JP2004012864A

JP2004012864A - Projection type image display device

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Publication number: JP2004012864A
Application number: JP2002167007A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Chiaki; 千明　達生; Atsushi Okuyama; 奥山　敦; Masayuki Abe; 阿部　雅之
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2004-01-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that the contrast of an projected image is reduced due to perturbed components of polarized light generated by the angular characteristics of a polarization beam splitter or the characteristics of a liquid crystal. <P>SOLUTION: Light which is turned into elliptically polarized light due to the angular dependency of polarized light beam splitters 11a and 11b is made incident on a reflection type liquid crystal display elements 12r, 12g and 12b, and modified by the liquid crystal, respective colors are synthesized by a polarization light beam splitter 11c, the poralizing directions of respective colors are made the same by a color-selection retardation plate 8c, then ineffective polarizing components are detected by a polarizer 10b, and the light is projected. Thus a projected image having a high contrast is available. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶表示素子により表示された画像を拡大投射する投射型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型液晶表示装置と偏光ビームスプリッターを組み合わせた投射型画像表示装置は、米国特許第６，１８３，０９１号に開示されている。この米国特許第６，１８３，０９１号に開示された投射型画像表示装置は、図６に示すように４つの偏光ビームスプリッター１１８，１２０，１２４，１２８と３つの色選択性位相差板１１６，１２６，１３４を有して構成されている。
【０００３】
ここで、色選択性位相差板は、可視光の波長領域において所定の波長領域の光の偏光方向を９０度変換し、その他の波長の光の偏光方向は変化させない作用を有するものである。
【０００４】
そして米国特許第６，１８３，０９１号に開示された装置では、光源からの直線偏光光（Ｓ偏光）を第１の色選択性位相差板１１６により青（Ｂ）の光のみ偏光方向を９０度回転させ（Ｐ偏光）、第１の偏光ビームスプリッター１１８に入射させ、Ｐ偏光であるＢの光を透過し、Ｓ偏光であるＢ以外の緑（Ｇ）と赤（Ｒ）の光を反射することで色分離を行う。Ｂの光（Ｐ偏光）は第２の偏光ビームスプリッター１２０を透過して反射型液晶表示装置Ｂ１２２に至り、ＧＲの光は第２の色選択性位相差板１２６に入射し、Ｇの偏光方向のみ９０度変換され（Ｐ偏光）る。第２の偏光ビームスプリッターによりＰ偏光であるＧの光を透過し、Ｓ偏光であるＲの光を反射することで色分離され、ＧＲのそれぞれの光は反射型液晶表示装置Ｇ１３２、反射型液晶表示装置Ｒ１３０に至る。
【０００５】
反射型液晶表示装置Ｂ１２２で映像変調された光のＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター１２０を透過し、光源側に戻り、Ｓ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター１２０を反射して投射光となる。
【０００６】
反射型液晶表示装置Ｒ１３０で映像変調された光のＳ偏光成分は第３の偏光ビームスプリッター１２８を反射し光源側に戻り、Ｐ偏光成分は第３の偏光ビームスプリッター１２８を透過して投射光となる。反射型液晶表示装置Ｇ１３２で映像変調された光のＰ偏光成分は第３の偏光ビームスプリッター１２８を透過し光源側に戻り、Ｓ偏光成分は第３の偏光ビームスプリッター１２８を反射して投射光となる。
【０００７】
ＧとＲの投射光は第３の色選択性位相差板１３４に入射しＧの偏光方向が９０度回転し、ＧＲの光はＰ偏光にそろえられ、第４の偏光ビームスプリッター１２４を透過し、Ｓ偏光であるＢの光は第４の偏光ビームスプリッター１２４を反射し、ＲＧＢの光は１つに合成されることにより、カラーの映像を投影する構成となっている。
【０００８】
また、特開２００１−１５４１５２号公報には、色分離合成手段である偏光ビームスプリッターと照明光学系との間または偏光ビームスプリッターと投射レンズとの間に偏光板を設け、高いコントラストの画像を得る技術が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に偏光ビームスプリッターは４５度で入射する光に対しては、図７に示すような理想的な偏光分離性能を示すが、４５度からずれた角度で入射する光に対しては、図８に示すような不完全な特性となってしまう。
【００１０】
これは偏光ビームスプリッターに形成されている光学薄膜において、薄膜の屈折率をｎ、薄膜の厚さをｄ、光の入射角度をθとしたとき、光学薄膜は光学性能に対して、
ｎｄｃｏｓθ
で作用するために、入射する角度θにより光学性能が変化してしまうためである。
【００１１】
液晶プロジェクターにおいて反射型液晶表示装置を照明する光は所定の角度を有する光束であるので、偏光ビームスプリッターに対しては４５度±ωの広がりをもつ光が入射することになる（２ωは照明系できまる光束の角度）。これにより偏光ビームスプリッターにおいてＰ偏光成分とＳ偏光成分は完全には分離されず、液晶パネルに入射する光は完全な直線偏光にならないことになる。このことによって、コントラストが低下し、投射画像の品位を低下させるという問題があった。
【００１２】
さらに、照明系に用いられる偏光変換素子はＰ偏光、Ｓ偏光の混在するランプの光を所定の偏光方向に揃える素子であるが、その変換効率は１００％ではなく、無視できない割合で、望まない偏光成分が残ってしまう。
【００１３】
また、通常の偏光ビームスプリッターにおいては、例えばＰ偏光を反射させる割合と、Ｓ偏光を透過させる割合のバランスを極力とるような膜構成とされているために、例えばＰ偏光を反射させる偏光ビームスプリッターによって反射された光には若干のＳ成分が存在する。
【００１４】
反射型液晶パネルが黒を表示しているときには、偏光ビームスプリッターに入射したＰ偏光光は、Ｐ偏光で反射され偏光ビームスプリッターで反射されて光源に戻るが、偏光ビームスプリッターの特性により反射型液晶パネルの照明光に混在したＳ偏光光の一部はそのまま偏光ビームスプリッターを透過して投射レンズに向かう。
【００１５】
