JP5266631B2

JP5266631B2 - Projector and its optical engine

Info

Publication number: JP5266631B2
Application number: JP2006306595A
Authority: JP
Inventors: 啓文小池
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: JP2008122679A

Description

本発明は、反射型の液晶パネルのように、光源からの光の偏光方向を原色毎に変調するとともに、当該変調光を合成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for modulating the polarization direction of light from a light source for each primary color and synthesizing the modulated light as in a reflective liquid crystal panel.

近年、液晶パネルなどの光変調器を用いて縮小画像を形成するとともに、この縮小画像を光学系によって拡大投射するプロジェクタが普及しつつある。このような光変調器には、透過型と反射型とに分けられるが、反射型の方が、各種の半導体素子を造り込むことができる上に、高開口率、高精細・微細化などの点において有利とされる。一方、カラー表示が可能なプロジェクタとしては、カラーホイール等によって例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の画像を順次形成する単板方式と、Ｒ、Ｇ、Ｂの原色画像を３つの表示パネルでそれぞれ形成した後に合成する３板方式とが挙げられるが、いわゆる色割れ（カラーブレークアップ）現象が発生しない点において３板方式が有利とされる。
このため、カラーで高品位な映像を表示可能とするプロジェクタを実現するためには、反射型の光変調器を用いた３板方式とする構成が有望となる。ここで、反射型の光変調器を用いた３板方式とする構成としては、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を用いた技術が挙げられる（特許文献１参照）。
特開２００４−１２６４６０号公報 In recent years, a projector that forms a reduced image using an optical modulator such as a liquid crystal panel and enlarges and projects the reduced image using an optical system is becoming widespread. Such optical modulators can be divided into transmissive and reflective types. The reflective type can be used to build various types of semiconductor elements and has a high aperture ratio, high definition, and miniaturization. This is advantageous in terms of points. On the other hand, as a projector capable of color display, for example, a single-plate system that sequentially forms R (red), G (green), and B (blue) images by a color wheel or the like, and primary color images of R, G, and B are used. A three-plate method in which the three display panels are combined and then combined is mentioned. The three-plate method is advantageous in that a so-called color breakup phenomenon does not occur.
Therefore, in order to realize a projector that can display a color and high-quality image, a configuration of a three-plate system using a reflective light modulator is promising. Here, as a configuration of a three-plate system using a reflective light modulator, a technique using a PBS (polarization beam splitter) can be cited (see Patent Document 1).
JP 2004-126460 A

しかしながら、上記技術では、入射時に偏光ビームスプリッタによって選択（透過または反射）された偏光成分のうち、光変調器によりその偏光状態が変更された成分が偏光ビームスプリッタによって逆に選択（反射または透過）される現象を、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれにおいて用いるので、偏光ビームスプリッタが３つ必要となる上に、さらに、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を合成するために、クロスプリズムも必要となるので、光学系が複雑化する、という問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、反射型の光変調器を用いた３（以上）板方式とする場合に、光学系の複雑化を防止したプロジェクタ、および、その光学エンジンを提供することにある。 However, in the above technique, among the polarization components selected (transmitted or reflected) by the polarization beam splitter at the time of incidence, the component whose polarization state has been changed by the optical modulator is reversely selected (reflected or transmitted) by the polarization beam splitter. This phenomenon is used for each of R, G, and B, so that three polarization beam splitters are required, and a cross prism is also required to synthesize R, G, and B light. There is a problem that the optical system becomes complicated.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is to prevent the optical system from becoming complicated when a 3 (or more) plate system using a reflective optical modulator is used. To provide a projector and its optical engine.

