明光束とを
空間的に近接した位置でそれぞれ絞り込む事および集光
レンズ１０３ｂを両光学系で共有する事により、照明光
学系の光軸と投射光学系の光軸の分離角度を前述の例に
比べて小さくできるため、投射光学系の偏心収差量が小
さくなるという特徴がある。In this configuration, the illumination light beam and the illumination light beam are narrowed down at spatially close positions, and the condenser lens 103b is shared by both optical systems, so that the optical axis of the illumination optical system and the projection optical system can be used. Since the separation angle of the optical axis can be made smaller than that in the above-described example, there is a feature that the amount of eccentric aberration of the projection optical system becomes smaller.

【００１５】本光学系の欠点として、照度比の高い投射
画像を得られないことがあげられる。現在照度比の高い
画像を得るためには、一般的にフライアイレンズなどを
用い、2次元的に分布した複数の2次光源像形成し、それ
らを反射型液晶ライトバルブ１０８上で重畳する手法が
用いられている。このような手法を用いる場合、照明光
学系における光束の幅は必然的にある太さを有するもの
となる。ところが本光学系においては、照明光と投射光
が互いに干渉しないように、狭い空間領域に照明光を集
光せざるを得ない。この空間領域は、照度比向上光学系
で必要とされる光束を全て利用するためには充分な広さ
とはいえず、その結果、投射画像の照度ムラが顕著なも
のとなってしまう。この課題を解決するために投射光束
と照明光束の分離角度を大きくすると、図１７の構成と
同様に、投射光学系の偏心収差量が大きくならざるを得
ず、投射画像の画質の劣化や投射レンズの高コスト化を
招く。A disadvantage of the present optical system is that a projected image having a high illuminance ratio cannot be obtained. To obtain an image with a high illuminance ratio at present, a method of forming a plurality of two-dimensionally distributed secondary light source images using a fly-eye lens or the like and superimposing them on the reflective liquid crystal light valve 108 Is used. When such a method is used, the width of the light beam in the illumination optical system necessarily has a certain thickness. However, in the present optical system, the illumination light must be condensed in a narrow space area so that the illumination light and the projection light do not interfere with each other. This space area cannot be said to be wide enough to utilize all the light beams required by the illuminance ratio improving optical system, and as a result, the illuminance unevenness of the projected image becomes remarkable. If the separation angle between the projection light beam and the illumination light beam is increased to solve this problem, the amount of eccentric aberration of the projection optical system must be increased, as in the configuration of FIG. This leads to an increase in the cost of the lens.

【００１６】本発明は上記課題を解決するものであり、
その目的とするところは、偏光の分離能力が高く、かつ
入射光と出射光の空間的な分離を可能とする偏光分離素
子を用いて、高いコントラストを有する高精細な画像を
投写できる反射型位相変調素子を用いた投写型表示装置
を実現することにある。The present invention solves the above problems,
The objective is to use a polarization separation element that has a high polarization separation capability and enables spatial separation of incident light and outgoing light, and is capable of projecting a high-definition image with high contrast. An object of the present invention is to realize a projection display device using a modulation element.

【００１７】[0017]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の投射型表示装置は、光源手段と、該光源手
段からの光束を反射型位相変調素子に導く照明光学手段
と、該反射型位相変調素子の像を結像する結像光学手段
と、該光源手段から該反射型位相変調素子までの光路と
該反射型位相変調素子から該結像光学手段までの光路を
略分離する偏光分離手段を備える投射型表示装置におい
て、前記、偏光分離手段は略直交する直線偏光のそれぞ
れに対して異なる屈折もしくは回折作用を及ぼすことを
特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, a projection type display device according to the present invention comprises a light source means, an illumination optical means for guiding a light beam from the light source means to a reflection type phase modulation element, and Imaging optical means for forming an image of the reflection type phase modulation element; an optical path from the light source means to the reflection type phase modulation element; and an optical path from the reflection type phase modulation element to the image formation optical means. In a projection type display device provided with a polarization splitting means, the polarization splitting means exerts different refraction or diffraction action on each of substantially orthogonal linearly polarized lights.

【００１８】本構成によれば、略直交する直線偏光のそ
れぞれに対して異なる屈折もしくは回折作用を及ぼす偏
光分炉異手段を用いるために、偏光ビームスプリッター
を用いずに投射型表示装置を構成することが可能とな
り、装置の低コスト化および表示画像の高画質化をはか
ることができる。According to this configuration, a projection type display device is constructed without using a polarizing beam splitter, because a different polarization splitter which exerts different refraction or diffraction action on each of substantially orthogonal linearly polarized light is used. This makes it possible to reduce the cost of the device and improve the quality of the displayed image.

【００１９】また、前記投射型表示装置において、該光
源手段からの光束が、前記偏光分離手段により略垂直に
前記反射型位相変調素子に入射することを特徴とする。Further, in the above-mentioned projection type display apparatus, the light beam from the light source means is incident on the reflection type phase modulation element substantially vertically by the polarization separation means.

【００２０】本構成によれば、投射レンズの光軸を反射
型位相変調素子に略垂直に配置することができため、投
射レンズには偏心にともなう収差は一切生じず、非常に
高い画質を有する画像を投影することが可能である。更
には、通常の軸回転対称レンズを使用できるため、コス
ト的にも有利である。According to this configuration, since the optical axis of the projection lens can be arranged substantially perpendicular to the reflection type phase modulation element, the projection lens does not have any aberration due to decentering and has very high image quality. It is possible to project an image. Further, since an ordinary rotationally symmetric lens can be used, it is advantageous in terms of cost.

【００２１】また前記投射型表示装置において、前記偏
光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプリズム素子
と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み合せで構成
され、該一軸性結晶の常光に対する屈折率をｎｏ、異常
光に対する屈折率をｎｅとしたときに、該光学的等方性
媒質の屈折率が略ｎｏもしくは略ｎｅであることを特徴
とする。In the projection type display device, the polarization splitting means is composed of a combination of a prism element made of a uniaxial crystal and a prism made of an optically isotropic medium. When the index is no and the refractive index for extraordinary light is ne, the refractive index of the optically isotropic medium is substantially no or substantially ne.

【００２２】本構成により、略直交する直線偏光のそれ
ぞれに対して異なる屈折作用を及ぼす偏光分離手段を容
易に構成することが可能となり、低コストで高画質な画
像を表示することができる投射型表示装置を実現するこ
とができる。According to this configuration, it is possible to easily configure the polarization separating means that exerts different refraction actions on each of the substantially orthogonal linearly polarized lights, and it is possible to display a high quality image at a low cost by a projection type. A display device can be realized.

【００２３】さらには、前記偏光分離手段は、一軸性結
晶から構成されるプリズム素子と光学的等方性媒質から
なるプリズムの組み合せをアレイ状に配列したことを特
徴とする。Further, the polarized light separating means is characterized in that a combination of a prism element composed of a uniaxial crystal and a prism composed of an optically isotropic medium is arranged in an array.

【００２４】本構成によれば、偏光分離素子の薄型化が
可能になる。According to this configuration, the thickness of the polarization separation element can be reduced.

【００２５】また、前記投射型表示装置において、前記
偏光分離素子は、表面に凹凸の周期構造を形成した一軸
性結晶と該周期構造の凹部を光学的等方性媒質層により
充填した構造からなり、該一軸性結晶の常光に対する屈
折率をｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとしたとき
に、該光学的等方性媒質の屈折率が略ｎｏもしくは略ｎ
ｅであり、該周期構造は入射光を回折作用する機能を有
することを特徴とする。In the projection type display device, the polarization splitting element has a structure in which a uniaxial crystal having an uneven periodic structure formed on a surface thereof and a concave portion of the periodic structure are filled with an optically isotropic medium layer. When the refractive index of the uniaxial crystal for ordinary light is no and the refractive index for extraordinary light is ne, the refractive index of the optically isotropic medium is substantially no or substantially n.
e, wherein the periodic structure has a function of diffracting incident light.

【００２６】本構成により、略直交する直線偏光のそれ
ぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を容
易に構成することが可能となり、低コストで高画質な画
像を表示することができる投射型表示装置を実現するこ
とができる。According to this configuration, it is possible to easily configure the polarization separating means that exerts a different diffraction action on each of the substantially orthogonal linearly polarized lights, and it is possible to display a high quality image at a low cost. A display device can be realized.

【００２７】また、前記投射型表示装置において、前記
偏光分離素子は、表面レリーフ型回折格子であり、その
格子ピッチＰは入射光波長をλとしたときにＰ＜λの関
係を満たし、該格子の深さは、略直交する直線偏光のそ
れぞれの特定回折次数に対する回折効率が異なるように
調整されていることを特徴とする。In the projection type display device, the polarization separation element is a surface relief type diffraction grating, and the grating pitch P satisfies the relationship of P <λ when the wavelength of incident light is λ, Is adjusted so that the diffraction efficiency for each specific diffraction order of substantially orthogonal linearly polarized light is different.

【００２８】本構成により、略直交する直線偏光のそれ
ぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を一
軸性結晶を用いるなく、略直交する直線偏光のそれぞれ
に対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を比較的
安価に製造できる。With this configuration, the polarization splitting means which exerts a different diffraction action on each of the substantially orthogonal linearly polarized light does not use a uniaxial crystal, but the polarization separation means which exerts a different diffraction action on each of the substantially orthogonal linearly polarized light. The means can be manufactured relatively cheaply.

【００２９】また、前記投射型表示装置において、前記
偏光分離素子は、体積ホログラムであり、その格子ピッ
チＰは入射光波長をλとしたときにＰ＜λの関係を満た
し、その格子ベクトルは前記反射型位相変調素子に対し
て傾いていることを特徴とする。Further, in the projection display device, the polarization separation element is a volume hologram, and the grating pitch P satisfies the relationship of P <λ when the incident light wavelength is λ, and the grating vector is It is characterized by being inclined with respect to the reflection type phase modulation element.

【００３０】本構成によれば、略直交する直線偏光のそ
れぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を
機械的な加工をすること無く、略直交する直線偏光のそ
れぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を
比較的安価に製造でき、かつ格子ベクトルの方向を容易
に調整できるので、前記反射型位相変調素子への照明光
の入射角の調節が容易になる。According to this configuration, the polarization splitting means that exerts a different diffractive action on each of the substantially orthogonal linearly polarized lights does not need to be mechanically processed, and the different diffractive actions on each of the substantially orthogonal linearly polarized lights can be performed. Can be manufactured relatively inexpensively and the direction of the grating vector can be easily adjusted, so that the angle of incidence of the illumination light on the reflection type phase modulation element can be easily adjusted.

【００３１】さらには前記、回折作用を有する偏光分離
素子が、前記反射型位相変調素子に対して傾いているこ
とを特徴とする。Furthermore, the present invention is characterized in that the polarization splitting element having a diffraction function is inclined with respect to the reflection type phase modulation element.

【００３２】本構成によれば前記反射型位相変調素子へ
の照明光の入射角の調節が容易になるため、偏光分離素
子の設計が容易になる。According to this structure, the angle of incidence of the illumination light on the reflection type phase modulation element can be easily adjusted, so that the design of the polarization splitting element can be facilitated.

