JP2009180792A - Projection-type display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の反射型空間光変調器を用いた投影型表示装置に関するものである。 The present invention relates to a projection display device using a plurality of reflective spatial light modulators.
従来、投影型表示装置としては、各種方式のものがあるが、その一例として、複数の反射型空間光変調器を用いる多板型の投影型表示装置がある。 Conventionally, there are various types of projection display devices. As an example, there is a multi-plate projection display device using a plurality of reflective spatial light modulators.
このような投影型表示装置の一つに、特許文献1に示されるように反射型空間光変調器として反射型ライトバルブを用いた投影型表示装置がある。図17は、特許文献1に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源101からの照明光を偏光ビームスプリッタ102の偏光膜102aを透過させて第1〜第3プリズム103A,103B,103Cの組合せからなる色分離合成用のプリズム103に入射させる。ここで、照明光の内、青色光Bは第1プリズム103Aの青色反射ダイクロイック膜103aで反射させることで色分離してプリズム面103bで全反射させ青色用の反射型液晶ライトバルブ104Bに導く。また、照明光の内、赤色光Rは第2,第3プリズム103B,103Cの接合面の赤色反射ダイクロイック膜103cで反射させることで色分離しプリズム面103dで全反射させて赤色用の反射型液晶ライトバルブ104Rに導く。照明光の内、緑色光Gは赤色反射ダイクロイック膜103cを透過させることで色分離してプリズム面103eで全反射させて緑色用の反射型液晶ライトバルブ104Gに導く。
As one of such projection display devices, there is a projection display device using a reflection type light valve as a reflection type spatial light modulator as disclosed in Patent Document 1. FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing an outline of the projection display device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In this projection display device, first, illumination light from the
反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gは、いずれも多数の画素を有し、色信号によって選択された画素部分へのP偏光の入射光をS偏光に変換して反射・射出する変調機能を有する。これら反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gからの反射光は、入射光(照明光)と逆の方向に進行し、プリズム面103bでは色合成光となって偏光ビームスプリッタ102に再び入射する。ここで、色合成光の内、変調光であるS偏光は、偏光膜102aで反射されることで照明光と分離されて投影レンズ105に投影光として入射し、投影レンズ105によってスクリーン等に投影される。
Each of the reflective liquid
また、非特許文献1に示されるように反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の投影型表示装置がある。図18は、非特許文献1に示される2チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源111から出射される照明光(白色光)中の赤色光Rと緑色光Gとを透過させるイエーロY領域と、赤色光Rと青色光Bとを透過させるマゼンタM領域とが光軸に対して時分割で交互に切り換えられるカラーホイール112を備える。このカラーホイール112、インテグレータロッド113およびリレー光学系114を透過した照明光は、プリズム115A,115Bからなる照明投影分離用プリズム115に入射し、エアーギャップを有するプリズム面115aで全反射されてプリズム116A,116Bからなる色分離合成プリズム116に入射する。色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、赤色光Rは、赤色反射ダイクロイック膜116aで反射させることで色分離され、プリズム面116bで全反射されて赤色用のDMD素子117Rに導かれる。一方、色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、緑色光Gまたは青色光Bは、カラーホイール112の回転に従い時分割で、赤色反射ダイクロイック膜116aを透過させて色分離され、緑/青色用のDMD素子117GBに導かれる。
Further, as shown in Non-Patent Document 1, there is a DLP (Digital Light Processing) type projection display device using a DMD element (Digital Micromirror Device) as a reflective spatial light modulator. FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing an outline of a two-chip projection display device disclosed in Non-Patent Document 1. In this projection display device, first, the yellow Y region that transmits the red light R and the green light G in the illumination light (white light) emitted from the
ここで、DMD素子117R,117GBは、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。DMD素子117Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム116のプリズム面116cに略垂直に入射し、プリズム面116bで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜116aで反射され、照明投影分離用プリズム115を経て投影レンズ118に投影される。一方、DMD素子117GBにより時分割で反射される緑色光Gまたは青色光Bは、色分離合成プリズム116のプリズム面116dに略垂直に入射し、ダイクロイック膜116aを透過して赤色光Rと色合成され、照明投影分離用プリズム115を透過して投影レンズ118に投影される。
Here, the
図19は、非特許文献1に示される3チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源121から出射される照明光(白色光)は、インテグレータロッド122およびリレー光学系123を透過し、プリズム124A,124Bからなる照明投影分離用プリズム124に入射し、エアーギャップを有するプリズム面124aで全反射されてプリズム125A,125B,125Cからなる色分離合成プリズム125に入射する。色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、青色光Bは、青色反射ダイクロイック膜125aで反射させることで色分離され、プリズム面125bで全反射されて青色用のDMD素子126Bに導かれる。一方、色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、赤色光Rは、青色反射ダイクロイック膜125aを透過後、赤色反射ダイクロイック膜125cで反射させることで色分離され、エアーギャップを有するプリズム面125dで全反射されて赤色用のDMD素子126Rに導かれる。さらに、緑色光Gは、青色反射ダイクロイック膜125a、赤色反射ダイクロイック膜125cを透過して緑色用のDMD素子126Gに導かれる。
