JP2016218181A - Projection device using laser beam and head-up display using projection device - Google Patents

Projection device using laser beam and head-up display using projection device Download PDF

Info

Publication number
JP2016218181A
JP2016218181A JP2015101204A JP2015101204A JP2016218181A JP 2016218181 A JP2016218181 A JP 2016218181A JP 2015101204 A JP2015101204 A JP 2015101204A JP 2015101204 A JP2015101204 A JP 2015101204A JP 2016218181 A JP2016218181 A JP 2016218181A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
light
crystal layer
laser
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015101204A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
江口　稔康
Toshiyasu Eguchi
稔康 江口
尚 青木
Takashi Aoki
尚 青木
豊 立岩
Yutaka TATEIWA
豊 立岩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hosiden Corp
Original Assignee
Hosiden Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hosiden Corp filed Critical Hosiden Corp
Priority to JP2015101204A priority Critical patent/JP2016218181A/en
Publication of JP2016218181A publication Critical patent/JP2016218181A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection device using a laser beam, which can reduce a speckle noise and can display a high-quality image.SOLUTION: A projection device 10 using a laser beam includes: a light source part 100 for generating a plurality of laser beams at different wavelengths in a predetermined polarization direction; a combination optical part 200 for combining the plurality of laser beams; an image forming part 300 for forming a projection image from the plurality of laser beams; and a liquid crystal element 400 for changing the polarization state of the plurality of laser beams exiting from the combination optical part 200. In the projection device 10, the liquid crystal element 400 includes a liquid crystal layer between a pair of substrates; the liquid crystal element 400 generates a single polarization state in a transmission region of the plurality of laser beams; the polarization state varies while one projection image is formed; a liquid crystal molecule in the liquid crystal layer has a helical structure between the pair of substrates; and a product of a helical pitch of the liquid crystal molecule with a refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ光を用いた投射装置及び該投射装置を用いたヘッドアップディスプレイに関する。   The present invention relates to a projection device using laser light and a head-up display using the projection device.

近年、小型で高効率なレーザ光を光源として用いた投射装置が開発されている。レーザ光は輝度が高く色再現性に優れており、広画角化、低消費電力化、高コントラスト化が可能なことから、投射装置としてヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイ等への適用も進んでいる。   In recent years, a projection apparatus using a small and highly efficient laser beam as a light source has been developed. Laser light has high brightness and excellent color reproducibility, and can be applied to head-mounted displays and head-up displays as a projection device because of its wide angle of view, low power consumption, and high contrast. Yes.

レーザ光はコヒーレンス性が高いので、投射装置で投射した面（投射面）の凹凸によりレーザ光が散乱されると、散乱光同士が干渉し、投射面に表示させた画像（表示画像）に明暗の斑点模様であるスペックルノイズが現れることがある。スペックルノイズにより表示画像の品質は著しく損なわれる。スペックルノイズは、レーザ光源を用いた投射装置特有の問題であり、従来より種々の解決の試みが行われてきた。   Since the laser light has high coherence, when the laser light is scattered by the unevenness of the surface (projection surface) projected by the projection device, the scattered light interferes with the image (display image) displayed on the projection surface. Speckle noise that is a speckled pattern may appear. The quality of the displayed image is significantly impaired by speckle noise. Speckle noise is a problem peculiar to a projection apparatus using a laser light source, and various attempts have been made so far.

特許文献１には、レーザ光源から出射されたレーザ光の空間的な偏光分布を変換する偏光分布変換手段を備えた画像表示装置が開示されている。この偏光分布手段は、空間光変調器の隣接する画素に入射されるレーザ光の偏光方向が互いに直交するように偏光分布を変換する。偏光分布が変換された後のレーザ光は空間光変調器に入射され、空間光変調器で変調されたレーザ光がスクリーンに照射されて画像を表示する。スクリーンに表示された画像の中で、空間光変調器の隣接する画素に対応した領域に照射されたレーザ光は、その偏光方向が互いに直交しているため干渉が生じず、その結果スペックルノイズも生じない。よって、スペックルノイズの発生が大幅に抑制された高品質な画像を表示することができる。   Patent Document 1 discloses an image display device including a polarization distribution conversion unit that converts a spatial polarization distribution of laser light emitted from a laser light source. This polarization distribution means converts the polarization distribution so that the polarization directions of the laser light incident on adjacent pixels of the spatial light modulator are orthogonal to each other. The laser light after the polarization distribution is converted is incident on the spatial light modulator, and the screen is irradiated with the laser light modulated by the spatial light modulator to display an image. In the image displayed on the screen, the laser light irradiated to the area corresponding to the adjacent pixel of the spatial light modulator does not cause interference because the polarization directions are orthogonal to each other. As a result, speckle noise Does not occur. Therefore, it is possible to display a high-quality image in which generation of speckle noise is significantly suppressed.

特許文献２においては、レーザ光源から出射されたレーザ光の偏光状態を時間的に変化させる偏光制御ユニットを備え、画像を投射する表示光学系が開示されている。偏光制御ユニットは、１／２波長板をモータで回転させて偏光状態を時間的に変化させるよう構成されている。該表示光学系においては、レーザ光の偏光状態が時間的に変化するので、スクリーン上には異なるスペックルノイズが発生した複数の画像が順次表示される。例えばフレームレート６０Ｈｚで各画像が表示される場合には、スペックルノイズの発生する画像も１／６０秒毎に切り替わる。これは人間の眼の残像時間よりも速いので、眼の残像効果により各フレームで発生したスペックルノイズが平滑化されて認識される。これにより表示画像におけるスペックルノイズを低減する。   Patent Document 2 discloses a display optical system that includes a polarization control unit that temporally changes the polarization state of laser light emitted from a laser light source and projects an image. The polarization control unit is configured to change the polarization state with time by rotating the half-wave plate with a motor. In the display optical system, since the polarization state of the laser light changes with time, a plurality of images with different speckle noises are sequentially displayed on the screen. For example, when each image is displayed at a frame rate of 60 Hz, the image in which speckle noise occurs is also switched every 1/60 seconds. Since this is faster than the afterimage time of the human eye, speckle noise generated in each frame due to the afterimage effect of the eye is smoothed and recognized. This reduces speckle noise in the display image.

特許文献３においては、レーザ光源から出射されたレーザ光の偏光状態を切り替える偏光状態変調部を備えた投射型画像表示装置が開示されている。偏光状態変調部は複数の特定偏光状態を所定の順番に従って映像信号のフレーム単位で順次切り替える。偏光状態変調部には液晶セル（液晶素子）を用いており、液晶セルに印加する交流電圧の大きさをフレーム単位で変えることで特定偏光状態を切り替えている。スペックルノイズの発生個所はレーザ光の偏光状態によって変化するので、該画像表示装置においては、異なる箇所にスペックルノイズが発生した画像がフレーム単位で順次スクリーン上に表示される。これにより、表示画像におけるスペックルノイズを低減する。   Patent Document 3 discloses a projection-type image display device including a polarization state modulation unit that switches the polarization state of laser light emitted from a laser light source. The polarization state modulation unit sequentially switches a plurality of specific polarization states in units of frames of the video signal according to a predetermined order. A liquid crystal cell (liquid crystal element) is used for the polarization state modulation unit, and the specific polarization state is switched by changing the magnitude of the AC voltage applied to the liquid crystal cell in units of frames. Since the location where speckle noise occurs varies depending on the polarization state of the laser light, in the image display device, images with speckle noise occurring at different locations are sequentially displayed on the screen in units of frames. Thereby, speckle noise in the display image is reduced.

特許文献４においては、レーザ光源から出射されたレーザ光を２次元的に走査して１フレームの画像を形成し各フレームの描画の間にブランキング期間を有してスクリーン上に投射画像を表示するレーザ投射装置が開示されている。該レーザ投射装置は、レーザ光源から出射される光の偏光状態をブランキング期間中に変更する偏光変換部を備えている。偏光変換部は駆動制御装置と液晶素子を備えており、液晶素子に印加する交流電圧のオンとオフの切り替えをブランキング期間中に行うことでフレーム単位での偏光状態を切り替えている。このような駆動制御装置を備えることにより、フレーム単位では偏光状態が変化するものの各フレームの描画中には偏光状態が変化しないので、スペックルノイズを低減できると共に１フレーム内での輝度の変化がない良好な画像を投射することができる。   In Patent Document 4, a laser beam emitted from a laser light source is two-dimensionally scanned to form an image of one frame, and a projected image is displayed on a screen with a blanking period between each frame drawing. A laser projection apparatus is disclosed. The laser projection device includes a polarization converter that changes the polarization state of light emitted from the laser light source during the blanking period. The polarization conversion unit includes a drive control device and a liquid crystal element, and switches the polarization state in units of frames by switching on and off of the alternating voltage applied to the liquid crystal element during the blanking period. By providing such a drive control device, although the polarization state changes in units of frames, the polarization state does not change during drawing of each frame, so that speckle noise can be reduced and the luminance changes within one frame. No good image can be projected.

特開２００２−０６２５８２号公報JP 2002-066252 A 特開２００６−０４７４２２号公報JP 2006-047422 A 国際公開第２０１０／１１６８３８号International Publication No. 2010/116838 国際公開第２０１１／０３７０３９号International Publication No. 2011/037039

特許文献１においては、空間光変調器の隣接する画素に入射されるレーザ光の偏光方向が互いに直交するように偏光分布を変換しているものの、各画素の偏光方向は時間の経過によっては変化せず、また、1つおきの画素又は斜め方向の画素とは偏光方向が同じであるため、そのような画素間でスペックルノイズが発生するおそれがある。特許文献２においては、偏光状態を時間的に変化させるよう構成されているが、偏光状態を変化させるために１／２波長板をモータで回転させるため、駆動源が必要となり、表示光学系が大型化するおそれがある。   In Patent Document 1, although the polarization distribution is converted so that the polarization directions of laser light incident on adjacent pixels of the spatial light modulator are orthogonal to each other, the polarization direction of each pixel changes with the passage of time. In addition, since the polarization direction is the same as that of every other pixel or pixels in an oblique direction, speckle noise may occur between such pixels. In Patent Document 2, the polarization state is configured to change with time. However, since the half-wave plate is rotated by a motor to change the polarization state, a drive source is required, and the display optical system is There is a risk of enlargement.

特許文献３、４においては、液晶素子を用いてフレーム単位で偏光状態を変化させており、各フレームの描画中は偏光状態を変化させずにフレームの切り替えタイミングで偏光状態を変化させている。液晶素子を用いると装置の小型化が可能になるが、液晶素子の液晶分子の印加電圧に対する応答速度は遅く、現実にフレームの切り替えタイミングで偏光状態を変化させるのは困難である。フレーム単位での変更状態の切り替えができないと同じ偏光状態で複数のフレームが描画されるので、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることができないおそれがある。   In Patent Documents 3 and 4, the polarization state is changed in units of frames using a liquid crystal element, and the polarization state is changed at the frame switching timing without changing the polarization state during drawing of each frame. When the liquid crystal element is used, the apparatus can be reduced in size, but the response speed of the liquid crystal element to the applied voltage of the liquid crystal molecules is slow, and it is difficult to actually change the polarization state at the frame switching timing. If the change state cannot be switched in units of frames, a plurality of frames are drawn in the same polarization state, so there is a possibility that the effect of reducing speckle noise cannot be obtained sufficiently.