【００３３】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を内面反射によ
って複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形
成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射面の照明
情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備
え、前記光束分割手段の出射面の形状が反射型位相変調
素子の平面形状と非相似であることを特徴とする。Further, in the projection display device, the illumination optical unit divides a light beam from the light source unit into a plurality of light beams by internal reflection and emits the plurality of light beams to form a plurality of secondary light source images; A light collecting means for forming an image of illumination information on an emission surface of the light beam splitting means on the reflection type phase modulation element; and a shape of an emission surface of the light beam splitting means is not similar to a plane shape of the reflection type phase modulation element. It is characterized by the following.

【００３４】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。According to this configuration, the illumination light can be efficiently and obliquely incident on the reflection type phase modulation element.

【００３５】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に
分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手
段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射
型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割
手段の出射面と該集光手段と前記反射型位相変調素子の
配置がシャインプルフの法則を満足することを特徴とす
る。In the projection display device, the illumination optical means may divide a light beam from the light source means into a plurality of light beams and emit the divided light beams to form a plurality of secondary light source images. A light collecting means for forming an image of illumination information on an emission surface of the means on the reflection type phase modulation element, wherein the arrangement of the light emission surface of the light beam splitting means, the light collection means and the reflection type phase modulation element is Scheimpflug's law Is satisfied.

【００３６】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。According to this configuration, the illumination light can be obliquely and efficiently incident on the reflection type phase modulation element.

【００３７】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に
分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手
段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射
型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該集光手段
は一つもしくは複数の偏心した光学素子を含み、該集光
手段による該出射面情報の結像位置が該光源手段からの
光束内において暫時変化することを特徴とする。In the projection type display device, the illumination optical means divides a light beam from the light source means into a plurality of light beams and emits them to form a plurality of secondary light source images; Light-collecting means for imaging illumination information on an emission surface of the means on the reflection-type phase modulation element, wherein the light-collecting means includes one or a plurality of decentered optical elements; Is temporarily changed within the light beam from the light source means.

【００３８】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。According to this configuration, the illumination light can be obliquely and efficiently incident on the reflection type phase modulation element.

【００３９】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に
分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手
段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射
型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割
手段の出射面と反射型位相変調素子は該集光手段に対し
て直角かつ反対方向にずれていることを特徴とする。In the projection display device, the illumination optical unit may divide the light beam from the light source unit into a plurality of light beams and emit the divided light beams to form a plurality of secondary light source images. Light-collecting means for imaging the illumination information of the light-emitting surface of the means on the reflection-type phase modulation element, and the light-emission face of the light beam splitting means and the reflection-type phase modulation element are perpendicular and opposite to the light-collection means. It is characterized by being shifted.

【００４０】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。According to this configuration, the illumination light can be obliquely and efficiently incident on the reflection type phase modulation element.

【００４１】また、前記投射型表示装置において、照明
光学系の光軸の延長線と前記反射型位相変調素子が配置
されている平面の交点と、前記反射型位相変調素子の略
中心の距離をＬとし、該照明光学系の光軸と前記反射型
位相変調素子の法線が含まれる平面における前記反射型
位相変調素子の幅をＷとしたときにＬ＞Ｗの関係が成り
立つことを特徴とする。In the projection display device, the distance between the intersection of the extension of the optical axis of the illumination optical system and the plane on which the reflection type phase modulation element is disposed, and the approximate center of the reflection type phase modulation element may be set. L, and the relation of L> W holds when the width of the reflection type phase modulation element in a plane including the optical axis of the illumination optical system and the normal of the reflection type phase modulation element is W. I do.

【００４２】本構成によれば、照明手段から出射される
略直交する直線偏光のうち、前記反射型位相変調素子の
変調に不要な成分が、前記反射型位相変調素子に入射す
ることを防ぐことができるため、直線偏光板の枚数を低
減することが可能となり、より明るい投射画像を得るこ
とが可能となる。According to this structure, it is possible to prevent a component unnecessary for modulation of the reflection type phase modulation element out of the substantially orthogonal linearly polarized light emitted from the illumination means from entering the reflection type phase modulation element. Therefore, the number of linear polarizing plates can be reduced, and a brighter projected image can be obtained.

【００４３】[0043]

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、反射型位相変調素子とし
て反射型液晶ライトバルブを使用する場合を例にとって
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない事
は言うまでもない。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
An embodiment of the present invention will be described in more detail.
In the following description, a case where a reflection type liquid crystal light valve is used as a reflection type phase modulation element will be described as an example, but it is needless to say that the present invention is not limited to this.

【００４４】（投射型表示装置および偏光分離素子の第
１の実施形態）図１は、本発明による投射型表示装置の
第１の実施形態を示す図である。(First Embodiment of Projection Display Device and Polarization Separating Element) FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a projection display device according to the present invention.

【００４５】本実施形態の投射型表示装置は、光源手段
であるランプ１０１と、反射手段であるリフレクタ１０
２と、第１の集光手段である集光レンズ１０３と、光束
混合手段であるロッド１０４と、第２の集光手段（結像
手段）であり、レンズ１０５ａと１０５ｂから構成され
る結像レンズ（集光レンズ）１０５と、第１の直線偏光
素子１０６と、偏光分離手段である偏光分離素子１０７
と、画像形成手段である反射型液晶ライトバルブ１０８
と、第２の直線偏光素子１０９と、投射レンズ１１０を
備え、反射型液晶ライトバルブ１０８の像をスクリーン
１１０上に表示するものである。また、第２の集光手段
１０５は、ロッド１０４の出射端面の像を反射型液晶ラ
イトバルブ１０７上に結像する機能を有している。The projection type display device of the present embodiment has a lamp 101 as a light source unit and a reflector 10 as a reflection unit.
2, a condensing lens 103 serving as a first condensing means, a rod 104 serving as a light beam mixing means, and an image forming apparatus comprising a second condensing means (imaging means) and lenses 105a and 105b. A lens (condensing lens) 105, a first linear polarizing element 106, and a polarizing separating element 107 as a polarizing separating means
And a reflection type liquid crystal light valve 108 as an image forming unit
And a second linear polarizing element 109 and a projection lens 110, and an image of the reflective liquid crystal light valve 108 is displayed on the screen 110. The second light condensing means 105 has a function of forming an image of the emission end face of the rod 104 on the reflective liquid crystal light valve 107.

【００４６】また、第１の直線偏光素子１０６と第２の
直線偏光素子１０９はそれぞれある方向に振動面を持つ
直線偏光を透過し、それと直交する方向に振動面を持つ
直線偏光を吸収もしくは反射する機能を有しており、そ
れらは互いにクロスニコルの配置もしくは平行の配置の
置かれている。この配置関係については、反射型液晶ラ
イトバルブの駆動条件で決定されるものである。すなわ
ち、反射型液晶ライトバルブをＯＦＦ状態で黒表示をす
るノーマリー黒条件で駆動する場合はクロスニコル配置
にする必要がある。その逆の、反射型液晶ライトバルブ
をＯＦＦ状態で白表示をするノーマリー白条件で駆動す
る場合は平行に配置にする必要がある。以下の実施形態
の説明においては説明を分かりやすくする目的でクロス
ニコルの配置に置かれている事を前提として説明をすす
める。The first linear polarizing element 106 and the second linear polarizing element 109 transmit linearly polarized light having a vibrating surface in a certain direction, and absorb or reflect linearly polarized light having a vibrating surface in a direction orthogonal to the first and second linear polarizing elements 106 and 109, respectively. They are arranged in a crossed Nicols arrangement or in a parallel arrangement with each other. This arrangement is determined by the driving conditions of the reflective liquid crystal light valve. That is, when the reflective liquid crystal light valve is driven under a normally black condition in which black display is performed in an OFF state, it is necessary to arrange the liquid crystal light valve in a crossed Nicols arrangement. Conversely, when driving under the normally white condition in which the reflective liquid crystal light valve performs a white display in the OFF state, it is necessary to arrange them in parallel. In the following description of the embodiments, the description will be made on the assumption that they are placed in a crossed Nicols arrangement for the purpose of making the description easier to understand.

【００４７】ランプ１０１から出射された光束は、パラ
ボラ形状のリフレクタ１０２によって反射され略平行光
束となって集光レンズ１０３に入射する。集光レンズ１
０３は、光束をロッド１０４に入射するように射出す
る。The light beam emitted from the lamp 101 is reflected by a parabolic reflector 102 to become a substantially parallel light beam and enters a condenser lens 103. Condensing lens 1
Numeral 03 emits a light beam so as to enter the rod 104.

【００４８】ロッド１０４は、柱状のガラス製の中実ロ
ッドや、複数平板ミラーを柱上に組み合わせた中空ロッ
ドで構成される。ロッド１０４に入射された光束は、ロ
ッド１０４内で内面反射を繰り返し、その出射面上には
ロッド内からの様々な方向からの光束が重畳されるた
め、明るさのムラが低減され照度比が高められた輝度分
布が形成されることになる。そしてこのロッド１０４の
出射面の輝度分布は結像レンズ１０５により、直線偏光
素子１０６、偏光分離素子１０７を経由して被照射面で
ある反射型液晶ライトバルブ１０８に照射される。直線
偏光素子１０６は紙面内に振動する偏光（以後P偏光）
を透過し、紙面に垂直に振動する偏光（以後S偏光）を
吸収する作用を有している。The rod 104 is formed of a columnar glass solid rod or a hollow rod formed by combining a plurality of flat mirrors on a column. The luminous flux incident on the rod 104 repeats internal reflection within the rod 104, and luminous fluxes from various directions from within the rod are superimposed on the emission surface, so that unevenness in brightness is reduced and the illuminance ratio is reduced. An enhanced luminance distribution will be formed. Then, the luminance distribution on the emission surface of the rod 104 is irradiated by the imaging lens 105 onto the reflection type liquid crystal light valve 108 which is the irradiated surface via the linear polarizing element 106 and the polarization separating element 107. The linear polarization element 106 is polarized light that oscillates in the plane of the paper (hereinafter P-polarized light)
And has the function of absorbing polarized light that vibrates perpendicularly to the plane of the paper (hereinafter, S-polarized light).

【００４９】図２は、本発明による偏光分離素子の第1
の実施形態を示す図である。FIG. 2 shows a first example of the polarization beam splitter according to the present invention.
It is a figure showing an embodiment.

【００５０】なお、図２（ａ）は反射型液晶ライトバル
ブがＯＮ状態の光線の経路を示し、図２（ｂ）はＯＦＦ
状態の光線の経路を示している。FIG. 2A shows the path of the light beam when the reflection type liquid crystal light valve is in the ON state, and FIG.
The path of the light beam in a state is shown.

【００５１】偏光分離素子１０７は一軸性結晶プリズム
２０１と等方性プリズム２０２の組み合せで構成されて
いる。一軸性結晶プリズム２０１としては方解石、水
晶、液晶プリズム、構造性複屈折媒体等があげられるが
それらに限定されるものではない。以後の説明において
は方解石などの負結晶を用いた場合を前提として説明を
すすめる。The polarization separating element 107 is composed of a combination of a uniaxial crystal prism 201 and an isotropic prism 202. The uniaxial crystal prism 201 includes, but is not limited to, calcite, quartz, liquid crystal prism, structural birefringent medium, and the like. In the following description, it is assumed that a negative crystal such as calcite is used.

