JP2005250054A

JP2005250054A - Projection type image display apparatus and optical unit used for the same

Info

Publication number: JP2005250054A
Application number: JP2004059553A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tanitsu; 雅彦谷津; Tsutomu Nakajima; 努中島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide projection type image display technology for securing high image quality of an image by suppressing astigmatism and total reflection caused by a polarizing/separating means. <P>SOLUTION: A polarizing/separating means has the constitution in which a polarizing/separating element where an air layer is formed in contact with a polarizing/separating plane for polarizing/separating light by diffraction based on a grid structure, is arranged in a medium such as liquid. The projection type image display apparatus or the optical unit using the polarizing/separating means has the constitution in which the light emitted to the light valve or the light modulated by the light valve is polarized/separated by the polarizing/separating plane which is inclined to the light irradiation surface of the light valve at an angle of <45°. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光源側からの光を液晶パネル等のライトバルブに照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置に関する。 The present invention relates to a projection-type image display apparatus that irradiates light from a light source to a light valve such as a liquid crystal panel to form an optical image corresponding to an image signal and project it in an enlarged manner.

業務用途の液晶プロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。特に、家庭用の投射型テレビとしては、業務用の液晶プロジェクタに比べて、より忠実な色再現性、高いコントラスト性能及び素早い動画表示性能が求められている。
液晶の反射型ライトバルブの場合、液晶層を反射により往復で２回通過するので、透過型に比べてその液晶層の厚さを約半分にできる。液晶層の厚さが半分になれば、その応答速度は４倍となり、動画表示に有利である。
液晶の反射型ライトバルブを用いた投射型プロジェクタ装置では、一般に、反射型ライトバルブの前に、偏光子及び検光子の作用を有する、所定偏光方向の偏光波を透過し、それと直交する偏光方向の偏光波を反射させる偏光分離手段が配置される。このような従来技術としては、例えば特開２００１−５６４４９号公報（特許文献１）や特開平１０−５５０３７号公報（特許文献２）等に記載されている。
これらの従来技術では、赤色・緑色・青色光用の反射型ライトバルブと偏光分離手段が３組配置され、３色光はクロスダイクロイックプリズムで色合成する構成となっている。 Liquid crystal projectors for business use are becoming widespread. Further, as an alternative to a conventional image display apparatus that projects an image displayed on a cathode ray tube onto a screen, a projection television using a liquid crystal display element has been developed. In particular, home projection televisions are required to have more faithful color reproducibility, high contrast performance, and quick video display performance than commercial liquid crystal projectors.
In the case of a liquid crystal reflective light valve, since the liquid crystal layer is reciprocated twice by reflection, the thickness of the liquid crystal layer can be halved compared to the transmissive type. If the thickness of the liquid crystal layer is halved, the response speed is quadrupled, which is advantageous for displaying moving images.
In a projection type projector apparatus using a liquid crystal reflective light valve, in general, a polarization wave having a predetermined polarization direction having a function of a polarizer and an analyzer is transmitted in front of the reflective light valve, and a polarization direction orthogonal thereto. Polarization separation means for reflecting the polarized wave is arranged. Such conventional techniques are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-56449 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-55037 (Patent Document 2).
In these conventional techniques, three sets of reflective light valves for red, green, and blue light and polarization separation means are arranged, and the three-color light is color-combined by a cross dichroic prism.

偏光分離手段としては、一般に、例えば２つの直角プリズムの界面に誘電体多層膜である偏光ビームスプリッタ（ＰｏｌａｒｉｚｅｄＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ）（以下、ＰＢＳという）が形成されて成るＰＢＳプリズムや、例えば米国特許第６，２３４，６３４号明細書（特許文献３）に記載されているように、透光性基板上にワイヤグリッド構造の回折格子が形成されたワイヤグリッド型偏光分離素子等がある。 As the polarization separation means, in general, for example, a PBS prism formed by forming a polarized beam splitter (hereinafter referred to as PBS), which is a dielectric multilayer film, at the interface between two right-angle prisms, for example, US Pat. 234, 634 (Patent Document 3), there is a wire grid type polarization separation element in which a diffraction grating having a wire grid structure is formed on a translucent substrate.

特開２００１−５６４４９号公報JP 2001-56449 A

特開平１０−５５０３７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-55037 米国特許第６，２３４，６３４号明細書US Pat. No. 6,234,634

図６は各種偏光分離方式の説明図で、図６（１）は、偏光分離手段としてＰＢＳプリズムを用いた場合、図６（２）及び図６（３）は、ワイヤグリッド型偏光分離素子を用いた場合である。
図６（１）において、ＰＢＳプリズム１７Ａは、偏光分離膜１７Ａ_１を間にはさみ込んだプリズムブロック１７Ａ_２で構成される。プリズムブロック１７Ａ_２に入射した光のうちＰ偏光方向の光（Ｐ偏光光）は偏光分離膜１７Ａ_１を透過し、Ｓ偏光方向の光（Ｓ偏光光）は偏光分離膜１７Ａ_１で反射され、液晶パネルの反射型ライトバルブ２１に入射する。反射型ライトバルブ２１を構成する各画素（図示なし）がＯＮの状態では、Ｓ偏光光がＰ偏光光に変換されて反射されるため、反射型ライトバルブ２１を出射するＰ偏光光（破線）は偏光分離膜１７Ａ_１を透過する。偏光分離膜１７Ａ_１は、プリズムブロック１７Ａ_２に垂直（偏光分離膜に対しては４５度入射）に入射した光線に対する偏光分離作用には優れる、すなわち、消光比が大きい。しかしながら、照明光学系のＦ値をＦ３とすると、テレセントリック化を図っても、ｔａｎ^−１〔（１／２）（１／３）〕＝９．５°の光線が存在しており、この偏光分離膜は、このような角度の付いた光線に対する消光比が低下する。このため、表示装置のコントラスト性能が劣化する。なお、設計中心値の角度を変えれば、その角度での優れた消光比が得られるが、その角度からずれた光線の消光比はやはり低下する。 FIG. 6 is an explanatory diagram of various polarization separation systems. FIG. 6 (1) shows a case where a PBS prism is used as the polarization separation means, and FIGS. 6 (2) and 6 (3) show wire grid type polarization separation elements. This is the case.
In FIG. 6 (1), PBS prism 17A is composed of a prism block 17A ₂ which tucked between the polarization separation film 17A _1. Prism block 17A ₂ in the P polarization direction of the incident light optical (P polarized light) is transmitted through the polarization splitting film 17A _1, S polarization direction of light (S polarized light) is reflected by the polarization splitting film 17A _1, The light enters the reflective light valve 21 of the liquid crystal panel. When each pixel (not shown) constituting the reflective light valve 21 is ON, the S-polarized light is converted into P-polarized light and reflected, so that the P-polarized light emitted from the reflective light valve 21 (broken line) It is transmitted through the polarization splitting film 17A _1. Polarization splitting film 17A ₁ is excellent in polarization separation action against light beam incident on (45 degree incidence to the polarization separating film) perpendicular to the prism block 17A _2, i.e., a large extinction ratio. However, assuming that the F value of the illumination optical system is F3, there is a light beam of tan ⁻¹ [(1/2) (1/3)] = 9.5 ° even when telecentricization is attempted. The separation membrane has a reduced extinction ratio for such an angled light beam. For this reason, the contrast performance of the display device deteriorates. If the angle of the design center value is changed, an excellent extinction ratio at that angle can be obtained, but the extinction ratio of the light beam deviating from that angle is also lowered.