また、例えば赤色、緑色、青色のように異なる色の光を発生する複数の光源がある場合、光の波長は色によって異なるので、液晶素子を透過する光は色により異なる旋光分散が発生し、印加電圧に対する偏光方向の特性も異なる。印加電圧に対する偏光方向の特性が異なると、投射画像中で同じ色を表示すべき複数の画素（パネル画素）で、光の色による偏光方向の特性の違いによって色の変化が生じてしまい、画像を見ている人間に違和感を与えてしまうおそれがある。   In addition, when there are a plurality of light sources that generate light of different colors such as red, green, and blue, for example, the wavelength of the light varies depending on the color, so that the light transmitted through the liquid crystal element has different optical rotation dispersion depending on the color, The polarization direction characteristics with respect to the applied voltage are also different. If the characteristics of the polarization direction with respect to the applied voltage are different, color changes occur in the plurality of pixels (panel pixels) that should display the same color in the projected image due to differences in the characteristics of the polarization direction depending on the color of the light. There is a risk of giving a strange feeling to the person who is watching.

このように、スペックルノイズを低減し、且つ、高品質な画像を表示することができるレーザ光を用いた投射装置が求められている。   Thus, there is a need for a projection device using laser light that can reduce speckle noise and display a high-quality image.

本発明に係るレーザ光を用いた投射装置の１つの実施形態は、波長の異なる複数のレーザ光を所定の偏光方向で発生する光源部と、前記複数のレーザ光を合成する合成光学部と、前記複数のレーザ光から投射画像を形成する画像形成部と、前記合成光学部から出射した前記複数のレーザ光の偏光状態を変化させる液晶素子と、を備え、前記液晶素子は一対の基板の間に液晶層を有し、前記液晶素子は前記複数のレーザ光の透過領域において単一の偏光状態を生成し、前記偏光状態は１つの前記投射画像の形成中に変化し、前記液晶層の液晶分子は前記一対の基板の間で螺旋構造を有しており、前記液晶分子の螺旋ピッチと前記液晶層の屈折率異方性との積が２５００ｎｍ以上である。   One embodiment of a projection device using laser light according to the present invention includes a light source unit that generates a plurality of laser beams having different wavelengths in a predetermined polarization direction, a combining optical unit that combines the plurality of laser beams, An image forming unit that forms a projection image from the plurality of laser beams; and a liquid crystal element that changes a polarization state of the plurality of laser beams emitted from the combining optical unit, and the liquid crystal device is disposed between a pair of substrates. A liquid crystal layer, and the liquid crystal element generates a single polarization state in the transmission region of the plurality of laser beams, and the polarization state changes during formation of one projection image, and the liquid crystal of the liquid crystal layer The molecules have a spiral structure between the pair of substrates, and the product of the spiral pitch of the liquid crystal molecules and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more.

このように、液晶分子の螺旋ピッチと液晶層の屈折率異方性の積が２５００ｎｍ以上の関係を充足する液晶素子を備えた投射装置においては、フレーム単位で合成光の偏光方向が変化するので、スクリーン上に投射した表示画像におけるスペックルノイズが減少し、ノイズの少ない高品質の画像を表示することができる。また、液晶素子が波長の異なる複数のレーザ光の旋光分散が低減し偏光特性が同じになるように構成されているので、１つの投射画像の形成中に偏光方向が変化しても、印加電圧に対して波長の異なる複数のレーザ光の全ての偏光方向が同じように変化して、色の変化はほとんど生じない。従って、投射装置は、スペックルノイズが少なく高品質の画像を表示させることができる。   As described above, in the projection apparatus including the liquid crystal element that satisfies the relationship that the product of the spiral pitch of the liquid crystal molecules and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more, the polarization direction of the synthesized light changes in units of frames. Speckle noise in the display image projected on the screen is reduced, and a high-quality image with little noise can be displayed. In addition, since the liquid crystal element is configured so that the optical rotation dispersion of a plurality of laser beams having different wavelengths is reduced and the polarization characteristics are the same, even if the polarization direction changes during the formation of one projection image, the applied voltage In contrast, all the polarization directions of a plurality of laser beams having different wavelengths are changed in the same manner, so that the color hardly changes. Therefore, the projection apparatus can display a high-quality image with little speckle noise.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記屈折率異方性が０．２５よりも大きい。   In one embodiment of the projection device, the refractive index anisotropy is greater than 0.25.

屈折率異方性が０．２５よりも大きいと、螺旋ピッチと液晶層の屈折率異方性の積が２５００ｎｍ以上となる螺旋ピッチ、すなわち液晶層の厚さを小さくすることができるので、液晶層の液晶分子の応答速度を速めることができ、液晶素子として偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。   When the refractive index anisotropy is larger than 0.25, the helical pitch in which the product of the helical pitch and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more, that is, the thickness of the liquid crystal layer can be reduced. The response speed of the liquid crystal molecules in the layer can be increased, and the change in the polarization direction of the liquid crystal element can be completed in a short time.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記液晶層における前記液晶分子のねじれ角が９０度である。   In one embodiment of the projection device, the twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is 90 degrees.

このような構成とすれば、液晶層への電圧印加のオンとオフとで、液晶層を透過する光の偏光方向が９０度変化する。これにより、偏光方向の変化によるスペックルノイズの低減効果を最大にすることができる。   With such a configuration, the polarization direction of light transmitted through the liquid crystal layer changes by 90 degrees depending on whether voltage application to the liquid crystal layer is turned on or off. Thereby, the effect of reducing speckle noise due to the change in the polarization direction can be maximized.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記液晶層は、複数の層を積層して構成される。前記液晶層は第１層と第２層とを積層して構成され、前記第１層における前記ねじれ角及び前記第２層における前記ねじれ角はいずれも４５度であると好適である。   In one embodiment of the projection device, the liquid crystal layer is formed by laminating a plurality of layers. Preferably, the liquid crystal layer is formed by laminating a first layer and a second layer, and the twist angle in the first layer and the twist angle in the second layer are both 45 degrees.

一般に、液晶素子の液晶層が複数であるＮ層の液晶層を積層して構成されている場合、液晶素子を通過する光の偏光方向をφ度変化させるためには、各液晶層への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる各液晶層での偏光方向の変化はφ／Ｎ度で済む。このとき、各液晶層における液晶分子のねじれ角はθ（＝φ／Ｎ）度であればよく、各液晶層の液晶分子の螺旋ピッチｐは各液晶層の厚さをｄｘとしたときに、ｐ＝ｄｘ×３６０／θとなる。   In general, when the liquid crystal element is composed of a plurality of N liquid crystal layers, in order to change the polarization direction of light passing through the liquid crystal element by φ degrees, the voltage applied to each liquid crystal layer By performing the application with the same voltage and at the same timing, the change of the polarization direction in each liquid crystal layer due to turning on and off of the applied voltage is only φ / N degrees. At this time, the twist angle of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer may be θ (= φ / N) degrees, and the helical pitch p of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer is dx when the thickness of each liquid crystal layer is dx. p = dx × 360 / θ.

複数ある各液晶層において、各液晶層の液晶分子の螺旋ピッチと各液晶層の屈折率異方性との積はいずれも２５００ｎｍ以上であるとする。   In each of the plurality of liquid crystal layers, the product of the helical pitch of the liquid crystal molecules of each liquid crystal layer and the refractive index anisotropy of each liquid crystal layer is 2500 nm or more.

例えば、透過する光の偏光方向を９０度変化させる場合、単層の液晶層を備えた液晶素子（単層素子）の螺旋ピッチと、単層の液晶層と同じ厚さの液晶層を積層して複数備えた液晶素子（複層素子）の螺旋ピッチとでは、複層素子の方が各液晶層の液晶分子のねじれ角が小さくて済む分、螺旋ピッチは大きくなる。単層素子の液晶素子の液晶分子の螺旋ピッチと液晶層の屈折率異方性との積が２５００ｎｍである場合において単層素子と複層素子とで屈折率異方性が同値であれば、複層素子の各液晶素子の液晶分子の螺旋ピッチと各液晶層の屈折率異方性との積は、単層素子より螺旋ピッチが大きくなる分だけ２５００ｎｍより大きくなる。これにより、波長の異なる複数のレーザ光の旋光分散が更に低減し偏光特性を同じにすることができる。   For example, when the polarization direction of transmitted light is changed by 90 degrees, a spiral pitch of a liquid crystal element (single layer element) having a single liquid crystal layer and a liquid crystal layer having the same thickness as the single liquid crystal layer are stacked. The spiral pitch of a plurality of liquid crystal elements (multi-layer elements) is larger because the multi-layer element has a smaller twist angle of the liquid crystal molecules of each liquid crystal layer. When the product of the spiral pitch of the liquid crystal molecules of the liquid crystal element of the single layer element and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm, the refractive index anisotropy of the single layer element and the multilayer element is equal, The product of the helical pitch of the liquid crystal molecules of each liquid crystal element of the multi-layer element and the refractive index anisotropy of each liquid crystal layer is greater than 2500 nm as the helical pitch is larger than that of the single layer element. Thereby, the optical rotation dispersion of a plurality of laser beams having different wavelengths can be further reduced, and the polarization characteristics can be made the same.

また、各液晶層の液晶分子の螺旋ピッチと各液晶層の屈折率異方性との積が２５００ｎｍになるように複層素子を構成するのであれば、各液晶層の液晶分子の螺旋ピッチが単層素子の螺旋ピッチよりも大きくなる分だけ各液晶層の屈折率異方性の値を小さくすることができる。これにより、各液晶層に屈折率異方性の値が小さい液晶を使用することが可能になり、液晶材料選択の幅を広げることができる。   Further, if the multilayer device is configured so that the product of the spiral pitch of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer and the refractive index anisotropy of each liquid crystal layer is 2500 nm, the spiral pitch of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer is The value of the refractive index anisotropy of each liquid crystal layer can be reduced by an amount larger than the spiral pitch of the single layer element. As a result, it is possible to use a liquid crystal having a small value of refractive index anisotropy for each liquid crystal layer, and the range of liquid crystal material selection can be expanded.

さらに、各液晶層の液晶分子の螺旋ピッチと各液晶層の屈折率異方性との積が２５００ｎｍになるように複層素子を構成する場合において単層素子と複層素子とで屈折率異方性が同値であれば、複層素子において各液晶層の液晶分子のねじれ角を維持したまま螺旋ピッチが単層素子の螺旋ピッチと同値になるまで各液晶層の厚さを薄くすることができる。各液晶層の厚さが薄くなれば、各液晶層の液晶分子の応答速度を速めることができるので（連続体理論）、液晶素子として０度と９０度の偏光方向の変化を短時間で完了させることができ、投射画像の形成中において偏光方向が０度と９０度の時間を長くすることができる。その結果、投射装置は、スペックルノイズが少なく更に高品質の画像を表示させることができる。   Further, when the multilayer device is configured such that the product of the helical pitch of the liquid crystal molecules of each liquid crystal layer and the refractive index anisotropy of each liquid crystal layer is 2500 nm, the refractive index is different between the single layer device and the multilayer device. If the directionality is the same, the thickness of each liquid crystal layer can be reduced until the helical pitch is equivalent to the helical pitch of the single layer element while maintaining the twist angle of the liquid crystal molecules of each liquid crystal layer in the multilayer device. it can. If the thickness of each liquid crystal layer is reduced, the response speed of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer can be increased (continuum theory), so the change of the polarization direction between 0 degree and 90 degrees can be completed in a short time as a liquid crystal element. The time during which the polarization direction is 0 degree and 90 degrees can be lengthened during the formation of the projection image. As a result, the projection apparatus can display a higher quality image with less speckle noise.