【００５２】一軸性結晶プリズム２０１の光学軸２０３
は紙面内にあり、常光に対する屈折率はｎｏ、異常光対
する屈折率はｎｅである。また、等方性プリズム２０２
の屈折率はｎｏに調整されている。The optical axis 203 of the uniaxial crystal prism 201
Is in the plane of the paper, the refractive index for ordinary light is no, and the refractive index for extraordinary light is ne. Also, the isotropic prism 202
Has been adjusted to no.

【００５３】図1の直線偏光板１０６を透過したＰ偏光
２０４は一軸性プリズム２０１にスネルの法則に従って
屈折をして入射する。この偏光は一軸性結晶プリズム２
０１中では異常光であるのでｎｅの屈折率を感じる。す
ると、さらに一軸性プリズム２０１と等方性プリズム２
０２の界面で屈折をして反射型液晶ライトバルブ１０８
の液晶層２０７に入射する。The P-polarized light 204 transmitted through the linear polarizer 106 shown in FIG. 1 enters the uniaxial prism 201 after refraction according to Snell's law. This polarized light is a uniaxial crystal prism 2
Since it is extraordinary light in 01, the refractive index of ne is felt. Then, the uniaxial prism 201 and the isotropic prism 2
02 refraction at the interface of the reflective liquid crystal light valve 108
To the liquid crystal layer 207.

【００５４】このとき、入射Ｐ偏光２０４の液晶層２０
７への入射角度が０°になるように、プリズム頂角２０
５，２０６が調整されている。例えば、一軸性結晶とし
て方解石を使用した場合、ｎｏ＝１．６５８、ｎｅ＝
１．４８６である事から、Ｐ偏光２０４の一軸性結晶プ
リズム２０１への入射角度を略９°としたときに、頂角
２０５および２０６を略４７°に形成すれば、 Ｐ偏光
２０４を略垂直に液晶層２０７へ入射させる事ができ
る。At this time, the liquid crystal layer 20 of the incident P-polarized light 204
The prism apex angle 20 is set so that the angle of incidence on
5,206 has been adjusted. For example, when calcite is used as a uniaxial crystal, no = 1.658, ne =
Since the incident angle to the uniaxial crystal prism 201 of the P-polarized light 204 is approximately 9 °, if the apex angles 205 and 206 are formed to be approximately 47 °, the P-polarized light 204 will be substantially vertical. To the liquid crystal layer 207.

【００５５】図２（ａ）において反射型液晶ライトバル
ブ１０８はＯＮ状態で、液晶層２０７を通過した光線に
対してλ／４の位相差を与える作用を有する。従って、
液晶セル２０７に入射したＰ偏光２０４は画素電極２０
８で反射され再び液晶セル２０７を出射する際には計λ
／２の位相差を受けＳ偏光２０９に変換されている。こ
のＳ偏光２０９は一軸性結晶プリズム２０１と等方性プ
リズム２０２の界面で屈折作用は受けない。なぜなら
ば、一軸性プリズム２０１のＳ偏光（＝常光）に対する
屈折率はｎｏであり、それは等方性プリズム２０２のそ
れに等しいからである。従って、Ｓ偏光２０９はそのま
ま垂直に偏光分離素子１０７を出射する。In FIG. 2A, when the reflection type liquid crystal light valve 108 is in the ON state, the reflection type liquid crystal light valve 108 has a function of giving a phase difference of λ / 4 to the light passing through the liquid crystal layer 207. Therefore,
The P-polarized light 204 incident on the liquid crystal cell 207 is
8 and exits the liquid crystal cell 207 again.
A phase difference of / 2 is converted to S-polarized light 209. This S-polarized light 209 is not refracted at the interface between the uniaxial crystal prism 201 and the isotropic prism 202. This is because the refractive index of the uniaxial prism 201 for S-polarized light (= ordinary light) is no, which is equal to that of the isotropic prism 202. Accordingly, the S-polarized light 209 exits the polarization separation element 107 vertically as it is.

【００５６】一方、図2（ｂ）では反射型液晶ライトバ
ルブ１０８はＯＦＦ状態で、液晶層２０７を通過する光
線に対して位相差は与えるない。したがって、入射Ｐ偏
光２０４が画素電極２０８で反射後も偏光状態はＰ偏光
のままのため、入射したときとまったく同一の経路を経
て照明光学系側に戻っていく。On the other hand, in FIG. 2B, when the reflection type liquid crystal light valve 108 is in the OFF state, no phase difference is given to the light passing through the liquid crystal layer 207. Therefore, since the polarization state of the incident P-polarized light 204 remains P-polarized light even after being reflected by the pixel electrode 208, the incident P-polarized light 204 returns to the illumination optical system via the same path as when the light was incident.

【００５７】ここで明らかなように、本実施例において
は、反射型液晶セルライトバルブ１０８がＯＮ状態のと
きのＳ偏光出射光と、ＯＦＦ状態の時のＰ偏光出射光を
空間的に完全に分離できるために非常に高い消光比を得
ることができ、これにより高いコントラストを有する投
射画像を表示する事が可能になる。As is apparent from the above, in this embodiment, the S-polarized light emitted when the reflective liquid crystal cell light valve 108 is in the ON state and the P-polarized light emitted when the reflective liquid crystal cell valve 108 is in the OFF state are completely spatially separated. As a result, a very high extinction ratio can be obtained, which makes it possible to display a projection image having high contrast.

【００５８】再び図１にもどると偏光分離素子１０７か
ら出射したＳ偏光は直線偏光子１０６とはクロスニコル
の配置にある直線偏光子１０９を透過し、投射レンズ１
１０によりスクリーン１１１上に結像される。ここで、
スクリーン到達光は反射型液晶ライトバルブ１０８に対
して略垂直に出射するために投射レンズ１１０の光軸を
反射型液晶ライトバルブ１０８に略垂直に配置すること
ができる。従って、投射レンズには偏心にともなう収差
は一切生じないために、非常に高い画質を有する画像を
投影することが可能である。更には、通常の軸回転対称
レンズを使用できるため、コスト的にも有利である。Returning to FIG. 1, the S-polarized light emitted from the polarization splitting element 107 passes through the linear polarizer 109 in a crossed Nicols arrangement with the linear polarizer 106, and
10 forms an image on a screen 111. here,
Since the light reaching the screen is emitted substantially perpendicularly to the reflective liquid crystal light valve 108, the optical axis of the projection lens 110 can be arranged substantially perpendicular to the reflective liquid crystal light valve 108. Therefore, since no aberrations due to decentering occur at all in the projection lens, it is possible to project an image having very high image quality. Further, since an ordinary rotationally symmetric lens can be used, it is advantageous in terms of cost.

【００５９】なお、図１の構成において、照明光学系の
光軸１１２の延長線１１３と、反射型液晶ライトバルブ
１０８の延長線１１４の交点を１１５とし、反射型液晶
ライトバルブ１０８の中心点１１６と交点１１５の距離
をＬとする。また、反射型液晶ライトバルブ１０８の紙
面内における幅をＷとする。このとき、Ｌ＞Ｗの関係に
なるように偏光分離素子１０７と反射型液晶ライトバル
ブ１０８の距離Ｄや、照明光学系の光軸１１２と偏光分
離素子の法線のなす角度θｉを調整することにより、直
線偏光板１０６を省くことが可能になる。なぜなら、直
線偏光板１０６は反射型液晶ライトバルブの変調に不要
なＳ偏光を除去するために設置されているが、Ｌ＞Ｗの
関係にすることにより、直線偏光板１０６でＳ偏光を除
去せずとも偏光分離素子１０７でほとんど屈折作用を受
けないＳ偏光はそのまま略直進し、反射型液晶ライトバ
ルブ１０８にはほとんど入射しないからである。In the configuration of FIG. 1, the intersection point of the extension line 113 of the optical axis 112 of the illumination optical system and the extension line 114 of the reflection type liquid crystal light valve 108 is defined as 115, and the center point 116 of the reflection type liquid crystal light valve 108 is set. And the distance between the intersections 115 is L. The width of the reflective liquid crystal light valve 108 in the plane of the paper is W. At this time, the distance D between the polarizing beam splitter 107 and the reflective liquid crystal light valve 108 and the angle θi between the optical axis 112 of the illumination optical system and the normal line of the polarizing beam splitter are adjusted so as to satisfy the relationship of L> W. Thereby, the linear polarizing plate 106 can be omitted. This is because the linear polarizing plate 106 is provided to remove S-polarized light unnecessary for the modulation of the reflection type liquid crystal light valve. This is because S-polarized light, which is hardly refracted by the polarization splitting element 107, travels substantially straight as it is and hardly enters the reflective liquid crystal light valve 108.

【００６０】本構成によれば、直線偏光板の枚数を低減
できるため、その分透過率が向上し、より明るい投射画
像を得ることができる。なお、以後説明する実施形態に
おいても本構成を適用できることは言うまでもない。According to this configuration, since the number of linear polarizing plates can be reduced, the transmittance is improved by that amount, and a brighter projected image can be obtained. It goes without saying that this configuration can be applied to the embodiments described below.

【００６１】（偏光分離素子の第２の実施形態）図３は
偏光分離素子の第２の実施形態を示す図である。(Second Embodiment of Polarization Separation Element) FIG. 3 is a view showing a second embodiment of the polarization separation element.

【００６２】本実施形態において、偏光分離素子は偏光
分離素子の第１の実施形態で説明した構造を有する一軸
性結晶プリズム２０１と等方性プリズム２０２の組み合
わせ単位３０１が反射型位相変調器１０８と平行な平面
内にアレイ上に配列された構造となっている。本構成に
よれば偏光分離素子１０７を薄型化する事が可能とな
り、投射型表示装置全体の小型薄型化を実現できる。In this embodiment, the polarization separation element is a combination of a uniaxial crystal prism 201 and an isotropic prism 202 having the structure described in the first embodiment of the polarization separation element. The structure is arranged on an array in a parallel plane. According to this configuration, the thickness of the polarization separation element 107 can be reduced, and the overall size and thickness of the projection display device can be reduced.

【００６３】（偏光分離素子の第３の実施形態）図４は
偏光分離素子の第３の実施形態を示す図である。(Third Embodiment of Polarization Separation Element) FIG. 4 is a view showing a third embodiment of the polarization separation element.

【００６４】なお、図４（ａ）は反射型液晶ライトバル
ブ１０８がＯＮ状態の光線の経路を示し、図４（ｂ）は
ＯＦＦ状態の光線の経路を示している。FIG. 4A shows the path of the light beam when the reflection type liquid crystal light valve 108 is ON, and FIG. 4B shows the path of the light beam when the reflection type liquid crystal light valve 108 is OFF.

【００６５】本実施形態において偏光分離素子１０７は
表面にその断面が鋸歯形状で、繰り返しピッチがＰであ
る周期格子４０２が形成された一軸性結晶４０１と、格
子４０２の空隙に充填された等方性媒質４０３で構成さ
れている。一軸性結晶４０１としては方解石、水晶、液
晶プリズム、構造性複屈折媒体等があげられるがそれら
に限定されるものではない。またその光学軸４０４は紙
面内にあり、常光に対する屈折率はｎｏ、異常光に対す
る屈折率はｎｅであり、等方性媒質４０３の屈折率はｎ
ｏに調整されている。In this embodiment, the polarization separation element 107 has a uniaxial crystal 401 having a sawtooth cross section on the surface and a periodic lattice 402 having a repetition pitch of P, and an isotropic crystal filled in the gap of the lattice 402. It is composed of a conductive medium 403. Examples of the uniaxial crystal 401 include, but are not limited to, calcite, quartz, liquid crystal prism, structural birefringent medium, and the like. The optical axis 404 is in the plane of the paper, the refractive index for ordinary light is no, the refractive index for extraordinary light is ne, and the refractive index of the isotropic medium 403 is n.
It has been adjusted to o.