FIG. 19 is a schematic configuration diagram illustrating an overview of a three-chip projection display device disclosed in Non-Patent Document 1. In this projection display device, first, the illumination light (white light) emitted from the
DMD素子126Bにより反射される青色光Bは、色分離合成プリズム125のプリズム面125eに略垂直に入射し、プリズム面125bで全反射され、さらに青色反射ダイクロイック膜125aで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。また、DMD素子126Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム125のプリズム面125fに略垂直に入射し、プリズム面125dで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜125cで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。さらに、DMD素子126Gにより反射される緑色光Gは、色分離合成プリズム125のプリズム面125gに略垂直に入射し、赤色反射ダイクロイック膜125c、青色ダイクロイック膜125aを透過して、赤色光Rおよび青色光Bと色合成され、照明投影分離用プリズム124を透過して投影レンズ127に投影される。
The blue light B reflected by the
さらに、特許文献2に示されるように、反射型空間光変調器としてDMD素子を用いた3板型の投影型表示装置がある。図20は、特許文献2に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図であり、図21は、その概略側面図である。この投影型表示装置では、全反射型光分離プリズム131に入射した照明光は、全反射面131aで全反射され、クロスダイクロイックプリズム132に入射する。クロスダイクロイックプリズム132に入射した照明光は、2つのクロスダイクロイック面132a,132bにおいて赤色光R、緑色光G、青色光Bの3原色に色分離される。色分離された各色光は、互いに直交する3方向に向かい、各色光に対応させたDMD素子133R,133G,133Bに入射する。各DMD素子133R,133G,133Bは、極小反射鏡をオン/オフ制御することで各色光に対応する画像を形成し、これを偏向反射する。
Furthermore, as disclosed in Patent Document 2, there is a three-plate projection display device using a DMD element as a reflective spatial light modulator. FIG. 20 is a schematic plan view showing an outline of the projection display device disclosed in Patent Document 2, and FIG. 21 is a schematic side view thereof. In this projection display device, the illumination light incident on the total reflection type
各DMD素子133R,133G,133Bで偏向反射された各色光(変調光)は、クロスダイクロイックプリズム132で再合成され、全反射型分離プリズム131を経て投影レンズ134へ向かい、スクリーン等に投影される。
Each color light (modulated light) deflected and reflected by each
しかしながら、特許文献1に示される投影型表示装置の場合、照明投影分離を行うための偏光ビームスプリッタ102と色分離合成を行うプリズム103とが別体で構成されている。加えて、偏光ビームスプリッタ102は、2個のプリズム102A,102Bからなり、色分離合成用のプリズム103は異なる種類の3個のプリズム103A〜103Cからなり、合計5個のプリズムが必要となる。3板型の反射型液晶ライトバルブに代えて、2板型の反射型ライトバルブを用いる構成にしても、色分離合成用のプリズムは異なる種類の2個のプリズムからなり、合計4個のプリズムが必要となる。よって、照明投影分離および色分離合成のための光学部品の数や種類が多く、光学系が大型化・コストアップ化する要因となっている。
However, in the case of the projection display device disclosed in Patent Document 1, the
また、色分離合成用のプリズム103を構成する少なくとも2つのプリズム103A,103Bは、全反射のためにエアーギャップを介して配置されるため、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。色分離合成用のプリズム103と偏光ビームスプリッタ102との間についても、全反射のためにエアーギャップが必要であり、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103と偏光ビームスプリッタ102の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。また、投影レンズ105に達するまでに光軸に対して斜めに配置されたエアーギャップを透過する光(特に、エアーギャップを往復する赤色光Rと緑色光G)が存在し、その光量ロスが大きなものとなってしまう。
Further, since at least two
さらに、特許文献1の場合、各液晶ライトバルブ104R,104G,104Bで反射された光は、入射光軸と逆の方向に進行する、垂直照明垂直反射用の構成が示されているが、照明光と投影光の光路、ダイクロイック膜や偏光膜に対する照明光と投影光の入射角を異ならせれば、非特許文献1や特許文献2に示されるDMD素子のような偏向型映像表示素子を用いる構成や、反射型液晶ライトバルブに対する斜め照明用の構成も可能である。しかしながら、ダイクロイック膜や偏光膜を照明光と投影光の両方に作用するようにすると、照明光の入射角と投影光の入射角が異なるので、照明光に対するダイクロイック膜や偏光膜の特性と、投影光に対するダイクロイック膜や偏光膜の特性が異なり、光量低下やコントラスト低下などの問題を生ずる。
Further, in the case of Patent Document 1, a configuration for vertical illumination and vertical reflection is shown in which light reflected by each of the liquid
例えば、ダイクロイック膜の入射角依存性として、図22に実線で示すように、照明光の入射角に対する特性が最適化されている場合において、投影光の入射角に対する最適化特性が破線のような特性であるとすると、領域A部分は、ダイクロイック膜で反射すれば投影されるが、実際にはダイクロイック膜では反射されないので、投影されず、投影光のロスを生ずる部分となってしまう。偏光膜の場合も同様である。 For example, as shown by the solid line in FIG. 22, as the incident angle dependency of the dichroic film, when the characteristic with respect to the incident angle of the illumination light is optimized, the optimization characteristic with respect to the incident angle of the projection light is as indicated by a broken line. If it is a characteristic, the area A portion is projected if it is reflected by the dichroic film, but is not actually reflected by the dichroic film, so it is not projected and becomes a portion that causes a loss of projection light. The same applies to the polarizing film.