上記特開２００１−１５４１５２号公報にて提案の技術を応用し、偏光ビームスプリッターの入射側と出射側に偏光板を配置すれば、偏光ビームスプリッターの特性に起因する前述のコントラスト低下の問題は解決するが、偏光板の透過率が１００％でないために、投射画像が暗くなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の課題を解決するために、本発明では、光源と、この光源からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子からの光により照明される反射型液晶表示素子と、この反射型液晶表示素子により変調された光を被投射面に投射する投射光学系とを有する投射型画像表示装置において、
偏光変換素子と反射型液晶表示素子との間に、光源からの光を互いに波長領域が異なる第１の光と第２の光と第３の光とに分離するダイクロイックミラーを設け、
第１の光の光軸上に、所定の偏光分離特性を有する第１の偏光ビームスプリッターを設け、
この第１の偏光ビームスプリッターに入射した第１の光が所定の偏光方向で作用する位置に、第１の１／４波長板と第１の反射型液晶表示素子とを設け、
第２および第３の光の光軸上に第１の色選択性位相差板を設け、
第２および第３の光の光軸上に、第１の偏光ビームスプリッターとは偏光分離特性が異なる第２の偏光ビームスプリッターを、第２の光が第２の反射型画像表示素子に第２の１／４波長板を介して入射し、第３の光が第３の反射型画像表示素子に第３の１／４波長板を介して入射し、かつ第２の偏光ビームスプリッターの射出方向が第１の光の略平行となるように設け、
第２の偏光ビームスプリッターの射出光軸上に第２の色選択性位相差板を設け、
第１の偏光ビームスプリッターからの射出光が入射する位置に、第１から第３の反射型液晶表示素子により変調された第１から第３の光を合成する第３の偏光ビームスプリッターを設け、
第３の偏光ビームスプリッターと投射光学系との間に、第３の色選択性位相差板と偏光板とを設けている。
【００１７】
これにより、偏光ビームスプリッターの角度依存によって楕円偏光になって反射型液晶表示素子に入射した光が液晶によって変調された後、偏光ビームスプリッターによって各色が合成され、色選択性位相差板で各色の偏光方向を揃えた上で、偏光板によって無効な偏光成分を検光して投射される。このため、高いコントラストをもった投射画像を得ることができる。
【００１８】
ここで、第１の偏光ビームスプリッターとしては、第１の反射型液晶表示素子に入射させる光に対する偏光分離特性が、第１の反射型液晶表示素子に入射させない光に対する偏光分離特性よりも良いものを用いるとよい。
【００１９】
これにより、偏光ビームスプリッターの膜を通過する際や、液晶表示素子によって作用を受ける際に、不要な作用を受けた光が混ざったとしても、正しい方向に偏光している光は、表示したい映像通りの光となるために、表示したい光のみを残すように第３の偏光ビームスプリッターの出射面の後ろに配置した偏光板によって検光することができる。このため、高いコントラストを持った投射画像を得ることができる。
【００２０】
また、第２の偏光ビームスプリッタとしては、透過光と反射光の偏光分離特性が略一致しているものを用いるとよい。これにより、高い色再現性を得ることができる。
【００２１】
さらに、上記第１の光を緑色波長領域の光とすることにより、より高いコントラストをもった投射画像を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態である投射型画像表示装置を示す図である。図１中、１は連続スペクトルで白色光を発光する光源で、２は光を所定の方向に集光するリフレクターで、３ａは矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズで、３ｂは第１のフライアイレンズの個々のレンズに対応したレンズアレイからなる第２のフライアイレンズで、４は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。
【００２３】
５ａはコンデンサーレンズで、５ｂはフィールドレンズで、５ｃはミラーである。
【００２４】
６は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を透過し、緑（Ｇ）の波長領域の光を反射するダイクロイックミラーで、７はＧとＲの中間の波長領域の光を一部カットするカラーフィルターで、８ａはＢの光の偏光方向を９０度変換しＲの光の偏光方向は変換しない第１の色選択性位相差板で、８ｂはＲの光の偏光方向を９０度変換しＢの光の偏光方向は変換しない第２の色選択性位相差板で、８ｃはＧの光の偏光方向を９０度変換し、Ｒ，Ｂの光の偏光方向は変換しない第３の色選択性位相差板である。
【００２５】
１０ａ，１０ｂはＳ偏光を透過する第１，第２の偏光板、１１ａ，１１ｂ，１１ｃはＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第１，第２，第３の偏光ビームスプリッターである。
【００２６】
１２ｒ，１２ｇ，１２ｂは入射した光を反射するとともに、映像変調して映像を表示する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子である。
【００２７】
１３ｒ，１３ｇ，１３ｂは赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板で、１４は投射レンズである。
【００２８】
次に、本装置の光学的な作用を説明する。光源１から発した光はリフレクター２により所定の方向に集光される。ここでリフレクター２は放物面形状をなしており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。
【００２９】
ただし、光源１は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸Ｏに平行でない光の成分も多く含まれている。
【００３０】
これらの集光光束は第１のフライアイレンズ３ａに入射する。第１のフライアイレンズ３ａは外形が矩形の正の屈折力を有するレンズをマトリックス状に組み合わせて構成されており、入射した光束はそれぞれのレンズに応じた複数の光束に分割、集光され、第２のフライアイレンズ３ｂを経て、マトリックス状に複数の光源像を偏光変換素子４の近傍に形成する。
【００３１】
偏光変換素子４は偏光分離面４ａと反射面４ｂと１／２波長板４ｃからなり、マトリックス状に集光する複数の光束はその列に対応した偏光分離面４ａに入射し、透過するＰ偏光成分の光と反射するＳ偏光成分の光に分割される。反射されたＳ偏光成分の光は反射面４ｂで反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。
【００３２】
一方、透過したＰ偏光成分の光は１／２波長板４ｃを透過し、Ｓ偏光成分と同じ偏光成分に変換され、偏光方向（・）が揃った光として射出する。偏光変換された複数の光束は偏光変換素子４を射出後、発散光束として集光光学系５に至る。集光光学系５は、コンデンサーレンズ５ａとフィールドレンズ５ｂからなる。ミラー５ｃには屈折力はない。
【００３３】
表１には、図２に示したフライアイレンズ３ａ，３ｂのレンズデータを、表２には、図３に示した集光光学系５のレンズデータをそれぞれ示す。表１，２においてｒは曲率半径を、ｄは面の間隔を、ｎは材質の屈折率を表す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
ここで、集光光学系５の合成の焦点距離ｆｃは、
ｆｃ＝８２．４ｍｍ
で、第２のフライアイレンズ３ｂの焦点距離ｆｆ２は、
ｆｆ２＝２９．５ｍｍ
であるので、
β＝ｆｃ／ｆｆ２＝２．７９３
で決まる倍率βで第１のフライアイレンズ３ａの矩形形状の像を形成する。
【００３７】
これにより複数の光束は矩形形状の像ができる位置で重なり、矩形の均一な照明エリアを形成する。この照明エリアに反射型液晶表示素子１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを配置する。
【００３８】
ここで、フィールドレンズ５ｂの焦点距離ｆｃ２は
ｆｃ２＝８４ｍｍ
であるので、
ｆｃ／ｆｃ２＝０．９８