【００６６】偏光分離素子１０７に入射するＰ偏光２０
４は一軸性結晶４０１においては異常光であるために屈
折率ｎｅを感じる。したがって、等方性媒質４０３と一
軸性結晶４０２の界面構造の影響を受ける。この界面構
造はくり返しピッチがＰの周期格子であるため入射Ｐ偏
光２０４は回折作用を受ける。Ｐ偏光２０４の回折角度
は次式であらわされる。The P-polarized light 20 incident on the polarization splitting element 107
Reference numeral 4 indicates a refractive index ne because of extraordinary light in the uniaxial crystal 401. Therefore, it is affected by the interface structure between the isotropic medium 403 and the uniaxial crystal 402. Since this interface structure is a periodic grating having a repeating pitch of P, the incident P-polarized light 204 is subjected to diffraction. The diffraction angle of the P-polarized light 204 is represented by the following equation.

【００６７】n sinθ - n' sinθ'= mλ/P ここで、n、n'は回折面に対する入射側、出射側の媒質
の屈折率、θは回折面に対する光線入射角、θ‘は出射
角、mは回折光の次数、λは光波長、Pは格子のピッチで
ある。N sin θ−n ′ sin θ ′ = mλ / P where n and n ′ are the refractive indices of the medium on the entrance side and the exit side with respect to the diffraction surface, θ is the light incident angle on the diffraction surface, and θ ′ is the emission angle. , M is the order of the diffracted light, λ is the light wavelength, and P is the pitch of the grating.

【００６８】従って、一軸性結晶４０１として方解石を
使用し、入射光線波長を赤色光の０．６３３μｍとし、
入射角を３０°とした場合に、１次回折光（m＝１）を
液晶層２０７に略垂直に入射させるためには格子ピッチ
Ｐを略１．３μｍに調整すればよい。また、格子４０２
の断面形状が鋸歯形状であるために、1次の方向に選択
的に回折を生ぜしめる事が可能であり、入射Ｐ偏光２０
４のほとんどのエネルギーを、液晶層２０７に垂直に入
射させることができる。Therefore, calcite was used as the uniaxial crystal 401, the incident light wavelength was set to 0.633 μm of red light,
In the case where the incident angle is 30 °, the grating pitch P may be adjusted to approximately 1.3 μm to make the first-order diffracted light (m = 1) enter the liquid crystal layer 207 almost perpendicularly. Also, the lattice 402
Has a sawtooth shape, it is possible to selectively generate diffraction in the first-order direction.
Most of the energy of No. 4 can be perpendicularly incident on the liquid crystal layer 207.

【００６９】実施形態１で述べたように、反射型液晶ラ
イトバルブ１０８がＯＮ状態のときは、反射光はＳ偏光
２０９に変換されて再び一軸性結晶４０１に入射し、周
期格子４０２に至る。ここで、Ｓ偏光２０９は一軸性結
晶４０１において常光であるため、屈折率ｎｏを感じ
る。この屈折率は等方性媒質４０３のそれと同じため、
Ｓ偏光２０９は界面構造を感じることなく、回折作用を
受けずにそのまま偏光分離素子１０７を出射する。As described in the first embodiment, when the reflective liquid crystal light valve 108 is in the ON state, the reflected light is converted into S-polarized light 209, re-enters the uniaxial crystal 401, and reaches the periodic lattice 402. Here, since the S-polarized light 209 is ordinary light in the uniaxial crystal 401, it has a refractive index no. Since this refractive index is the same as that of the isotropic medium 403,
The S-polarized light 209 exits the polarization splitting element 107 without feeling the interface structure and without being subjected to diffraction.

【００７０】一方、図３（ｂ）では反射型液晶ライトバ
ルブ１０８はＯＦＦ状態で、液晶層２０７を通過する光
線に対して位相差は与えるない。したがって、反射後も
偏光状態はＰ偏光のままのため、入射したときとまった
く同一の経路を経て照明光学系側に戻っていく。On the other hand, in FIG. 3B, when the reflective liquid crystal light valve 108 is in the OFF state, no phase difference is given to the light passing through the liquid crystal layer 207. Therefore, since the polarization state remains P-polarized even after the reflection, the light returns to the illumination optical system side via exactly the same path as when the light enters.

【００７１】従って、実施形態１で述べたことと同様
に、非常にコントラストが高い高画質映像を投射するこ
とが可能となる。本実施形態は、回折現象を利用してい
ることから、実施例１のような屈折現象を利用する偏光
分離素子に比べて入射Ｐ偏光と出射Ｓ偏光の分離角度を
大きく取れるという特徴を有する。Accordingly, as described in the first embodiment, it is possible to project a high-quality image having a very high contrast. Since the present embodiment utilizes the diffraction phenomenon, the present embodiment has a feature that the separation angle between the incident P-polarized light and the output S-polarized light can be larger than that of the polarization separation element using the refraction phenomenon as in the first embodiment.

【００７２】（偏光分離素子の第４の実施形態）図５、
図６および図７は第３の実施形態の偏光分離素子と同様
に回折現象を利用した偏光分離素子の実施形態を示す図
である。(Fourth Embodiment of Polarization Separating Element) FIG.
FIGS. 6 and 7 are diagrams showing an embodiment of a polarization beam splitting element utilizing a diffraction phenomenon, similarly to the polarization beam splitting element of the third embodiment.

【００７３】なお、図５（ａ）、図６、図７（ａ）は反
射型液晶ライトバルブ１０８がＯＮ状態の光線の経路を
示し、図５（ｂ）、図７（ｂ）はＯＦＦ状態の光線の経
路を示している。FIGS. 5 (a), 6 and 7 (a) show the paths of the light beams when the reflective liquid crystal light valve 108 is in the ON state, and FIGS. 5 (b) and 7 (b) show the OFF state. 3 shows the path of the light beam.

【００７４】これらの実施形態の偏光分離素子の機能
は、実施例３の偏光分離素子と基本的に同じため、その
機能について説明が重複する部分は割愛し、偏光分離素
子の構造の相違についてのみ説明することとする。The functions of the polarization beam splitters of these embodiments are basically the same as those of the polarization beam splitter of Example 3, so that the description of the functions will not be repeated, and only the difference in the structure of the polarization beam splitter will be omitted. It will be explained.

【００７５】図５の偏光分離素子１０７はその表面にレ
リーフ型の回折格子５０１が形成されており、その格子
ベクトル５０２は紙面内にある。また、その格子ピッチ
Ｐは使用波長をλとしたときにλ ＞ Ｐの関係を満た
している。このように格子ピッチが波長より短い表面レ
リーフ型回折格子に光波が入射した際に、その回折角お
よび回折効率に大きな偏光依存性があることが知られて
いる。また、回折効率については格子の深さｄが大きな
影響を与えることが知られている。（第３３回応用物理
関連講演会、４ａ−ＺＣ−１、第４６回応物秋季講演
会、２ｐ−Ｈ−６、第４７回応物秋季講演会、３０ｐ−
Ｖ−６）一例として図６のように反射型液晶ライトバル
ブに対してθｏ傾けられた偏光分離素１０７にＰ偏光２
０４が入射する場合を考える。The polarization splitting element 107 shown in FIG. 5 has a relief type diffraction grating 501 formed on its surface, and its grating vector 502 is in the plane of the paper. The grating pitch P satisfies the relationship of λ> P when the wavelength used is λ. It is known that when a light wave is incident on a surface relief type diffraction grating having a grating pitch shorter than the wavelength, the diffraction angle and the diffraction efficiency have a large polarization dependence. It is known that the diffraction efficiency is greatly affected by the grating depth d. (The 33rd Lectures on Applied Physics, 4a-ZC-1, the 46th Lecture Autumn Meeting, 2p-H-6, the 47th Lecture Autumn Meeting, 30p-
V-6) As an example, as shown in FIG. 6, the P-polarized light 2
Let us consider a case where light is incident.

【００７６】偏光分離素子１０７を屈折率１．６６の透
明板で形成する場合に、Ｐ偏光２０４の偏光分子素子１
０７に対する入射角度θｉを略３０°、波長を０．６３
３μｍ、格子ピッチＰ＝０．５８８μｍ、格子深さｄ＝
１．４７μｍとすると、Ｐ偏光２０４の一次回折効率は
９０％以上に達する一方で、Ｓ偏光２０９の回折効率は
ほぼ０％でほとんど回折作用を受けずに透過する。ま
た、一次回折光の回折角度θｄは略３５°であるので偏
光分離素子１０７を反射型液晶ライトバルブに対してθ
ｏ＝３５°傾けることにより、入射Ｐ偏光２０４を略垂
直に液晶層２０７に入射させることができる。画素電極
２０８で反射され位相変調を受けたＳ偏光２０９は前述
のごとくほとんど回折作用を受けないため、そのまま偏
光分離素子１０７を透過する。When the polarization separation element 107 is formed of a transparent plate having a refractive index of 1.66, the polarization molecular element 1
07, the incident angle θi is approximately 30 °, and the wavelength is 0.63.
3 μm, grating pitch P = 0.588 μm, grating depth d =
Assuming that the thickness is 1.47 μm, the first-order diffraction efficiency of the P-polarized light 204 reaches 90% or more, while the diffraction efficiency of the S-polarized light 209 is almost 0%, and the light is transmitted with almost no diffraction effect. Further, since the diffraction angle θd of the first-order diffracted light is approximately 35 °, the polarization separation element 107 is shifted from the reflective liquid crystal light valve by θ.
By inclining by o = 35 °, the incident P-polarized light 204 can be made to enter the liquid crystal layer 207 almost vertically. The S-polarized light 209 reflected by the pixel electrode 208 and subjected to the phase modulation hardly undergoes a diffraction effect as described above, and thus passes through the polarization splitting element 107 as it is.

【００７７】従って、これらの諸パラメータを調整して
入射Ｐ偏光２０４を液晶層２０７に略垂直に入射せしめ
る特定次数に選択的に回折させ、一方、反射Ｓ偏光２０
９は０次（直進透過光）に選択的に回折させるさせるよ
うにすれば、偏光分離機能を発揮させることが可能とな
る。Therefore, by adjusting these parameters, the incident P-polarized light 204 is selectively diffracted to a specific order that makes the incident P-polarized light enter the liquid crystal layer 207 substantially perpendicularly.
If 9 is made to selectively diffract into the 0th order (straight transmitted light), it becomes possible to exhibit the polarization separation function.