これらの問題点は、非特許文献1における照明投影分離用プリズム115,124、色分離合成プリズム116,125や、特許文献2に示される全反射型光分離プリズム131、クロスダイクロイックプリズム132の場合も同様である。
These problems also occur in the cases of the illumination
即ち、これらの従来技術によれば、照明投影分離と色分離合成とを別体構成としていることによる問題点と、エアーギャップ介在に伴う問題点と、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う問題点とがある。 That is, according to these prior arts, illumination projection separation and color separation / combination have different problems, problems associated with the air gap, and illumination with different incident angles with respect to the dichroic film or polarizing film. There are problems associated with sharing light and projection light.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エアーギャップ介在に伴う問題点や、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う問題点を解消して、照明投影分離と色分離合成との機能を制約が少なく単純で安価・小型な構成で実現した光学部品を備える投影型表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and has solved the problems associated with the air gap and the problems associated with the sharing of illumination light and projection light with different incident angles with respect to the dichroic film or polarizing film. An object of the present invention is to provide a projection display device including optical parts that realizes the functions of illumination projection separation and color separation / synthesis with a simple, inexpensive, and compact configuration with few restrictions.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる投影型表示装置は、色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、第1と第2のプリズム要素からなりこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有して形成された色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経て前記色分離合成プリズムに入射する照明光を前記ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調され前記照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出されて前記色分離合成プリズムに再入射する複数の色光を前記偏光膜に導き該偏光膜で色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a projection display device according to the present invention includes a plurality of reflective spatial light modulators that modulate color light based on color signals, and wavelength selection of the polarization direction of illumination light. A projection type display device comprising a filter member for converting the projection and a projection lens, comprising a first and a second prism element, and a dichroic film at different positions on the joint surface of the first and second prism elements A color separation / combination prism formed with a polarizing film, and the illumination light incident on the color separation / combination prism through the filter member is separated into a plurality of color lights by the dichroic film, and each separated color light is separated. Guided to the reflective spatial light modulator for the corresponding color light, modulated by the plurality of reflective spatial light modulators, and at an angle different from the angle when the illumination light is incident on the reflective spatial light modulator. Anti A plurality of color lights that are emitted from a spatial light modulator and re-enter the color separation / combination prism are guided to the polarization film and are color-combined by the polarization film and emitted toward the projection lens; To do.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1および第2のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状をしており、その断面形状である三角形形状において左右非対称の三角形であることを特徴とする。 In the projection display apparatus according to the present invention as set forth in the invention described above, the first and second prism elements each have a triangular prism shape, and a triangular shape that is a cross-sectional shape thereof is a left-right asymmetric triangle. It is characterized by.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素は、前記照明光が入射する第1の面部分と第1の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第1の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第2の面部分とを有し、前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第2の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする。 In the projection display device according to the present invention as set forth in the invention described above, the first prism element includes illumination light for the first surface portion on which the illumination light is incident and the first reflective spatial light modulator. , And a second surface portion that transmits both the incident light of the modulated light from the first reflective spatial light modulator, and the second prism element has the second reflective type. The third surface portion that transmits both the illumination light emitted to the spatial light modulator and the modulated light incident from the second reflective spatial light modulator is combined with the third surface portion to generate the modulated light directed to the screen. And a fourth surface portion to be passed.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1の面部分と前記第2の面部分と前記接合面とで定義される三角形および前記第3の面部分と前記第4の面部分と前記接合面とで定義される三角形は、少なくともその一方が左右非対称の三角形であることを特徴とする。 In the projection display device according to the present invention, in the above invention, the triangle defined by the first surface portion, the second surface portion, and the joining surface, the third surface portion, and the fourth surface portion are defined. At least one of the triangles defined by the surface portion and the joint surface is an asymmetric triangle.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜から前記各反射型空間光変調器に至る光路および前記各反射型空間光変調器から前記偏光膜に至る光路において反射面を有しないことを特徴とする。 Further, the projection display device according to the present invention is the reflection surface according to the above-described invention, wherein an optical path from the dichroic film to each reflective spatial light modulator and an optical path from each reflective spatial light modulator to the polarizing film are reflected surfaces. It is characterized by not having.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記各反射型空間光変調器の変調面から出射してスクリーンに向かう変調光は、該反射型空間光変調器の上面に対して垂直な方向に出射することを特徴とする。 In the projection display device according to the present invention, in the above invention, the modulated light emitted from the modulation surface of each of the reflection type spatial light modulators and directed to the screen is directed to the upper surface of the reflection type spatial light modulator. The light is emitted in a vertical direction.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜と前記偏光膜とは、同一平面上に配設されていることを特徴とする。 In the projection display device according to the present invention as set forth in the invention described above, the dichroic film and the polarizing film are disposed on the same plane.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器と前記色分離合成プリズムとの間にフィールドレンズを備えることを特徴とする。 The projection display device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a field lens is provided between the reflective spatial light modulator and the color separation / combination prism.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記フィールドレンズを透過した投影光の主光線は、収束状態で、前記撮影レンズの開口絞り位置が前記色分離合成プリズムの外部に形成されることを特徴とする。 In the projection display device according to the present invention, the principal ray of the projection light transmitted through the field lens is converged and the aperture stop position of the photographing lens is formed outside the color separation / combination prism. It is characterized by being.