となり、フィールドレンズ５ｂから反射型液晶表示素子に至る光路において反射型液晶表示素子上に集光する光は集光光学系の光軸Ｏ’に対してほぼテレセントリックになる。ダイクロイックミラー６及び偏光ビームスプリッター１１ａ，１１ｂ，１１ｃは光学薄膜で構成されており、これらの光学薄膜に入射する角度によりその特性は変化する。
【００３９】
このとき反射型液晶表示素子に対する照明光束をテレセントリックに設定することにより、光学薄膜で発生する特性の変動が反射型液晶表示素子上で発生しない構成となっている。
【００４０】
ダイクロイックミラー６は、図４の実線で示すような特性を有しており、Ｂ（４３０〜４９５ｎｍ）とＲ（５９０〜６５０ｎｍ）の光は透過し、Ｇ（５０５〜５８０ｎｍ）の光は反射する。ここでＧのＳ偏光成分の透過率はＧの波長範囲の中心波長である５５０ｎｍにおいて１％以下に設定しており、他の２つの色光の色純度の低下を防いでいる。
【００４１】
図１においては偏光変換素子４においてＳ偏光であった光はダイクロイックミラー６に対してもＳ偏光（・）である。
【００４２】
Ｇの光路において、ダイクロイックミラー６を反射した光は第１の偏光板１０ａに入射し、Ｓ偏光で検光された後、カラーフィルター７に入射する。カラーフィルター７は図４の点線で示すような特性を有しており、ＧとＲの中間の波長領域にあたる黄色の色光（５７５〜５８５ｎｍ）を反射するダイクロイックフィルターとし、黄色の光を除去する。緑の光に黄色の色成分が多いと緑が黄緑になってしまうので黄色の光を除去する方が色再現上望ましい。また、カラーフィルター７は黄色の光を吸収する特性でもよい。
【００４３】
色を調整された光は、第１の偏光ビームスプリッター１１ａに対してＳ偏光（・）として入射し、偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子１２ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子１２ｇにおいてＧの光が映像変調されて反射される。
【００４４】
映像変調されたＧの反射光のＳ偏光成分（・）は再び偏光分離面で反射し、光源側に戻され投射光から除去される。映像変調されたＧの反射光のＰ偏光成分（｜）は偏光分離面を透過し投射光となる。
【００４５】
このときすべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において第１の偏光ビームスプリッター１１ａとＧ用の反射型液晶表示素子１２ｇの間に設けられた１／４波長板１３ｇの遅相軸を所定の方向に調整し、第１の偏光ビームスプリッター１１ａとＧ用の反射型液晶表示素子１２ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えている。
【００４６】
第１の偏光ビームスプリッタ１１ａは反射した光のＳ偏光の純度が特に高い特性を有する反面、透過する光に関しては偏光の純度が通常の偏光ビームスプリッターより若干劣る特性を有している。このような特性の偏光ビームスプリッターを用いる事によって、第１の反射型液晶パネル１２ｇによって反射され、第１の偏光ビームスプリッター１１ａを出射する光の少なくともＰ成分は、映像を表示するためのＰ成分となる。
【００４７】
第１の偏光ビームスプリッター１１ａを透過した光（｜）は、第３の偏光ビームスプリッター１１ｃに対してはＰ偏光（｜）として入射し、偏光分離面を透過して、第３の色選択性位相差板に入射し、Ｓ偏光（・）に変換され、第２の偏光板１０ｂでＳ偏光で検光され、液晶パネル１２ｇによる作用や、第１の偏光ビームスプリッタで反射して光源に戻るべきＳ偏光光のうちの透過側にもれてしまった成分や、偏光ビームスプリッターを透過する際に生じたＳ偏光成分は除去され投射レンズ１４へと至る。
【００４８】
ダイクロイックミラー６を透過したＲとＢの光は、第１の色選択性位相差板８ａに入射する。第１の色選択性位相差板はＢの光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光（｜）として、Ｒの光はＳ偏光（・）として第２の偏光ビームスプリッター１１ｂに入射する。よって第２の偏光ビームスプリッター１１ｂにおいてＢの光は偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子１２ｂに至り、Ｒの光は偏光分離面を反射してＲ用の反射型液晶表示素子１２ｒに至る。
【００４９】
ここで、第２の偏光ビームスプリッターは、反射光に含まれるＰ偏光の純度と、透過光に含まれるＳ偏光の純度がほぼ等しくなるような偏光ビームスプリッターであり、これにより、ＲとＢのバランスが保たれ色再現性が確保される。
【００５０】
Ｂ用の反射型液晶表示素子１２ｂにおいてＢの光が映像変調されて反射される。映像変調されたＢの反射光のＰ偏光成分（｜）は再び偏光分離面を透過し、光源側に戻され投射光から除去される。映像変調されたＢの反射光のＳ偏光成分（・）は偏光分離面で反射し投射光となる。同様にＲ用の反射型液晶表示素子１２ｒにおいてＲの光が映像変調されて反射される。映像変調されたＲの反射光のＳ偏光成分（・）は再び偏光分離面を反射し、光源側に戻され投射光から除去される。
【００５１】
映像変調されたＲの反射光のＰ偏光成分（｜）は偏光分離面を透過し投射光となる。これによりＢとＲの投射光は一つの光束に合成される。このとき、第２の偏光ビームスプリッター１１ｂとＲ用、Ｂ用の反射型液晶表示素子１２ｂ，１２ｒの間に設けられた１／４波長板１３ｂ，１３ｒの遅相軸を調整してＧの場合と同じようにＲ、Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行う。
【００５２】
合成されたＲとＢの投射光は第２の色選択性位相差板８ｂに入射する。第２の色選択性位相差板８ｂはＲの偏光方向のみを９０度回転し、Ｒ、ＢともにＳ偏光（・）としたのち、第３の偏光ビームスプリッター１１ｃに入射し、偏光分離面で反射することでＧの投射光と合成される。
【００５３】
第３の偏光ビームスプリッター１１ｃを出射したＲとＢの投射光は第３の色選択性位相差板８ｃに入射するが第３の色選択性位相差板８ｃはＧ光のみに作用するため、ＲとＢの投射光はＳ偏光（・）を保ったまま第２の偏光板１０ｂによって検光され、液晶パネル１２ｒ，１２ｂによる作用や、第２の偏光ビームスプリッタを介して光源に戻るべき光のうちの投射側にもれてしまった成分や、偏光ビームスプリッターを透過する際に生じたＰ偏光成分は除去され投射レンズ１４へと至る。
【００５４】
合成されたＲＧＢの投射光は投射レンズ１４によりスクリーンなどに投影される。
【００５５】
各光学素子の空気との境界面には反射防止コートが施され、Ｇの光のみが透過する面にはもっとも反射率が低下する波長帯域を５５０ｎｍの近傍に設定した反射防止コートとし、Ｒの光のみが透過する面にはもっとも反射率が低下する波長帯域を６１０ｎｍの近傍に設定した反射防止コートとし、Ｂの光のみが透過する面にはもっとも反射率が低下する波長帯域を４５０ｎｍの近傍に設定した反射防止コートとし、ＲとＢの光が透過する面には反射率が低下する波長帯域を４５０ｎｍの近傍と６１０ｎｍの近傍に２つあるような反射防止コートとしている。
【００５６】
また、光源１から投射レンズ１３に至る光束は反射型液晶表示素子１２（ｇ，ｂ，ｒ）において一番細くなるので、反射型液晶表示素子の近傍に配置した偏光ビームスプリッター（１１ａ，１１ｂ）を投射レンズ側に配置した偏光ビームスプリッター（１１ｃ）よりも小さく構成している。
【００５７】
投射レンズのＦｎｏは、反射型液晶表示素子における回折や取り付け誤差による投射レンズの光軸と集光光学系の光軸のずれを考慮して照明系のＦｎｏよりも明るく設定している。
【００５８】
（第２実施形態）
前述した第１実施形態においては、第１の反射型液晶パネルを偏光ビームスプリッターで反射させた光で照明していたが、偏光ビームスプリッタで透過する光で照明することもできる。一般的に、偏光ビームスプリッタの性能としては偏光ビームスプリッタを透過するＰ偏光光にＳ偏光の光を入りにくくするほうが容易であり、より高いコントラストを得る事ができる。
【００５９】