【００７８】なお、実施形態４やこれ以降に説明する実
施形態において偏光分離素子１０７を液晶層に略平行に
配置する場合を中心に説明してあるが、図６に示すごと
く、偏光分離素子１０７を液晶層２０７に対して傾斜を
つけて配置してもかまわない。このような構成をとるこ
とにより、入出射偏光の特定次数光への回折効率を向上
させたり、設計の自由度を向上させることが可能にな
る。In the fourth embodiment and the following embodiments, the case where the polarization splitting element 107 is arranged substantially parallel to the liquid crystal layer is mainly described. However, as shown in FIG. May be arranged to be inclined with respect to the liquid crystal layer 207. By adopting such a configuration, it becomes possible to improve the diffraction efficiency of the input / output polarized light to the specific order light, and to improve the degree of freedom in design.

【００７９】本実施形態は、実施例３のように一軸性結
晶を用いる必要がないため比較的安価に偏光分離素子を
製造できるという特徴を有する。更には屈折現象を利用
する偏光分離素子に比べて入射Ｐ偏光と出射Ｓ偏光の分
離角度を大きく取れるという特徴を有する。This embodiment is characterized in that it is not necessary to use a uniaxial crystal as in the third embodiment, so that a polarization splitting element can be manufactured relatively inexpensively. Further, it is characterized in that the angle of separation between incident P-polarized light and output S-polarized light can be made larger than that of a polarization splitting element utilizing the refraction phenomenon.

【００８０】図７の偏光分離素子１０７は、その内部に
屈折率分布の周期構造７０１を有する体積ホログラムで
あり、その格子ピッチＰは使用波長をλとしたときにλ
＞ Ｐの関係を満たしている。このように格子ピッチ
が波長より短い体積型ホログラムに光波が入射した際に
も図５、６の偏光分離素子同様に、その回折角および回
折効率に大きな偏光依存性があることが知られている。
従って、Ｐ偏光２０４を液晶セルに略垂直に入射せしめ
る特定次数に選択的に回折させ、一方、反射Ｓ偏光２０
９は０次（直進透過光）に選択的に回折させるさせるよ
うに周期構造ピッチＰ等の体積型ホログラムの諸パラメ
ーターを調整すれば、偏光分離機能を発揮させることが
可能となる。The polarization separation element 107 shown in FIG. 7 is a volume hologram having a periodic structure 701 having a refractive index distribution therein, and its grating pitch P is λ when the wavelength used is λ.
> P is satisfied. It is known that even when a light wave is incident on a volume hologram having a grating pitch shorter than the wavelength, the diffraction angle and the diffraction efficiency have a large polarization dependence as in the case of the polarization splitting element in FIGS. .
Therefore, the P-polarized light 204 is selectively diffracted to a specific order that makes the P-polarized light enter the liquid crystal cell substantially perpendicularly, while the reflected S-polarized light 20
9 can exhibit a polarization separation function by adjusting various parameters of the volume hologram, such as the periodic structure pitch P, so as to selectively diffract into the 0th order (straight transmission light).

【００８１】本実施形態は、一軸性結晶を用いる必要が
なく、かつレリーフ構造を加工する必要が無いいため比
較的安価に偏光分離素子を製造できるという特徴を有す
る。This embodiment is characterized in that it is not necessary to use a uniaxial crystal and it is not necessary to process a relief structure, so that a polarization splitting element can be manufactured relatively inexpensively.

【００８２】また、体積型ホログラムの内部に形成する
屈折率分布の周期構造をサイン波で近似できるような分
布とする事により、特定次数への回折効率を極めて高め
る事が可能となる。Further, by making the periodic structure of the refractive index distribution formed inside the volume hologram a distribution that can be approximated by a sine wave, the efficiency of diffraction to a specific order can be extremely increased.

【００８３】さらには、格子ベクトル方向Φを調整する
ことにより、容易に回折角度を調節することが可能とな
り、偏光分離素子１０７を反射型液晶ライトバルブに対
して傾けずとも、入射偏光２０４を略垂直に容易に入射
させることが可能になる。Further, by adjusting the lattice vector direction Φ, the diffraction angle can be easily adjusted, and the incident polarized light 204 can be substantially adjusted without tilting the polarization separating element 107 with respect to the reflective liquid crystal light valve. It is possible to easily make the light vertically incident.

【００８４】は屈折現象を利用する偏光分離素子に比べ
て入射Ｐ偏光と出射Ｓ偏光の分離角度を大きく取れると
いう特徴を有する。The feature of the light emitting device is that the angle of separation between incident P-polarized light and output S-polarized light can be made larger than that of a polarization splitting element utilizing the refraction phenomenon.

【００８５】（投射型表示装置の第２の実施形態）８
は、本発明による投写型表示装置の第２の実施形態の全
体の構成を示す図である。(Second Embodiment of Projection Display Apparatus) 8
FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of a second embodiment of a projection display according to the present invention.

【００８６】実施形態の投射型表示装置は、光源手段で
あるランプ１０１と、反射手段であるリフレクタ１０２
と、第１の集光手段である集光レンズ１０３と、光束混
合手段であるロッド１０４と、第２の集光手段（結像手
段）である結像レンズ（集光レンズ）８０１、８０２
と、第1の直線偏光素子１０６と、反射手段であるミラ
ー８０３と、偏光分離手段である偏光分離素子１０７
と、画像形成手段である反射型液晶ライトバルブ１０８
と、光束制御手段であるアパチャーストップ８０４と、
第２の直線偏光素子１０９と、投射レンズ８０５を備
え、反射型液晶ライトバルブ１０８の像をスクリーン１
１０上に表示するものである。また、第２の集光手段で
ある結像レンズ８０１、８０２は、ロッド１０４の出射
端面の像を反射型液晶ライトバルブ１０７上に結像する
機能を有している。The projection type display device of the embodiment has a lamp 101 as light source means and a reflector 102 as reflection means.
A condenser lens 103 as a first condenser means, a rod 104 as a light beam mixing means, and imaging lenses (condenser lenses) 801 and 802 as second condenser means (imaging means).
, A first linear polarization element 106, a mirror 803 as reflection means, and a polarization separation element 107 as polarization separation means
And a reflection type liquid crystal light valve 108 as an image forming unit
Aperture stop 804 which is a light flux controlling means;
A second linear polarizing element 109 and a projection lens 805 are provided.
10 is displayed. Further, the imaging lenses 801 and 802 as the second condensing means have a function of forming an image of the emission end face of the rod 104 on the reflection type liquid crystal light valve 107.

【００８７】実施形態の基本構成は図１８を用いて説明
をした従来の技術と同様、照明光束の幅の狭い部分に近
接した空間領域に、投射光束を絞り込むことにより比較
的狭い角度で投射光束と照明光束を空間的に分離するも
のである。The basic configuration of this embodiment is similar to the prior art described with reference to FIG. 18, and the projection light beam is narrowed down to a space region close to the narrow portion of the illumination light beam, thereby projecting the projection light beam at a relatively narrow angle. And the illumination light beam are spatially separated.

【００８８】図の従来技術における課題は、投射光束と
照明光束の分離角度θｂを大きくできず、照度比向上光
学系で生成される光束が通過する空間を充分に確保でき
ない事にあった。しかし、本構成においては実施形態１
〜４で説明してきた機能を有する偏光分離素子１０７を
挿入しているために、投射光束と照明光束の分離角度θ
ａを従来技術に比べて大きく取れるため、照度比向上光
学系で生成される光束が通過する空間を充分に確保する
事が可能になる。従って、照度比の高い投射画像を得ら
れる。The problem with the prior art shown in the figure is that the separation angle θb between the projection light beam and the illumination light beam cannot be increased, and the space through which the light beam generated by the illuminance ratio improving optical system passes cannot be sufficiently ensured. However, in this configuration, the first embodiment
Since the polarization separation element 107 having the function described in the above-described items 4 to 4 is inserted, the separation angle θ between the projection light beam and the illumination light beam
Since a can be made larger than that of the conventional technology, it is possible to sufficiently secure a space through which a light beam generated by the illuminance ratio improving optical system passes. Therefore, a projection image with a high illuminance ratio can be obtained.

【００８９】（投写型表示装置の第３の実施形態）ここ
までに説明した実施形態においては、照明光束（もしく
は照明光学系光軸）が反射型液晶ライトバルブに略垂直
入射する条件を前提に説明をしてきた。しかし、本発明
はこの条件に制限されるものではなく、この条件をはず
れる条件においても様々な特徴を発揮する事が可能であ
る。(Third Embodiment of Projection Display Apparatus) In the above-described embodiments, it is assumed that the illumination light beam (or the optical axis of the illumination optical system) enters the reflection type liquid crystal light valve substantially perpendicularly. I have explained. However, the present invention is not limited to this condition, and various characteristics can be exerted even under a condition that deviates from this condition.

【００９０】図９は反射型ライトバルブへの照明光束の
入射角度と照明光束と投射光束の角度分離の関係を示す
図である。図９（ａ）は、ここまでに説明した実施形態
と同様に照明光束９０１が偏光分離素子１０７にて偏向
されて、反射型ライトバルブの液晶層２０７に略垂直に
入射する場合を示し、図９（ｂ）は、照明光束９０１が
偏光分離素子１０７にて偏向されて、反射型ライトバル
ブの液晶層２０７にある角度θｃで入射する場合を示
し、図９（ｃ）は、従来技術と同様に、照明光束９０１
が偏光分離素子を介する事なく、反射型ライトバルブの
液晶層２０７に角度θｄで入射する場合を示してある。
また、図９の中で示されているθａは照明光束９０１と
投射光束２の分離角を示し、θｂは液晶層２０７の法線
に対して投射光束がなす角を示している。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the angle of incidence of the illumination light beam on the reflection type light valve and the angle separation between the illumination light beam and the projection light beam. FIG. 9A shows a case where the illumination light beam 901 is deflected by the polarization splitting element 107 and enters the liquid crystal layer 207 of the reflection type light valve substantially perpendicularly, similarly to the embodiments described so far. FIG. 9B shows a case where the illumination light beam 901 is deflected by the polarization splitting element 107 and enters the liquid crystal layer 207 of the reflection type light valve at an angle θc, and FIG. The illumination light beam 901
Is incident on the liquid crystal layer 207 of the reflection type light valve at an angle θd without passing through the polarization splitting element.
Also, θa shown in FIG. 9 indicates a separation angle between the illumination light beam 901 and the projection light beam 2, and θb indicates an angle formed by the projection light beam with respect to a normal to the liquid crystal layer 207.

【００９１】図１０を用いて図９における角度θａとθ
ｂが投射型表示装置の性能にどのような影響を及ぼすか
を説明する。Referring to FIG. 10, the angles θa and θ in FIG.
The following describes how b affects the performance of the projection display device.

【００９２】図９におけるθａは図１０においては照明
光学系の光軸１００１と投射光学系の光軸１００２の為
す角度である。照明光学系における各素子は、投射光学
系の光束１００４に光学的な作用を及ぼさない位置に配
置しなければならず、同様に投射光学系における各素子
は、照明光学系の光束１００３に光学的な作用を及ぼさ
ない位置に配置しなければならない。従って、θａが大
きければ大きいほど投射レンズ１１０を反射型液晶ライ
トバルブに近い位置に配置できる。投射レンズ１１０の
口径を同一で考えた場合、投射レンズ１１０を反射型液
晶ライトバルブ１０８に近づければ近づけるほどより大
きな立体角の反射型液晶ライトバルブ１０８からの反射
光を投射レンズ１１０に取り込める。すなわち、投射レ
ンズ１１０のＦナンバーを小さくする事ができ、より明
るい投射画像を得る事ができる。9 is the angle between the optical axis 1001 of the illumination optical system and the optical axis 1002 of the projection optical system in FIG. Each element in the illumination optical system must be arranged at a position that does not exert an optical effect on the light beam 1004 of the projection optical system. Similarly, each element in the projection optical system optically transmits the light beam 1003 of the illumination optical system. It must be placed in a position that does not exert an important effect. Therefore, the larger the value of θa, the closer the projection lens 110 can be placed to a position closer to the reflective liquid crystal light valve. Assuming that the diameter of the projection lens 110 is the same, the closer the projection lens 110 is to the reflective liquid crystal light valve 108, the more the reflected light from the reflective liquid crystal light valve 108 having a larger solid angle can be taken into the projection lens 110. That is, the F-number of the projection lens 110 can be reduced, and a brighter projected image can be obtained.