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器として、3原色のうちの1色用の反射型空間光変調器と、3原色のうちの残りの2色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える2板型であることを特徴とする。 In the projection display device according to the present invention, in the above invention, as the reflective spatial light modulator, a reflective spatial light modulator for one of the three primary colors and the remaining two of the three primary colors. It is a two-plate type provided with a reflective spatial light modulator that shares colors in a time-sharing manner.
本発明にかかる投影型表示装置は、第1と第2のプリズム要素からなりこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有して形成された色分離合成プリズムを備え、フィルタ部材を経て色分離合成プリズムに入射する照明光をダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の反射型空間光変調器に導き、複数の反射型空間光変調器で変調され照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出されて色分離合成プリズムに再入射する複数の色光を偏光膜に導き該偏光膜で色合成して投影レンズに向けて出射させるようにしたので、単純で安価・小型な1個の接合型の色分離合成プリズムによって照明投影分離と色分離合成の機能を実現することができるという効果を奏する。このためにも、接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する接合型の1個の色分離合成プリズムを備えればよいので、照明光や投影光の光路上にエアーギャップが介在せず、よって、エアーギャップ介在に伴う光量ロス等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。さらには、ダイクロイック膜は照明光の色分離のみに使用し、偏光膜は投影光の色合成のみに使用するので、入射角のばらつきを抑制できるためダイクロイック膜や偏光膜の特性劣化が少なく、よって、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う光量低下等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。 The projection display device according to the present invention includes a first and a second prism element, and a color formed by having a dichroic film and a polarizing film at different positions on the joint surface of the first and second prism elements. A separation / combination prism is provided, and illumination light incident on the color separation / combination prism through the filter member is separated into a plurality of color lights by a dichroic film, and each separated color light is guided to a corresponding reflection type spatial light modulator for color light, Modulated by a plurality of reflective spatial light modulators, the illumination light is emitted from the reflective spatial light modulator at an angle different from the angle at which the illumination light is incident on the reflective spatial light modulator, and reenters the color separation / combination prism. Since a plurality of colored lights are guided to the polarizing film and synthesized with the polarizing film and emitted toward the projection lens, the illumination projection separation is achieved by a simple, inexpensive, and compact single-junction color separation / combination prism. color There is an effect that it is possible to realize the function of releasing synthesis. For this purpose, it is only necessary to provide a single color separation / combination prism having a dichroic film and a polarizing film at different positions on the bonding surface, so that an air gap is interposed on the optical path of illumination light or projection light. Therefore, there is an effect that it is possible to solve problems such as light loss associated with the air gap. Furthermore, since the dichroic film is used only for color separation of illumination light, and the polarizing film is used only for color synthesis of the projection light, variation in incident angle can be suppressed, so there is little deterioration in the characteristics of the dichroic film and polarizing film. In addition, there is an effect that it is possible to solve problems such as a decrease in the amount of light accompanying the sharing of illumination light and projection light having different incident angles with respect to the dichroic film or polarizing film.
以下、本発明を実施するための最良の形態である投影型表示装置について図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A projection display device that is the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1は、本実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。本実施の形態の投影型表示装置1は、反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の2板型の投影型表示装置への適用例を示す。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to the present embodiment. The projection display device 1 according to the present embodiment is applied to a DLP (Digital Light Processing) type two-plate projection display device using a DMD element (Digital Micromirror Device) as a reflective spatial light modulator. Show.