図５は本発明の第２実施形態である投射型画像表示装置を表す図である。図中、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００６０】
４０は偏光変換素子であり、ランプ１からの偏光がランダムな光をＰ偏光（｜）に変換する。本実施例において、第１の液晶パネル１２ｇと第１の１／４波長板１３ｇは第１のＰＢＳ１１０ａのＰ偏光光（｜）が透過してくる面に配置されている。
【００６１】
第１の偏光ビームスプリッターは、透過光にはＳ偏光光（・）がほぼ混ざらない特性を有する物である。
【００６２】
第１の色選択性位相差板８ａはＲの偏光方向を９０度変換するものであり、第２の色選択性位相差板８ｂはＢの偏光方向を９０度変換するものであり、第３の色選択性位相差板８ｃはＧの偏光方向を９０ど変換するものである。また、１０ａはＰ偏光光を透過する偏光板である。
【００６３】
次に、光学的な作用を説明する。光源１から発した照明光は偏光変換素子４により、Ｐ偏光（｜）にそろえられて、ダイクロイックミラー６に入射し、ＧとＲおよびＢに分離される。ダイクロイックミラー６によって反射され色分離されたＧ光は、カラーフィルター７を介して第１の偏光ビームスプリッター１１０ａに入射し、偏光変換されているために大部分を占めるＰ偏光光は偏光ビームスプリッターを透過して１／４波長板を介して第１の反射型液晶パネル１２ｇに入射する。この際、偏光変換素子の変換効率が有限の値であるために照明光にわずかに混在するＳ偏光光は、第１の偏光ビームスプリッターによって反射され、主光路から除去される。
【００６４】
たとえば、黒表示の際には、入射された光に対して第１の反射型液晶パネル１２ｇは作用をせず、入射したＧ照明光は再度第１の偏光ビームスプリッターを透過して光源に戻る。また、例えば白色表示を行なう際には、第１の反射型液晶パネル１２ｇは入射光の偏光方向を９０度回転させるために、出射光はＳ偏光となり、第１の偏光ビームスプリッター１１０ａに入射し、反射され第３の偏光ビームスプリッター１１ｃに入射し、偏光分離面で反射され第３の色選択性位相差板８ｃに入射し、９０度偏光方向を変換され、Ｐ偏光光（｜）となり、第１の偏光板１０ａで検光された後、投射レンズ１４を介して不図示のスクリーン上に像を結ぶ。
【００６５】
この際、第１の反射型液晶パネル１２ｇの作用や、第１の偏光ビームスプリッターを通過する際に発生した位相誤差成分や、第１の偏光分離面をわずかに透過してきてしまうＳ偏光光は第１の偏光板で吸収される。
【００６６】
ダイクロイックミラー６を透過したＲとＢの光は、第１の色選択性位相差板８ａに入射し、Ｒ光の偏光がＰ偏光からＳ偏光に変換され、Ｓ偏光のＲ光とＰ偏光のＢ光が第２の偏光ビームスプリッター１１ｂに入射する。
【００６７】
第２の偏光ビームスプリッター１１ｂは、反射されたＳ偏光の純度と、透過するＰ偏光の純度が略一致するような特性を有する物である。
【００６８】
第２の偏光ビームスプリッタにＳ偏光で入射したＲ光は、第２の偏光ビームスプリッターで反射され、第２の１／４波長板１３ｒを介して、第２の反射型液晶パネル１２ｒを照明し、第２の液晶パネルで反射され、変調を受けた投射像を形成するためのＲ光は、Ｐ偏光に変換され、第２の１／４波長板１３ｒを介して第２の偏光ビームスプリッター１１ｂに再度入射して、第２の偏光ビームスプリッター１１ｂを透過し、第２の色選択性位相差板に入射し、さらに第２の偏光板９０ｂに入射する。
【００６９】
第２の色選択性位相差板８ｂはＢ光の偏光方向を変換する作用を持つ物であり、Ｒ光には作用をしない。また、第２の偏光板はＰ偏光を透過する構成となっており、第２の偏光ビームスプリッターから出射してくるＲ光に含まれるＳ成分を吸収する。
【００７０】
第２の偏光板９０ｂでＰ偏光で検光されたＲ光は、第３の偏光ビームスプリッター１１ｃに入射して、それを透過し、投射レンズ１４を介して、不図示のスクリーン上に像を結ぶ。
【００７１】
第２の偏光ビームスプリッターにＰ偏光で入射したＢ光は、第２の偏光ビームスプリッターで反射し、第３の１／４波長板１３ｂを介して、第３の反射型液晶パネル１２ｂを照明し、第３の液晶パネルで反射され、変調を受けた投射像を形成するためのＢ光は、Ｓ偏光に変換され、第３の１／４波長板１３ｂを介して第２の偏光ビームスプリッター１１ｂに再度入射して、第２の偏光ビームスプリッター１１ｂで反射され、第２の色選択性位相差板に入射する。
【００７２】
第２の色選択性位相差板８ｂはＢ光の偏光方向を変換する作用を持つ物であり、Ｂ光はＳ偏光からＰ偏光に変換され、第３の偏奥ビームスプリッター１１ｃに入射する。
【００７３】
第３の偏光ビームスプリッター１１ｃに入射したＢ光は、変更分離面を透過し、第３の色選択性位相差板８ｃに入射するが、第３の色選択性位相差板８ｃはＧ光にのみ作用するので、Ｂ光は第１の偏光板１０ａによって検光された後、投射レンズ１４を介して、不図示のスクリーン上に像を結ぶ。
【００７４】
偏光ビームスプリッターは一般に、偏光分離面を透過するＰ偏光の純度を上げやすく、本実施例における第１の偏光ビームスプリッターも透過光のＰ偏光純度が高いものであるために、第１の偏光ビームスプリッターの入射がわに偏光板を配置する必要はない。
【００７５】
以上述べてきた、本発明の第２の実施例においては、前記本発明の第１の実施例のＧ光の光路中に設けられていた第１の偏光ビームスプリッターの入射側に設けた偏光板を使用する必要がないために、明るい投射画像を得ることができるという固有の特徴がある。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏光ビームスプリッターの角度特性や液晶の性質によって生じる偏光の乱れた成分の光を、検光のみを行う形で除去できるために、熱的にも問題を生じることなく高いコントラストのクオリティの高い投射画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である投射型画像表示装置を表す図。
【図２】上記投射型画像表示装置に用いられるフライアイレンズを説明する図。
【図３】上記投射型画像表示装置に用いられる集光光学系を説明する図。
【図４】上記投射型画像表示装置に用いられるダイクロミラーとカラーフィルターの特性を説明する図。
【図５】本発明の第２実施形態である投射型画像表示装置を表す図。
【図６】従来の投射型画像表示装置を説明する図。
【図７】偏光ビームスプリッターの特性を説明する図。
【図８】偏光ビームスプリッターの特性を説明する図。
【符号の説明】
１　光源
２　リフレクター
３ａ　第１のフライアイレンズ
３ｂ　第２のフライアイレンズ
４　偏光変換素子
５ａ　コンデンサーレンズ
５ｂ　フィールドレンズ
５ｃ　ミラー
６　ダイクロイックミラー
７　カラーフィルター
８ａ，８ｂ　色選択性位相差板
１０ａ，１０ｂ　偏光板
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　偏光ビームスプリッター
１２ｒ，１２ｇ，１２ｂ　反射型液晶表示素子
１３ｒ，１３ｇ，１３ｂ　１／４波長板
１４　投射レンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection type image display device that enlarges and projects an image displayed by a reflection type liquid crystal display element.
[0002]
[Prior art]
A projection type image display device combining a reflection type liquid crystal display device and a polarizing beam splitter is disclosed in US Pat. No. 6,183,091. As shown in FIG. 6, the projection type image display device disclosed in U.S. Pat. No. 6,183,091 has four polarizing