上記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクタの光学エンジンは、偏光方向が一方方向に揃った入射光のうち、第１波長域と第２波長域における光の偏光方向を一方方向から他方方向に変換し、第３波長域と第４波長域における光の偏光方向を変換しないで出射する第１偏光変換器と、偏光選択面を有し、前記第１偏光変換器による出射光のうち、前記第１波長域と前記第２波長域の光を前記偏光選択面にて反射させ、前記第３波長域と前記第４波長域の光を透過させる偏光選択器と、前記偏光選択面による反射光のうち、前記第１波長域と前記第２波長域の光のいずれか一方の光を反射させ、他方の光を透過する第１半透鏡と、前記偏光選択面による透過光のうち、前記第３波長域と前記第４波長域の光のいずれか一方の光を反射させ、他方の光を透過する第２半透鏡と、入射光に対する反射光の偏光状態を制御する第１乃至第４光変調器と、を有し、前記第１波長域と前記第２波長域とは、前記第３波長域を挟んで離れた互いに重ならない波長域であり、前記第３波長域と前記第４波長域とは、前記第２波長域を挟んで離れた互いに重ならない波長域であり、前記第１光変調器は、前記第１半透鏡による透過光を入射し、前記第２光変調器は、前記第１半透鏡による反射光を入射し、前記第３光変調器は、前記第２半透鏡による透過光を入射し、前記第４光変調器は、前記第２半透鏡による反射光を入射し、前記偏光選択器は、前記第１光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面を透過した成分と、前記第２光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面を透過した成分と、前記第３光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面で反射した成分と、前記第４光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面で反射した成分と、を合成することを特徴とする。この構成によれば、構成要素を少なく済ませることができる。 To achieve the above object, an optical engine of a projector according to the present invention changes the polarization direction of light in the first wavelength range and the second wavelength range from one direction to the other out of incident light whose polarization direction is aligned in one direction. A first polarization converter that converts the light into a direction and emits the light without changing the polarization direction of the light in the third wavelength region and the fourth wavelength region, and a polarization selection surface, out of the light emitted by the first polarization converter A polarization selector that reflects the light in the first wavelength region and the second wavelength region on the polarization selection surface and transmits the light in the third wavelength region and the fourth wavelength region; and the polarization selection surface. Of the reflected light, the first semi-transparent mirror that reflects one of the light in the first wavelength region and the second wavelength region and transmits the other light, and the transmitted light by the polarization selection surface, Reflects one of the light in the third wavelength range and the fourth wavelength range A second semi-transparent mirror that transmits the other light, and first to fourth optical modulators that control the polarization state of the reflected light with respect to the incident light, the first wavelength region and the second wavelength region Is a wavelength range that does not overlap with each other across the third wavelength range, and the third wavelength range and the fourth wavelength range are wavelength ranges that do not overlap with each other across the second wavelength range The first light modulator receives light transmitted by the first semi-transparent mirror, the second light modulator receives light reflected by the first semi-transparent mirror, and the third light modulator receives , The light transmitted by the second semi-transparent mirror is incident, the fourth optical modulator receives the reflected light by the second semi-transparent mirror, and the polarization selector includes the reflected light by the first optical modulator. Of the component transmitted through the polarization selective surface and the light reflected by the second optical modulator, the light transmitted through the polarization selective surface. A component, a component reflected by the polarization selection surface in the reflected light by the third light modulator, and a component reflected by the polarization selection surface in the reflected light by the fourth light modulator are combined. It is characterized by that. According to this configuration, the number of components can be reduced.