本実施の形態の投影型表示装置1は、概略的には、光源2、波長選択性偏光素子3、インテグレータロッド4、リレー光学系5、色分離合成プリズム10、2つのDMD素子6R,6GB、および投影レンズ7を備える。
The projection display device 1 of the present embodiment generally includes a light source 2, a wavelength selective polarizing element 3, an integrator rod 4, a relay optical system 5, a color separation /
光源2は、DMD素子6R,6GBを照明する照明光として白色光を発光出力するためのものである。波長選択性偏光素子3は、光源2から出射された白色光(照明光)の偏光方向を波長選択的にP偏光からS偏光に変換するためのフィルタ部材として設けられたものである。図2は、波長選択性偏光素子3の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態で用いる波長選択性偏光素子3は、ホイール形状に形成されて中心軸周りに回転駆動されるもので、例えば、放射状に均等に4分割された領域G−CS,B−CSを交互に有する。領域G−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の緑色光Gの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する(緑色光Gを投影光として有効にする)領域であり、赤色光Rや青色光Bは偏光変換されずに透過する。領域B−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の青色光Bの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する(青色光Bを投影光として有効にする)領域であり、赤色光Rや緑色光Gは偏光変換されずに透過する。よって、これら領域G−CS,B−CSを白色光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子3を回転させることにより、緑色光Gと青色光Bとの偏光状態が時分割的に交互にP偏光からS偏光に変換され、赤色光Rは偏光変換されず、投影光として常に有効になる。なお、領域G−CS,B−CSを構成する分割数は、適宜でよく、例えば均等2分割構成であってもよい。また、波長選択性偏光素子3の前段に、白色光の偏光状態をP偏光に揃える偏光変換素子を備えるようにすれば、光利用効率が向上する。
The light source 2 emits white light as illumination light for illuminating the
インテグレータロッド4は、照明光を均質化させるために必要に応じて設けられるもので、フライアイレンズ等であってもよい。リレー光学系5は、インテグレータロッド4を経た照明光を、色分離合成プリズム10の所定位置に入射させるためのものである。
The integrator rod 4 is provided as necessary to homogenize the illumination light, and may be a fly-eye lens or the like. The relay optical system 5 is for making the illumination light that has passed through the integrator rod 4 enter a predetermined position of the color separation /
また、DMD素子は、非特許文献1、特許文献2等に示されるように、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御(オンオフ制御)を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。本実施の形態では、3原色RGBのうちの1色である赤色光R用のDMD素子6Rと、残りの2色である緑色光Gと青色光Bとの2色分を波長選択性偏光素子3に従い時分割で共用するDMD素子6GBとを備える2板型として構成されている。
Further, as shown in Non-Patent Document 1, Patent Document 2, and the like, the DMD element is a semiconductor projection device in which an infinite number of microscopic reflectors having a size of μm are arranged. The color light is modulated so as to project the color light deflected and reflected by performing angle control (on / off control) by a high-speed shake operation of 12 °. In the present embodiment, a wavelength selective polarizing element is used for two colors of the
さらに、投影レンズ7は、DMD素子6R,6GBによって変調された色光として色分離合成プリズム10から出射される投影光を図示しないスクリーンに向けて投影させるためのものである。
Further, the projection lens 7 is for projecting projection light emitted from the color separation /
ついで、本実施の形態の特徴とする色分離合成プリズム10について説明する。図3は、色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。本実施の形態で用いる色分離合成プリズム10は、三角形の非対称断面形状を有する三角柱状の2個のプリズム11,12をプリズム接合面13で一体に接合させることで全体がキュービック形状に形成されたプリズムであり、プリズム接合面13にダイクロイック膜14と偏光膜15とを有する。ダイクロイック膜14と偏光膜15とは、重ならないようにプリズム接合面13内で高さ方向に異なる位置にずらして配設されている。ただし、重なるように配設することもできる。また、プリズム接合面13は、フラットな面として形成されており、ダイクロイック膜14と偏光膜15とは同一平面上に配設されている。なお、色分離合成プリズム10の形状は、機能的にキュービック形状であれば足り、その頂部等を一部切り欠いた形状とすることも可能である。その場合は、三角柱状のプリズム11,12の断面である三角形の頂部等が一部切り欠かれた形状となる。この三角形は、左右対称とすることも不可能ではないが、全体形状の小型化には非対称形状が有利である。第1のプリズム要素であるプリズム11は、プリズム面10a,10bとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。第2のプリズム要素であるプリズム12は、プリズム面10c,10dとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。
Next, the color separation /
ここで、ダイクロイック膜14は、照明光の色分離用であり、赤色光Rは反射させ、緑色光Gおよび青色光Bは透過させる特性に設定されている。このため、波長選択性偏光素子3を経て色分離合成プリズム10のプリズム面10aに入射する照明光の光軸は、ダイクロイック膜14に向かうように光路設定されている。また、ダイクロイック膜14で反射された赤色光Rは、色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面10bを透過して色分離合成プリズム10から出射することでDMD素子6Rに直接導かれてこのDMD素子6Rの上面に対して斜めに照明するように光路設定されている。また、ダイクロイック膜14を透過した緑色光Gおよび青色光Bも、色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面10cを透過して色分離合成プリズム10から出射することでDMD素子6GBに直接導かれてこのDMD素子6GBの上面に対して斜めに照明するように光路設定されている。