図６（２）において、偏光分離手段としてのワイヤグリッド型偏光分離素子１７Ｂは、透光性基板１７Ｂ_２上に、ワイヤグリッド構造の回折格子である偏光分離面１７Ｂ_１が、反射型ライトバルブ２１に対向して形成されている。偏光分離面１７Ｂ_１に入射したＳ偏光光（実線）は反射されて反射型ライトバルブ２１に入射する。反射型ライトバルブ２１を構成する各画素（図示なし）がＯＮの状態では、Ｓ偏光光がＰ偏光光に変換されて反射されるため、反射型ライトバルブ２１を出射するＰ偏光光（破線）は偏光分離面１７Ｂ_１を透過する。また、図６（３）におけるワイヤグリッド型偏光分離素子１７Ｂは図６（２）と同じ構成である。本図６（３）においては、光の入射と出射は図６（２）の場合と逆にする。 6 (2), a wire grid type polarization split element 17B as the polarization separating means, on the transparent substrate 17B _2, the polarization splitting surface 17B ₁ is a diffraction grating of a wire grid structure, the reflection type light valve 21 It is formed to face. S-polarized light incident on the polarization splitting surface 17B ₁ (solid line) is incident on the reflection type light valve 21 is reflected. When each pixel (not shown) constituting the reflective light valve 21 is ON, the S-polarized light is converted into P-polarized light and reflected, so that the P-polarized light emitted from the reflective light valve 21 (broken line) It is transmitted through the polarization splitting surface 17B _1. 6 (3) has the same configuration as that of FIG. 6 (2). In FIG. 6 (3), the incidence and emission of light are reversed from the case of FIG. 6 (2).

図６（２）及び図６（３）のワイヤグリッド型偏光分離素子の場合は、４５°入射での消光比のピーク値は低いが、角度の付いた光線に対する消光比の劣化が少ない。このため、光束全体としてのコントラスト性能が良い。しかしながら、ワイヤグリッド型偏光分離素子では、以下の問題点がある。すなわち、図６（２）のワイヤグリッド型偏光分離素子は、ワイヤグリッドの偏光分離面１７Ｂ_１は、反射型ライトバルブ２１で反射された偏光光の光束を透過させるため、ワイヤグリッドの配置角度ズレや、ワイヤグリッドの熱による膨張変形が起きた場合も性能劣化は起きにくい。しかしながら、本図６（２）の構成では、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７Ｂの透光性基板１７Ｂ_２を斜めに配置しているため、非点収差が発生する。また、図６（３）のワイヤグリッド型偏光分離素子では、ワイヤグリッドの偏光分離面１７Ｂ_１は、反射型ライトバルブ２１で反射された偏光光の光束を反射するため、ワイヤグリッドの配置角度のズレや、ワイヤグリッドの熱による膨張変形が起きた場合、投射性能が劣化し易い。 6 (2) and 6 (3), the peak value of the extinction ratio at 45 ° incidence is low, but the degradation of the extinction ratio with respect to an angled ray is small. For this reason, the contrast performance as the whole light beam is good. However, the wire grid type polarization separation element has the following problems. That is, the wire grid type polarization separating element of FIG. 6 (2), the polarization separation surface 17B ₁ of the wire grid, to transmit the light beam of polarized light reflected by the reflection type light valve 21, the wire grid arrangement angle deviation In addition, when the wire grid undergoes expansion deformation due to heat, performance degradation is unlikely to occur. However, in the configuration of the figure 6 (2), since the arranged light-transmissive substrate 17B ₂ of the wire grid type polarization split element 17B obliquely, astigmatism occurs. Further, the wire grid type polarization separating element of FIG. 6 (3), the polarization separation surface 17B ₁ of the wire grid, in order to reflect the light beam of polarized light reflected by the reflection type light valve 21, the wire grid arrangement angle of When the displacement or expansion deformation due to the heat of the wire grid occurs, the projection performance tends to deteriorate.

図７は、非点収差によるスポット図の劣化についての説明図である。
図７において、横軸は、像面位置であり、近軸像面の位置（横軸０．０００の位置）を基準に、−２００×１０^−３ｍから２００×１０^−３ｍの間で４０×１０^−３ｍ刻みに分割し、縦軸に、反射型ライトバルブ２１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３箇所の物点に対応したスポット図を示す。図７において、（１）は、厚さ０．７×１０^−３ｍの透光性基板１７Ｂ_２を反射型ライトバルブ２１に対して平行に配置した場合（φ＝９０°）のスポット図、図７（２）は、透光性基板１７Ｂ_２を４５°傾けた場合（φ＝４５°）のスポット図である。図７（２）から明らかなように、透光性基板１７Ｂ_２が４５°傾斜した場合にスポット図の劣化が起きる。なお、該非点収差の量は、反射型ライトバルブの大きさすなわち投射倍率によっても大きく変化する。なお、図７において、２２は投射レンズユニットである。 FIG. 7 is an explanatory diagram regarding the deterioration of the spot diagram due to astigmatism.
In FIG. 7, the horizontal axis is the image plane position, and between −200 × 10 ⁻³ m and 200 × 10 ⁻³ m with reference to the paraxial image plane position (position of the horizontal axis 0.000). A spot diagram corresponding to three object points (a), (b), and (c) of the reflective light valve 21 is shown on the vertical axis, divided into 40 × 10 ⁻³ m increments. In FIG. 7, (1) is a spot diagram in the case where a transparent substrate 17B ₂ having a thickness of 0.7 × 10 ⁻³ m is arranged in parallel to the reflective light valve 21 (φ = 90 °). 7 (2) is a spot diagram when (phi = 45 °) by tilting the translucent substrate 17B ₂ 45 °. 7 (2) As is apparent from the deterioration of the spot diagrams occurs when the light-transmitting substrate 17B ₂ are inclined by 45 °. The amount of astigmatism varies greatly depending on the size of the reflective light valve, that is, the projection magnification. In FIG. 7, reference numeral 22 denotes a projection lens unit.

本発明の課題点は、上記状況に鑑み、投射型映像表示技術において、ワイヤグリッド型偏光分離素子など、格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を有する偏光分離手段における温度上昇を抑えて熱による変形を防止するともに、非点収差や全反射などを抑えられるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、高画質性を確保できる投射型映像表示技術の提供にある。 In view of the above situation, the problem of the present invention is that in the projection-type image display technology, a temperature increase in a polarization separation means having a polarization separation surface that separates light by diffraction based on a grating structure, such as a wire grid type polarization separation element. It is to suppress deformation by heat and to suppress astigmatism and total reflection.
An object of the present invention is to provide a projection-type image display technique that can solve the above-described problems and ensure high image quality.