本発明において、前記偏光選択器による合成光のうち、前記第１波長域と前記第２波長域における光、または、前記第３波長域と前記第４波長域における光の偏光方向を変換する第２偏光変換器を、有する構成としても良い。
なお、本発明は、光学エンジンのほか、当該光学エンジンを含むプロジェクタとしても概念することが可能である。 In the present invention, of the combined light by the polarization selector , the light in the first wavelength region and the second wavelength region, or the polarization direction of the light in the third wavelength region and the fourth wavelength region is converted. It is good also as a structure which has a 2 polarization converter.
In addition to the optical engine, the present invention can be conceptualized as a projector including the optical engine.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す平面図である。
この図に示されるように、実施形態に係るプロジェクタ１は、Ｒ、ＧおよびＢの各色に対応する反射型の光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂを有し、これらの原色画像を合成したカラー画像を拡大投射するものである。
このプロジェクタ１は、まず、光軸１０ａに沿って、光源１２と、レンズアレイ１６、１８と、偏光変換素子２０と、レンズ２２とを有する。このうち、光源１２は、白色光を放射状に出射する光源ランプ１２ａと、光源ランプ１２ａによる出射光を、ほぼ平行な光束として反射させる放物面鏡１２ｂとを有する。ここで、説明の便宜上、光軸１０ａに沿った方向であって光源１２からの光の出射方向をＸ方向とする。
レンズアレイ１６は、光軸１０ａに沿った方向であって光源１２からみたときに矩形形状の小レンズをマトリクス配列させたものであり、光源１２から入射した光束を、マトリクス配列に応じた部分光束に分割する。なお、小レンズを形状は、光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂによる画像表示領域の縦横比と同じとなるように設定される。レンズアレイ１８は、レンズアレイ１６と同様に、小レンズをマトリクス配列させたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a projector according to an embodiment of the present invention.
As shown in this figure, a projector 1 according to the embodiment includes reflection type light modulators 100R, 100G, and 100B corresponding to R, G, and B colors, and a color image obtained by synthesizing these primary color images. Is projected in an enlarged manner.
The projector 1 first includes a light source 12, lens arrays 16 and 18, a polarization conversion element 20, and a lens 22 along the optical axis 10a. Among these, the light source 12 includes a light source lamp 12a that emits white light radially, and a parabolic mirror 12b that reflects light emitted from the light source lamp 12a as a substantially parallel light beam. Here, for convenience of explanation, the direction of light emission from the light source 12 along the optical axis 10a is defined as the X direction.
The lens array 16 has a rectangular array of small lenses when viewed from the light source 12 in the direction along the optical axis 10a. The lens array 16 converts the light beam incident from the light source 12 into a partial beam corresponding to the matrix array. Divide into The shape of the small lens is set to be the same as the aspect ratio of the image display area by the light modulators 100R, 100G, and 100B. Similarly to the lens array 16, the lens array 18 is a lens array of small lenses.

偏光変換素子２０は、入射した光束を、一方向の直線偏光（この例ではｓ方向偏光）に揃えて出射するものである。詳細には、図２に示されるように、断面が平行四辺形となる柱状の複数の部材２０１を貼り合わせた構成となっている。ここで、部材２０１は透光性を有し、その貼り合わせ界面では、偏光分離膜２０３と反射膜２０５とが交互に形成されている。また、この例では、図２において上側を偏光分離膜２０３、下側を反射膜２０５とする部材２０１の出射面（図１および図２において右側）において、λ／２移相差板２０７が選択的に貼り付けられている。 The polarization conversion element 20 emits an incident light beam in alignment with linearly polarized light in one direction (in this example, s-direction polarized light). Specifically, as shown in FIG. 2, a plurality of columnar members 201 whose cross sections are parallelograms are bonded together. Here, the member 201 has translucency, and the polarization separation film 203 and the reflection film 205 are alternately formed at the bonding interface. Further, in this example, the λ / 2 phase difference plate 207 is selectively provided on the emission surface (right side in FIGS. 1 and 2) of the member 201 having the polarization separation film 203 on the upper side and the reflection film 205 on the lower side in FIG. Is pasted.

このような偏光変換素子２０において、入射面（図１および図２において左側）から入射した自然光（すなわち、ランダムな偏光状態の光）のうち、最初に偏光分離膜２０３に至る光のｓ方向偏光成分は、当該偏光分離膜２０３の上反射面によってほぼ垂直方向に反射し、反射膜２０５によってさらに反射して出射する一方、ｐ方向偏光成分は、偏光分離膜２０３をそのまま透過し、λ／２移相差板２０７によってｓ方向に変換されて出射する。また、入射面から入射した自然光のうち、最初に反射膜２０５に至る光は、当該反射膜２０５によってほぼ垂直方向に反射する。この反射光のうち、ｐ方向偏光成分の光は、偏光分離膜２０３の下反射面によって反射し、λ／２移相差板２０７によってｓ方向に変換されて出射する一方、ｓ方向偏光成分の光は、偏光分離膜２０３をそのまま透過し、反射膜２０５によって再反射して出射する。したがって、偏光変換素子２０からの出射光は、そのほとんどがｓ方向に直線偏光した状態となる。 In such a polarization conversion element 20, the s-direction polarization of light that first reaches the polarization separation film 203 out of natural light (that is, light in a random polarization state) incident from the incident surface (left side in FIGS. 1 and 2). The component is reflected in the substantially vertical direction by the upper reflection surface of the polarization separation film 203 and is further reflected and emitted by the reflection film 205, while the p-direction polarization component is transmitted through the polarization separation film 203 as it is, and λ / 2 The light is converted in the s direction by the phase difference plate 207 and emitted. Of the natural light incident from the incident surface, the light that reaches the reflective film 205 first is reflected by the reflective film 205 in a substantially vertical direction. Of this reflected light, the light of the p-direction polarization component is reflected by the lower reflection surface of the polarization separation film 203, is converted into the s direction by the λ / 2 phase difference plate 207, and is emitted, while the light of the s-direction polarization component. Passes through the polarization separation film 203 as it is, and is reflected again by the reflection film 205 and emitted. Therefore, most of the light emitted from the polarization conversion element 20 is linearly polarized in the s direction.