Here, the
また、偏光膜15は、DMD素子6R,6GBで変調された色光である投影光の色合成用であり、P偏光は透過させ、S偏光は反射させる特性に設定されている。このため、DMD素子6Rのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、DMD素子6Rによってプリズム面10bに対して照明光と異なる角度で略垂直に再入射する投影光が色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのまま直接偏光膜15に向かうように光路設定されている。また、DMD素子6GBのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、DMD素子6GBによってプリズム面10cに対して照明光と異なる角度で略垂直に再入射する投影光が色分離合成プリズム10内で反射や全反射されることなく、そのまま直接偏光膜15に向かうように光路設定されている。即ち、DMD素子の上面に対してはその斜め方向から照明光が入射するものであり、DMD素子から出射される変調光のうちスクリーンに向かういわゆるオン光はDMD素子の上面に対して垂直に出射されるものである。ここで、本実施の形態では、DMD素子6Rで偏向反射された赤色の投影光の進行方向が投影方向に設定され、プリズム面10dが投影光の出射面となり、このプリズム面10dに対して投影レンズ7が所定位置に位置付けられている。
The
このような構成において、色分離合成プリズム10の作用について、図4〜図7を参照して説明する。まず、光源2から出射された照明光中の緑色光G、青色光BのP偏光は波長選択性偏光素子3によって交互にS偏光に変換される。波長選択性偏光素子3を経てプリズム面10aに入射する照明光は、図4に示すように、ダイクロイック膜14に入射することで色分離される。すなわち、照明光中の赤色光Rは、ダイクロイック膜14で反射され、そのままプリズム面10bを経て赤色用のDMD素子6Rを照明する。一方、照明光中の緑色光Gおよび青色光Bは、波長選択性偏光素子3を透過し、一方のP偏光成分がS偏光成分に変換される。ここで、照明光路上に偏光ビームスプリッタが存在しないので、共用のDMD素子6GBは、常にダイクロイック膜14を透過しそのままプリズム面10cを経た緑色光Gおよび青色光Bによって照明される。すなわち、DMD素子6GBは、緑色光G(S偏光)と青色光B(P偏光)、または緑色光G(P偏光)と青色光B(S偏光)によって照明される。
In such a configuration, the operation of the color separation /
赤色光Rで照明されたDMD素子6Rは、赤色用の色信号に基づき変調動作を行い、図5に示すように、赤色光Rを偏向させて、プリズム面10bに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように再入射させる。この赤色光Rは、そのまま直接偏光膜15に導かれるが、P偏光のままであるので、偏光膜15を透過し、プリズム面10dから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。
The
一方、緑色光Gおよび青色光Bで照明されたDMD素子6GBは、波長選択性偏光素子3のG−CS領域に照明光が当っている場合には、緑色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(a)に示すように、緑色光Gおよび青色光Bを偏向させて、プリズム面10cに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように入射させる。そして、緑色光Gは、そのまま直接偏光膜15に導かれるが、G−CS領域を透過してS偏光に変換されているので、偏光膜15で反射され、プリズム面10dから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。また、青色光BはP偏光のままであるので、偏光膜15を透過し廃棄される。
On the other hand, the DMD element 6GB illuminated with the green light G and the blue light B performs a modulation operation based on the color signal for green when the illumination light strikes the G-CS region of the wavelength selective polarizing element 3. Then, as shown in FIG. 6A, the green light G and the blue light B are deflected and incident on the
また、緑色光Gおよび青色光Bで照明されたDMD素子6GBは、波長選択性偏光素子3のB−CS領域に照明光が当っている場合には、青色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(b)に示すように、緑色光Gおよび青色光Bを偏向させて、プリズム面10cに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように入射させる。そして、青色光Bは、そのまま直接偏光膜15に導かれるが、B−CS領域を透過してS偏光に変換されているので、偏光膜15で反射され、プリズム面10dから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。また、緑色光GはP偏光のままであるので、偏光膜15を透過し廃棄される。
Further, the DMD element 6GB illuminated with the green light G and the blue light B performs a modulation operation based on the color signal for blue when the illumination light hits the B-CS region of the wavelength selective polarizing element 3. Then, as shown in FIG. 6B, the green light G and the blue light B are deflected and incident on the
すなわち、図5に示す赤色光Rの投影を常に行うとともに、図6(a)(b)に示す緑色光Gと青色光Bの投影を時分割で交互に行うこととなる。よって、投影レンズ7に対する投影光としては、偏光膜15の機能により、図7に示すように、赤色光Rと緑色光G、または赤色光Rと青色光Bとの色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。 That is, the red light R shown in FIG. 5 is always projected, and the green light G and the blue light B shown in FIGS. 6A and 6B are alternately projected in a time division manner. Therefore, as the projection light for the projection lens 7, the color composition of the red light R and the green light G or the red light R and the blue light B is alternately performed in a time division manner as shown in FIG. The color image obtained by synthesizing these colors is displayed on the screen.