【００９３】以上をまとめると、θａを大きくすればす
るほど明るい投射画像を得る事ができる。In summary, the larger θa, the brighter the projected image can be obtained.

【００９４】次に図９におけるθｂは図１０においては
反射型液晶ライトバルブ１０８の法線１００５と投射光
学系の光軸１００２の為す角度である。この角度が大き
くなればなるほど投射レンズ１１０の反射型液晶ライト
バルブ１０８に対する偏心量は大きくなり、投射画像の
画質の劣化を招く事になる。逆にこの角度を小さくすれ
ばするほどより高い画質の投射画像を得る事ができる。
以上をまとめると、θｂを小さくすればするほど高い画
質の投射画像を得る事ができる。Next, θb in FIG. 9 is the angle between the normal 1005 of the reflective liquid crystal light valve 108 and the optical axis 1002 of the projection optical system in FIG. The greater the angle, the greater the amount of eccentricity of the projection lens 110 with respect to the reflective liquid crystal light valve 108, which leads to deterioration in the quality of the projected image. Conversely, the smaller this angle is, the higher the projected image quality can be obtained.
To summarize the above, the smaller the value of θb, the higher the quality of the projected image can be obtained.

【００９５】再び図９を用いて、照明光束（もしくは照
明光学系光軸）が反射型液晶ライトバルブに非垂直に入
射する構成の特徴を説明する。With reference to FIG. 9 again, the feature of the configuration in which the illumination light beam (or the optical axis of the illumination optical system) enters the reflection type liquid crystal light valve non-perpendicularly will be described.

【００９６】図９（ａ）は、ここまでに説明した実施形
態と同様に照明光束９０１が偏光分離素子１０７にて偏
向されて、反射型ライトバルブの液晶層２０７に略垂直
に入射する場合を示している。その時の照明光束９０１
の偏光分離素子１０７への入射角をθｃとする。図９
（ｂ）は、照明光束９０１が図９（ａ）と全く同じ構造
を有する偏光分離素子１０７にθｃより大きなθｄで入
射する場合を示してある。その場合、スネルの法則や回
折角の法則から考えて、照明光束９０１は反射型ライト
バルブの液晶層２０７に０°より大きな角度θｅで入射
する。ここで、（ａ）における入射光束９０１と投射光
束９０２の分離角θａをＡとするとＡ＝θｃとなり、
（ｂ）における分離角θａをＢとするとＢ＝θｄ＋θｅ
となる。FIG. 9A shows a case where the illumination light beam 901 is deflected by the polarization splitting element 107 and enters the liquid crystal layer 207 of the reflection type light valve almost perpendicularly in the same manner as in the above-described embodiments. Is shown. The illumination light beam 901 at that time
Is incident on the polarization separation element 107 at θc. FIG.
9B shows a case where the illumination light beam 901 is incident on the polarization beam splitter 107 having the same structure as that of FIG. 9A at θd larger than θc. In that case, the illumination light beam 901 is incident on the liquid crystal layer 207 of the reflective light valve at an angle θe larger than 0 ° in consideration of Snell's law and the law of diffraction angle. Here, if the separation angle θa between the incident light beam 901 and the projection light beam 902 in (a) is A, then A = θc,
When the separation angle θa in (b) is B, B = θd + θe
Becomes

【００９７】θｃ＜θｄの関係があるので明らかにＡ＜
Ｂである。従って、先述の理由により（ｂ）の構成、す
なわち照明光束（もしくは照明光学系光軸）が反射型液
晶ライトバルブに非垂直に入射する構成はより明るい投
射画像を得ることができるといえる。Since there is a relation of θc <θd, A <A
B. Therefore, for the above-described reason, it can be said that the configuration (b), that is, the configuration in which the illumination light beam (or the optical axis of the illumination optical system) is incident non-perpendicularly on the reflective liquid crystal light valve can obtain a brighter projected image.

【００９８】次に、図９（ｂ）の構成と偏光分離素子を
用いない図９（ｃ）の構成が全く同一の分離角度θａを
有する場合を考える。このとき（ｂ）における液晶層２
０７の法線に対して投射光束９０２がなす角θｂをＣと
すると、Ｃ＝θｅであり、（ｃ）におけるそれをＤとす
ると、Ｄ＝θｆである。また、図から明らかなように
（ｂ）においては、θａ＝θｇ＋２θｅ、（ｃ）におい
ては、θａ＝２θｆであるので明らかに、θｅ＜θｆ、
すなわち、Ｃ＜Ｄである。従って、同じ明るさの投射画
像を得る場合は、先述の理由により（ｂ）の構成、すな
わち照明光束（もしくは照明光学系光軸）が反射型液晶
ライトバルブに非垂直に入射する構成はより高い画質を
有する投射画像を得ることができるといえる。Next, consider the case where the configuration shown in FIG. 9B and the configuration shown in FIG. 9C without using the polarization splitting element have exactly the same separation angle θa. At this time, the liquid crystal layer 2 in FIG.
If the angle θb formed by the projection light flux 902 with respect to the normal line of 07 is C, then C = θe, and if it is D in (c), then D = θf. Further, as is clear from the figure, in (b), θa = θg + 2θe, and in (c), θa = 2θf.
That is, C <D. Therefore, when a projection image having the same brightness is obtained, the configuration (b), that is, the configuration in which the illumination light beam (or the optical axis of the illumination optical system) is incident non-perpendicularly on the reflective liquid crystal light valve is higher for the above-described reason. It can be said that a projection image having image quality can be obtained.

【００９９】（投写型表示装置の第４の実施形態）図１
１は投射型表示装置の第１の実施形態における照明光学
系の構成を示す図である。(Fourth Embodiment of Projection Display Apparatus) FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an illumination optical system according to a first embodiment of a projection display device.

【０１００】ロッド１０４の結像素子１０５ａ側の端面
１１０１は結像レンズ１０５ａおよび１０５ｂにより反
射型液晶ライトバルブ１０８上に結像される。照明光を
無駄無く反射型ライトバルブ１０８に伝達するためには
端面１１０１の像の形状が反射型ライトバルブ１０８の
平面形状に略一致している必要がある。なぜなら、それ
が略一致せず、前者が後者より大きい場合は、照明光の
一部がスクリーンに導かれず照明効率の低下を招き、逆
に小さい場合は反射型ライトバルブに照明光が照射され
ていない領域が生じ、その領域は全く投射されなくなっ
てしまうからである。The end surface 1101 of the rod 104 on the side of the imaging element 105a is imaged on the reflection type liquid crystal light valve 108 by the imaging lenses 105a and 105b. In order to transmit the illumination light to the reflective light valve 108 without waste, the shape of the image of the end face 1101 needs to substantially match the planar shape of the reflective light valve 108. The reason is that if they do not substantially match, and the former is larger than the latter, part of the illumination light will not be guided to the screen, leading to a decrease in illumination efficiency. This is because there is no area, and the area is not projected at all.

【０１０１】ところで、図から明らかなように端面１１
０１は反射型液晶ライトバルブ１０８に対して非平行で
あるため、その像形状を反射型ライトバルブ１０８の平
面形状と略一致させるためには、端面１１０１の形状
は、反射型ライトバルブ１０８の平面形状を端面１１０
１と平行な面に射影した形状と相似でなければならな
い。また、この時の相似比は結像素子１０５の横倍率β
の逆数でなければならない。By the way, as is apparent from FIG.
01 is non-parallel to the reflective liquid crystal light valve 108, the shape of the end face 1101 must be the same as that of the reflective light valve 108 in order to make its image shape substantially match the planar shape of the reflective light valve 108. Shape the end face 110
It must be similar to the shape projected on the plane parallel to 1. The similarity ratio at this time is the lateral magnification β of the imaging element 105.
Must be the reciprocal of

【０１０２】この関係を図１２に示す。図１２において
矢印ｘは照明光学系の光軸と反射型液晶ライトバルブの
法線を含む面に垂直な方向を示している。また、反射型
ライトバルブの平面形状１２０１およびロッド端面の形
状１２０２はそれぞれを垂直方向から見たときの形状を
示してある。FIG. 12 shows this relationship. In FIG. 12, an arrow x indicates a direction perpendicular to the plane including the optical axis of the illumination optical system and the normal line of the reflective liquid crystal light valve. Further, the planar shape 1201 of the reflection type light valve and the shape 1202 of the rod end surface show the shapes when viewed from the vertical direction.

【０１０３】反射型ライトバルブの平面形状１２０１の
横方向とロッドの端面の横方向は互いに略平行の関係に
あるので、前者の長さをＡとしたときに、後者の長さａ
は、略下式であらわされる。Since the lateral direction of the plane shape 1201 of the reflection type light valve and the lateral direction of the end face of the rod are substantially parallel to each other, when the former length is A, the latter length a
Is approximately represented by the following equation.

【０１０４】ａ＝Ａ／β ここでβは結像素子１０５
の横倍率。A = A / β where β is the imaging element 105
Horizontal magnification of.

【０１０５】反射型ライトバルブの平面形状１２０１の
縦方向とロッドの端面の縦方向は非平行の関係にあるの
で、前者を後者に平行な面に射影をして考えなければな
らない。前者の長さをＢとしたときに、後者の長さｂ
は、略下式であらわされる。Since the longitudinal direction of the planar shape 1201 of the reflection type light valve and the longitudinal direction of the end face of the rod are not parallel, it is necessary to project the former onto a plane parallel to the latter. When the former length is B, the latter length b
Is approximately represented by the following equation.

【０１０６】ｂ＝Ｂ／（β・ｓｉｎ θｉ） ここでβ
は結像素子１０５の横倍率また、θｉは照明光学系の光
軸と反射型液晶ライトバルブの法線のなす角度。B = B / (β · sin θi) where β
Is the lateral magnification of the imaging element 105, and θi is the angle between the optical axis of the illumination optical system and the normal to the reflective liquid crystal light valve.