なお、この例では、偏光変換素子２０からの出射光をｓ方向偏光としたが、ｐ方向偏光とする場合には、λ／２移相差板２０７を、上側を反射膜２０５、下側を偏光分離膜２０３とする部材２０１の出射面に貼り付ければ良い。
レンズ２２は、偏光変換素子２０からの出射光である複数の部分光束を、光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂの入射面を重畳して、当該入射面を均一に照明するものである。 In this example, the light emitted from the polarization conversion element 20 is s-direction polarized light. However, when p-direction polarized light is used, the λ / 2 phase difference plate 207 is disposed on the upper side, the reflective film 205 is disposed on the lower side, and the lower side is polarized. What is necessary is just to affix on the output surface of the member 201 used as the separation membrane 203.
The lens 22 illuminates the incident surface uniformly by superimposing the incident surfaces of the light modulators 100R, 100G, and 100B on a plurality of partial light beams that are light emitted from the polarization conversion element 20.

さて、偏光ビームスプリッタ４０（偏光選択器）は、透明性を有する二等辺直角三角柱状のガラス等のブロックを２つ、斜面同士を貼り合わせたものであり、その斜面には、それぞれｓ方向偏光成分の光を反射させ、ｐ方向偏光成分の光を透過させる反射面４０ｘ（偏光選択面）が形成されている。
詳細には、偏光ビームスプリッタ４０の反射面４０ｘは、光源１２（図１において９時方向）からの光のうち、ｓ方向偏光成分の光を投射側とは反対方向（図１において１２時方向）に反射させるとともに、光源１２とは反対方向（図１において３時方向）からの光のうち、ｓ方向偏光成分の光を投射方向（図１において６時方向）に反射させるように、光軸１０ａに対して４５度の斜度をもって配置する。
ここで、説明の便宜上、反射面４０ｘによる光軸１０ａの反射軸を光軸１０ｂとし、この光軸１０ｂに沿った方向であって、画像の投射方向をｙ方向とする。 Now, the polarization beam splitter 40 (polarization selector) is composed of two isosceles right triangular prism-like glass blocks having transparency, and the slopes are bonded to each other. A reflection surface 40x (polarization selection surface) that reflects the component light and transmits the p-direction polarization component light is formed.
Specifically, the reflecting surface 40x of the polarizing beam splitter 40 is configured to transmit the light of the s-direction polarization component from the light source 12 (9 o'clock direction in FIG. 1) in the direction opposite to the projection side (12 o'clock direction in FIG. 1). The light is reflected so that the light of the s-direction polarization component is reflected in the projection direction (6 o'clock direction in FIG. 1) out of the light from the direction opposite to the light source 12 (3 o'clock direction in FIG. 1). They are arranged with an inclination of 45 degrees with respect to the axis 10a.
Here, for convenience of explanation, the reflection axis of the optical axis 10a by the reflection surface 40x is the optical axis 10b, and the direction along the optical axis 10b is the image projection direction is the y direction.