このように本実施の形態の投影型表示装置1によれば、2個の三角形状のプリズム11,12を接合させて全体がキュービック形状に形成された単純で安価・小型な1個の色分離合成プリズム10だけで、照明投影分離と色分離合成とを行わせることができ、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する部品を減らすことができる。特に、分離された各色光が反射や全反射をせずに直接、DMD素子6R,6GBや偏光膜15に導かれるので、各プリズム面10a〜10dが全反射条件等による制約を受けることがなく、かつ、色分離合成プリズム10を構成するプリズム11,12も非対称形状でよく、設計の自由度を向上させることができる。すなわち、各プリズム面10a〜10dの傾き等を色光毎の照明光や投影光の入射角等に応じて最適化設計することができる。また、色分離合成プリズム10の全体をキュービック形状に形成することで、ケスタ型形状とする場合よりも、一層の小型化が可能となる。また、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する色分離合成プリズム10にエアーギャップが存在しないので、エアーギャップに伴う光量低下等の問題も回避することができる。また、ダイクロイック膜14や偏光膜15は、同一平面をなすプリズム接合面13に形成されているので、これらの膜を作製する際のプリズムの取り扱いが容易であり、色分離合成プリズム10自体の製造も容易となる。さらに、照明光と投影光との角度を異ならせることを利用して、ダイクロイック膜14を照明光の色分離のみに使用し、偏光膜15を投影光の色合成のみに使用することで、照明投影分離および色分離合成の機能を発揮させているので、ダイクロイック膜14は照明光のみを考慮し、偏光膜15は投影光のみを考慮した設計とすればよく、入射光に対する特性劣化を回避することができる。
As described above, according to the projection display device 1 of the present embodiment, two
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。以下、各種変形例を例示する。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Hereinafter, various modifications will be exemplified.
(変形例1)
図8は、変形例1の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図であり、図9は、その投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。変形例1では、色分離合成プリズム10のプリズム面10b,10cと各DMD素子6R,6GBとの間にフィールドレンズ8を配置させたものである。フィールドレンズ8は、照明系の一部であり投影系の一部でもあるので、照明系と投影系との双方の収差補正に寄与する。また、投影光学系は、フィールドレンズ8と投影レンズ7とにより構成されるとすると、この撮影光学系は、DMD素子6R,6GBに対してテレセントリック光学系を構成する。ここで、フィールドレンズ8を透過した投影光の主光線が、収束状態で、投影レンズの開口絞り位置が色分離合成プリズム10の外部に形成されるように設定されている。これにより、投影レンズ7の入射瞳位置は、偏光膜15付近あるいは偏光膜15より投影レンズ7側(投影レンズ7内部を含む)となる。投影レンズ7の入射瞳をプリズム射出後直後の位置に設定することで投影レンズ7の小型化を図ることができる。
(Modification 1)
FIG. 8 is a front view showing a configuration example of a main part of the projection display apparatus according to the first modification, and FIG. 9 is a front view showing only the principal ray of the optical path of the projection light. In the first modification, the
なお、フィールドレンズ8によって投影レンズ7の入射瞳位置をDMD素子6R,6GB側に近づけることで、フィールドレンズ8以降の投影光学系の光束径を小さくし、色分離合成プリズム10を一層小型化し、投影レンズ7の大きさも小さくすることができるようにしてもよい。
The
(変形例2)
図10は、変形例2の投影型表示装置の一部の構成例を示す正面図である。変形例2では、反射型空間光変調器としてDMD素子に代えて反射型液晶ライトバルブ31を用いるようにしたものである。反射型液晶ライトバルブ31の法線に対して照明光を図10に示すように斜め入射させると、反射型液晶ライトバルブ31で変調された投影光は斜めに正反射するので、照明光路と投影光路とを分離できる。よって、照明光がダイクロイック膜14を経て反射型液晶ライトバルブ31に斜め入射し、反射型液晶ライトバルブ31で変調された投影光が偏光膜15(あるいは、21)を経るようにすることで、2板型の反射型液晶ライトバルブの場合にも適用可能となる。
(Modification 2)
FIG. 10 is a front view illustrating a configuration example of a part of the projection display apparatus according to the second modification. In the second modification, a reflective liquid crystal
この際、図11に示すように、フィールドレンズ8の中心を反射型液晶ライトバルブ31の中心に対して偏心させることで、投影光の光軸を反射型液晶ライトバルブ31に対して略垂直向きとなるようにし、DMD素子の場合に近づけるようにしてもよい。
At this time, as shown in FIG. 11, by decentering the center of the
(変形例3)
図12は、変形例3の波長選択性偏光素子3Aの構成例を示す正面図であり、図13は、領域C−CSを透過した照明光に基づく投影光の様子を示す正面図である。変形例3では、波長選択性偏光素子3Aを基本的に領域G−CS,B−CSに2分割するとともに、その境界部の一部の領域にシアン光C(緑色光G+青色光B)の偏光方向をP偏光からS偏光に変換する領域C−CSを付加したものである。
(Modification 3)
FIG. 12 is a front view showing a configuration example of a wavelength selective
照明光が波長選択性偏光素子3Aの領域C−CSを透過した場合、赤色光Rは、P偏光のままであり、図13(a)に示すようにDMD素子6Rで偏向反射された後、偏光膜15を透過して投影光として投射レンズ7に向かう。一方、緑色光Gは、領域C−CSによってP偏光からS偏光に変換され、図13(b)に示すようにDMD素子6GBで偏向反射された後、偏光膜15で反射されて投影光として投射レンズ7に向かう。青色光Bも、領域C−CSによってP偏光からS偏光に変換され、図13(b)に示すようにDMD素子6GBで偏向反射された後、偏光膜15で反射されて投影光として投射レンズ7に向かう。よって、照明光が波長選択性偏光素子3Aの領域C−CSを透過した場合、投影光としてはRGBの白色光が投影されるので、明るさを向上させることができる。
When the illumination light passes through the region C-CS of the wavelength selective
(変形例4)
図14は、変形例4の波長選択性偏光素子3Bの構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。変形例4では、ホイール形状の波長選択性偏光素子3に代えて、ドラム状の波長選択性偏光素子3Bを用いたものである。波長選択性偏光素子3Bは、その外周面上に領域G−CS,B−CSが交互に均等分割されて回転駆動されるもので、外周面の特定位置に入射する照明光に対して領域G−CS,B−CSが時分割的に偏光方向変換機能を発揮し、内部に一体に形成された円錐台形状のミラー41で所望の方向に反射させる。
(Modification 4)
FIG. 14 is a diagram illustrating an XY plan view, a YZ plan view, and a cross-sectional view thereof as a configuration example of the wavelength-selective