beam splitters

118, 120, 124, 128 and three color-selective

phase difference plates

116, 116. 126 and 134.
[0003]
Here, the color-selective phase difference plate has a function of changing the polarization direction of light in a predetermined wavelength region by 90 degrees in the wavelength region of visible light and not changing the polarization direction of light of other wavelengths.
[0004]
In the device disclosed in U.S. Pat. No. 6,183,091, linear polarization light (S-polarized light) from a light source is polarized by a first color-selective phase plate 116 so that only blue (B) light has a polarization direction of 90 degrees. (P-polarized light), enter the first polarizing beam splitter 118, transmit the P-polarized B light, and reflect the S-polarized green (G) and red (R) light other than B light. To perform color separation. The B light (P-polarized light) passes through the second polarizing beam splitter 120 and reaches the reflective liquid crystal display device B122. The GR light is incident on the second color-selective phase difference plate 126, and the G polarization direction. Only 90 degrees are converted (P polarization). The second polarization beam splitter transmits G light, which is P-polarized light, and is color-separated by reflecting R light, which is S-polarized light. Each light of GR is reflected by the reflection type liquid crystal display device G132 and the reflection type liquid crystal. The display reaches the display device R130.
[0005]
The P-polarized component of the light image-modulated by the reflective liquid crystal display device B122 passes through the second polarizing beam splitter 120 and returns to the light source side, and the S-polarized component reflects the second polarizing beam splitter 120 and is projected light. It becomes.
[0006]
The S-polarized component of the light image-modulated by the reflection type liquid crystal display device R130 reflects the third polarizing beam splitter 128 and returns to the light source side, and the P-polarized component transmits through the third polarizing beam splitter 128 and becomes the projected light. Become. The P-polarized component of the light image-modulated by the reflection type liquid crystal display device G132 passes through the third polarizing beam splitter 128 and returns to the light source side, and the S-polarized component is reflected by the third polarizing beam splitter 128 to generate projection light and light. Become.
[0007]
The G and R projection lights are incident on the third color-selective phase difference plate 134, the polarization direction of G is rotated by 90 degrees, the GR light is aligned with P-polarized light, and transmitted through the fourth polarization beam splitter 124. , S-polarized light is reflected by the fourth polarization beam splitter 124, and RGB light is combined into one to project a color image.
[0008]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-154152 discloses that a polarizing plate is provided between a polarizing beam splitter, which is a color separation / synthesizing unit, and an illumination optical system or between a polarizing beam splitter and a projection lens to obtain a high-contrast image. Technology has been proposed.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in general, a polarizing beam splitter exhibits ideal polarization splitting performance as shown in FIG. 7 for light incident at 45 degrees, but does not exhibit the same for light incident at an angle deviating from 45 degrees. Incomplete characteristics as shown in FIG.
[0010]
This is because, in the optical thin film formed in the polarizing beam splitter, when the refractive index of the thin film is n, the thickness of the thin film is d, and the incident angle of light is θ, the optical thin film has an
ndcos θ
This is because the optical performance changes depending on the incident angle θ.
[0011]
Since the light illuminating the reflection type liquid crystal display device in the liquid crystal projector is a light beam having a predetermined angle, light having a spread of 45 ° ± ω enters the polarization beam splitter (2ω is an illumination system). Angle of luminous flux that can be achieved). As a result, the P-polarized light component and the S-polarized light component are not completely separated from each other in the polarization beam splitter, and the light incident on the liquid crystal panel is not completely linearly polarized. As a result, there is a problem that the contrast is reduced and the quality of the projected image is reduced.
[0012]
Further, the polarization conversion element used in the illumination system is an element for aligning the light of the lamp in which the P-polarized light and the S-polarized light are mixed in a predetermined polarization direction, but the conversion efficiency is not 100%, which is not negligible, and is undesirable. The polarization component remains.
[0013]
Further, in a normal polarizing beam splitter, for example, a polarizing beam splitter that reflects P-polarized light is used because the film configuration is such that the balance between the rate of reflecting P-polarized light and the rate of transmitting S-polarized light is as high as possible. There is a slight S component in the light reflected by.
[0014]
When the reflective liquid crystal panel displays black, the P-polarized light that has entered the polarizing beam splitter is reflected by the P-polarized light, reflected by the polarizing beam splitter, and returns to the light source. Part of the S-polarized light mixed with the panel illumination light passes through the polarizing beam splitter as it is and goes to the projection lens.
[0015]
If the polarizing plate is disposed on the incident side and the output side of the polarizing beam splitter by applying the technique proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-154152, the above-described problem of the decrease in contrast caused by the characteristics of the polarizing beam splitter can be solved. However, since the transmittance of the polarizing plate is not 100%, the projected image becomes dark.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above problems, in the present invention, a light source, a polarization conversion element for aligning the polarization direction of light from the light source, a reflection type liquid crystal display element illuminated by light from the polarization conversion element, In a projection type image display device having a projection optical system for projecting light modulated by a reflection type liquid crystal display element onto a projection surface,
A dichroic mirror is provided between the polarization conversion element and the reflection type liquid crystal display element to separate light from the light source into first light, second light, and third light having different wavelength ranges from each other,
On the optical axis of the first light, a first polarization beam splitter having a predetermined polarization separation characteristic is provided,
A first quarter-wave plate and a first reflective liquid crystal display element are provided at a position where the first light incident on the first polarization beam splitter acts in a predetermined polarization direction,
Providing a first color-selective phase difference plate on the optical axis of the second and third lights;
On the optical axes of the second and third lights, a second polarization beam splitter having a polarization separation characteristic different from that of the first polarization beam splitter is provided. And the third light is incident on the third reflective image display device through the third quarter-wave plate, and the emission direction of the second polarizing beam splitter. Are provided so as to be substantially parallel to the first light,
Providing a second color-selective phase difference plate on the emission optical axis of the second polarization beam splitter;
A third polarization beam splitter that combines first to third light modulated by the first to third reflective liquid crystal display elements is provided at a position where light emitted from the first polarization beam splitter is incident,
A third color-selective phase difference plate and a polarizing plate are provided between the third polarizing beam splitter and the projection optical system.
[0017]
As a result, the light that has become elliptically polarized light due to the angle dependence of the polarizing beam splitter and is incident on the reflective liquid crystal display device is modulated by the liquid crystal, and then the respective colors are combined by the polarizing beam splitter. After aligning the polarization directions, the polarization plate detects and projects an invalid polarization component. For this reason, a projected image having high contrast can be obtained.
[0018]
Here, as the first polarizing beam splitter, a polarizing beam splitter having a polarization splitting property for light incident on the first reflective liquid crystal display element is better than a polarization splitting property for light not incident on the first reflective liquid crystal display element. Should be used.
[0019]
This allows the light polarized in the correct direction to be displayed even if the light that has undergone an unnecessary action is mixed when passing through the film of the polarizing beam splitter or being affected by the liquid crystal display element. In order to obtain the same light, the light can be analyzed by a polarizing plate disposed behind the emission surface of the third polarizing beam splitter so that only the light to be displayed is left. For this reason, a projection image having high contrast can be obtained.
[0020]
As the second polarization beam splitter, a polarization beam splitter whose transmitted light and reflected light have substantially the same polarization separation characteristics may be used. Thereby, high color reproducibility can be obtained.
[0021]
Further, by using the first light as light in a green wavelength region, a projected image having higher contrast can be obtained.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a projection type image display device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source that emits white light in a continuous spectrum, 2 is a reflector that collects light in a predetermined direction, 3a is a first fly-eye lens in which rectangular lenses are arranged in a matrix, Reference numeral 3b denotes a second fly-eye lens formed of a lens array corresponding to each lens of the first fly-eye lens, and reference numeral 4 denotes a polarization conversion element for converting non-polarized light into predetermined polarized light.
[0023]
5a is a condenser lens, 5b is a field lens, and 5c is a mirror.
[0024]
Reference numeral 6 denotes a dichroic mirror that transmits light in the blue (B) and red (R) wavelength regions and reflects light in the green (G) wavelength region. A color filter 8a is a first color-selective phase difference plate that changes the polarization direction of the B light by 90 degrees and does not change the polarization direction of the R light, and 8b changes the polarization direction of the R light to 90 degrees. The second color-selective phase difference plate 8c converts the polarization direction of the G light by 90 degrees, and does not change the polarization direction of the R and B lights. Is a color-selective phase difference plate.
[0025]