偏光ビームスプリッタ４０において、光源１２の方向からの光を入射する面４０ａには、板状の偏光ローテータ３０（第１偏光変換器）が貼り付けられている。
この偏光ローテータ３０は、入射光のうち、ある特定の波長域における光の偏光状態を、ｓ方向偏光またはｐ方向偏光のいずれか一方から他方に相互変換するが、他の波長域における光の偏光状態を入射した状態のまま出射するものである。
詳細には、図３に示されるように、本実施形態では、Ｇ（緑）に相当する波長域の光の偏光方向を、ｓ方向からｐ方向に（ｐ方向からｓ方向に）変換して出射し、他のＲ（赤）およびＢ（青）に相当する波長域の光の偏光方向を変更しないで出射させる。
なお、偏光ビームスプリッタ４０において、光源１２とは反対方向からの光を投射方向に反射させて出射させる面４０ｂにも、同様な偏光ローテータ３２（第２偏光変換器）が貼り付けられている。 In the polarization beam splitter 40, a plate-like polarization rotator 30 (first polarization converter) is attached to a surface 40a on which light from the direction of the light source 12 is incident.
The polarization rotator 30 mutually converts the polarization state of light in a specific wavelength range of incident light from either s-direction polarization or p-direction polarization to the other, but polarization of light in other wavelength ranges. The light is emitted while the state is incident.
Specifically, as shown in FIG. 3, in this embodiment, the polarization direction of light in a wavelength region corresponding to G (green) is converted from the s direction to the p direction (from the p direction to the s direction). The light is emitted without changing the polarization direction of the light in the wavelength region corresponding to the other R (red) and B (blue).
In the polarization beam splitter 40, a similar polarization rotator 32 (second polarization converter) is also attached to a surface 40b that reflects and emits light from the opposite direction to the light source 12 in the projection direction.

偏光ビームスプリッタ４０からみて投射方向とは反対側には、Ｂに相当する波長域の光を反射させ、その他の波長域の光を透過させるダイクロイックミラー２４（第１半透鏡）が配置する。ダイクロイックミラー２４の透過側には、表示領域の垂直中心が光軸１０ｂに一致するように、光変調器１００Ｒが配置する。
ここで、説明の便宜上、ダイクロイックミラー２４による光軸１０ｂの反射軸を光軸１０ｃとすると、ダイクロイックミラー２４の反射側には、表示領域の垂直中心が光軸１０ｃに一致するように、光変調器１００Ｂが配置する。また、偏光ビームスプリッタ４０において、光源１２の反対方向には、表示領域の垂直中心が光軸１０ａに一致するように、光変調器１００Ｇが配置する。 A dichroic mirror 24 (first semi-transparent mirror) that reflects light in a wavelength region corresponding to B and transmits light in other wavelength regions is disposed on the side opposite to the projection direction as viewed from the polarization beam splitter 40. On the transmission side of the dichroic mirror 24, the optical modulator 100R is arranged so that the vertical center of the display area coincides with the optical axis 10b.
Here, for convenience of explanation, if the reflection axis of the optical axis 10b by the dichroic mirror 24 is the optical axis 10c, the light modulation is performed so that the vertical center of the display area coincides with the optical axis 10c on the reflection side of the dichroic mirror 24. A container 100B is arranged. In the polarization beam splitter 40, the light modulator 100G is arranged in the direction opposite to the light source 12 so that the vertical center of the display area coincides with the optical axis 10a.