この１つの実施形態のように、液晶素子が液晶層としてねじれ角がいずれも４５度である第１層と第２層を備えると、交流電源による第１層、第２層への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる第１層、第２層を透過する光の偏光方向の変化はそれぞれ４５度で済む。そのため、液晶素子として０度と９０度の偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。これにより、投射画像の形成中において偏光方向が０度と９０度の時間を長くすることができるので、投射装置は、スペックルノイズが少なく更に高品質の画像を表示させることができる。   As in this one embodiment, when the liquid crystal element includes a first layer and a second layer having a twist angle of 45 degrees as a liquid crystal layer, a voltage is applied to the first layer and the second layer by an AC power source. By performing the same voltage at the same timing, the change in the polarization direction of the light transmitted through the first layer and the second layer due to turning on and off of the applied voltage is 45 degrees. Therefore, the change in the polarization direction of 0 degrees and 90 degrees can be completed in a short time as a liquid crystal element. As a result, the time during which the polarization direction is 0 degree and 90 degrees can be lengthened during the formation of the projection image, so that the projection apparatus can display a higher quality image with less speckle noise.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記一対の基板の少なくとも前記光源部に近い側の基板の表面に反射防止膜が形成されている。前記反射防止膜は、無機材料からなる積層膜であると好適である。   In one embodiment of the projection apparatus, an antireflection film is formed on the surface of the pair of substrates at least near the light source unit. The antireflection film is preferably a laminated film made of an inorganic material.

このような構成とすれば、光源部から出射された光を有効に液晶素子に入射させることができるので、投射装置は、高輝度の画像を表示させることができる。   With such a configuration, since the light emitted from the light source unit can be effectively incident on the liquid crystal element, the projection apparatus can display a high-luminance image.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記一対の基板の少なくとも前記光源部から遠い側の基板の表面に拡散膜が形成されている。拡散膜の代わりに前記複数のレーザ光を拡散させるための凹凸部が形成されていてもよい。   In one embodiment of the projection device, a diffusion film is formed on the surface of at least the substrate far from the light source unit of the pair of substrates. Irregularities for diffusing the plurality of laser beams may be formed instead of the diffusion film.

このような構成とすれば、液晶素子を透過した光のコヒーレンス性が低下するので、スクリーン上に投射される画像に現れるスペックルノイズを更に低減させることができる。また、スクリーン上に輝度むらの少ない均一輝度の画像を表示させることができる。   With such a configuration, the coherence of the light transmitted through the liquid crystal element is lowered, so that speckle noise appearing in the image projected on the screen can be further reduced. In addition, it is possible to display a uniform luminance image with little luminance unevenness on the screen.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記光源部は、赤色光を発生する赤色レーザ光源と、緑色光を発生する緑色レーザ光源と、青色光を発生する青色レーザ光源とを含む。   In one embodiment of the projection apparatus, the light source unit includes a red laser light source that generates red light, a green laser light source that generates green light, and a blue laser light source that generates blue light.

このような構成とすれば、投射装置はカラー画像を投射することができる。   With such a configuration, the projection apparatus can project a color image.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記画像形成部は、前記複数のレーザ光を走査する走査機構を含む。このとき、前記液晶素子は、前記合成光学部と前記画像形成部との間に配置される。   In one embodiment of the projection apparatus, the image forming unit includes a scanning mechanism that scans the plurality of laser beams. At this time, the liquid crystal element is disposed between the combining optical unit and the image forming unit.

このような構成とすれば、走査機構を用いて、画像を投射することができる。   With such a configuration, an image can be projected using the scanning mechanism.

該投射装置の１つの実施形態においては、前記画像形成部は、前記複数のレーザ光を画素ごとに変調する空間光変調素子を含む。このとき、前記画像形成部は、前記光源部と前記液晶素子との間に配置される。   In one embodiment of the projection apparatus, the image forming unit includes a spatial light modulation element that modulates the plurality of laser beams for each pixel. At this time, the image forming unit is disposed between the light source unit and the liquid crystal element.

このような構成とすれば、空間光変調素子を用いた投射装置を構成することができる。   With such a configuration, a projection apparatus using a spatial light modulation element can be configured.

本発明に係る車載用ヘッドアップディスプレイの１つの実施形態は、上記のレーザ光を用いた投射装置を備える。   One embodiment of an in-vehicle head-up display according to the present invention includes a projection device using the laser beam described above.

このような特徴構成とすれば、スペックルノイズが少なく高品質の画像を表示させることができるヘッドマウントディスプレイを得ることができる。   With such a characteristic configuration, it is possible to obtain a head mounted display that can display a high-quality image with little speckle noise.

第１実施形態に係る投射装置の構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the projection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る液晶素子の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the liquid crystal element which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る液晶素子を光が透過したときの偏光状態の変化を表す概略図である。It is the schematic showing the change of a polarization state when light permeate | transmits the liquid crystal element which concerns on 1st Embodiment. 画像投射時における偏光状態の変化を表すグラフである。It is a graph showing the change of the polarization state at the time of image projection. 液晶分子の螺旋ピッチと液晶層の屈折率異方性との積が２５００ｎｍ以上である液晶素子を赤色光、緑色光、青色光が透過したときの偏光特性を表すグラフである。It is a graph showing a polarization characteristic when red light, green light, and blue light permeate | transmit the liquid crystal element whose product of the helical pitch of a liquid crystal molecule and the refractive index anisotropy of a liquid crystal layer is 2500 nm or more. 液晶分子の螺旋ピッチと液晶層の屈折率異方性との積が２５００ｎｍ未満である液晶素子を赤色光、緑色光、青色光が透過したときの偏光特性を表すグラフである。It is a graph showing a polarization characteristic when red light, green light, and blue light permeate | transmit the liquid crystal element whose product of the helical pitch of a liquid crystal molecule and the refractive index anisotropy of a liquid crystal layer is less than 2500 nm. Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系における彩度差を表すグラフである。It is a graph showing the saturation difference in a L * a * b * color system. 液晶分子の螺旋ピッチと液晶層の屈折率異方性との積と、２つの色の彩度の差異と、の関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the product of the helical pitch of a liquid crystal molecule and the refractive index anisotropy of a liquid crystal layer, and the difference in saturation between two colors. 第１実施形態の変形例に係る液晶素子の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the liquid crystal element which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例に係る液晶素子を光が透過したときの偏光状態の変化を表す概略図である。It is the schematic showing the change of a polarization state when light permeate | transmits the liquid crystal element which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例に係る液晶素子の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the liquid crystal element which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例に係る液晶素子の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the liquid crystal element which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例に係る液晶素子の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the liquid crystal element which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第２実施形態に係る投射装置の構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the projection apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第１実施形態に係る投射装置を用いたヘッドアップディスプレイの構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the head-up display using the projection apparatus which concerns on 1st Embodiment.

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１に第１実施形態に係る投射装置１０の構成を表すブロック図を示す。投射装置１０は、光源部１００と、合成光学部２００と画像形成部３００と液晶素子４００とを備えている。投射装置１０は、光源部１００で発生した光を合成光学部２００で合成して合成光を生成し、液晶素子４００で合成光の偏光状態（以下では、「偏光方向」とも称する）を変化させ、画像形成部３００で合成光から投射画像を形成して、スクリーン５００上に投射して画像（表示画像）を表示する。 [First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the projection apparatus 10 according to the first embodiment. The projection device 10 includes a light source unit 100, a combining optical unit 200, an image forming unit 300, and a liquid crystal element 400. The projection device 10 combines the light generated by the light source unit 100 with the combining optical unit 200 to generate combined light, and changes the polarization state of the combined light (hereinafter also referred to as “polarization direction”) with the liquid crystal element 400. Then, the image forming unit 300 forms a projection image from the combined light and projects it on the screen 500 to display the image (display image).

スペックルノイズはスクリーン５００の表面の凹凸により、合成光の散乱光が互いに干渉して発生する。スペックルノイズはスクリーン５００上の表示画像に明暗の斑点模様となって現れ、これにより表示画像の品質が低下する。本実施形態に係る投射装置１０においては、液晶素子４００を透過する合成光の偏光状態をフレーム単位で変化させ、スペックルノイズを低減している。詳細は後述する。   Speckle noise is generated by the scattered light of the synthesized light interfering with each other due to the unevenness of the surface of the screen 500. Speckle noise appears as a bright and dark speckled pattern on the display image on the screen 500, thereby reducing the quality of the display image. In the projection apparatus 10 according to the present embodiment, speckle noise is reduced by changing the polarization state of the combined light transmitted through the liquid crystal element 400 in units of frames. Details will be described later.

光源部１００は、緑色光を発生するレーザダイオード（ＬＤ）１１０、青色光を発生するＬＤ１２０と、赤色光を発生するＬＤ１３０とを備える。各色の光は所定の直線偏光状態で、且つ、スクリーン５００上に表示される画像の画素（パネル画素）に対応して変調されて出射される。ＬＤ１１０〜１３０を備えることにより、投射装置１０はカラー画像を投射することができる。なお、ＬＤ１１０は緑色レーザ光源の一例、ＬＤ１２０は青色レーザ光源の一例、ＬＤ１３０は赤色レーザ光源の一例である。   The light source unit 100 includes a laser diode (LD) 110 that generates green light, an LD 120 that generates blue light, and an LD 130 that generates red light. The light of each color is modulated and emitted in a predetermined linear polarization state and corresponding to the pixel (panel pixel) of the image displayed on the screen 500. By providing the LDs 110 to 130, the projection device 10 can project a color image. The LD 110 is an example of a green laser light source, the LD 120 is an example of a blue laser light source, and the LD 130 is an example of a red laser light source.

本実施形態においては、３色の光源にそれぞれ専用のＬＤを用いたが、白色光を発生するＬＤからダイクロイックミラー等で分離して２色又は３色の光源を構成してもよい。本実施形態では、ＬＤ１１０〜１３０を用いたが、他の色を発生するＬＤを用いて光源部１００を構成してもよい。また、光源部１００から出射する光の数は３つに限らず２つでも、４つ以上であってもよい。   In the present embodiment, a dedicated LD is used for each of the three color light sources, but a two-color or three-color light source may be configured by separating the LD generating white light by a dichroic mirror or the like. In the present embodiment, the LDs 110 to 130 are used, but the light source unit 100 may be configured using LDs that generate other colors. Further, the number of light emitted from the light source unit 100 is not limited to three, and may be two or four or more.

合成光学部２００は、ＬＤ１１０から発生した緑色光を反射するミラー２１０と、緑色光を透過しＬＤ１２０から発生した青色光を反射するダイクロイックミラー２２０と、緑色光と青色光を透過しＬＤ１３０から発生した赤色光を反射するダイクロイックミラー２３０とを備える。合成光学部２００は緑色光と青色光と赤色光を合成して合成光を生成する。合成光の状態で緑色光、青色光、赤色光はいずれも同じ偏光方向を有している。   The combining optical unit 200 includes a mirror 210 that reflects green light generated from the LD 110, a dichroic mirror 220 that transmits green light and reflects blue light generated from the LD 120, and transmits green light and blue light and is generated from the LD 130. And a dichroic mirror 230 that reflects red light. The combining optical unit 200 combines the green light, the blue light, and the red light to generate combined light. In the combined light state, green light, blue light, and red light all have the same polarization direction.