なお、波長選択性偏光素子3Bと一体的なミラー41に代えて、図15に示すように、固定配置させた固定ミラー42によって波長選択性偏光素子3Bを透過した光を所望方向に反射させるようにしてもよい。
Instead of the
さらに、図16に示すように、波長選択性偏光素子3Bおよびミラー41に対する入射方向を逆に設定してもよい。この際、光源2からの照明光を波長選択性偏光素子3Bとインテグレータロッド4との間付近に集光させるようにすれば、ドラム状の波長選択性偏光素子3Bおよびインテグレータロッド4における光束径を小さくすることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 16, the incident direction with respect to the wavelength selective
(変形例5)
この他、フィルタ部材としては、カラーリンク社のカラースイッチ(登録商標)を用いるようにしてもよい。また、回転式の波長選択性偏光素子3,3A,3Bに限らず、直線状に往復移動するタイプであってもよい。
(Modification 5)
In addition, a color switch (registered trademark) manufactured by Color Link may be used as the filter member. Moreover, not only the rotary wavelength selective
また、反射型空間光変調器に関する2板型の構成として、本実施の形態では、緑色光G用と青色光B用とで時分割で共用するようにしたが、緑色光G用と赤色光R用とで時分割で共用し、あるいは、赤色光R用と青色光B用とで時分割で共用するようにしてもよい。波長選択性偏光素子3,3A,3B(フィルタ部材)の構成も、このような構成に対応させて、偏光方向を変換させる色光を変更すればよい。
Further, in the present embodiment, the two-plate configuration relating to the reflective spatial light modulator is shared in time division for the green light G and the blue light B, but for the green light G and the red light. The red light R and the blue light B may be shared in a time-sharing manner for the R light. The configuration of the wavelength
3,3A,3B 波長選択性偏光素子
6R,6GB DMD素子
7 投影レンズ
10 色分離合成プリズム
11,12 プリズム
13 プリズム接合面
14 ダイクロイック膜
15,21 偏光膜
31 反射型液晶ライトバルブ
3, 3A, 3B Wavelength
Claims (10)
第1と第2のプリズム要素からなりこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有して形成された色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経て前記色分離合成プリズムに入射する照明光を前記ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調され前記照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出されて前記色分離合成プリズムに再入射する複数の色光を前記偏光膜に導き該偏光膜で色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。 A projection display device comprising: a plurality of reflective spatial light modulators that modulate color light based on a color signal; a filter member that selectively converts the polarization direction of illumination light; and a projection lens.
A color separation / synthesis prism comprising first and second prism elements and having a dichroic film and a polarizing film at different positions on the joint surface of the first and second prism elements; Then, the illumination light incident on the color separation / combination prism is separated into a plurality of color lights by the dichroic film, and the separated color lights are guided to the reflection type spatial light modulators for the corresponding color light, and the plurality of reflection type spaces A plurality of light beams emitted from the reflective spatial light modulator and re-incident on the color separation / combination prism at an angle different from the angle at which the illumination light is incident on the reflective spatial light modulator. A projection display apparatus characterized in that colored light is guided to the polarizing film, and is color-combined by the polarizing film and emitted toward the projection lens.
前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第2の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする請求項1に記載の投影型表示装置。 The first prism element includes a first surface portion on which the illumination light is incident, emission of illumination light to the first reflective spatial light modulator, and modulation from the first reflective spatial light modulator. A second surface portion that allows both incident light to pass through,
The second prism element allows a third light to pass through both the emission of illumination light to the second reflective spatial light modulator and the incidence of modulated light from the second reflective spatial light modulator. The projection display device according to claim 1, further comprising: a fourth surface portion that transmits the modulated light that is color-combined and travels toward the screen.
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