光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂは、それぞれＲ、ＧおよびＢに対応した反射型の例えば液晶パネルであり、例えば縦１０８０×横１９２０ドットのマトリクス状に配列する画素を有し、各画素において、入射光に対する出射（反射）光の偏光状態を階調に応じて制御する。
詳細には、光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂは、各画素にわたって設けられた矩形状の画素電極（反射電極）と、この画素電極に対向し、各画素にわたって共通の対向電極との間に、ＴＮ型の液晶が挟持された構成となっている。この構成において、画素電極と対向電極との印加電圧がゼロ（または近傍）であれば、入射光が液晶層によって楕円偏光された後、画素電極によって反射するので、その出射（反射）光は、入射光の偏光成分とほぼ９０度ずれた偏光成分の光がほとんどとなる。一方、液晶層の印加電圧が徐々に高まるにつれて、液晶分子の配列角度が変化し、これにより、出射光は、入射光の偏光成分とほぼ９０度ずれた偏光成分の光が徐々に少なくなる反面、入射光の偏光成分と同じ方向の偏光成分の光が徐々に多く含まれるようになる。
ここで、液晶層の印加電圧と、画素の階調（明るさ）とは、階調を明るくしたいときに、印加電圧を小さくする関係（ノーマリーホワイトモード）である。したがって、光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂでは、各画素において、階調を明るくするにつれて液晶層の印加電圧が小さくなり、入射光の偏光軸からずれた成分の光が出射されることになる。
なお、光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂは、表示領域中心と反射面４０ｘの中心（光軸１０ａ、１０ｂの交点）との光路長が互いに等しくなるとともに、縦横を一致させて配置する。 The optical modulators 100R, 100G, and 100B are reflective type liquid crystal panels corresponding to R, G, and B, respectively, and have pixels arranged in a matrix of, for example, vertical 1080 × horizontal 1920 dots. The polarization state of the outgoing (reflected) light with respect to the incident light is controlled according to the gradation.
Specifically, the optical modulators 100R, 100G, and 100B are provided between a rectangular pixel electrode (reflection electrode) provided over each pixel and a common counter electrode that faces the pixel electrode and is common to the pixels. A TN type liquid crystal is sandwiched. In this configuration, if the applied voltage between the pixel electrode and the counter electrode is zero (or in the vicinity), the incident light is elliptically polarized by the liquid crystal layer and then reflected by the pixel electrode. Most of the light has a polarization component that is substantially 90 degrees shifted from the polarization component of the incident light. On the other hand, as the applied voltage of the liquid crystal layer gradually increases, the alignment angle of the liquid crystal molecules changes, and as a result, the emitted light gradually decreases in the amount of the polarized light component shifted by about 90 degrees from the polarized light component of the incident light. The light of the polarization component in the same direction as the polarization component of the incident light is gradually included.
Here, the applied voltage of the liquid crystal layer and the gradation (brightness) of the pixel have a relationship (normally white mode) in which the applied voltage is reduced when it is desired to increase the gradation. Therefore, in each of the optical modulators 100R, 100G, and 100B, the applied voltage of the liquid crystal layer is reduced as the gradation is increased in each pixel, and light having a component shifted from the polarization axis of the incident light is emitted.
The optical modulators 100R, 100G, and 100B are arranged such that the optical path lengths between the center of the display area and the center of the reflecting surface 40x (intersection of the optical axes 10a and 10b) are equal to each other and the vertical and horizontal directions coincide with each other.

レンズ群５０（投射手段）は、偏光ビームスプリッタ４０の出射面のうち、偏光ローテータ３２がが貼り付られた面４０ｂの側に配置し、偏光ビームスプリッタ４０による出射光（合成画像）を、スクリーン６０に向けて拡大投射するものである。 The lens group 50 (projection means) is arranged on the surface 40b side of the output surface of the polarization beam splitter 40 to which the polarization rotator 32 is attached, and the output light (composite image) from the polarization beam splitter 40 is transmitted to the screen. The projection is enlarged toward 60.

上述したように本実施形態では、偏光変換素子２０からの出射光は、そのほとんどがｓ方向に直線偏光した状態の光である。そこで以下については、偏光ローテータ３０に入射してから偏光ローテータ３２を出射するまでの経路について図４を参照して説明することにする。
レンズ２２からの出射光は、ｓ方向に直線偏光した状態の光であるが、偏光ローテータ３０によって、Ｇに相当する波長域の光は、その偏光方向がｓ方向からｐ方向に変換されて出射する一方、ＲおよびＢに相当する波長域の光は、その偏光方向がｓ方向そのままで出射する。このため、Ｇに相当する波長域の光は、反射面４０ｘを透過（直進）する一方、ＲおよびＧに相当する波長域の光は、反射面４０ｘで反射する。反射面４０ｘで反射したＲおよびＧに相当する波長域の光のうち、Ｒに相当する波長域の光は、ダイクロイックミラー２４を透過（直進）する一方、Ｂに相当する波長域の光は、ダイクロイックミラー２４で反射する。
したがって、光変調器１００Ｒには、Ｒに相当する波長域の光であってｓ方向に直線偏光した状態の光が、光変調器１００Ｇには、Ｇに相当する波長域の光であってｐ方向に直線偏光した状態の光が、光変調器１００Ｂには、Ｂに相当する波長域の光であってｓ方向に直線偏光した状態の光が、それぞれ入射することになる。 As described above, in the present embodiment, most of the light emitted from the polarization conversion element 20 is light that is linearly polarized in the s direction. Therefore, in the following, a path from entering the polarization rotator 30 to exiting the polarization rotator 32 will be described with reference to FIG.
The light emitted from the lens 22 is light that is linearly polarized in the s direction, but the light in the wavelength region corresponding to G is emitted by the polarization rotator 30 after the polarization direction is converted from the s direction to the p direction. On the other hand, light in the wavelength region corresponding to R and B is emitted with the polarization direction as it is. For this reason, light in the wavelength region corresponding to G is transmitted (straight forward) through the reflecting surface 40x, while light in the wavelength region corresponding to R and G is reflected by the reflecting surface 40x. Of the light in the wavelength region corresponding to R and G reflected by the reflecting surface 40x, the light in the wavelength region corresponding to R is transmitted (straight) through the dichroic mirror 24, while the light in the wavelength region corresponding to B is Reflected by the dichroic mirror 24.
Therefore, the light modulator 100R has light in the wavelength region corresponding to R and is linearly polarized in the s direction, and the light modulator 100G has light in the wavelength region corresponding to G and p Light in a state linearly polarized in the direction is incident on the optical modulator 100B with light in a wavelength region corresponding to B and linearly polarized in the s direction.