上記課題点を解決するために、本発明では、偏光分離手段として、光の屈折率が１よりも大きい液体等の媒質中に偏光分離素子を配設した構成とし、該偏光分離素子としては、ワイヤグリッド構造等の格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を備え、該偏光分離面に接して空気層が形成された構成とする。また、該偏光分離手段を用いる投射型映像表示装置または光学ユニットとしては、ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度で傾けた偏光分離面により、該ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する構成とする。また、該偏光分離手段は、その光入射面が入射光線方向に垂直方向から傾けられ、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離されライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされる。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, as the polarization separation means, a configuration in which a polarization separation element is disposed in a medium such as a liquid having a refractive index of light larger than 1, and the polarization separation element, A polarization separation surface for polarizing and separating light by diffraction based on a lattice structure such as a wire grid structure is provided, and an air layer is formed in contact with the polarization separation surface. Further, as the projection type image display apparatus or optical unit using the polarization separation means, the light irradiated to the light valve by the polarization separation surface inclined at an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the light valve and the light unit The light modulated by the light valve is polarized and separated. Further, the polarization separation means has its light incident surface tilted from the direction perpendicular to the incident light direction, and the direction of the incident light beam is orthogonal to the direction of the outgoing light beam that is polarized and separated by the polarization separation surface and perpendicularly enters the light valve. To be done.

本発明によれば、投射型映像表示技術において、偏光分離素子部の温度上昇を抑えられると同時に、映像の高画質性を確保することができる。 According to the present invention, in the projection type image display technology, it is possible to suppress the temperature rise of the polarization separation element unit and at the same time to ensure the high image quality of the image.

以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図１〜図３は、偏光分離手段における全反射及び偏光分離面の傾斜についての説明図である。図１は、偏光分離手段で発生する全反射の説明図、図２は、偏光分離手段の偏光分離面を、ライトバルブの光照射面に対し４５°の傾斜状態とした場合の光路説明図、図３は、偏光分離面を、ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の傾斜状態とした場合の光路説明図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
1-3 is explanatory drawing about the inclination of the total reflection in a polarization separation means, and a polarization separation surface. FIG. 1 is an explanatory view of total reflection generated by the polarization separation means, and FIG. 2 is an optical path explanatory view when the polarization separation surface of the polarization separation means is inclined at 45 ° with respect to the light irradiation surface of the light valve. FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical path when the polarization separation surface is inclined at an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the light valve.

図１では、上記図６（２）のワイヤグリッド型偏光分離素子で生じる非点収差を低減するために、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を、透光性基板と略同じ光の屈折率を有する媒質として液体１８中に配している。ワイヤグリッドを液体１８の中に配した場合、ワイヤグリッドを空気中で使用する場合に比べ光の波長が短くなる。このため、所定レベルの偏光分離特性を確保するためには、ワイヤグリッドの格子ピッチを小さくする必要がある。しかし、格子ピッチを小さくしたワイヤグリッドは製造が困難となる。本図１のワイヤグリッド型偏光分離素子１７では、ワイヤグリッドの偏光分離面（図示なし）と液体１８との間に、非点収差に影響を及ぼさない程度の厚さの空気層（図示なし）を設けている。 In FIG. 1, in order to reduce the astigmatism generated in the wire grid type polarization separation element of FIG. 6 (2), the wire grid type polarization separation element 17 has a refractive index of light substantially the same as that of the translucent substrate. Disposed in the liquid 18 as a medium. When the wire grid is arranged in the liquid 18, the wavelength of light is shorter than when the wire grid is used in the air. For this reason, in order to ensure a predetermined level of polarization separation characteristics, it is necessary to reduce the grid pitch of the wire grid. However, it is difficult to manufacture a wire grid with a small lattice pitch. In the wire grid type polarization separation element 17 of FIG. 1, an air layer (not shown) having a thickness that does not affect astigmatism between the polarization separation surface (not shown) of the wire grid and the liquid 18. Is provided.

一般に、光の屈折率が大きい媒質と屈折率が小さい媒質の境界での光線の屈折・反射を取扱う場合は、全反射に注意する必要がある。図１（１）において、液体１８の屈折率を１．５とした場合、空気層（屈折率１）と間で全反射を起こす角度は、スネルの法則によれば４１．８°（＝ｓｉｎ^−１（１／１．５））となる。すなわち、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射するＳ偏光光（実線）のみならず、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７で透過すべきＰ偏光光も反射してしまう。本来、Ｐ偏光光を透過しＳ偏光光を反射する偏光分離面で全反射が生じると、消光比すなわちコントラストが劣化する。なお、図１（１）において、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、液体１８を充填した例えば立方体の透光性容器１９Ａの中に配設され、全体として偏光分離手段１０Ａを構成している。 In general, when dealing with the refraction and reflection of light rays at the boundary between a medium having a large refractive index of light and a medium having a small refractive index, attention must be paid to total reflection. In FIG. 1A, when the refractive index of the liquid 18 is 1.5, the angle at which total reflection occurs with the air layer (refractive index 1) is 41.8 ° (= sin) according to Snell's law. ^-1 (1 / 1.5)). That is, not only S-polarized light (solid line) incident on the wire grid type polarization separating element 17 but also P polarized light to be transmitted by the wire grid type polarization separating element 17 is reflected. Originally, when total reflection occurs on a polarization separation surface that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light, the extinction ratio, that is, contrast deteriorates. In FIG. 1A, the wire grid type polarization separation element 17 is disposed in, for example, a cubic translucent container 19A filled with a liquid 18, and constitutes a polarization separation means 10A as a whole.