画像形成部３００は、走査機構の一例である水平走査ミラー３１０と垂直走査ミラー３２０とを備えており、入射した合成光を２次元方向に走査する。本実施形態においては、水平走査ミラー３１０として、半導体製造技術等を用いて製作されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであって、電磁力等を用いて往復揺動（共振振動）させることができるものを用いている。また、垂直走査ミラー３２０として、ガルバノミラーを用いている。水平走査ミラー３１０と垂直走査ミラー３２０は不図示の駆動源により駆動される。これにより、合成光は、スクリーン５００上で上左端から、水平方向への走査及び垂直方向への走査を順次繰り返して下右端まで走査され、画像形成部３００で形成された１フレームの画像が投射されて表示される。その後、再び走査位置は上記上左端へ戻り、次フレームの画像を投射、表示するための走査が始まる。なお、１フレームの投射画像は合成光が上右端から下左端まで走査されて表示される構成であってもよい。また、画像形成部３００は、走査機構の他の一例として単一のミラーで水平方向と垂直方向を走査するように揺動させる構成であってもよい。   The image forming unit 300 includes a horizontal scanning mirror 310 and a vertical scanning mirror 320, which are examples of a scanning mechanism, and scans incident combined light in a two-dimensional direction. In the present embodiment, the horizontal scanning mirror 310 is a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror manufactured using semiconductor manufacturing technology or the like, and can be reciprocally oscillated (resonant vibration) using electromagnetic force or the like. Use what you can. Further, a galvanometer mirror is used as the vertical scanning mirror 320. The horizontal scanning mirror 310 and the vertical scanning mirror 320 are driven by a driving source (not shown). As a result, the combined light is scanned from the upper left end on the screen 500 to the lower right end by sequentially repeating the scanning in the horizontal direction and the scanning in the vertical direction, and one frame image formed by the image forming unit 300 is projected. Displayed. Thereafter, the scanning position returns to the upper left end again, and scanning for projecting and displaying the image of the next frame starts. Note that one frame of the projected image may be displayed by scanning the combined light from the upper right end to the lower left end. Further, as another example of the scanning mechanism, the image forming unit 300 may be configured to swing so as to scan in the horizontal direction and the vertical direction with a single mirror.

液晶素子４００は、図２に示すように、透光性の基板４１１、４１２の間に透光性の液晶層４４１を設けると共に、液晶層４４１と基板４１１、４１２の間に液晶層４４１の液晶分子を配向させる透光性の配向層４３１、４３２と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性材料からなり電圧を印加して液晶層４４１に作用させる電界を発生させる電極層４２１、４２２を備えている。液晶素子４００は合成光学部２００と画像形成部３００との間に配置され、合成光学部２００が出射した合成光を透過させて画像形成部３００に入射させる。交流電源４５０により電極層４２１、４２２に電圧が印加されると、発生した電界により液晶素子４００の液晶層４４１の液晶分子の配向状態が変化し、これにより、透過する合成光の偏光状態が変化する。なお、図２中のΔｎは液晶層４４１の屈折率異方性を表し、ｄは液晶層４４１の厚さを表す。図中、左方から右方へ向かう矢印は合成光の進行方向を表す。   As shown in FIG. 2, the liquid crystal element 400 includes a light-transmitting liquid crystal layer 441 between the light-transmitting substrates 411 and 412, and a liquid crystal layer 441 between the liquid crystal layer 441 and the substrates 411 and 412. Light-transmitting alignment layers 431 and 432 for aligning molecules, and electrode layers 421 and 422 made of a light-transmitting material such as ITO (Indium Tin Oxide) and generating an electric field applied to the liquid crystal layer 441 by applying a voltage. I have. The liquid crystal element 400 is disposed between the combining optical unit 200 and the image forming unit 300, and transmits the combined light emitted from the combining optical unit 200 to enter the image forming unit 300. When a voltage is applied to the electrode layers 421 and 422 by the AC power source 450, the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 441 of the liquid crystal element 400 is changed by the generated electric field, and thereby the polarization state of the transmitted synthesized light is changed. To do. Note that Δn in FIG. 2 represents the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer 441, and d represents the thickness of the liquid crystal layer 441. In the figure, the arrow from the left to the right represents the traveling direction of the combined light.

図３に、電圧が印加されていないときの液晶素子４００を透過する光の偏光状態の変化を示す。液晶素子４００の配向層４３１、４３２は液晶分子を一定方向に配列させる機能を有しており、本実施形態においては直交する方向に液晶分子を配列させるように対向して配置されている。そのため、液晶層４４１の液晶分子は配向層４３１から配向層４３２に向かうにつれて９０度ねじれて配列される螺旋構造を有している。液晶層４４１を透過する光の偏光方向は液晶分子の配列に沿って回転する。   FIG. 3 shows a change in the polarization state of light transmitted through the liquid crystal element 400 when no voltage is applied. The alignment layers 431 and 432 of the liquid crystal element 400 have a function of aligning liquid crystal molecules in a certain direction. In the present embodiment, the alignment layers 431 and 432 are arranged to face each other so as to align the liquid crystal molecules in an orthogonal direction. Therefore, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 441 have a helical structure in which the liquid crystal molecules are twisted by 90 degrees and arranged from the alignment layer 431 toward the alignment layer 432. The polarization direction of light transmitted through the liquid crystal layer 441 rotates along the alignment of liquid crystal molecules.

図３に示すように、矢印Ａで示す光Ｘの偏光方向が矢印Ｂで示す配向層４３１近傍の液晶分子の配列方向と同じ場合、光Ｘは配向層４３１を透過して液晶層４４１に入射する。光Ｘは、液晶層４４１を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Ｄのように偏光方向が９０度回転し、矢印Ｄの偏光状態のまま矢印Ｃで示す配向層４３２を透過して出射する。   As shown in FIG. 3, when the polarization direction of the light X indicated by the arrow A is the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment layer 431 indicated by the arrow B, the light X passes through the alignment layer 431 and enters the liquid crystal layer 441. To do. While the light X is transmitted through the liquid crystal layer 441, the polarization direction is rotated by 90 degrees as indicated by the arrow D along the alignment of the liquid crystal molecules, and the light X is transmitted through the alignment layer 432 indicated by the arrow C while being in the polarization state indicated by the arrow D. To do.

一方、交流電源４５０により電極層４２１、４２２に電圧が印加されると、発生した電界の作用を受けて液晶分子は光Ｘの進行方向に沿って配列するため、液晶素子４００の透過前後で光Ｘの偏光方向は矢印Ａの方向のままで変化しない。このように、交流電源４５０による印加電圧のオンとオフとにより、液晶素子４００を透過する光Ｘの偏光方向は９０度変化する。この偏光方向の変化は合成光においても同様に発生する。   On the other hand, when a voltage is applied to the electrode layers 421 and 422 by the AC power source 450, the liquid crystal molecules are aligned along the traveling direction of the light X under the action of the generated electric field. The polarization direction of X remains the direction of arrow A and does not change. As described above, the polarization direction of the light X transmitted through the liquid crystal element 400 changes by 90 degrees by turning on and off the voltage applied by the AC power supply 450. This change in the polarization direction also occurs in the combined light.

本実施形態においては、合成光全体の偏光状態を同時且つ同様に変化させるため、液晶素子４００の液晶層４４１は、単一の画素を形成する構造を有する。このような構成を有する液晶素子４００によれば、透過する合成光の偏光状態は透過する場所によらずに同じであり、偏光状態の変化も同時且つ同様に発生する。換言すれば、液晶素子４００は、合成光において一つの偏光状態のみを生成する。   In the present embodiment, the liquid crystal layer 441 of the liquid crystal element 400 has a structure that forms a single pixel in order to simultaneously and similarly change the polarization state of the combined light. According to the liquid crystal element 400 having such a configuration, the polarization state of the transmitted composite light is the same regardless of the transmission position, and the change in the polarization state occurs simultaneously and similarly. In other words, the liquid crystal element 400 generates only one polarization state in the combined light.

本実施形態においては、図４に示すように、１フレームの投射画像の描画時間（以下、「フレーム期間Ｔ」と称し、個々のフレーム期間Ｔを表すときには、フレーム期間Ｔ１、フレーム期間Ｔ２等と称する）中、すなわち、画像形成部３００における投射画像の形成時間中に合成光の偏光方向が変化する。図４に示すように、フレーム期間Ｔ１中の第１変化時間τｒで偏光方向が０度から９０度に変化し、次のフレーム期間Ｔ２中の第２変化時間τｄで偏光方向が９０度から０度に変化する。フレーム期間Ｔ１とフレーム期間Ｔ２の時間は同じで、第１変化時間τｒと第２変化時間τｄの和はフレーム期間Ｔよりも短い。フレーム期間Ｔ１の間は交流電源４５０により電圧が印加され、フレーム期間Ｔ２の間は電圧の印加が停止される。上述したように、印加電圧に対する液晶分子の応答速度は遅いため、交流電源４５０により電圧を印加しても第１変化時間τｒが経過しないと液晶分子は合成光の進行方向に揃う配列とならず、電圧の印加を停止しても第２変化時間τｄが経過しないと液晶分子は螺旋構造の配列に戻らない。すなわち、偏光方向が９０度変化するのに第１変化時間τｒ、第２変化時間τｄを要する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the drawing time of a projected image of one frame (hereinafter referred to as “frame period T”, when representing each frame period T, the frame period T1, the frame period T2, etc. In other words, the polarization direction of the combined light changes during the formation time of the projection image in the image forming unit 300. As shown in FIG. 4, the polarization direction changes from 0 degrees to 90 degrees at the first change time τr in the frame period T1, and the polarization direction changes from 90 degrees to 0 at the second change time τd in the next frame period T2. Change in degrees. The frame period T1 and the frame period T2 have the same time, and the sum of the first change time τr and the second change time τd is shorter than the frame period T. A voltage is applied by the AC power source 450 during the frame period T1, and the voltage application is stopped during the frame period T2. As described above, since the response speed of the liquid crystal molecules with respect to the applied voltage is slow, the liquid crystal molecules are not aligned in the traveling direction of the synthesized light unless the first change time τr elapses even when the voltage is applied by the AC power supply 450. Even if the voltage application is stopped, the liquid crystal molecules do not return to the helical structure unless the second change time τd elapses. That is, the first change time τr and the second change time τd are required for the polarization direction to change by 90 degrees.

このような構成にすることにより、スクリーン５００上にはフレーム単位で偏光方向が０度の投射画像と９０度の投射画像とが交互に表示されるので、フレーム単位でスペックルノイズの発生箇所も変化する。これにより、各フレームで発生したスペックルノイズが平滑化され、スクリーン５００上に表示される画像に現れるスペックルノイズが減少する。本実施形態においては、偏光方向が９０度変化するので、他の角度の変化と比較してスペックルノイズの低減効果が最大となる。フレーム期間Ｔの途中で偏光方向が変化したとしても、水平走査ミラー３１０と垂直走査ミラー３２０の走査方向は一方向（上左端から下右端）なので、同じパネル画素に同じ偏光方向の合成光が２フレーム連続して投射されることはない。   By adopting such a configuration, a projection image with a polarization direction of 0 degrees and a projection image with a 90 degree polarization are alternately displayed on the screen 500 in units of frames. Change. Thereby, speckle noise generated in each frame is smoothed, and speckle noise appearing in the image displayed on the screen 500 is reduced. In this embodiment, since the polarization direction changes by 90 degrees, the effect of reducing speckle noise is maximized compared to changes in other angles. Even if the polarization direction changes in the middle of the frame period T, the scanning direction of the horizontal scanning mirror 310 and the vertical scanning mirror 320 is one direction (from the upper left end to the lower right end). The frames are not projected continuously.