【０１０７】（投写型表示装置の第５の実施形態）図１
１に示す照明光学系の構成において、ロッド端面１１０
１の上端から出射する光線１１０３の反射型位相変調機
１０８までの光路長と、ロッド端面１１０１の下端から
出射する光線１１０４の反射型液晶ライトバルブ１０８
までの光路長は図から明らかなように異なる。したがっ
て、ロッド端面４の像１１０５は反射型液晶ライトバル
ブに対して傾いて形成されるため、反射型液晶ライトバ
ルブ１０８における照明光強度分布はロッド端面１１０
１におけるそれを忠実に反映したものとはならず、その
結果、投射画像に照度むらが生じる。この現象を回避す
るためには、ロッド端面１１０１の像が反射型液晶ライ
トバルブ平面上に略平面状に結像する必要がある。(Fifth Embodiment of Projection Display Apparatus) FIG.
In the configuration of the illumination optical system shown in FIG.
1 and the optical path length of the light beam 1103 emitted from the lower end of the rod end surface 1101 to the reflection type liquid crystal light valve 108.
The optical path lengths up to are different as is apparent from the figure. Therefore, since the image 1105 of the rod end face 4 is formed to be inclined with respect to the reflection type liquid crystal light valve, the illumination light intensity distribution in the reflection type liquid crystal light valve 108 is
1 does not faithfully reflect that, resulting in uneven illuminance in the projected image. In order to avoid this phenomenon, it is necessary to form an image of the rod end face 1101 in a substantially planar shape on the plane of the reflective liquid crystal light valve.

【０１０８】図１３はシャインプルフの法則を利用し
て、前記現象を回避した構成である。FIG. 13 shows a configuration in which the above phenomenon is avoided by utilizing Scheimpflug's law.

【０１０９】シャインプルフの法則に基づけば、結像レ
ンズ１０５に対して傾いた平面上に像を結像させるため
には、物体を傾ければよい。その傾け方は、ロッド端面
１１０１の延長線１３０１と結像素子１０５の入射側主
平面１３０２の交点１３０５の照明光学系の光軸１３０
７からの高さをｈ１とし、偏光分離素子１０７の延長線
１３０４と結像素子１０５の出射側主平面１３０３の交
点１３０６の照明光学系の光軸１３０７からの高さをｈ
２とした場合、ｈ１＝ｈ２となるようにすればよい。According to Scheimpflug's law, in order to form an image on a plane inclined with respect to the imaging lens 105, the object may be tilted. The inclination is determined by the optical axis 130 of the illumination optical system at the intersection 1305 between the extension 1301 of the rod end face 1101 and the incident side main plane 1302 of the imaging element 105.
The height from the optical axis 1307 of the illumination optical system at the intersection 1306 of the extension line 1304 of the polarization beam splitter 107 and the emission-side main plane 1303 of the imaging element 105 is h.
In the case of 2, h1 = h2.

【０１１０】図１４は偏心光学素子を利用して、前記現
象を回避した構成である。本構成において結像素子１０
５を構成する全てもしくは一部の素子は偏心をした素子
である。図１４においては、一例として結像素子１０５
を２枚のレンズで構成し、そのうちの１枚１４０１が偏
心光学素子である場合を示してある。偏心光学素子１４
０１は偏光分離素子１０７側の面が偏心しており、図の
下方から上方に向うに連れて曲率半径が徐々に大きくな
る非球面形状をしている。このように面内にパワー分布
を持っているためにパワーの強い下方を通過した光束は
より近い位置で結像をし、パワーの弱い上方を通過した
光束はより遠い位置で結像する。FIG. 14 shows a configuration in which the above-described phenomenon is avoided by using an eccentric optical element. In this configuration, the imaging element 10
All or some of the elements constituting 5 are eccentric elements. In FIG. 14, as an example, the imaging element 105
Is composed of two lenses, and one of the lenses 1401 is a decentered optical element. Eccentric optical element 14
Reference numeral 01 denotes an aspherical surface whose surface on the side of the polarization separation element 107 is decentered, and whose radius of curvature gradually increases from the bottom to the top in the figure. Due to such a power distribution in the plane, the light beam passing below the strong power forms an image at a closer position, and the light beam passing above the weak power forms an image at a farther position.

【０１１１】ロッド端面１１０１からみて反射型液晶ラ
イトバルブは下方ほど近い距離にあり上方ほど遠い距離
にある。従って上記偏心光学素子１４０１の結像関係に
より、ロッド端面１１０１の像を反射型液晶ライトバル
ブ平面上に略平面状に結像する事が可能となる。As viewed from the rod end face 1101, the reflection type liquid crystal light valve is closer to the lower side and farther to the upper side. Therefore, the image of the rod end surface 1101 can be formed in a substantially planar shape on the plane of the reflective liquid crystal light valve due to the image forming relationship of the decentered optical element 1401.

【０１１２】図１５はシフト光学系を利用して、前記現
象を回避した構成である。本構成においては、ロッド端
面１１０１と偏光分離素子１０７は結像素子１０５の回
転対称軸１５０１に対して直角かつ反対方向にずれてい
る。なお、照明光を有効に反射型液晶ライトバルブ１０
８に導くためにはロッド端面１１０１の中心点１５０
３、結像素子１０５の主点、偏光分離素子１０７の中心
１５０６はランプ１０１、リフレクター１０２および集
光素子１０３の回転対称軸１５０２上に略配置されてい
る必要がある。FIG. 15 shows a configuration in which the above phenomenon is avoided by using a shift optical system. In this configuration, the rod end face 1101 and the polarization splitting element 107 are shifted at right angles and in opposite directions to the rotational symmetry axis 1501 of the imaging element 105. It should be noted that the illumination light can be effectively used in the reflection type liquid crystal light valve 10.
8, the center point 150 of the rod end face 1101
3. The principal point of the imaging element 105 and the center 1506 of the polarization beam splitting element 107 need to be substantially arranged on the rotationally symmetric axis 1502 of the lamp 101, the reflector 102 and the light collecting element 103.

【０１１３】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々
の変形や変更が可能である。(Modifications) The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

【０１１４】例えば、反射型位相変調素子の一例として
反射型液晶ライトバルブを例にとって実施形態を説明し
てきたが、他の位相変調素子を使用しても構わない。For example, while the embodiments have been described with reference to a reflection type liquid crystal light valve as an example of a reflection type phase modulation element, other phase modulation elements may be used.

【０１１５】また、表示素子の明表示のモードとして、
書き込み（照明）光と読み出し（投射）光の偏光状態が
異なる場合を説明してきたが、それらが同じ偏光状態で
明表示となるモードを使用してもかまわない。Further, the bright display mode of the display element is as follows.
Although the case where the writing (illumination) light and the reading (projection) light have different polarization states has been described, a mode in which the light is displayed in the same polarization state may be used.

【０１１６】また、グラスロッドは中実のものについて
説明したが、中空（外枠が硝子で中心が空洞の円柱。こ
の場合は硝子内面で光反射する。）のライトパイプでも
構わない。Although the glass rod has been described as a solid one, it may be a hollow light pipe (a cylindrical column whose outer frame is glass and whose center is hollow; in this case, light is reflected on the inner surface of the glass).

【０１１７】また、照度比向上機能を有する素子として
ロッドを例に上げて説明したが、他の素子、例えば２枚
のフライアイレンズを用いても構わない。Further, although the rod has been described as an example of the element having the function of improving the illuminance ratio, another element, for example, two fly-eye lenses may be used.

【０１１８】また、各図で説明したＳ偏光とＰ偏光は、
逆であっても構わない。The S-polarized light and P-polarized light described in each drawing are
The reverse is also acceptable.

【０１１９】[0119]

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の投
射型表示装置によれば、屈折もしくは回折作用に偏光依
存性を有する偏光分離素子を用いる事により、高いコン
トラストを有する高精細な画像投写の可能な反射型位相
変調器を用いた投写型表示装置を実現することができ
る。As described above in detail, according to the projection type display device of the present invention, a high-definition image having high contrast is projected by using a polarization splitting element having a polarization dependence on a refraction or diffraction action. It is possible to realize a projection type display device using a reflection type phase modulator capable of performing the above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明による投射型表示装置の第１の実施形
態を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a projection type display device according to the present invention.

【図２】 本発明による偏光分離素子の第１の実施形態
を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a first embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.

【図３】 本発明による偏光分離素子の第２の実施形態
を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.

【図４】 本発明による偏光分離素子の第３の実施形態
を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.

【図５】 本発明による偏光分離素子の第４の実施形態
を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.

【図６】 本発明による偏光分離素子の第４の実施形態
の具体的な数値例の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a specific numerical example of a fourth embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.

【図７】 本発明による偏光分離素子の第４の実施形態
を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the polarization beam splitter according to the present invention.

【図８】 本発明による投射型表示装置の第２の実施形
態を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the projection type display device according to the present invention.

【図９】 本発明による投射型表示装置の第３の実施形
態の効果の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of the effects of the third embodiment of the projection display device according to the present invention.

【図１０】 本発明による投射型表示装置の第３の実施
形態を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the projection type display device according to the present invention.

【図１１】 本発明による投写型表示装置の第４の実施
形態を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a fourth embodiment of the projection display according to the present invention.

【図１２】 本発明による投写型表示装置の第４の実施
形態の具体例の説明図。FIG. 12 is a diagram illustrating a specific example of a fourth embodiment of the projection display apparatus according to the present invention.

【図１３】 本発明による投写型表示装置の第５の実施
形態を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a fifth embodiment of the projection display apparatus according to the present invention.

【図１４】 本発明による投写型表示装置の第５の実施
形態を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a fifth embodiment of the projection display apparatus according to the present invention.

【図１５】 本発明による投写型表示装置の第５の実施
形態を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a fifth embodiment of the projection display according to the present invention.

【図１６】 従来の投写型表示装置の説明図。FIG. 16 is an explanatory diagram of a conventional projection display device.

【図１７】 従来の投写型表示装置の説明図。FIG. 17 is an explanatory diagram of a conventional projection display device.