上記全反射を回避するための手段について図１（２）に基づき説明する。図１（２）の偏光分離手段１０Ｂにおいて、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７が、前述のように、斜めからの入射角度に対しても消光比自体が劣化しないことに着目し、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７（ワイヤグリッド型偏光分離素子１７の偏光分離面）を４５°配置位置から角度θだけ反時計方向に回転させ、反射型ライトバルブ２１の光照射面に対し４５°未満の角度に傾けた状態とし、該ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に対する照明光学系（図示なし）の光軸上の入射光線Ｌ１０の入射角が臨界角以下となるようにしている。また、照明光学系からの入射光線Ｌ１０に対するワイヤグリッド型偏光分離素子１７での反射光線Ｌ２０が、投射レンズユニット（図示なし）の光軸と平行となるように、反射型ライトバルブに対しては該反射光線Ｌ２０を垂直に入射させている。これに伴い、入射光線Ｌ１０と反射光線Ｌ２０の成す角度は９０°以下となり、入射光線Ｌ１０は、反射型ライトバルブ２１の面に対して平行とは成らず、図のように傾斜した光線となる。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を４５°配置位置から傾斜させる前の入射光線Ｌ１と傾斜後の入射光線Ｌ１０とのなす角度は２θである。液体１８を入れた透光性容器１９Ｂは、その入射壁面１９Ｂｉが入射光線Ｌ１０と直交する（＝入射壁面１９Ｂｉに対する入射光線Ｌ１０の入射角が０°となる）ようにし、該入射壁面１９Ｂｉが、投射レンズユニットの光軸に対し平行でなく、該光軸に対して２θだけ傾斜するようにしている。すなわち、透光性容器１９Ｂを非立方体としている。例えば、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を４５°配置位置から１０°（＝θ）傾斜させ、入射光線Ｌ１０の方向を、傾斜前の照明光学系の入射光線Ｌ１の方向に対して２０°傾けることで、偏光分離面すなわち媒質と空気層との界面への入射角度が１０°小さくなる。これにより全反射を抑えることができる。偏光分離面（ワイヤグリッド）の回転角度は、媒質の光の屈折率によって異なる。ワイヤグリッドを液体中に配置することで、ワイヤグリッドの放熱を有効に行うことができる。 Means for avoiding the total reflection will be described with reference to FIG. In the polarization separation means 10B of FIG. 1 (2), the wire grid polarization separation element 17 pays attention to the fact that the extinction ratio itself does not deteriorate with respect to the incident angle from an oblique direction as described above. The separation element 17 (polarization separation surface of the wire grid type polarization separation element 17) is rotated counterclockwise by an angle θ from the 45 ° arrangement position, and tilted to an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the reflective light valve 21. In this state, the incident angle of the incident light beam L10 on the optical axis of the illumination optical system (not shown) with respect to the wire grid type polarization separating element 17 is set to be less than the critical angle. In addition, with respect to the reflective light valve, the reflected light beam L20 at the wire grid type polarization separation element 17 with respect to the incident light beam L10 from the illumination optical system is parallel to the optical axis of the projection lens unit (not shown). The reflected light beam L20 is incident vertically. Accordingly, the angle formed by the incident light beam L10 and the reflected light beam L20 is 90 ° or less, and the incident light beam L10 does not become parallel to the surface of the reflective light valve 21, but becomes a light beam inclined as shown in the figure. . The angle formed between the incident light beam L1 before the wire grid type polarization separation element 17 is inclined from the 45 ° arrangement position and the incident light beam L10 after the inclination is 2θ. The translucent container 19B containing the liquid 18 has its incident wall surface 19Bi orthogonal to the incident light beam L10 (= the incident angle of the incident light beam L10 with respect to the incident wall surface 19Bi is 0 °). It is not parallel to the optical axis of the projection lens unit, but is inclined by 2θ with respect to the optical axis. That is, the translucent container 19B is non-cubic. For example, the wire grid type polarization separation element 17 is inclined 10 ° (= θ) from the 45 ° arrangement position, and the direction of the incident light beam L10 is inclined 20 ° with respect to the direction of the incident light beam L1 of the illumination optical system before the inclination. Thus, the incident angle to the polarization separation surface, that is, the interface between the medium and the air layer is reduced by 10 °. Thereby, total reflection can be suppressed. The rotation angle of the polarization separation surface (wire grid) varies depending on the refractive index of the light of the medium. By disposing the wire grid in the liquid, it is possible to effectively radiate the wire grid.

以上述べたように、空気層を有するワイヤグリッド型偏光子を液体中に、反射型ライトバルブに対して４５°未満の角度で傾けて配設し、ワイヤグリッド型偏光子に対する照明光学系（図示なし）からの入射光線の入射角を、液体と空気層の界面における臨界角以下とすることにより、非点収差、全反射、熱による変形などの低減化が可能となる。 As described above, the wire grid polarizer having the air layer is disposed in the liquid at an angle of less than 45 ° with respect to the reflective light valve, and the illumination optical system for the wire grid polarizer (illustrated). By making the incident angle of incident light from (None) below the critical angle at the interface between the liquid and the air layer, it is possible to reduce astigmatism, total reflection, deformation due to heat, and the like.

図２及び図３は、照明光学系における色分離後の各色光の光路図である。図２は、上記図１（１）に示すワイヤグリッド型偏光分離素子を、その偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対して４５°傾斜するようにした状態で用いた場合の光路図、図３は、上記図１（２）に示すワイヤグリッド型偏光分離素子を、その偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対して４５°未満の角度で傾斜するようにした状態で用いた場合の光路図である。 2 and 3 are optical path diagrams of each color light after color separation in the illumination optical system. FIG. 2 shows an optical path when the wire grid type polarization separation element shown in FIG. 1 (1) is used in a state where the polarization separation surface is inclined by 45 ° with respect to the light irradiation surface of the reflection type light valve. FIGS. 3 and 3 show the wire grid type polarization separation element shown in FIG. 1 (2) in which the polarization separation surface is inclined at an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the reflection type light valve. It is an optical path figure at the time of using by.

図２において、ダイクロイックミラー１６１は、Ｓ偏光光の入射白色光のうち、青色光を反射し、残りの緑色光と赤色光を透過する。さらに、ダイクロイックミラー１６２は、緑色光を反射し、残りの赤色光を透過する。色分離された赤、緑、青色光の各色光は、偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａで反射し、反射型ラトバルブ２１１、２１２、２１３に入射する。偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａはそれぞれ、対応する反射型ラトバルブ２１１、２１２、２１３の光照射面に対し、その偏光分離面が４５°傾斜するようにしてある。反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３の各画素がＯＮの状態では、各色光のＳ偏光光はＰ偏光光に変換されて該反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３から出射される。該出射された各色光のＰ偏光光は、偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａを透過して、クロスダイクロイックプリズム２０に入射し、該クロスダイクロイックプリズム２０において色合成され投射レンズユニットに入射する。１６３は全反射ミラーである。図２では、ダイクロイックミラー１６１、１６２、全反射ミラー１６３や偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａではそれぞれ、入射光線と反射光線とが直交するすなわち光路の光軸がそれぞれの入射側と出射側で直交するいわゆる水平・垂直の関係にある。 In FIG. 2, a dichroic mirror 161 reflects blue light out of incident white light of S-polarized light and transmits the remaining green light and red light. Further, the dichroic mirror 162 reflects green light and transmits the remaining red light. The color-separated red, green, and blue light is reflected by the polarization separators 171a, 172a, and 173a, and is incident on the reflective ratchets 211, 212, and 213. The polarization separation means 171a, 172a, and 173a are configured such that their polarization separation surfaces are inclined by 45 ° with respect to the light irradiation surfaces of the corresponding reflection type ratchets 211, 212, and 213, respectively. When the pixels of the reflective light valves 211, 212, and 213 are ON, the S-polarized light of each color light is converted into P-polarized light and emitted from the reflective light valves 211, 212, and 213. The emitted P-polarized light of each color light passes through the polarization separation means 171a, 172a, 173a, enters the cross dichroic prism 20, is color-combined in the cross dichroic prism 20, and enters the projection lens unit. Reference numeral 163 denotes a total reflection mirror. In FIG. 2, in the dichroic mirrors 161 and 162, the total reflection mirror 163, and the polarization separation means 171a, 172a, and 173a, the incident light beam and the reflected light beam are orthogonal, that is, the optical axes of the optical paths are orthogonal on the incident side and the emission side, respectively. There is a so-called horizontal / vertical relationship.

図３では、偏光分離手段として、上記図１（２）のワイヤグリッド型偏光分離素子を、その偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対して４５°未満傾斜するようにした偏光分離手段１７１ｂ、１７２ｂ、１７３ｂを用いているため、反射型ライトバルブからの出射光の方向（＝投射レンズユニットの光軸方向）に直交する方向に対して、該偏光分離手段への入射光線の方向が傾斜した斜め入射となる。 In FIG. 3, as the polarization separation means, the polarization separation device in which the wire grid type polarization separation element shown in FIG. 1 (2) is tilted by less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the reflection type light valve. Since the means 171b, 172b, and 173b are used, the direction of the incident light to the polarization separating means with respect to the direction orthogonal to the direction of the light emitted from the reflective light valve (= the optical axis direction of the projection lens unit) Becomes obliquely incident.