ここで、光変調器１００Ｒでは、画素を明るくさせるほど、当該画素の印加電圧が小さくなるので、当該画素の反射光には、偏光方向がｓ方向からｐ方向に変換された成分が多くなる。光変調器１００Ｒによる反射光は、ダイクロイックミラー２４を直進して、偏光ビームスプリッタ４０に再入射するが、偏光方向がｐ方向である成分は、図４（ａ）に示されるように、反射面４０ｘで反射せずに直進する。
一方、光変調器１００Ｇにおける画素の反射光には、当該画素を明るくさせるほど、ｐ方向からｓ方向に変換された成分が多くなる。光変調器１００Ｇによる反射光は、偏光ビームスプリッタ４０に再入射するが、偏光方向がｓ方向である成分は、同図に示されるように、反射面４０ｘで直進せずに反射する。
なお、光変調器１００Ｂにおいては、光変調器１００Ｒと同様に、画素を明るくさせるほど、当該画素の反射光に、ｓ方向からｐ方向に変換された成分が多くなる。光変調器１００Ｂによる反射光は、ダイクロイックミラー２４で反射して、偏光ビームスプリッタ４０に再入射するが、偏光方向がｐ方向である成分は、同図に示されるように、反射面４０ｘで反射せずに直進する。 Here, in the optical modulator 100R, the brighter the pixel, the smaller the applied voltage to the pixel. Therefore, the reflected light of the pixel includes more components whose polarization direction is converted from the s direction to the p direction. The reflected light from the optical modulator 100R travels straight through the dichroic mirror 24 and re-enters the polarization beam splitter 40. The component whose polarization direction is the p direction is reflected on the reflection surface as shown in FIG. Go straight without reflection at 40x.
On the other hand, the reflected light of the pixel in the optical modulator 100G has more components converted from the p direction to the s direction as the pixel becomes brighter. The reflected light from the optical modulator 100G reenters the polarization beam splitter 40, but the component whose polarization direction is the s direction is reflected without going straight on the reflecting surface 40x, as shown in FIG.
In the optical modulator 100B, as in the optical modulator 100R, the brighter the pixel, the more the reflected light from the pixel is converted from the s direction to the p direction. The light reflected by the light modulator 100B is reflected by the dichroic mirror 24 and reenters the polarization beam splitter 40. However, the component whose polarization direction is the p direction is reflected by the reflection surface 40x as shown in FIG. Go straight on without going.