Reference numerals

10a and 10b denote first and second polarizing plates that transmit S-polarized light, and reference numerals 11a, 11b, and 11c denote first, second, and third polarization beam splitters that transmit P-polarized light and reflect S-polarized light.
[0026]

Reference numerals

12r, 12g, and 12b denote a reflective liquid crystal display element for red, a reflective liquid crystal display element for green, and a reflective liquid crystal display element for blue that reflect incident light and modulate and display an image. .
[0027]

Reference numerals

13r, 13g, and 13b denote a 1/4 wavelength plate for red, a 1/4 wavelength plate for green, and a 1/4 wavelength plate for blue, and 14 denotes a projection lens.
[0028]
Next, the optical operation of the present apparatus will be described. Light emitted from the light source 1 is collected by the reflector 2 in a predetermined direction. Here, the reflector 2 has a parabolic shape, and light from the focal position of the paraboloid becomes a light beam parallel to the symmetry axis of the paraboloid.
[0029]
However, since the light source 1 is not an ideal point light source but has a finite size, the converged light flux contains many light components that are not parallel to the symmetry axis O of the paraboloid.
[0030]
These condensed light beams enter the first fly-eye lens 3a. The first fly-eye lens 3a is configured by combining lenses having a rectangular outer shape and having a positive refractive power in a matrix, and the incident light flux is divided into a plurality of light fluxes corresponding to the respective lenses and condensed, A plurality of light source images are formed in the form of a matrix in the vicinity of the polarization conversion element 4 via the second fly-eye lens 3b.
[0031]
The polarization conversion element 4 includes a polarization separation surface 4a, a reflection surface 4b, and a half-wave plate 4c, and a plurality of light beams condensed in a matrix form enter the polarization separation surface 4a corresponding to the column and transmit P-polarized light. The light is split into component light and reflected S-polarized light. The reflected light of the S-polarized component is reflected by the reflecting surface 4b, and exits in the same direction as the P-polarized component.
[0032]
On the other hand, the transmitted P-polarized light component is transmitted through the half-wave plate 4c, converted into the same polarized light component as the S-polarized light component, and emitted as light having the same polarization direction (•). The plurality of polarization-converted light beams exit the polarization conversion element 4 and then reach the converging optical system 5 as divergent light beams. The condensing optical system 5 includes a condenser lens 5a and a field lens 5b. The mirror 5c has no refractive power.
[0033]
Table 1 shows lens data of the fly-

eye lenses

3a and 3b shown in FIG. 2, and Table 2 shows lens data of the condensing optical system 5 shown in FIG. In Tables 1 and 2, r represents the radius of curvature, d represents the distance between the surfaces, and n represents the refractive index of the material.
[0034]
[Table 1]

[0035]
[Table 2]

[0036]
Here, the combined focal length fc of the condensing optical system 5 is
fc = 82.4 mm
The focal length ff2 of the second fly-eye lens 3b is
ff2 = 29.5 mm
So
β = fc / ff2 = 2.793
A rectangular image of the first fly-eye lens 3a is formed at a magnification β determined by
[0037]
As a result, the plurality of light beams overlap at a position where a rectangular image is formed, and a rectangular uniform illumination area is formed. The reflection type liquid crystal display elements 11r, 11g, 11b are arranged in this illumination area.
[0038]
Here, the focal length fc2 of the field lens 5b is
fc2 = 84 mm
So
fc / fc2 = 0.98
In the optical path from the field lens 5b to the reflective liquid crystal display element, the light condensed on the reflective liquid crystal display element is almost telecentric with respect to the optical axis O 'of the condenser optical system. The dichroic mirror 6 and the polarization beam splitters 11a, 11b, 11c are composed of optical thin films, and the characteristics change according to the angle of incidence on these optical thin films.
[0039]
At this time, by setting the illuminating light flux for the reflection type liquid crystal display element to be telecentric, the configuration is such that the fluctuation of the characteristic generated in the optical thin film does not occur on the reflection type liquid crystal display element.
[0040]
The dichroic mirror 6 has characteristics as shown by the solid line in FIG. 4, and transmits B (430 to 495 nm) and R (590 to 650 nm) light and reflects G (505 to 580 nm) light. . Here, the transmittance of the G S-polarized light component is set to 1% or less at 550 nm, which is the center wavelength of the G wavelength range, to prevent a decrease in the color purity of the other two color lights.
[0041]
In FIG. 1, the light that has been S-polarized light in the polarization conversion element 4 is also S-polarized light (•) for the dichroic mirror 6.
[0042]
In the G light path, the light reflected by the dichroic mirror 6 is incident on the first polarizing plate 10a, is analyzed by S-polarized light, and then is incident on the color filter 7. The color filter 7 has a characteristic shown by a dotted line in FIG. 4 and is a dichroic filter that reflects yellow color light (575 to 585 nm) corresponding to a wavelength range between G and R, and removes yellow light. If green light has a lot of yellow color components, green becomes yellowish green, so removing yellow light is more desirable for color reproduction. Further, the color filter 7 may have a characteristic of absorbing yellow light.
[0043]
The light whose color has been adjusted enters the first polarization beam splitter 11a as S-polarized light (•), is reflected by the polarization splitting surface, and reaches the G reflection type liquid crystal display element 12g. The G light is image-modulated and reflected by the reflective G liquid crystal display element 12g.
[0044]
The S-polarized component (·) of the image-modulated G reflected light is reflected again by the polarization splitting surface, returned to the light source side, and removed from the projected light. The P-polarized component (|) of the image-modulated G reflected light is transmitted through the polarization splitting surface and becomes projection light.
[0045]
At this time, a 波長 wavelength plate 13g provided between the first polarization beam splitter 11a and the G reflection type liquid crystal display element 12g in a state where all the polarization components are converted into S-polarized light (a state where black is displayed). Is adjusted in a predetermined direction, thereby suppressing the influence of the disorder of the polarization state generated in the first polarizing beam splitter 11a and the reflection type liquid crystal display element 12g for G.
[0046]
The first polarization beam splitter 11a has a characteristic that the purity of the S-polarized light of the reflected light is particularly high, but has a characteristic that the purity of the polarization of the transmitted light is slightly inferior to that of the ordinary polarization beam splitter. By using the polarizing beam splitter having such characteristics, at least the P component of the light reflected by the first reflective liquid crystal panel 12g and emitted from the first polarizing beam splitter 11a is a P component for displaying an image. It becomes.
[0047]
The light (|) transmitted through the first polarization beam splitter 11a enters the third polarization beam splitter 11c as P-polarized light (|), passes through the polarization splitting surface, and has a third color selectivity. The light enters the retardation plate, is converted into S-polarized light (•), is analyzed by the second polarizing plate 10b with S-polarized light, and is returned to the light source by being reflected by the liquid crystal panel 12g or by the first polarizing beam splitter. The component of the S-polarized light to be leaked to the transmission side and the S-polarized component generated when transmitting through the polarization beam splitter are removed and reach the projection lens 14.
[0048]
The R and B lights transmitted through the dichroic mirror 6 enter the first color-selective phase difference plate 8a. The first color-selective phase difference plate has the function of rotating the polarization direction of only the B light by 90 degrees, whereby the B light becomes P-polarized light (|) and the R light becomes S-polarized light (•). The light enters the second polarization beam splitter 11b. Accordingly, in the second polarization beam splitter 11b, the B light passes through the polarization splitting surface and reaches the reflective liquid crystal display element 12b for B, and the R light reflects on the polarization splitting surface to reflect the R liquid crystal display. It reaches the element 12r.
[0049]
Here, the second polarization beam splitter is a polarization beam splitter in which the purity of the P-polarized light included in the reflected light is substantially equal to the purity of the S-polarized light included in the transmitted light. The balance is maintained and color reproducibility is ensured.
[0050]
The B light is image-modulated and reflected by the B reflective liquid crystal display element 12b. The P-polarized component (|) of the image-modulated B reflected light again passes through the polarization splitting surface, returns to the light source side, and is removed from the projected light. The S-polarized component (•) of the image-modulated B reflected light is reflected by the polarization splitting surface and becomes projection light. Similarly, the R light is image-modulated and reflected by the reflection liquid crystal display element 12r for R. The S-polarized component (•) of the image-modulated R reflected light is reflected again by the polarization splitting surface, returned to the light source side, and removed from the projected light.
[0051]
The P-polarized component (|) of the image-modulated R reflected light is transmitted through the polarization splitting surface and becomes projection light. Thus, the B and R projection lights are combined into one light flux. At this time, in the case of G by adjusting the slow axes of the quarter-