図４、図５は、本発明の実施形態の説明図である。図４は、本発明における偏光分離手段の構成例図、図５は、本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。なお、上記図２〜図３に示す構成と共通機能を有する部分には、同一の符号を付す。 4 and 5 are explanatory diagrams of the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a configuration example diagram of the polarization separation means in the present invention, and FIG. 5 is a configuration example diagram of a projection type video display apparatus as an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which has the same function as the structure shown in the said FIGS.

本発明では、偏光分離手段として、透光性基板上にワイヤグリッド構造の回折格子が形成された偏光分離面を有するワイヤグリッド型偏光分離素子を、該透光性基板と略同じ光の屈折率Ｎを有する媒質が充填された透光性容器中に設け、該偏光分離面と該媒質との界面には薄い空気層が形成されたものを用いる。該偏光分離手段は、偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度を成すように配されている。すなわち、該偏光分離手段は、偏光分離面への入射光が該偏光分離面に対し入射角４５°未満の角度（４５°−θ）で入射し、該偏光分離面で偏光分離された光が反射角４５°未満の角度（４５°−θ）で出射して、反射型ライトバルブの光照射面に対し垂直に入射するようにされている。また、該偏光分離手段の光入射面は、入射光線方向に対して垂直方向から傾けられ、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離され反射型ライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされている。 In the present invention, as the polarization separation means, a wire grid type polarization separation element having a polarization separation surface in which a diffraction grating having a wire grid structure is formed on a light transmissive substrate is used. A transparent container filled with a medium containing N and having a thin air layer formed at the interface between the polarization separation surface and the medium is used. The polarization separation means is disposed such that the polarization separation surface forms an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the reflective light valve. That is, the polarization separation means is configured such that light incident on the polarization separation surface is incident on the polarization separation surface at an angle of incidence of less than 45 ° (45 ° −θ), and the light polarized and separated by the polarization separation surface is The light is emitted at an angle of reflection less than 45 ° (45 ° −θ) and incident perpendicularly to the light irradiation surface of the reflection type light valve. The light incident surface of the polarization separation means is tilted from the direction perpendicular to the incident light direction, and the direction of the incident light and the direction of the outgoing light that is polarized and separated by the polarization separation surface and perpendicularly enters the reflective light valve. Are orthogonal to each other.

偏光分離手段において、媒質と空気層との界面での全反射をなくすためには、偏光分離面の傾き角θと媒質の光の屈折率Ｎとの間で、次の数１の関係が成り立つようにする必要がある。 In the polarization separation means, in order to eliminate total reflection at the interface between the medium and the air layer, the following relationship is established between the inclination angle θ of the polarization separation surface and the refractive index N of the light of the medium. It is necessary to do so.

θ≧４５°−ｓｉｎ^−１（１／Ｎ） …（数１）
図４において、映像信号に応じた光強度変調を行う液晶パネル等の反射型ライトバルブ２１はＸＹ平面に平行に配置され、該反射型ライトバルブ２１にはＺ軸に平行に例えばＳ偏光光が入射し、ＯＮした画素ではＰ偏光光に変換され、Ｚ軸に平行な光軸を有する投射レンズユニット（図示なし）に向けて出射される。偏光分離構造体としての偏光分離手段１０は、媒質である液体１８と、該液体１８が充填された透光性容器１９と、該透光性容器１９中に配設されたワイヤグリッド型偏光分離素子１７とで構成される構造体である。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、透光性基板（図示なし）上に形成されたワイヤグリッドの偏光分離面（図示なし）が反射型ライトバルブ２１側に対向しており、ワイヤグリッドの偏光分離面（図示なし）の上には液体１８との界面に薄い空気層（図示なし）が設けられる。該空気層は、空気中で使用することを前提に設計されたワイヤグリッド型偏光分離素子を使用可能とするためのものである。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、その偏光分離面が反射型ライトバルブ２１の光照射面すなわちＸＹ平面に対し４５°未満の角度を成すようにされている。Ｙ軸に平行な入射光線Ｌ１が偏光分離手段１０に入射する透光性容器１９の入射壁面１９ｉは、ＸＺ平面に対してγ傾斜している。なお、１９Ｂは、上記図１（２）で示した透光性容器、１９Ｂｉはその入射壁面である。 θ ≧ 45 ° −sin ⁻¹ (1 / N) (Equation 1)
In FIG. 4, a reflective light valve 21 such as a liquid crystal panel that performs light intensity modulation according to a video signal is arranged in parallel to the XY plane, and for example, S-polarized light is parallel to the Z axis. The incident and turned-on pixels are converted to P-polarized light and emitted toward a projection lens unit (not shown) having an optical axis parallel to the Z-axis. The polarization separation means 10 as a polarization separation structure includes a liquid 18 as a medium, a translucent container 19 filled with the liquid 18, and a wire grid type polarization separation disposed in the translucent container 19. This is a structure composed of the element 17. In the wire grid type polarization separation element 17, the polarization separation surface (not shown) of the wire grid formed on the translucent substrate (not shown) is opposed to the reflective light valve 21 side, and the polarization separation of the wire grid is performed. On the surface (not shown), a thin air layer (not shown) is provided at the interface with the liquid 18. The air layer is for enabling use of a wire grid type polarization separating element designed on the assumption that it is used in the air. The wire grid type polarization separation element 17 is configured such that its polarization separation surface forms an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the reflective light valve 21, that is, the XY plane. The incident wall surface 19i of the translucent container 19 where the incident light beam L1 parallel to the Y-axis is incident on the polarization separating means 10 is inclined by γ with respect to the XZ plane. Reference numeral 19B denotes the translucent container shown in FIG. 1 (2), and 19Bi denotes the incident wall surface.

このように構成された偏光分離手段１０に入射するＹ軸に平行な入射光線Ｌ１は、透光性容器１９の入射壁面１９ｉ上のＡ点で屈折されて（屈折角をαとする）屈折光線Ｌ１'となり、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射する。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７で偏光分離されたＳ偏光光の反射光線Ｌ２は反射型ライトバルブ２１に対し垂直に入射する。すなわち、入射光線Ｌ１と反射光線Ｌ２とは直交している。なお、屈折光線Ｌ１'は、入射壁面１９Ｂｉに垂直であり、それを入射方向に延長した光線は入射光線Ｌ１０に等しい。 The incident light beam L1 parallel to the Y-axis incident on the polarization separating means 10 configured in this way is refracted at point A on the incident wall surface 19i of the translucent container 19 (refracted angle is α) and refracted light beam. L 1 ′ and enters the wire grid type polarization separation element 17. The reflected light beam L2 of the S-polarized light that has been polarized and separated by the wire grid type polarization separation element 17 enters the reflection type light valve 21 perpendicularly. That is, the incident light beam L1 and the reflected light beam L2 are orthogonal to each other. The refracted light beam L1 ′ is perpendicular to the incident wall surface 19Bi, and the light beam obtained by extending it in the incident direction is equal to the incident light beam L10.