上述したように、本実施形態の投射装置１０においてはフレーム期間Ｔの途中で偏光方向が９０度変化する。一般的に、光の色（波長）が異なると、液晶層４４１中では異なる旋光分散が発生し、印加電圧に対する偏光方向の特性（以下、「偏光特性」と称する）が異なる。図６に示すように、合成光の成分である緑色光、青色光、赤色光はそれぞれ波長が異なるため、旋光分散が異なり偏光特性も異なっている。偏光特性が異なっていると、本実施形態のようにフレーム期間Ｔ中に偏光方向を変化させたときに、印加電圧の値によっては投射画像中で同じ色を表示すべき複数のパネル画素で、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性の違いによって色の変化が生じてしまい、画像を見ている人間に違和感を与えてしまうことがある。色の変化を生じさせないためには、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性を同じにした上で投射画像を形成して投射する必要がある。   As described above, in the projection apparatus 10 of the present embodiment, the polarization direction changes by 90 degrees during the frame period T. In general, when the color (wavelength) of light is different, different optical rotation dispersion occurs in the liquid crystal layer 441, and the characteristic of the polarization direction with respect to the applied voltage (hereinafter referred to as “polarization characteristic”) is different. As shown in FIG. 6, green light, blue light, and red light, which are components of the combined light, have different wavelengths, and therefore have different optical rotation dispersion and different polarization characteristics. When the polarization characteristics are different, when the polarization direction is changed during the frame period T as in this embodiment, depending on the value of the applied voltage, a plurality of panel pixels that should display the same color in the projected image, A change in color is caused by the difference in the polarization characteristics of green light, blue light, and red light, which may give a strange feeling to a person viewing the image. In order to prevent color change, it is necessary to form and project a projection image with the same polarization characteristics of green light, blue light, and red light.

そのため本実施形態においては、液晶素子４００の液晶層４４１の液晶分子の螺旋構造の螺旋ピッチをｐとしたとき、ｐ×Δｎ≧２５００ｎｍ（Δｎは上述の液晶層４４１の屈折率異方性）を充足するように構成されている。螺旋ピッチｐは、液晶分子のねじれ角をθとしたときに、ｐ＝ｄ×３６０／θの関係を有する（ｄは上述の液晶層４４１の厚さ）。本実施形態においては、図３に示す矢印Ｂと矢印Ｃの関係より、ねじれ角θは９０度である。   Therefore, in this embodiment, p × Δn ≧ 2500 nm (Δn is the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer 441 described above) where p is the helical pitch of the helical structure of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 441 of the liquid crystal element 400. It is configured to satisfy. The helical pitch p has a relationship of p = d × 360 / θ where d is the twist angle of the liquid crystal molecules (d is the thickness of the liquid crystal layer 441 described above). In the present embodiment, the twist angle θ is 90 degrees from the relationship between the arrow B and the arrow C shown in FIG.

液晶素子４００がｐ×Δｎ≧２５００ｎｍの関係を充足すると、図５に示すように、緑色光、青色光、赤色光の旋光分散が低減し偏光特性が同じになる。これにより、本実施形態のようにフレーム期間Ｔ中に偏光方向が変化する構成であったとしても、印加電圧に対して緑色光、青色光、赤色光の全ての偏光方向が同じように変化するので、フレーム期間Ｔ中の投射画像において同じ色を複数のパネル画素に表示させても色の変化は生じない。   When the liquid crystal element 400 satisfies the relationship of p × Δn ≧ 2500 nm, as shown in FIG. 5, the optical rotatory dispersion of green light, blue light, and red light is reduced and the polarization characteristics are the same. Thus, even if the polarization direction changes during the frame period T as in the present embodiment, all the polarization directions of green light, blue light, and red light change in the same manner with respect to the applied voltage. Therefore, even if the same color is displayed on a plurality of panel pixels in the projection image during the frame period T, no color change occurs.

厳密に言うと、液晶素子４００がｐ×Δｎ≧２５００ｎｍの関係を充足した状態であっても、図５に示すように、緑色光、青色光、赤色光の偏光特性はわずかに異なる。そのため、フレーム期間Ｔ中の投射画像において同じ色を複数のパネル画素に表示させたときには、当該複数のパネル画素の間では色がわずかに変化している可能性がある。しかし、投射された表示画像を見る人間がその色の違いを認識できなければ、その人間には同じ色に見え、色の変化は生じていないものとして認識される。   Strictly speaking, even when the liquid crystal element 400 satisfies the relationship of p × Δn ≧ 2500 nm, the polarization characteristics of green light, blue light, and red light are slightly different as shown in FIG. Therefore, when the same color is displayed on a plurality of panel pixels in the projection image during the frame period T, the color may slightly change between the plurality of panel pixels. However, if the person who sees the projected display image cannot recognize the difference in color, it will be recognized that the person looks the same color and no color change has occurred.

以下、国際照明委員会（ＣＩＥ）で１９７６年に規格化され、日本工業規格ＪＩＳ Ｚ８７８１−４で採用されているＬ＊ａ＊ｂ＊表色系に基づいて、投射装置１０においては、複数のパネル画素の間での色の変化が表示画像を見る人間には認識されないことを説明する。Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系において、Ｌ＊は明度、ａ＊とｂ＊は色相と彩度を示す色度を表す。ａ＊とｂ＊は色により一義的に定まる値で、彩度（ｃ＊）はｃ＊＝（（ａ＊）2＋（ｂ＊）2）1/2により求められる。また、２つの色の彩度の差異（Δｃ＊）はΔｃ＊＝（（Δａ＊）2＋（Δｂ＊）2）1/2（Δａ＊は２つの色のａ＊の差異、Δｂ＊は２つの色のｂ＊の差異）により求められる。 Hereinafter, in the projection apparatus 10 based on the L * a * b * color system standardized in 1976 by the International Commission on Illumination (CIE) and adopted in Japanese Industrial Standards JIS Z8781-4, It will be described that the color change between the panel pixels is not recognized by a person viewing the display image. In the L * a * b * color system, L * represents lightness, and a * and b * represent chromaticity indicating hue and saturation. a * and b * are values uniquely determined by the color, and the saturation (c *) is obtained by c * = ((a *) 2 + (b *) 2 ) 1/2 . The difference in saturation between two colors (Δc *) is Δc * = ((Δa *) 2 + (Δb *) 2 ) 1/2 (Δa * is the difference in a * between the two colors, and Δb * is (B * difference between two colors).

図７はＬ＊ａ＊ｂ＊表色系における彩度差を表すグラフである。Δａ＊、Δｂ＊は２つの色の差異の方向を示しており、＋Δａ＊は赤方向、−Δａ＊は緑方向、＋Δｂ＊は黄方向、−Δｂ＊は青方向を示している。２つの色に差異がないときは２つの色のａ＊とｂ＊は同値なので、Δａ＊＝０、Δｂ＊＝０となり、Δｃ＊＝０となる。これはΔａ＊軸とΔｂ＊軸との交点である。本実施形態に係る投射装置１０やプロジェクタ等の表示装置における信頼性評価や商取引においては、Δｃ＊≦１．２であれば、すなわち、Δｃ＊が図７において破線で示す円の内側にあれば人間はその２つの色の差異を判別することができず、同じ色に見えるとされている。   FIG. 7 is a graph showing the saturation difference in the L * a * b * color system. Δa * and Δb * indicate the direction of the difference between the two colors, + Δa * indicates the red direction, −Δa * indicates the green direction, + Δb * indicates the yellow direction, and −Δb * indicates the blue direction. When there is no difference between the two colors, since a * and b * of the two colors are the same value, Δa * = 0, Δb * = 0, and Δc * = 0. This is the intersection of the Δa * axis and the Δb * axis. In the reliability evaluation and the commercial transaction in the display device such as the projection device 10 and the projector according to the present embodiment, if Δc * ≦ 1.2, that is, if Δc * is inside the circle indicated by the broken line in FIG. It is said that humans cannot discriminate between the two colors and look the same color.

図７、図８に示すように、液晶素子４００においてｐ×Δｎ＝２５００ｎｍのときには、投射画像において同じ色を表示する２つのパネル画素間の色の差異はΔａ＊＝−０．８、Δｂ＊＝０．９となり、Δｃ＊＝１．２となる。また、ｐ×Δｎ＝２５５０ｎｍのときには、投射画像において同じ色を表示する２つのパネル画素間の色の差異はΔａ＊＝−０．６、Δｂ＊＝０．６となり、Δｃ＊＝０．８となる。これらはいずれもΔｃ＊≦１．２であり、投射装置１０を用いてフレーム期間Ｔ中の投射画像において同じ色を複数のパネル画素に表示させたときには、スクリーン５００に投射された表示画像を見る人間がその色の違いを認識できず、色の変化は生じていないものとして認識される。   As shown in FIGS. 7 and 8, when p × Δn = 2500 nm in the liquid crystal element 400, the color difference between two panel pixels displaying the same color in the projected image is Δa * = − 0.8, Δb *. = 0.9 and Δc * = 1.2. When p × Δn = 2550 nm, the difference in color between two panel pixels displaying the same color in the projected image is Δa * = − 0.6, Δb * = 0.6, and Δc * = 0.8. It becomes. All of these are Δc * ≦ 1.2, and when the same color is displayed on a plurality of panel pixels in the projection image during the frame period T using the projection device 10, the display image projected on the screen 500 is viewed. Humans cannot recognize the difference in color, and it is recognized that no color change has occurred.

一方、ｐ×Δｎ＝２０００ｎｍのときには、投射画像において同じ色を表示する２つのパネル画素間の色の差異はΔａ＊＝１．３、Δｂ＊＝１．５となり、Δｃ＊＝２．０となるので、フレーム期間Ｔ中の投射画像において同じ色を複数のパネル画素に表示させたときには、投射された表示画像を見る人間がその色の違いを認識して、表示画像に色むらが存在する等の違和感を覚えることとなる。   On the other hand, when p × Δn = 2000 nm, the color difference between two panel pixels displaying the same color in the projected image is Δa * = 1.3, Δb * = 1.5, and Δc * = 2.0. Therefore, when the same color is displayed on the plurality of panel pixels in the projection image during the frame period T, the person who sees the projected display image recognizes the difference in color, and the display image has color unevenness. You will feel uncomfortable.

このように、ｐ×Δｎ≧２５００ｎｍの関係を充足する液晶素子４００を備えた投射装置１０においては、フレーム単位で合成光の偏光方向が変化するので、スクリーン５００上に投射した表示画像におけるスペックルノイズが減少し、ノイズの少ない高品質の画像を表示することができる。また、液晶素子４００が緑色光、青色光、赤色光の旋光分散が低減し偏光特性が同じになるように構成されているので、フレーム期間Ｔ中に偏光方向が変化しても、印加電圧に対して緑色光、青色光、赤色光の全ての偏光方向が同じように変化して、色の変化はほとんど生じない。このときΔｃ＊≦１．２となるので、色の変化が生じたとしても、スクリーン５００に投射された表示画像を見る人間はその違いを認識することができず、色の変化は生じていないものとして認識される。従って、投射装置１０は、スペックルノイズが少なく高品質の画像を表示させることができる。   As described above, in the projection device 10 including the liquid crystal element 400 satisfying the relationship of p × Δn ≧ 2500 nm, the polarization direction of the synthesized light changes in units of frames, and thus the speckle in the display image projected on the screen 500 is displayed. Noise is reduced, and a high-quality image with less noise can be displayed. In addition, since the liquid crystal element 400 is configured so that the optical rotation dispersion of green light, blue light, and red light is reduced and the polarization characteristics are the same, even if the polarization direction changes during the frame period T, the applied voltage is changed. On the other hand, all the polarization directions of green light, blue light, and red light change in the same manner, and almost no color change occurs. Since Δc * ≦ 1.2 at this time, even if a color change occurs, a person viewing the display image projected on the screen 500 cannot recognize the difference, and the color change does not occur. It is recognized as a thing. Therefore, the projection device 10 can display a high-quality image with little speckle noise.