【図１８】 従来の投写型表示装置の説明図。FIG. 18 is an explanatory diagram of a conventional projection display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０１ ランプ １０２ リフレクタ １０３ 集光レンズ １０４ ロッド １０５ 結像素子 １０５ａ 結像素子 １０５ｂ 結像素子 １０６ 直線偏光板 １０７ 偏光分離素子 １０８ 反射型液晶ライトバルブ １０９ 直線偏光板 １１０ 投射レンズ １１１ スクリーン １１２ 照明光学系光軸 １１３ 照明光学系の延長線 １１４ 反射型液晶ライトバルブの延長線 １１５ 交点 １１６ 反射型液晶ライトバルブの中心点 ２０１ 一軸性結晶プリズム ２０２ 等方性プリズム ２０３ 光学軸 ２０４ 入射Ｐ偏光 ２０５ 頂角 ２０６ 頂角 ２０７ 液晶層 ２０８ 反射電極 ３０１ 偏光分離素子 ４０１ 一軸性結晶 ４０２ 周期格子 ４０３ 等方性媒質 ４０４ 光学軸 ５０１ 回折格子 ５０２ 格子ベクトル ７０１ 屈折率分布の周期構造 ７０２ 格子ベクトル ８０１ 結像レンズ ８０２ 結像レンズ ８０３ ミラー ８０４ アパーチャーストップ ８０５ 投射レンズ ９０１ 照明光束 ９０２ 投射光束 １００１ 照明光学系光軸 １００２ 投射光学系光軸 １００３ 照明光束 １００４ 投射光束 １００５ 反射型液晶ライトバルブの法線 １１０１ ロッドの端面 １１０２ 上側光線 １１０３ 下側光線 １１０４ 反射型液晶ライトバルブの法線 １１０５ ロッド端面の像 １２０１ 反射型液晶ライトバルブの平面形状 １２０２ ロッド端面の平面形状 １３０１ ロッド端面の延長線 １３０２ 結像素子の入射側主平面 １３０３ 結像素子の出射側主平面 １３０４ 偏光分離素子の延長線 １３０５ 交点 １３０６ 交点 １３０７ 照明光学系の光軸 １４０１ 偏心光学素子 １５０１ 結像光学系の中心軸 １５０２ 照明光学系の光軸 １５０３ ロッド端面の中心 １５０４ 結像光学系の中心 １５０５ 偏光分離素子の中心 １６０１ 偏光ビームスプリッター DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lamp 102 Reflector 103 Condensing lens 104 Rod 105 Imaging element 105a Imaging element 105b Imaging element 106 Linear polarizing plate 107 Polarization separation element 108 Reflection type liquid crystal light valve 109 Linear polarizing plate 110 Projection lens 111 Screen 112 Illumination optical system light Axis 113 Extension line of illumination optical system 114 Extension line of reflection type liquid crystal light valve 115 Intersection 116 Center point of reflection type liquid crystal light valve 201 Uniaxial crystal prism 202 Isotropic prism 203 Optical axis 204 Incident P polarized light 205 Apex angle 206 Apex Angle 207 Liquid crystal layer 208 Reflecting electrode 301 Polarization separating element 401 Uniaxial crystal 402 Period grating 403 Isotropic medium 404 Optical axis 501 Diffraction grating 502 Lattice vector 701 Periodic structure of refractive index distribution 702 Lattice vector 801 Image formation Lens 802 imaging lens 803 mirror 804 aperture stop 805 projection lens 901 illumination light flux 902 projection light flux 1001 illumination optical system optical axis 1002 projection optical system optical axis 1003 illumination light flux 1004 projection light flux 1005 normal line of reflective liquid crystal light valve 1101 rod end face 1102 Upper ray 1103 Lower ray 1104 Normal line of reflection type liquid crystal light valve 1105 Image of rod end face 1201 Plane shape of reflection type liquid crystal light valve 1202 Plane shape of rod end face 1301 Extension line of rod end face 1302 Incident side main of imaging element Plane 1303 Main plane on the emission side of the imaging element 1304 Extension line of the polarization splitting element 1305 Intersection point 1306 Intersection point 1307 Optical axis of illumination optical system 1401 Eccentric optical element 1501 Central axis of imaging optical system 1502 Optical axis of illumination optical system 15 03 Center of rod end face 1504 Center of imaging optical system 1505 Center of polarization separation element 1601 Polarization beam splitter

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA13 EA16 HA18 HA20 HA24 HA28 HA30 MA02 MA03 2H091 FA08X FA08Z FA19X FA19Z FA23Z FA26X FA26Z FA41Z LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA17 5G435 AA00 BB12 BB16 BB17 DD02 DD04 FF03 FF05 FF07 GG01 GG02 GG03 GG08 GG28 GG46Continued on the front page F-term (reference) 2H088 EA13 EA16 HA18 HA20 HA24 HA28 HA30 MA02 MA03 2H091 FA08X FA08Z FA19X FA19Z FA23Z FA26X FA26Z FA41Z LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA17 5G435 AA00 BB12 BB16 GG03 GG03 GG03 GG04

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 光源手段と、該光源手段からの光束を反
射型位相変調素子に導く照明光学手段と、該反射型位相
変調素子の像を結像する結像光学手段と、該光源手段か
ら該反射型位相変調素子までの光路と該反射型位相変調
素子から該結像光学手段までの光路を略分離する偏光分
離手段を備える投射型表示装置において、前記、偏光分
離手段は略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる
屈折もしくは回折作用を及ぼすことを特徴とする投射型
表示装置。A light source unit; an illumination optical unit that guides a light beam from the light source unit to a reflection type phase modulation element; an imaging optical unit that forms an image of the reflection type phase modulation element; In a projection display apparatus including a polarization separating unit that substantially separates an optical path to the reflection type phase modulation element and an optical path from the reflection type phase modulation element to the imaging optical unit, the polarization separation unit is a substantially orthogonal straight line. A projection display device, wherein different polarization or diffraction effects are exerted on each polarized light. 【請求項２】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
て、該光源手段からの光束が、前記偏光分離手段により
略垂直に前記反射型位相変調素子に入射することを特徴
とする投射型表示装置。2. The projection type display device according to claim 1, wherein a light beam from said light source means is incident on said reflection type phase modulation element substantially vertically by said polarization separation means. apparatus. 【請求項３】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
て、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプ
リズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み
合せで構成され、該一軸性結晶の常光に対する屈折率を
ｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとしたときに、該光
学的等方性媒質の屈折率が略ｎｏもしくは略ｎｅである
ことを特徴とする投射型表示装置。3. The projection display device according to claim 1, wherein the polarization splitting means comprises a combination of a prism element made of a uniaxial crystal and a prism made of an optically isotropic medium. A projection type display device, wherein the refractive index of the optical crystal for ordinary light is no and the refractive index of extraordinary light is no, and the refractive index of the optically isotropic medium is substantially no or substantially ne. 【請求項４】 請求項３に記載の投射型表示装置におい
て、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプ
リズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み
合せをアレイ状に配列したことを特徴とする投射型表示
装置に用いる照明装置。4. The projection type display device according to claim 3, wherein the polarization splitting means arranges a combination of a prism element composed of a uniaxial crystal and a prism composed of an optically isotropic medium in an array. An illumination device used for a projection display device. 【請求項５】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
て、前記偏光分離素子は、表面に凹凸の周期構造を形成
した一軸性結晶と該周期構造の凹部を光学的等方性媒質
層により充填した構造からなり、該一軸性結晶の常光に
対する屈折率をｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとし
たときに、該光学的等方性媒質の屈折率がｎｏもしくは
ｎｅであり、該周期構造は入射光を回折作用する機能を
有することを特徴とする投射型表示装置。5. The projection type display device according to claim 1, wherein the polarization splitting element comprises a uniaxial crystal having a periodic structure of irregularities formed on a surface thereof and a concave portion of the periodic structure formed by an optically isotropic medium layer. When the refractive index of the uniaxial crystal for ordinary light is no and the refractive index for extraordinary light is ne, the refractive index of the optically isotropic medium is no or ne, and the periodic structure is Is a projection type display device having a function of diffracting incident light. 【請求項６】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
て、前記偏光分離素子は、表面レリーフ型回折格子であ
り、その格子ピッチＰは入射光波長をλとしたときにＰ
＜λの関係を満たし、該格子の深さは、略直交する直線
偏光のそれぞれの特定回折次数に対する回折効率が異な
るように調整されていることを特徴とする投射型表示装
置に用いる照明装置。6. The projection type display device according to claim 1, wherein the polarization separation element is a surface relief type diffraction grating, and the grating pitch P is P when the incident light wavelength is λ.
An illumination device used in a projection display device, wherein the relationship of <λ is satisfied, and the depth of the grating is adjusted so that the diffraction efficiency for each specific diffraction order of substantially orthogonal linearly polarized light is different. 【請求項７】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
て、前記偏光分離素子は、体積ホログラムであり、その
格子ピッチＰは入射光波長をλとしたときにＰ＜λの関
係を満たし、その格子ベクトルは前記反射型位相変調素
子に対して傾いていることを特徴とする投射型表示装
置。7. The projection type display device according to claim 1, wherein the polarization separation element is a volume hologram, and a grating pitch P satisfies a relationship of P <λ when an incident light wavelength is λ. The projection type display device, wherein the grating vector is inclined with respect to the reflection type phase modulation element. 【請求項８】 請求項５ないし６ないし７に記載の偏光
分離素子が、前記反射型位相変調素子に対して傾いてい
ることを特徴とする投射型表示装置。8. A projection display device, wherein the polarization separation element according to claim 5 is tilted with respect to the reflection-type phase modulation element. 【請求項９】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
て、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を内面
反射によって複数の光束に分割して射出し複数の二次光
源像を形成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射
面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光
手段を備え、前記光束分割手段の出射面の形状が反射型
位相変調素子の平面形状と非相似であることを特徴とす
る投射型表示装置。9. The projection display device according to claim 1, wherein the illumination optical unit divides a light beam from the light source unit into a plurality of light beams by internal reflection and emits the light beams to form a plurality of secondary light source images. A light beam splitting means; and a light condensing means for imaging illumination information on an output surface of the light beam splitting means on the reflection type phase modulation element. A projection display device characterized by being dissimilar to the above. 【請求項１０】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
いて、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複
数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する
光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報
を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、
該光束分割手段の出射面と該集光手段と前記反射型位相
変調素子の配置がシャインプルフの法則を満足すること
を特徴とする投射型表示装置に用いる照明装置。10. The projection display device according to claim 1, wherein the illumination optical unit divides a light beam from the light source unit into a plurality of light beams and emits the light beams to form a plurality of secondary light source images. And a light condensing means for forming an image of illumination information on an emission surface of the light beam splitting means on the reflective phase modulation element,
An illumination device for use in a projection display device, wherein an arrangement of an emission surface of the light beam splitting means, the light condensing means, and the reflection type phase modulation element satisfies Scheimpflug's law. 【請求項１１】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
いて、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複
数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する
光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報
を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、
該集光手段は一つもしくは複数の偏心した光学素子を含
み、該集光手段による該出射面情報の結像位置が該光源
手段からの光束内において暫時変化することを特徴とす
る投射型表示装置。11. The projection display device according to claim 1, wherein the illumination optical unit divides a light beam from the light source unit into a plurality of light beams and emits the light beams to form a plurality of secondary light source images. And a light condensing means for forming an image of illumination information on an emission surface of the light beam splitting means on the reflective phase modulation element,
The light-collecting means includes one or a plurality of decentered optical elements, and an image-forming position of the light-emitting surface information by the light-collecting means temporarily changes in a light beam from the light source means. apparatus. 【請求項１２】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
いて、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複
数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する
光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報
を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、
該光束分割手段の出射面と反射型位相変調素子は該集光
手段に対して直角かつ反対方向にずれていることを特徴
とする投射型表示装置。12. The projection display device according to claim 1, wherein the illumination optical unit divides a light beam from the light source unit into a plurality of light beams and emits the light beams to form a plurality of secondary light source images. And a light condensing means for forming an image of illumination information on an emission surface of the light beam splitting means on the reflective phase modulation element,
A projection type display device, wherein an emission surface of the light beam splitting means and a reflection type phase modulation element are shifted at right angles and in opposite directions to the light collecting means. 【請求項１３】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
いて、照明光学系の光軸の延長線と前記反射型位相変調
素子が配置されている平面の交点と、前記反射型位相変
調素子の略中心の距離をＬとし、該照明光学系の光軸と
前記反射型位相変調素子の法線が含まれる平面における
前記反射型位相変調器の幅をＷとしたときにＬ＞Ｗの関
係が成り立つことを特徴とする投射型表示装置。13. The projection type display device according to claim 1, wherein an intersection of an extension of an optical axis of the illumination optical system, a plane on which the reflection type phase modulation element is disposed, and the reflection type phase modulation element. When the distance of the approximate center is L, and the width of the reflection type phase modulator on a plane including the optical axis of the illumination optical system and the normal line of the reflection type phase modulation element is W, the relationship of L> W is obtained. A projection display device characterized by being satisfied.