wave plates

13b and 13r provided between the second polarizing beam splitter 11b and the reflective liquid

crystal display elements

12b and 12r for R and B. The black display of each of R and B is adjusted in the same manner as described above.
[0052]
The combined R and B projection light is incident on the second color-selective phase difference plate 8b. The second color-selective phase difference plate 8b rotates only the polarization direction of R by 90 degrees, sets both R and B to S-polarized light (•), and then enters the third polarization beam splitter 11c, where the polarization separation plane is used. The reflected light is combined with the G projection light.
[0053]
The R and B projection lights emitted from the third polarization beam splitter 11c enter the third color-selective phase difference plate 8c, but the third color-selective phase difference plate 8c acts only on the G light. The projected light of R and B is analyzed by the second polarizing plate 10b while maintaining the S-polarized light (•), and the light to be returned to the light source via the

liquid crystal panels

12r and 12b and the second polarizing beam splitter. Of these, the component leaked to the projection side and the P-polarized component generated when transmitting through the polarization beam splitter are removed and reach the projection lens 14.
[0054]
The synthesized RGB projection light is projected on a screen or the like by the projection lens 14.
[0055]
An anti-reflection coat is applied to the boundary surface of each optical element with air, and an anti-reflection coat in which the wavelength band in which the reflectance is most reduced is set near 550 nm on the surface through which only the G light is transmitted. On the surface where only light is transmitted, an antireflection coat is used in which the wavelength band at which the reflectance is reduced most is set to around 610 nm. On the surface where only the B light is transmitted, the wavelength band at which the reflectance is reduced is around 450 nm. The surface through which the light of R and B is transmitted has two wavelength bands in which the reflectance decreases near 450 nm and near 610 nm.
[0056]
Further, since the light flux from the light source 1 to the projection lens 13 is the thinnest in the reflection type liquid crystal display element 12 (g, b, r), the polarization beam splitters (11a, 11b) arranged near the reflection type liquid crystal display element. Is smaller than the polarization beam splitter (11c) arranged on the projection lens side.
[0057]
The Fno of the projection lens is set to be brighter than the Fno of the illumination system in consideration of the deviation between the optical axis of the projection lens and the optical axis of the condensing optical system due to diffraction and mounting errors in the reflective liquid crystal display element.
[0058]
(2nd Embodiment)
In the first embodiment described above, the first reflection type liquid crystal panel is illuminated with the light reflected by the polarization beam splitter, but may be illuminated with the light transmitted by the polarization beam splitter. Generally, as the performance of the polarizing beam splitter, it is easier to make the S-polarized light hardly enter the P-polarized light transmitted through the polarizing beam splitter, and a higher contrast can be obtained.
[0059]
FIG. 5 is a diagram illustrating a projection-type image display device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0060]
Reference numeral 40 denotes a polarization conversion element, which converts light with random polarization from the lamp 1 into P-polarized light (|). In this embodiment, the first liquid crystal panel 12g and the first quarter-wave plate 13g are arranged on the surface of the first PBS 110a through which the P-polarized light (|) passes.
[0061]
The first polarization beam splitter has a characteristic that S-polarized light (•) is hardly mixed with transmitted light.
[0062]
The first color-selective phase plate 8a converts the polarization direction of R by 90 degrees, the second color-selective phase plate 8b converts the polarization direction of B by 90 degrees, and the third The color-selective phase difference plate 8c changes the polarization direction of G by 90 degrees. Reference numeral 10a denotes a polarizing plate that transmits P-polarized light.
[0063]
Next, the optical function will be described. The illumination light emitted from the light source 1 is adjusted to P-polarized light (|) by the polarization conversion element 4, enters the dichroic mirror 6, and is separated into G, R, and B. The G light reflected and color-separated by the dichroic mirror 6 is incident on the first polarization beam splitter 110a via the color filter 7, and the P-polarized light, which has been polarized and converted to a large part, passes through the polarization beam splitter. The light passes through the 波長 wavelength plate and enters the first reflective liquid crystal panel 12g. At this time, the S-polarized light slightly mixed with the illumination light because the conversion efficiency of the polarization conversion element has a finite value is reflected by the first polarization beam splitter and removed from the main optical path.
[0064]
For example, at the time of black display, the first reflective liquid crystal panel 12g does not act on the incident light, and the incident G illumination light again passes through the first polarizing beam splitter and returns to the light source. . Further, for example, when performing white display, the first reflective liquid crystal panel 12g rotates the polarization direction of the incident light by 90 degrees, so that the outgoing light becomes S-polarized light and enters the first polarization beam splitter 110a. Is reflected by the third polarization beam splitter 11c, is reflected by the polarization splitting surface, and is incident on the third color-selective phase difference plate 8c. The polarization direction is changed by 90 degrees to become P-polarized light (|), After being analyzed by the first polarizing plate 10a, an image is formed on a screen (not shown) via the projection lens 14.
[0065]
At this time, the function of the first reflective liquid crystal panel 12g, the phase error component generated when passing through the first polarization beam splitter, and the S-polarized light that slightly transmits through the first polarization splitting surface are It is absorbed by the first polarizing plate.
[0066]
The R and B lights transmitted through the dichroic mirror 6 enter the first color-selective phase difference plate 8a, where the polarization of the R light is converted from P-polarized light to S-polarized light. The B light is incident on the second polarization beam splitter 11b.
[0067]
The second polarization beam splitter 11b has a characteristic such that the purity of the reflected S-polarized light substantially matches the purity of the transmitted P-polarized light.
[0068]
The R light that has entered the second polarization beam splitter as S-polarized light is reflected by the second polarization beam splitter, and illuminates the second reflective liquid crystal panel 12r via the second quarter-wave plate 13r. The R light reflected by the second liquid crystal panel for forming a modulated projection image is converted into P-polarized light, and is converted via the second quarter-wave plate 13r into the second polarization beam splitter 11b. Again, passes through the second polarizing beam splitter 11b, enters the second color-selective phase difference plate, and further enters the second polarizing plate 90b.
[0069]
The second color-selective phase difference plate 8b has a function of changing the polarization direction of the B light, and has no function on the R light. The second polarizing plate is configured to transmit P-polarized light, and absorbs the S component contained in the R light emitted from the second polarizing beam splitter.
[0070]
The R light detected as P-polarized light by the second polarizing plate 90b enters the third polarizing beam splitter 11c, transmits the same, and forms an image on a screen (not shown) via the projection lens 14. tie.
[0071]
The B light incident on the second polarizing beam splitter as P-polarized light is reflected by the second polarizing beam splitter, and illuminates the third reflective liquid crystal panel 12b via the third quarter-wave plate 13b. , B light reflected from the third liquid crystal panel to form a modulated projection image is converted into S-polarized light, and the second polarized light beam is split through the third quarter-wave plate 13b. Again, is reflected by the second polarization beam splitter 11b, and is incident on the second color-selective phase difference plate.
[0072]
The second color-selective phase difference plate 8b has a function of changing the polarization direction of the B light, and the B light is converted from the S-polarized light into the P-polarized light, and is incident on the third polarized beam splitter 11c.
[0073]
The B light that has entered the third polarization beam splitter 11c passes through the modified separation surface and enters the third color-selective phase difference plate 8c, but the third color-selective phase difference plate 8c converts the G light into G light. Since the B light only acts, the B light is analyzed by the first polarizing plate 10a, and then forms an image on a screen (not shown) via the projection lens 14.
[0074]
In general, the polarization beam splitter easily raises the purity of the P-polarized light transmitted through the polarization separation surface, and the first polarization beam splitter in this embodiment also has a high P-polarized light purity of the transmitted light. It is not necessary to dispose a polarizing plate so that the splitter is incident.
[0075]
As described above, in the second embodiment of the present invention, the polarizing plate provided on the incident side of the first polarizing beam splitter provided in the optical path of the G light of the first embodiment of the present invention There is a unique feature that a bright projection image can be obtained because it is not necessary to use.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a component having a disordered polarization caused by the angle characteristic of the polarizing beam splitter and the property of the liquid crystal can be removed by performing only the analysis, so that there is a thermal problem. And a projection image with high contrast and high quality can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a projection-type image display device according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a fly-eye lens used in the projection-type image display device.
FIG. 3 is a diagram illustrating a light condensing optical system used in the projection type image display device.
FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of a dichroic mirror and a color filter used in the projection-type image display device.
FIG. 5 is a diagram illustrating a projection-type image display device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional projection image display device.
FIG. 7 is a diagram illustrating characteristics of a polarizing beam splitter.
FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of a polarizing beam splitter.
[Explanation of symbols]
1 light source
2 Reflector
3a First fly-eye lens
3b Second fly-eye lens
4 Polarization conversion element
5a Condenser lens
5b field lens
5c mirror
6 Dichroic mirror
7 Color filter
8a, 8b Color-selective phase difference plate
10a, 10b Polarizing plate
11a, 11b, 11c Polarizing beam splitter
12r, 12g, 12b reflective liquid crystal display device
13r, 13g, 13b Quarter wave plate
14 Projection lens