通常、投射装置１０に用いられている液晶層の屈折率異方性Δｎは０．１１〜０．２２程度であるが、Δｎが０．２５よりも大きいことが好ましい。Δｎが０．２５よりも大きいと、ｐ×Δｎ≧２５００ｎｍを充足するｐ、すなわちｄを小さくすることができるので、液晶層４４１の液晶分子の応答速度を速めることができ（連続体理論）、液晶素子４００として０度と９０度の偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。従って、図４に示す、フレーム期間Ｔにおける第１変化時間τｒと第２変化時間τｄとを短くして偏光方向が０度と９０度の時間を長くすることができるので、投射装置１０は、スペックルノイズが少なく更に高品質の画像を表示させることができる。   Usually, the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer used in the projection apparatus 10 is about 0.11 to 0.22, but Δn is preferably larger than 0.25. When Δn is larger than 0.25, p satisfying p × Δn ≧ 2500 nm, that is, d can be reduced, so that the response speed of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 441 can be increased (continuum theory). The liquid crystal element 400 can complete the change in the polarization direction of 0 degrees and 90 degrees in a short time. Therefore, since the first change time τr and the second change time τd in the frame period T shown in FIG. 4 can be shortened and the time in which the polarization direction is 0 degrees and 90 degrees can be lengthened, Higher quality images can be displayed with less speckle noise.

〔第１実施形態の変形例〕
以下、本発明の第１実施形態の変形例に係る投射装置１０について図面に基づいて詳細に説明する。本変形例の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。 [Modification of First Embodiment]
Hereinafter, a projection apparatus 10 according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. In the description of this modified example, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the descriptions regarding the same components are omitted.

本変形例に係る投射装置１０は、液晶素子４００の構成が第１実施形態とは異なっている。具体的には、図９に示すように、液晶素子４００が透光性の液晶層４４１と透光性の液晶層４４２とを備えている。液晶層４４１は透光性の基板４１１、４１３の間に設けられ、液晶層４４２は基板４１３、４１２の間に設けられている。液晶層４４１と液晶層４４２の屈折率異方性はいずれも同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、液晶層４４１の厚さはｄ１、液晶層４４２の厚さはｄ２である。図中、左方から右方へ向かう矢印は合成光の進行方向を表す。なお、本変形例において、液晶層４４１は第１層の一例であり、液晶層４４２は第２層の一例である。液晶層４４１の厚さｄ１と液晶層４４２の厚さｄ２とは同じ厚さである必要はないが、液晶層４４１と液晶層４４２の特性を同等にする場合には、液晶層４４１の厚さｄ１と液晶層４４２の厚さｄ２を同じ厚さにするのが望ましい。   In the projection apparatus 10 according to this modification, the configuration of the liquid crystal element 400 is different from that of the first embodiment. Specifically, as illustrated in FIG. 9, the liquid crystal element 400 includes a light-transmitting liquid crystal layer 441 and a light-transmitting liquid crystal layer 442. The liquid crystal layer 441 is provided between the light-transmitting substrates 411 and 413, and the liquid crystal layer 442 is provided between the substrates 413 and 412. The refractive index anisotropy of the liquid crystal layer 441 and the liquid crystal layer 442 may be the same value or different values. The thickness of the liquid crystal layer 441 is d1, and the thickness of the liquid crystal layer 442 is d2. In the figure, the arrow from the left to the right represents the traveling direction of the combined light. In this modification, the liquid crystal layer 441 is an example of a first layer, and the liquid crystal layer 442 is an example of a second layer. The thickness d1 of the liquid crystal layer 441 and the thickness d2 of the liquid crystal layer 442 do not have to be the same, but when the characteristics of the liquid crystal layer 441 and the liquid crystal layer 442 are made equal, the thickness of the liquid crystal layer 441 is It is desirable that d1 and the thickness d2 of the liquid crystal layer 442 be the same.

液晶層４４１の両側には液晶層４４１の液晶分子を配向させる透光性の配向層４３１と配向層４３３が備えられ、液晶層４４２の両側には液晶層４４２の液晶分子を配向させる透光性の配向層４３３と配向層４３２が備えられる。また、配向層４３１と配向層４３３の外側、及び、配向層４３３と配向層４３２の外側には、ＩＴＯ等の透光性材料からなり液晶層４４１、４４２に電圧を印加する電極層４２１、４２２がそれぞれ備えられる。   A translucent alignment layer 431 and an alignment layer 433 that align liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 441 are provided on both sides of the liquid crystal layer 441, and a translucent property that aligns the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 442 on both sides of the liquid crystal layer 442. The alignment layer 433 and the alignment layer 432 are provided. Further, outside the alignment layer 431 and the alignment layer 433 and outside the alignment layer 433 and the alignment layer 432, electrode layers 421 and 422 made of a light-transmitting material such as ITO and applying a voltage to the liquid crystal layers 441 and 442 are provided. Are provided.

図１０に、電圧が印加されていないときの液晶素子４００を透過する光の偏光状態の変化を示す。配向層４３３は液晶分子を配向層４３１、４３２に対して４５度に液晶分子を配列させるように配置されている。図１０に示すように、矢印Ａで示す光Ｘの偏光方向が矢印Ｂで示す配向層４３１近傍の液晶分子の配列方向と同じ場合、光Ｘは配向層４３１を透過して液晶層４４１に入射する。光Ｘは、液晶層４４１を透過中に液晶分子の配列に沿って矢印Ｅのように偏光方向が４５度回転し、その偏光状態のまま矢印Ｅで示す２つの配向層４３３を透過して液晶層４４２に入射する。そして液晶層４４２を透過中に液晶分子の配列に沿って偏光方向が更に４５度回転し、矢印Ｄの偏光状態で矢印Ｃで示す配向層４３２を透過して出射する。すなわち、光Ｘが液晶素子４００を透過すると、第１実施形態と同様に、光Ｘの偏光方向は９０度回転している。   FIG. 10 shows a change in the polarization state of light transmitted through the liquid crystal element 400 when no voltage is applied. The alignment layer 433 is arranged so that the liquid crystal molecules are aligned at 45 degrees with respect to the alignment layers 431 and 432. As shown in FIG. 10, when the polarization direction of the light X indicated by the arrow A is the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment layer 431 indicated by the arrow B, the light X passes through the alignment layer 431 and enters the liquid crystal layer 441. To do. While the light X is transmitted through the liquid crystal layer 441, the polarization direction is rotated by 45 degrees as indicated by the arrow E along the alignment of the liquid crystal molecules, and the light is transmitted through the two alignment layers 433 indicated by the arrow E in the polarization state. Incident on layer 442. Then, while passing through the liquid crystal layer 442, the polarization direction is further rotated by 45 degrees along the arrangement of the liquid crystal molecules, and is transmitted through the alignment layer 432 indicated by the arrow C in the polarization state indicated by the arrow D and emitted. That is, when the light X is transmitted through the liquid crystal element 400, the polarization direction of the light X is rotated by 90 degrees as in the first embodiment.

本変形例のように、液晶素子４００が液晶層４４１、４４２を備えると、交流電源４５０による液晶層４４１、４４２への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる液晶層４４１、４４２を透過する光の偏光方向の変化はそれぞれ４５度で済む。そのため、液晶素子４００として０度と９０度の偏光方向の変化を短時間で完了させることができる。従って、図４に示す、フレーム期間Ｔにおける第１変化時間τｒと第２変化時間τｄとを短くして偏光方向が０度と９０度の時間を長くすることができるので、投射装置１０は、スペックルノイズが少なく更に高品質の画像を表示させることができる。   When the liquid crystal element 400 includes the liquid crystal layers 441 and 442 as in this modification, voltage application to the liquid crystal layers 441 and 442 by the AC power source 450 is performed at the same timing and at the same timing, thereby turning on and off the applied voltage. The change in the polarization direction of the light transmitted through the liquid crystal layers 441 and 442 is 45 degrees. Therefore, the change in the polarization direction of 0 degrees and 90 degrees can be completed in a short time as the liquid crystal element 400. Therefore, since the first change time τr and the second change time τd in the frame period T shown in FIG. 4 can be shortened and the time in which the polarization direction is 0 degrees and 90 degrees can be lengthened, Higher quality images can be displayed with less speckle noise.

一般に、液晶素子の液晶層が複数であるＮ層の液晶層を積層して構成されている場合、液晶素子を通過する光の偏光方向をφ度変化させるためには、各液晶層への電圧印加を同電圧で同じタイミングで行うことで、印加電圧のオンとオフによる各液晶層での偏光方向の変化はφ／Ｎ度で済む。このとき、各液晶層における液晶分子のねじれ角はθ（＝φ／Ｎ）度であればよく、各液晶層の液晶分子の螺旋ピッチｐは各液晶層の厚さをｄｘとしたときに、ｐ＝ｄｘ×３６０／θとなる。   In general, when the liquid crystal element is composed of a plurality of N liquid crystal layers, in order to change the polarization direction of light passing through the liquid crystal element by φ degrees, the voltage applied to each liquid crystal layer By performing the application with the same voltage and at the same timing, the change of the polarization direction in each liquid crystal layer due to turning on and off of the applied voltage is only φ / N degrees. At this time, the twist angle of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer may be θ (= φ / N) degrees, and the helical pitch p of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer is dx when the thickness of each liquid crystal layer is dx. p = dx × 360 / θ.

複数ある各液晶層において、各液晶層はｐ×Δｎ≧２５００ｎｍの関係を充足するものとする。   In each of the plurality of liquid crystal layers, each liquid crystal layer satisfies the relationship of p × Δn ≧ 2500 nm.

例えば、透過する光の偏光方向を９０度変化させる場合、厚さｄｘの単層の液晶層を備えた液晶素子（単層素子）の螺旋ピッチｐ１と、単層の液晶層と同じ厚さｄｘの液晶層を積層してＮ層備えた液晶素子（複層素子）の螺旋ピッチｐ２とでは、複層素子の方が各液晶層の液晶分子のねじれ角θが小さくて済む分、螺旋ピッチｐ２は螺旋ピッチｐ１よりも大きくなる。単層素子の液晶層がｐ１×Δｎ＝２５００ｎｍの関係を充足する場合において単層素子と複層素子とで屈折率異方性Δｎが同値であれば、複層素子の各液晶素子のｐ２×Δｎは、単層素子より螺旋ピッチｐ２が大きくなる分だけ２５００ｎｍより大きくなる。これにより、波長の異なる複数のレーザ光の旋光分散が更に低減し偏光特性を同じにすることができる。   For example, when the polarization direction of transmitted light is changed by 90 degrees, the helical pitch p1 of a liquid crystal element (single layer element) having a single liquid crystal layer having a thickness dx and the same thickness dx as the single liquid crystal layer The spiral pitch p2 of the liquid crystal element (multi-layer element) having N layers by laminating the liquid crystal layers of the multi-layer element is that the twist angle θ of the liquid crystal molecules of each liquid crystal layer can be smaller. Becomes larger than the helical pitch p1. When the liquid crystal layer of the single layer element satisfies the relationship of p1 × Δn = 2500 nm and the refractive index anisotropy Δn is the same between the single layer element and the multilayer element, p2 × of each liquid crystal element of the multilayer element. Δn becomes larger than 2500 nm by the amount that the helical pitch p2 becomes larger than that of the single layer element. Thereby, the optical rotation dispersion of a plurality of laser beams having different wavelengths can be further reduced, and the polarization characteristics can be made the same.