ここで、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、その偏光分離面が、反射型ライトバルブ手段２１の光照射面に対し４５°の位置から角度θだけずらされ４５°未満の角度を成すようにされているため、Ｙ軸方向と屈折光線Ｌ１'とが成す角は２θとなる。従って、入射壁面１９ｉにおける入射光線Ｌ１の入射角はα＋２θとなり、スネルの法則をあてはめると、次の数２が得られる。 Here, the polarization separation surface of the wire grid type polarization separation element 17 is shifted from the position of 45 ° with respect to the light irradiation surface of the reflection type light valve means 21 by an angle θ to form an angle of less than 45 °. Therefore, the angle formed by the Y-axis direction and the refracted light beam L1 ′ is 2θ. Accordingly, the incident angle of the incident light beam L1 on the incident wall surface 19i is α + 2θ, and the following formula 2 is obtained by applying Snell's law.

ｓｉｎ（２θ＋α）＝Ｎ・ｓｉｎα …（数２）
これを変形すると、次の数３が得られる。 sin (2θ + α) = N · sin α (Equation 2)
When this is transformed, the following equation 3 is obtained.

ｔａｎα＝ｓｉｎ２θ／（Ｎ−ｃｏｓ２θ） …（数３）
ここで、γと９０−（２θ＋α）は、互いに余角の関係にあるため、次の数４が求まる。 tan α = sin 2θ / (N−cos 2θ) (Equation 3)
Here, since γ and 90− (2θ + α) are in a relationship of a complementary angle, the following equation 4 is obtained.

γ＝２θ＋α …（数４）
また、屈折光線Ｌ１'がワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射する際、液体１８と空気層との界面で全反射しないためには、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に対する屈折光線Ｌ１'の入射角が４５°−θであるため、上記数１を満足する必要がある。具体的な数値例としては、例えば、図４において、液体の光の屈折率Ｎ＝１．４、偏光分離面の回転角θ＝７°とすると、数３よりα＝２９．４°、数４よりγ＝４３．４°となる。 γ = 2θ + α (Equation 4)
Further, when the refracted light beam L1 ′ is incident on the wire grid type polarization separation element 17, in order not to be totally reflected at the interface between the liquid 18 and the air layer, the incident angle of the refracted light beam L1 ′ with respect to the wire grid type polarization separation element 17 Is 45 ° −θ, it is necessary to satisfy the above formula 1. As a specific numerical example, for example, in FIG. 4, assuming that the refractive index N of the liquid light is 1.4 and the rotation angle θ of the polarization separation surface is 7 °, α = 29.4 ° 4 indicates that γ = 43.4 °.

また、反射型ライトバルブ２１に入射したＳ偏光光は、ＯＮした画素で反射されてＰ偏光光に変換され、再び偏光変換手段１０に垂直に入射し、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７をそのまま透過して投射レンズユニットに向かう。このとき、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を透過する際の非点収差が生じないようにするために、本発明では、媒質である液体１８の光の屈折率を、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７の透光性基板（図示なし）の光の屈折率と略等しくなるようにしている。 Further, the S-polarized light incident on the reflection type light valve 21 is reflected by the turned-on pixels and converted into P-polarized light, enters again into the polarization conversion means 10 again, and passes through the wire grid type polarization separation element 17 as it is. Then head to the projection lens unit. At this time, in order to prevent astigmatism when passing through the wire grid type polarization separation element 17, in the present invention, the refractive index of the light of the liquid 18 as a medium is set to the wire grid type polarization separation element 17. The refractive index of light of the light-transmitting substrate (not shown) is made substantially equal.

なお、上記図４では、照明光学系（図示なし）の光軸上の光線Ｌ１が偏光分離手段に入射する点Ａを変えずに、該点Ａを中心に入射面を回転させる場合、すなわち、入射壁面１９Ｂｉが入射壁面１９ｉに重なるように回転させる場合を示したが、図４のように、反射型ライトバルブ２１に対向する偏光分離手段１０の面の中心と反射型ライトバルブ２１の中心がずれている場合には、点Ａの位置を変え、それに対応して照明光学系の光軸もＺ軸方向に平行移動させればよい。なお、上記図３において、偏光分離手段１７１ｂ、１７２ｂ、１７３ｂに替えて、図４の偏光分離手段を用いた場合には、該偏光分離手段に入射する入射光線が反射型ライトバルブの光照射面に平行となるため、照明光学系をコンパクトな構成とすることができる。 In FIG. 4 described above, the incident surface is rotated around the point A without changing the point A where the light beam L1 on the optical axis of the illumination optical system (not shown) is incident on the polarization separating means, that is, Although the case where the incident wall surface 19Bi is rotated so as to overlap the incident wall surface 19i has been shown, the center of the surface of the polarization separating means 10 facing the reflective light valve 21 and the center of the reflective light valve 21 are as shown in FIG. If they are shifted, the position of the point A is changed, and the optical axis of the illumination optical system may be translated in the Z-axis direction correspondingly. In FIG. 3, when the polarization separation means of FIG. 4 is used instead of the polarization separation means 171b, 172b, 173b, the incident light incident on the polarization separation means is the light irradiation surface of the reflective light valve. Therefore, the illumination optical system can be made compact.

図５は、図４の偏光分離手段１０を用いた本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。
図５において、１１は光源、１２はリフレクタ、１３１、１３２はそれぞれ、インテグレータとしての第１マルチレンズアレイと第２マルチレンズアレイ、１４は、プリズムアレイからな成る平板型偏光変換手段、１５１は集光レンズ、１５２、１５４はそれぞれフィールドレンズ、１５３はリレーレンズ、１６１、１６２はダイクロイックミラー、１６３は全反射ミラー、１０１、１０２、１０３は偏光分離手段、１７１、１７２、１７３は、Ｐ偏光光を透過しＳ偏光光を反射するワイヤグリッド型偏光分離素子、１８１、１８２、１８３は、ワイヤグリッドと空気層を封入し冷却作用も兼用した媒質としての液体、１９１、１９３は、Ｐ偏光光とＳ偏光光を変換する１／２波長位相差板、２０は、色合成用のクロスダイクロイックプリズム、２１１、２１２、２１３は、反射型液晶パネル等の反射型ライトバルブである。反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３は、駆動回路（図示なし）により、映像信号に基づき駆動される。光源１１から投射レンズユニット（図示なし）に至る一連の光学系は、本投射型映像表示装置において光学ユニットを構成している。 FIG. 5 is a structural example diagram of a projection-type image display apparatus as an embodiment of the present invention using the polarization separation means 10 of FIG.
In FIG. 5, 11 is a light source, 12 is a reflector, 131 and 132 are first and second multi-lens arrays as integrators, 14 is a plate-type polarization conversion means comprising a prism array, and 151 is a collector. Optical lenses, 152 and 154 are field lenses, 153 are relay lenses, 161 and 162 are dichroic mirrors, 163 are total reflection mirrors, 101, 102 and 103 are polarization separation means, and 171, 172 and 173 are P-polarized light. Wire grid type polarized light separating elements 181, 182, and 183 that transmit S light and reflect S polarized light are liquid as a medium that encloses the wire grid and the air layer and also serves as a cooling function, and 191 and 193 are P polarized light and S A half-wave retardation plate for converting polarized light, 20 is a cross dichroic prism for color synthesis. , 211, 212 and 213 is a reflection type light valve, such as a reflective liquid crystal panel. The reflection type light valves 211, 212, and 213 are driven based on the video signal by a drive circuit (not shown). A series of optical systems from the light source 11 to the projection lens unit (not shown) constitutes an optical unit in the projection type image display apparatus.