Claims

光源と、この光源からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子からの光により照明される反射型液晶表示素子と、この反射型液晶表示素子により変調された光を被投射面に投射する投射光学系とを有する投射型画像表示装置であって、
前記偏光変換素子と前記反射型液晶表示素子との間に、前記光源からの光を互いに波長領域が異なる第１の光と第２の光と第３の光とに分離するダイクロイックミラーが設けられ、
前記第１の光の光軸上に、所定の偏光分離特性を有する第１の偏光ビームスプリッターが設けられ、
この第１の偏光ビームスプリッターに入射した前記第１の光が所定の偏光方向で作用する位置に、第１の１／４波長板と第１の反射型液晶表示素子とが設けられ、
前記第２および第３の光の光軸上に第１の色選択性位相差板が設けられ、
前記第２および第３の光の光軸上に、前記第１の偏光ビームスプリッターとは偏光分離特性が異なる第２の偏光ビームスプリッターが、前記第２の光が第２の反射型画像表示素子に第２の１／４波長板を介して入射し、前記第３の光が第３の反射型画像表示素子に第３の１／４波長板を介して入射し、かつ前記第２の偏光ビームスプリッターの射出方向が前記第１の光の略平行となるように設けられており、
前記第２の偏光ビームスプリッターの射出光軸上に第２の色選択性位相差板が設けられ、
前記第１の偏光ビームスプリッターからの射出光が入射する位置に、前記第１から第３の反射型液晶表示素子により変調された前記第１から第３の光を合成する第３の偏光ビームスプリッターが設けられ、
前記第３の偏光ビームスプリッターと前記投射光学系との間に、第３の色選択性位相差板と偏光板とが設けられていることを特徴とする投射型画像表示装置。A light source, a polarization conversion element for aligning the polarization direction of the light from the light source, a reflective liquid crystal display element illuminated by the light from the polarization conversion element, and a light modulated by the reflective liquid crystal display element. A projection type image display device having a projection optical system for projecting onto a surface,
A dichroic mirror is provided between the polarization conversion element and the reflection type liquid crystal display element to separate light from the light source into first light, second light, and third light having different wavelength ranges. ,
On the optical axis of the first light, a first polarization beam splitter having a predetermined polarization separation characteristic is provided,
A first quarter-wave plate and a first reflective liquid crystal display element are provided at positions where the first light incident on the first polarization beam splitter acts in a predetermined polarization direction;
A first color-selective phase difference plate provided on an optical axis of the second and third lights;
A second polarization beam splitter having a polarization separation characteristic different from that of the first polarization beam splitter is provided on an optical axis of the second and third lights, and the second light is a second reflection type image display element. Through a second quarter-wave plate, the third light is incident on a third reflective image display element through a third quarter-wave plate, and the second polarization The beam splitter is provided such that the emission direction is substantially parallel to the first light,
A second color-selective phase difference plate is provided on an emission optical axis of the second polarization beam splitter;
A third polarizing beam splitter that combines the first to third lights modulated by the first to third reflective liquid crystal display elements at a position where the light emitted from the first polarizing beam splitter is incident; Is provided,
A projection-type image display device, comprising a third color-selective phase difference plate and a polarizing plate provided between the third polarizing beam splitter and the projection optical system.

前記第１の偏光ビームスプリッターは、前記第１の反射型液晶表示素子に入射させる光に対する偏光分離特性が、前記第１の反射型液晶表示素子に入射させない光に対する偏光分離特性よりも良いことを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。The first polarization beam splitter may have a polarization separation characteristic for light incident on the first reflection type liquid crystal display element better than a polarization separation characteristic for light not incident on the first reflection type liquid crystal display element. The projection type image display device according to claim 1, wherein:

前記第２の偏光ビームスプリッタは、透過光と反射光の偏光分離特性が略一致していることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。2. The projection type image display device according to claim 1, wherein the polarization splitting characteristics of the transmitted light and the reflected light of the second polarization beam splitter are substantially the same.

前記第１の光は、緑色波長領域の光であることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。2. The projection type image display device according to claim 1, wherein the first light is light in a green wavelength region.

前記第３の色選択性位相差板は、前記第１の光の偏光方向を９０度変換することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。The projection type image display device according to claim 1, wherein the third color-selective phase difference plate changes the polarization direction of the first light by 90 degrees.