また、複層素子の各液晶層がｐ２×Δｎ＝２５００ｎｍの関係となるように構成するのであれば、各液晶層の液晶分子の螺旋ピッチｐ２が螺旋ピッチｐ１よりも大きくなる分だけ各液晶層の屈折率異方性Δｎの値を小さくすることができる。これにより、各液晶層に屈折率異方性Δｎの値が小さい液晶を使用することが可能になり、液晶材料選択の幅を広げることができる。   Further, if each liquid crystal layer of the multilayer element is configured to have a relationship of p2 × Δn = 2500 nm, each liquid crystal layer is increased by the amount that the helical pitch p2 of the liquid crystal molecules of each liquid crystal layer is larger than the helical pitch p1. The value of the refractive index anisotropy Δn can be reduced. As a result, it is possible to use liquid crystals having a small refractive index anisotropy Δn for each liquid crystal layer, and the range of liquid crystal material selection can be expanded.

さらに、複層素子の各液晶層がｐ×Δｎ＝２５００ｎｍの関係を充足する場合において単層素子と複層素子とで屈折率異方性Δｎが同値であれば、複層素子において各液晶層の液晶分子のねじれ角θを維持したまま螺旋ピッチｐ２が螺旋ピッチｐ１になるまで各液晶層の厚さｄｘを薄くすることができる。各液晶層の厚さｄｘが薄くなれば、各液晶層の液晶分子の応答速度を速めることができるので（連続体理論）、液晶素子として０度と９０度の偏光方向の変化を短時間で完了させることができ、投射画像の形成中において偏光方向が０度と９０度の時間を長くすることができる。その結果、投射装置は、スペックルノイズが少なく更に高品質の画像を表示させることができる。   Further, when each liquid crystal layer of the multilayer element satisfies the relationship of p × Δn = 2500 nm, if the refractive index anisotropy Δn is the same between the single layer element and the multilayer element, each liquid crystal layer in the multilayer element While maintaining the twist angle θ of the liquid crystal molecules, the thickness dx of each liquid crystal layer can be reduced until the helical pitch p2 becomes the helical pitch p1. If the thickness dx of each liquid crystal layer is reduced, the response speed of the liquid crystal molecules in each liquid crystal layer can be increased (continuum theory), so that the change in polarization direction between 0 degree and 90 degrees as a liquid crystal element can be achieved in a short time. It can be completed, and the time when the polarization direction is 0 degree and 90 degrees can be lengthened during the formation of the projection image. As a result, the projection apparatus can display a higher quality image with less speckle noise.

〔第１実施形態の他の変形例〕
図１１に示すように、本変形例においては、液晶素子４００の基板４１１の外側の表面に屈折率の異なる２種類の無機材料を交互に積層した反射防止膜４６０が形成されている。図中、左方から右方へ向かう矢印は合成光の進行方向を表す。このように基板４１１の表面に反射防止膜４６０を設けることにより、光源部１００から出射された光を有効に液晶素子４００に入射させることができるので、投射装置１０は、高輝度の画像を表示させることができる。なお、反射防止膜４６０は基板４１１の内側の表面に設けてもよいし、基板４１１の両側の表面に設けてもよい。 [Other Modifications of First Embodiment]
As shown in FIG. 11, in this modification, an antireflection film 460 is formed by alternately laminating two types of inorganic materials having different refractive indexes on the outer surface of the substrate 411 of the liquid crystal element 400. In the figure, the arrow from the left to the right represents the traveling direction of the combined light. By providing the antireflection film 460 on the surface of the substrate 411 in this manner, the light emitted from the light source unit 100 can be effectively incident on the liquid crystal element 400, so that the projection apparatus 10 displays a high-luminance image. Can be made. Note that the antireflection film 460 may be provided on the inner surface of the substrate 411 or on both surfaces of the substrate 411.

〔第１実施形態の他の変形例〕
図１２に示すように、本変形例においては、液晶素子４００の基板４１２の外側の表面に拡散膜４７０が形成されている。若しくは、図１３に示すように、基板４１２の外側の表面に凹凸部４８０が形成されている。図中、左方から右方へ向かう矢印は合成光の進行方向を表す。このように拡散膜４７０又は凹凸部４８０を設けることにより、液晶素子４００を透過した光は拡散し、そのコヒーレンス性が低下するので、スクリーン５００上に投射される画像に現れるスペックルノイズを更に低減させることができる。また、液晶素子４００を透過した光を均一に画像形成部３００に入射させて画像を形成することができるので、スクリーン５００上に輝度むらの少ない均一輝度の画像を表示させることができる。なお、拡散膜４７０又は凹凸部４８０は基板４１２の内側の表面に設けてもよい。 [Other Modifications of First Embodiment]
As shown in FIG. 12, in this modification, a diffusion film 470 is formed on the outer surface of the substrate 412 of the liquid crystal element 400. Alternatively, as shown in FIG. 13, an uneven portion 480 is formed on the outer surface of the substrate 412. In the figure, the arrow from the left to the right represents the traveling direction of the combined light. By providing the diffusion film 470 or the uneven portion 480 in this way, the light transmitted through the liquid crystal element 400 is diffused and its coherence is lowered, so that speckle noise appearing in the image projected on the screen 500 is further reduced. Can be made. In addition, since the light transmitted through the liquid crystal element 400 can be uniformly incident on the image forming unit 300 and an image can be formed, an image with uniform luminance with little luminance unevenness can be displayed on the screen 500. Note that the diffusion film 470 or the uneven portion 480 may be provided on the inner surface of the substrate 412.

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る投射装置２０について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態及びその変形例と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。図１４に本実施形態の投射装置２０の構成を表すブロック図を示す。 [Second Embodiment]
Hereinafter, the projection apparatus 20 according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment and the modifications thereof, and the description regarding the same components is omitted. FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the projection apparatus 20 of this embodiment.

投射装置２０は、光源部１００と合成光学部２００との間に画像形成部３００を備え、合成光学部２００の後段に液晶素子４００と投射レンズ６００を備えている。   The projection device 20 includes an image forming unit 300 between the light source unit 100 and the combining optical unit 200, and includes a liquid crystal element 400 and a projection lens 600 subsequent to the combining optical unit 200.

本実施形態において、合成光学部２００はダイクロイックプリズム２４０を備えている。また、画像形成部３００は空間光変調素子３３０を備えている。光源部１００のＬＤ１１０、ＬＤ１２０、ＬＤ１３０はダイクロイックプリズム２４０の３方向に対向して配置され、空間光変調素子３３０は、ＬＤ１１０、ＬＤ１２０、ＬＤ１３０のそれぞれに対してダイクロイックプリズム２４０との間に配置されている。   In the present embodiment, the combining optical unit 200 includes a dichroic prism 240. Further, the image forming unit 300 includes a spatial light modulation element 330. The LD 110, LD 120, and LD 130 of the light source unit 100 are arranged to face each other in three directions of the dichroic prism 240, and the spatial light modulator 330 is arranged between the LD 110, LD 120, and LD 130 and the dichroic prism 240. Yes.

本実施形態の投射装置２０においては、ＬＤ１１０、ＬＤ１２０、ＬＤ１３０で発生した光は不図示のレンズ等で広げられ、各空間光変調素子３３０の全画素に均等に入射する。各空間光変調素子３３０では、画素ごとに変調して各色の画像を形成して出射する。空間光変調素子３３０から出射された光（各色の画像）は合成光学部２００に入射し、そこで合成されて合成光（投射画像）が生成される。合成光学部２００から出射された合成光は液晶素子４００に入射する。合成光は液晶素子４００を透過中にフレーム単位で偏光状態が変化する。液晶素子４００から出射された合成光は投射レンズ６００により拡大されて投射され、スクリーン５００上に画像が表示される。   In the projection device 20 of the present embodiment, the light generated by the LD 110, LD 120, and LD 130 is spread by a lens (not shown) or the like and is uniformly incident on all the pixels of each spatial light modulator 330. Each spatial light modulation element 330 modulates each pixel to form and emit an image of each color. Light (images of each color) emitted from the spatial light modulation element 330 is incident on the combining optical unit 200, where it is combined to generate combined light (projected image). The combined light emitted from the combining optical unit 200 enters the liquid crystal element 400. The combined light changes its polarization state in units of frames while being transmitted through the liquid crystal element 400. The combined light emitted from the liquid crystal element 400 is enlarged and projected by the projection lens 600, and an image is displayed on the screen 500.

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、投射装置２０は、ｐ×Δｎ≧２５００ｎｍの関係を充足する液晶素子４００を備えており、フレーム単位で合成光の偏光方向が変化するので、スクリーン５００上に投射した表示画像におけるスペックルノイズが減少し、ノイズの少ない高品質の画像を表示することができる。また、液晶素子４００が緑色光、青色光、赤色光の旋光分散が低減し偏光特性が同じになるように構成されているので、フレーム期間Ｔ中に偏光方向が変化しても、印加電圧に対して緑色光、青色光、赤色光の全ての偏光方向が同じように変化して、色の変化はほとんど生じない。このときΔｃ＊≦１．２となるので、色の変化が生じたとしても、スクリーン５００に投射された表示画像を見る人間はその違いを認識することができず、色の変化は生じていないものとして認識される。このように、投射装置２０においても、スペックルノイズが少なく高品質の画像を表示させることができる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the projection apparatus 20 includes the liquid crystal element 400 that satisfies the relationship of p × Δn ≧ 2500 nm, and the polarization direction of the combined light changes in units of frames. Speckle noise in the display image projected on the screen 500 is reduced, and a high-quality image with little noise can be displayed. In addition, since the liquid crystal element 400 is configured so that the optical rotation dispersion of green light, blue light, and red light is reduced and the polarization characteristics are the same, even if the polarization direction changes during the frame period T, the applied voltage is changed. On the other hand, all the polarization directions of green light, blue light, and red light change in the same manner, and almost no color change occurs. Since Δc * ≦ 1.2 at this time, even if a color change occurs, a person viewing the display image projected on the screen 500 cannot recognize the difference, and the color change does not occur. It is recognized as a thing. As described above, the projection device 20 can also display a high-quality image with less speckle noise.

〔ヘッドアップディスプレイへの適用〕
図１５は、第１実施形態に係る投射装置１０をヘッドアップディスプレイ５０に適用した状態を表す概略図である。ヘッドアップディスプレイとは、人間の視野内に重ねて情報を表示させる装置である。これにより、例えば、車両の運転者の視野内にあるフロントガラスに情報を表示して、運転者が運転しながら当該情報を認識することを可能にする。 [Application to head-up display]
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a state in which the projection device 10 according to the first embodiment is applied to the head-up display 50. A head-up display is a device that displays information superimposed on the human visual field. Thereby, for example, information is displayed on the windshield in the field of view of the driver of the vehicle, and the driver can recognize the information while driving.