光源１１から出た光は、放物面形状を有するリフレクタ１２で反射し光軸に平行な光束となる。第１マルチレンズアレイ１３１の各レンズのセル面での光量は、第２マルチレンズアレイ１３２及び集光レンズ１５１の作用により反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３の有効面上に重畳され、光量分布の一様性が改善される。フィールドレンズ１５２、１５４は、主光線を平行にするいわゆるテレセントリック化を行う。また、反射型ライトバルブ２１３の光路長が他の２つの反射型ライトバルブ２１１、２１２の光路長に比べて長いため、リレーレンズ１５３は、他の２つの光路長より長い反射型ライトバルブ２１３に照明光束を導く作用を有する。光源１１からの光は、平板型偏光変換手段１４により、その偏光方向をＳ偏光光に揃えられる。ダイクロイックミラー１６１では、青色光を反射し、残りの緑色光と赤色光を透過する。さらに、ダイクロイックミラー１６２で、緑色光を反射し、残りの赤色光を透過する。このように色分離した赤、緑、青色光の各色光を、それぞれの各色光に対応した反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３に照射する。 The light emitted from the light source 11 is reflected by the reflector 12 having a parabolic shape and becomes a light beam parallel to the optical axis. The amount of light on the cell surface of each lens of the first multi-lens array 131 is superimposed on the effective surface of the reflection type light valves 211, 212, and 213 by the action of the second multi-lens array 132 and the condenser lens 151. The uniformity of is improved. The field lenses 152 and 154 perform so-called telecentricization in which chief rays are parallel. Further, since the optical path length of the reflective light valve 213 is longer than the optical path lengths of the other two reflective light valves 211 and 212, the relay lens 153 is connected to the reflective light valve 213 which is longer than the other two optical path lengths. It has the effect | action which guides illumination light beam. The polarization direction of the light from the light source 11 is aligned with that of the S-polarized light by the plate-type polarization conversion means 14. The dichroic mirror 161 reflects blue light and transmits the remaining green light and red light. Further, the dichroic mirror 162 reflects green light and transmits the remaining red light. The respective color lights of red, green, and blue light thus color-separated are irradiated to the reflection type light valves 211, 212, and 213 corresponding to the respective color lights.

照明光学系の各色の光軸上の光線は、偏光分離手段１０１、１０２、１０３の入射面に入射し、屈折作用で光線の進行方向が例えば約１４°曲げられる。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３は、４５°配置の状態に対して反射型ライトバルブ手段２１１、２１２、２１３の光照射面と平行になる側に例えば約７°回転して配置されている。このため、進行方向が約１４°曲げられた光線は、液体１８１、１８２、１８３とワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３上の空気層との界面で全反射せず、Ｓ偏光光のみ反射されて、反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３に垂直に入射する。駆動回路（図示なし）により映像信号に基づいて駆動される反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３では、各画素がＯＮの状態では、光線の偏光状態がＰ偏光光に変換される。該Ｐ偏光光は、各色光用のワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３を透過する。赤色光の光束は、光路上に配置した１／２波長位相差板１９１を通過しＳ偏光光に変換され、同様に、青色光の光束は、光路上に配置した１／２波長位相差板１９３を通過しＳ偏光光に変換される。赤色光と青色光の光束がＳ偏光光で、緑色光の光束がＰ偏光光で、それぞれ、クロスダイクロイックプリズム２０に入射し、３色光が色合成され、投射レンズユニットに入射する。 The light rays on the optical axis of each color of the illumination optical system are incident on the incident surfaces of the polarization separating means 101, 102, 103, and the light traveling direction is bent by, for example, about 14 ° by refraction. The wire grid type polarization separation elements 171, 172, 173 are arranged, for example, rotated by about 7 ° on the side parallel to the light irradiation surface of the reflection type light valve means 211, 212, 213 with respect to the 45 ° arrangement state. ing. For this reason, the light beam whose traveling direction is bent by about 14 ° is not totally reflected at the interface between the liquids 181, 182, 183 and the air layer on the wire grid type polarization separation elements 171, 172, 173, but only the S-polarized light. The light is reflected and enters the reflective light valves 211, 212, and 213 perpendicularly. In the reflection type light valves 211, 212, and 213 driven based on the video signal by a driving circuit (not shown), the polarization state of the light beam is converted to P-polarized light when each pixel is ON. The P-polarized light passes through the wire grid type polarization separation elements 171, 172, and 173 for each color light. The red light beam passes through a half-wave retardation plate 191 disposed on the optical path and is converted into S-polarized light. Similarly, the blue light beam is disposed on a half-wave retardation plate disposed on the optical path. It passes through 193 and is converted to S-polarized light. The red and blue light beams are S-polarized light, and the green light beam is P-polarized light, which are incident on the cross dichroic prism 20 and are color-combined and incident on the projection lens unit.

上記本発明の実施形態によれば、偏光分離手段における非点収差、全反射、熱による変形などを抑え、映像の高画質性を保つことができる。また、照明光学系や装置全体をコンパクトな構成とすることができる。 According to the embodiment of the present invention, astigmatism, total reflection, heat deformation and the like in the polarization separation unit can be suppressed, and high image quality of the image can be maintained. In addition, the illumination optical system and the entire apparatus can be made compact.

なお、上記実施形態では、偏光分離手段として、ワイヤグリッド型偏光分離素子を用いる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、透光性基板上に所定周期で光回折用の凹凸が形成されて成る偏光分離面を有した偏光分離素子を用いる構成などとしてもよい。また、ライトバルブは、反射型のライトバルブに限定されず、透過型のライトバルブであってもよい。また、該ライトバルブは、液晶パネル以外のものであってもよい。また、１／２波長位相差板１９１、１９３を配置せずに、全色光をＰ偏光光のまま、クロスダイクロイックプリズム２０で色合成するようにしてもよい。 In the above embodiment, the wire grid type polarization separation element is used as the polarization separation means. However, the present invention is not limited to this. For example, the light diffraction is performed on the translucent substrate at a predetermined period. For example, a configuration using a polarization separation element having a polarization separation surface formed with projections and depressions may be used. The light valve is not limited to a reflective light valve, and may be a transmissive light valve. The light valve may be other than a liquid crystal panel. Alternatively, the color mixing may be performed by the cross dichroic prism 20 while the P-polarized light is used for all the color lights without arranging the half-wave retardation plates 191 and 193.