ヘッドアップディスプレイ５０は、投射装置１０に反射ミラー３４０を備えて構成される。本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ５０は車両のダッシュボードに埋め込まれており、投射装置１０の画像形成部３００から投射された合成光が反射ミラー３４０で反射されて車両のフロントガラス７００に投射される。   The head-up display 50 is configured by including a reflection mirror 340 in the projection apparatus 10. The head-up display 50 according to this embodiment is embedded in the dashboard of the vehicle, and the combined light projected from the image forming unit 300 of the projection device 10 is reflected by the reflection mirror 340 and projected onto the windshield 700 of the vehicle. The

投射された画像（情報）は無限遠の点に結像しており、運転者には遠方にある仮想スクリーン５１０に該情報が表示されているように見える。従って、運転者は、車両の運転中に進行方向の遠方を注視した状態で、該情報に焦点を合わせて該情報を認識することができる。   The projected image (information) is imaged at a point at infinity, and it appears to the driver that the information is displayed on a virtual screen 510 located far away. Therefore, the driver can recognize the information by focusing on the information while paying attention to the distance in the traveling direction while driving the vehicle.

なお、本実施形態においては、投射装置１０のヘッドアップディスプレイ５０への適用について説明したが、第１実施形態の変形例に係る投射装置１０や第２実施形態に係る投射装置２０をヘッドアップディスプレイ５０に適用できることは言うまでもない。   In addition, in this embodiment, although the application to the head-up display 50 of the projection apparatus 10 was demonstrated, the projection apparatus 10 which concerns on the modification of 1st Embodiment, or the projection apparatus 20 which concerns on 2nd Embodiment is used as a head-up display. Needless to say, it can be applied to 50.

投射装置１０、２０は、ヘッドアップディスプレイ５０だけでなく、光源にレーザ光を用いるあらゆる投射装置や表示装置に適用することができる。例えば、プロジェクタ、プロジェクタテレビ、プロジェクションマッピング装置、デジタルサイネージ、ヘッドマウントディスプレイ、超小型プロジェクタ及びそれを内蔵した携帯情報端末等に適用することができる。   The projection devices 10 and 20 can be applied not only to the head-up display 50 but also to any projection device or display device that uses laser light as a light source. For example, the present invention can be applied to a projector, a projector television, a projection mapping device, a digital signage, a head mounted display, a micro projector, a portable information terminal incorporating the projector, and the like.

本発明は、レーザ光を用いた投射装置及び該投射装置を用いたヘッドアップディスプレイに利用することが可能である。   The present invention can be used for a projection device using laser light and a head-up display using the projection device.

１０、２０ 投射装置
５０ ヘッドアップディスプレイ
１００ 光源部
１１０ レーザダイオード（緑色レーザ光源）
１２０ レーザダイオード（青色レーザ光源）
１３０ レーザダイオード（赤色レーザ光源）
２００ 合成光学部
３００ 画像形成部
３１０ 水平走査ミラー（走査機構）
３２０ 垂直走査ミラー（走査機構）
３３０ 空間光変調素子
４００ 液晶素子
４１１ 基板
４１２ 基板
４４１ 液晶層（第１層）
４４２ 液晶層（第２層）
４６０ 反射防止膜
４７０ 拡散膜
４８０ 凹凸部
Δｎ 屈折率異方性
ｐ 螺旋ピッチ 10, 20 Projection device 50 Head-up display 100 Light source 110 Laser diode (green laser light source)
120 Laser diode (blue laser light source)
130 Laser diode (red laser light source)
200 Synthetic Optical Unit 300 Image Forming Unit 310 Horizontal Scanning Mirror (Scanning Mechanism)
320 Vertical scanning mirror (scanning mechanism)
330 Spatial Light Modulator 400 Liquid Crystal Element 411 Substrate 412 Substrate 441 Liquid Crystal Layer (First Layer)
442 Liquid crystal layer (second layer)
460 Antireflection film 470 Diffusion film 480 Concavity and convexity Δn Refractive index anisotropy p Spiral pitch

Claims (15)

波長の異なる複数のレーザ光を所定の偏光方向で発生する光源部と、
前記複数のレーザ光を合成する合成光学部と、
前記複数のレーザ光から投射画像を形成する画像形成部と、
前記合成光学部から出射した前記複数のレーザ光の偏光状態を変化させる液晶素子と、を備え、
前記液晶素子は一対の基板の間に液晶層を有し、
前記液晶素子は前記複数のレーザ光の透過領域において単一の偏光状態を生成し、
前記偏光状態は１つの前記投射画像の形成中に変化し、
前記液晶層の液晶分子は前記一対の基板の間で螺旋構造を有しており、
前記液晶分子の螺旋ピッチと前記液晶層の屈折率異方性との積が２５００ｎｍ以上である、レーザ光を用いた投射装置。 A light source unit that generates a plurality of laser beams having different wavelengths in a predetermined polarization direction;
A combining optical unit for combining the plurality of laser beams;
An image forming unit that forms a projection image from the plurality of laser beams;
A liquid crystal element that changes a polarization state of the plurality of laser beams emitted from the combining optical unit, and
The liquid crystal element has a liquid crystal layer between a pair of substrates,
The liquid crystal element generates a single polarization state in the transmission region of the plurality of laser beams,
The polarization state changes during the formation of one of the projected images,
The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer have a spiral structure between the pair of substrates,
A projection apparatus using laser light, wherein a product of the helical pitch of the liquid crystal molecules and the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is 2500 nm or more. 前記屈折率異方性が０．２５よりも大きい、請求項１に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The projection apparatus using laser light according to claim 1, wherein the refractive index anisotropy is larger than 0.25. 前記液晶層における前記液晶分子のねじれ角が９０度である、請求項１又は２に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The projection apparatus using a laser beam according to claim 1 or 2, wherein a twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is 90 degrees. 前記液晶層は、複数の層を積層して構成される、請求項１又は２に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The projection apparatus using laser light according to claim 1, wherein the liquid crystal layer is configured by laminating a plurality of layers. 前記液晶層は第１層と第２層とを積層して構成され、前記第１層における前記ねじれ角及び前記第２層における前記ねじれ角はいずれも４５度である、請求項４に記載のレーザ光を用いた投射装置。   5. The liquid crystal layer according to claim 4, wherein the liquid crystal layer is configured by laminating a first layer and a second layer, and the twist angle in the first layer and the twist angle in the second layer are both 45 degrees. Projection device using laser light. 前記一対の基板の少なくとも前記光源部に近い側の基板の表面に反射防止膜が形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射装置。   6. The projection device using laser light according to claim 1, wherein an antireflection film is formed on a surface of at least a side of the pair of substrates close to the light source unit. 前記反射防止膜は、無機材料からなる積層膜である、請求項６に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The projection apparatus using laser light according to claim 6, wherein the antireflection film is a laminated film made of an inorganic material. 前記一対の基板の少なくとも前記光源部から遠い側の基板の表面に拡散膜が形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射装置。   8. The projection device using laser light according to claim 1, wherein a diffusion film is formed on a surface of a substrate far from the light source unit of the pair of substrates. 9. 前記一対の基板の少なくとも前記光源部から遠い側の基板の表面に前記複数のレーザ光を拡散させるための凹凸部が形成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The laser beam according to any one of claims 1 to 7, wherein an uneven portion for diffusing the plurality of laser beams is formed on a surface of the substrate far from the light source unit of the pair of substrates. Projection device using. 前記光源部は、赤色光を発生する赤色レーザ光源と、緑色光を発生する緑色レーザ光源と、青色光を発生する青色レーザ光源とを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射装置。   10. The light source unit according to claim 1, comprising: a red laser light source that generates red light; a green laser light source that generates green light; and a blue laser light source that generates blue light. Projection device using laser light. 前記画像形成部は、前記複数のレーザ光を走査する走査機構を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The projection device using laser light according to claim 1, wherein the image forming unit includes a scanning mechanism that scans the plurality of laser beams. 前記液晶素子は、前記合成光学部と前記画像形成部との間に配置される、請求項１１に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The projection apparatus using laser light according to claim 11, wherein the liquid crystal element is disposed between the combining optical unit and the image forming unit. 前記画像形成部は、前記複数のレーザ光を画素ごとに変調する空間光変調素子を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射装置。   11. The projection apparatus using laser light according to claim 1, wherein the image forming unit includes a spatial light modulation element that modulates the plurality of laser lights for each pixel. 11. 前記画像形成部は、前記光源部と前記液晶素子との間に配置される、請求項１３に記載のレーザ光を用いた投射装置。   The projection device using laser light according to claim 13, wherein the image forming unit is disposed between the light source unit and the liquid crystal element. 請求項１から１４のいずれか一項に記載のレーザ光を用いた投射装置を備えた、車載用ヘッドアップディスプレイ。   An in-vehicle head-up display comprising the projection device using the laser beam according to claim 1.
JP2015101204A 2015-05-18 2015-05-18 Projection device using laser beam and head-up display using projection device Pending JP2016218181A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015101204A JP2016218181A (en) 2015-05-18 2015-05-18 Projection device using laser beam and head-up display using projection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015101204A JP2016218181A (en) 2015-05-18 2015-05-18 Projection device using laser beam and head-up display using projection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016218181A true JP2016218181A (en) 2016-12-22

Family

ID=57578351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015101204A Pending JP2016218181A (en) 2015-05-18 2015-05-18 Projection device using laser beam and head-up display using projection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016218181A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019164215A (en) * 2018-03-19 2019-09-26 株式会社リコー Image projection device and movable body
CN111208696A (en) * 2018-11-02 2020-05-29 中强光电股份有限公司 Composite phase conversion element and projection device
CN114503551A (en) * 2019-10-23 2022-05-13 鲁姆斯有限公司 Laser illuminated display with improved uniformity and/or eye safety

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019164215A (en) * 2018-03-19 2019-09-26 株式会社リコー Image projection device and movable body
JP7101341B2 (en) 2018-03-19 2022-07-15 株式会社リコー Image projection device and moving object
CN111208696A (en) * 2018-11-02 2020-05-29 中强光电股份有限公司 Composite phase conversion element and projection device
CN114503551A (en) * 2019-10-23 2022-05-13 鲁姆斯有限公司 Laser illuminated display with improved uniformity and/or eye safety

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9310618B2 (en) Laser beam scanned display apparatus and method thereof
US7746559B2 (en) Image projecting device and method
US20130107340A1 (en) Autostereoscopic Steering Light-Guide Three-Dimensional Displays
JP2004287440A (en) Parallax barrier and a plurality of displays
US7359013B2 (en) Display capable of selectively displaying two-dimensional and three-dimensional images
US7085049B2 (en) Multi-mode stereoscopic image display method and apparatus
JP2017076044A (en) Projection type display device using laser beam and on-vehicle head-up display using the projection type display device
JP5866936B2 (en) Image display system
US20130176407A1 (en) Beam scanned display apparatus and method thereof
JP2016218181A (en) Projection device using laser beam and head-up display using projection device
JP5633570B2 (en) Laser projection apparatus and image projection system
JPH04100088A (en) Direct viewing type picture display device
JP4928152B2 (en) Rear projection display device and screen
JP2010197917A (en) Display device
JP2002139792A (en) Image display device
JP2018200384A (en) Virtual image display device
JP2007293100A (en) Rear projection display device and screen
JP2007328336A (en) Illuminating device and display device
JP2004252273A (en) Display device and circuit device to be used therefor
JP2014126757A (en) Screen and image display system
US8870382B2 (en) Method of reducing speckles in liquid-crystal display with coherent illumination
CN219958062U (en) Projection system
JP2006047601A (en) Stereoscopic image display method, stereoscopic image forming/projecting apparatus, and display system
CN109188830B (en) Light field display system based on composite modulation mode
JPH0937305A (en) Stereoscopic picture display device