偏光分離手段における全反射の説明図である。It is explanatory drawing of the total reflection in a polarization separation means. 偏光分離面を４５°配置とした場合の光路説明図である。It is optical path explanatory drawing at the time of setting a polarization splitting surface as 45 degrees. 偏光分離面を４５°未満配置とした場合の光路説明図である。It is optical path explanatory drawing at the time of setting a polarization separation surface as less than 45 degrees. 本発明における偏光分離手段の構成例図である。It is an example of a structure of the polarization separation means in this invention. 本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。1 is a configuration example diagram of a projection type video display apparatus as an embodiment of the present invention. 各種偏光分離方式の説明図である。It is explanatory drawing of various polarization separation systems. 非点収差によるスポット図の劣化の説明図である。It is explanatory drawing of deterioration of the spot figure by astigmatism.

符号の説明Explanation of symbols

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０１、１０２、１０３…偏光分離手段、
１１…光源、
１２…リフレクタ、
１４…平板型偏光変換手段、
１７、１７１、１７２、１７３…ワイヤグリッド型偏光分離素子、
１７Ｂ_１…偏光分離面、
１７Ｂ_２…透光性基板、
１８、１８１、１８２、１８３…液体、
１９…透光性容器、
２０…クロスダイクロイックプリズム、
２１、２１１、２１２、２１３…反射型ライトバルブ、
２２…投射レンズユニット、
１３１…第１マルチレンズアレイ、
１３２…第２マルチレンズアレイ、
１５１…集光レンズ、
１５２、１５４…フィールドレンズ、
１５３…リレーレンズ、
１６１、１６２…ダイクロイックミラー、
１６３…全反射ミラー、
１９１、１９３…１／２波長位相差板。 10, 10A, 10B, 101, 102, 103 ... polarization separation means,
11 ... Light source,
12 ... Reflector,
14: Flat plate polarization conversion means,
17, 171, 172, 173... Wire grid type polarization separation element,
17B ₁ ... polarization separation surface,
17B ₂ ... translucent substrate,
18, 181, 182, 183 ... liquid,
19 ... translucent container,
20 ... Cross dichroic prism,
21, 211, 212, 213... Reflective light valve,
22 ... Projection lens unit,
131 ... 1st multi lens array,
132 ... the second multi-lens array,
151 ... Condensing lens,
152, 154 ... Field lens,
153 ... Relay lens,
161, 162 ... Dichroic mirror,
163: Total reflection mirror,
191, 193: 1/2 wavelength phase difference plate.

Claims

光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられ、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。 A projection-type image display device that converts light from a light source side into polarized light, irradiates a light valve, forms an optical image according to a video signal, and projects an enlarged image.
A polarization separation surface that separates light by diffraction based on the grating structure is formed in the medium via an air layer, and the polarization separation surface is inclined at an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the light valve. Polarized light separating means for polarizing and separating the light irradiated to the light valve and the light modulated by the light valve;
Color synthesizing means for color synthesizing the polarized and separated light;
A projection lens unit for enlarging and projecting the color-synthesized light, and
A drive circuit for driving the light valve;
A projection-type image display device characterized by comprising a configuration.

光源側からの光を映像表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
光源側からの光の偏光方向を揃えＰ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光変換された偏光光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に分離する分離手段と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられ、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。 A projection-type image display device that irradiates an image display element with light from a light source side, forms an optical image according to an image signal, and projects an enlarged image,
A polarization conversion means for aligning the polarization direction of light from the light source side to form P-polarized light or S-polarized light;
Separating means for separating the polarization-converted polarized light into R, G and B color lights;
A light valve that is irradiated with polarized light of each of the separated color lights and modulates the polarized light based on a video signal;
A polarization separation surface that separates light by diffraction based on the grating structure is formed in the medium via an air layer, and the polarization separation surface is inclined at an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the light valve. Polarized light separating means for polarizing and separating the light irradiated to the light valve and the light modulated by the light valve;
Color synthesizing means for color synthesizing the polarized and separated light;
A projection lens unit for enlarging and projecting the color-synthesized light, and
A drive circuit for driving the light valve;
A projection-type image display device characterized by comprising a configuration.

上記偏光分離手段は、上記媒質が光透過性の液体であり、上記偏光分離面が光透過性の平板上に形成された構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。 3. The projection type image display device according to claim 1, wherein the polarized light separating means has a configuration in which the medium is a light transmissive liquid and the polarized light separating surface is formed on a light transmissive flat plate. .

上記偏光分離手段は、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離され上記ライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされた構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。 3. The configuration according to claim 1, wherein the polarization separation means is configured such that the direction of the incident light beam is orthogonal to the direction of the outgoing light beam that is polarized and separated by a polarization separation surface and perpendicularly enters the light valve. The projection-type image display device described.

上記偏光分離手段は、上記偏光分離面に対する光の入射角が、上記媒質と上記空気層の界面における臨界角以下である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。 The projection display apparatus according to claim 1, wherein the polarization separation means has an incident angle of light with respect to the polarization separation surface that is equal to or less than a critical angle at an interface between the medium and the air layer.

上記ライトバルブは、反射型ライトバルブである請求項１から５のいずれかに記載の投射型映像表示装置。 6. The projection type image display device according to claim 1, wherein the light valve is a reflection type light valve.

光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられた状態で、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。 An optical unit for a projection-type image display device that performs polarization conversion of light from a light source side, irradiates a light valve, forms an optical image according to a video signal, and projects an enlarged image.
A polarization separation surface that separates light by diffraction based on the grating structure is formed in the medium via an air layer, and the polarization separation surface is inclined at an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the light valve. Polarized light separating means for polarizing and separating the light irradiated to the light valve and the light modulated by the light valve
Color synthesizing means for color synthesizing the polarized and separated light;
A projection lens unit for enlarging and projecting the color-synthesized light, and
An optical unit characterized by comprising a structure.

光源側からの光を映像表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
光源側からの光の偏光方向を揃えＰ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光変換された偏光光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に分離する分離手段と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられた状態で、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。 An optical unit for a projection-type image display device that irradiates an image display element with light from a light source side, forms an optical image according to an image signal, and projects an enlarged image.
A polarization conversion means for aligning the polarization direction of light from the light source side to form P-polarized light or S-polarized light;
Separating means for separating the polarization-converted polarized light into R, G and B color lights;
A light valve that is irradiated with polarized light of each of the separated color lights and modulates the polarized light based on a video signal;
A polarization separation surface that separates light by diffraction based on the grating structure is formed in the medium via an air layer, and the polarization separation surface is inclined at an angle of less than 45 ° with respect to the light irradiation surface of the light valve. Polarized light separating means for polarizing and separating the light irradiated to the light valve and the light modulated by the light valve
Color synthesizing means for color synthesizing the polarized and separated light;
A projection lens unit for enlarging and projecting the color-synthesized light, and
An optical unit characterized by comprising a structure.

上記偏光分離手段は、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離され上記ライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされた構成である請求項７または請求項８に記載の光学ユニット。 9. The configuration according to claim 7, wherein the polarization separation means is configured such that the direction of the incident light beam is orthogonal to the direction of the outgoing light beam that is polarized and separated by a polarization separation surface and perpendicularly enters the light valve. The optical unit described.

上記偏光分離手段は、上記媒質が光透過性の液体である請求項７から９のいずれかに記載の光学ユニット。 The optical unit according to any one of claims 7 to 9, wherein in the polarization separation means, the medium is a light-transmitting liquid.