したがって、光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂによる反射光のうち、画素を明るくさせる成分の光は、反射面４０ｘで合成され、偏光ビームスプリッタ４０における投射方向の面４０ｂから出射することになる。
そして、偏光ローテータ３２によって、Ｇに相当する波長域の光がｓ方向からｐ方向に変換されて出射する一方、ＲおよびＢに相当する波長域の光がｐ方向そのままで出射する。このため、Ｒ、ＧおよびＢに相当する波長域の光は、互いに偏光方向が揃えられた後に、投射レンズ群５０によってスクリーン６０に拡大投射されることになる。 Therefore, of the light reflected by the optical modulators 100R, 100G, and 100B, the light of the component that brightens the pixel is synthesized by the reflection surface 40x and emitted from the projection direction surface 40b of the polarization beam splitter 40.
Then, the light in the wavelength region corresponding to G is converted from the s direction to the p direction and emitted by the polarization rotator 32, while the light in the wavelength region corresponding to R and B is emitted as it is in the p direction. For this reason, the light in the wavelength regions corresponding to R, G, and B is enlarged and projected onto the screen 60 by the projection lens group 50 after the polarization directions are aligned.

ところで、光変調器１００Ｒでは、画素を暗くさせるほど、当該画素の印加電圧が大きくなるので、当該画素の反射光には、偏光方向が入射光と同じｓ方向の成分が多くなる。光変調器１００Ｒによる反射光のうち、偏光方向がｓ方向である成分は、図４（ｂ）に示されるように、偏光ビームスプリッタ４０に再入射したときに、反射面４０ｘで反射して光源１２側に戻る。
光変調器１００Ｇでは、画素を暗くさせるほど、当該画素の反射光に入射光と同じｐ方向の成分が多く含まれることになる。光変調器１００Ｇによる反射光のうち、偏光方向がｐ方向である成分は、同図に示されるように、偏光ビームスプリッタ４０に再入射したときに、反射面４０ｘで直進して光源１２側に戻る。
光変調器１００Ｂでは、光変調器１００Ｒと同様に、画素を暗くさせるほど、当該画素の反射光に入射光と同じｐ方向の成分が多くなるが、同図に示されるように、偏光ビームスプリッタ４０に再入射したときに、反射面４０ｘで反射して光源１２側に戻る。
したがって、光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂによる反射光のうち、偏光方向が入射光と同じ方向となる成分の光は、偏光ビームスプリッタ４０における投射方向の面４０ｂからは出射しないことになる。 By the way, in the optical modulator 100R, the darker the pixel, the higher the applied voltage of the pixel. Therefore, the reflected light of the pixel has more components in the s direction whose polarization direction is the same as the incident light. Of the light reflected by the optical modulator 100R, the component whose polarization direction is the s direction is reflected by the reflection surface 40x when re-entering the polarization beam splitter 40, as shown in FIG. Return to the 12th side.
In the optical modulator 100G, the darker the pixel, the more the component in the p direction that is the same as the incident light is included in the reflected light of the pixel. Of the light reflected by the optical modulator 100G, the component whose polarization direction is the p direction, as shown in the figure, travels straight on the reflecting surface 40x to the light source 12 side when re-entering the polarizing beam splitter 40. Return.
In the optical modulator 100B, as in the optical modulator 100R, the darker the pixel, the more the reflected light of the pixel has the same p-direction component as the incident light. However, as shown in FIG. When the light reenters 40, it is reflected by the reflecting surface 40x and returns to the light source 12 side.
Therefore, of the light reflected by the optical modulators 100R, 100G, and 100B, light having a component whose polarization direction is the same as that of the incident light is not emitted from the projection direction surface 40b of the polarization beam splitter 40.

このような実施形態によれば、１つの偏光ローテータ３０と、１個の偏光ビームスプリッタ４０と、１枚のダイクロイックミラー２４とによって、光源１２の入射光が、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長域の光に分離されるとともに、それぞれ光変調器１００Ｒ、１００Ｇおよび１００Ｂに入射する一方、それらの反射光が合成されるので、反射型の光変調器を用いたプロジェクタの光学系が簡素化されて、低コスト化や、小型化を推し進めることが可能となる。
また、この実施形態において、反射面４０ｘにより反射させるｓ方向偏光成分の光は、波長域がＧを挟んで離れたＲおよびＧに相当する色である。このため、波長−反射特性に急峻性が要求されないので、ダイクロイックミラー２４を容易に作成することができる。
なお、ダイクロイックミラー２４については、Ｒに相当する波長域の光を反射させ、その他の波長域の光を透過させる特性とし、反射側に光変調器１００Ｒを、透過側に光変調器１００Ｂをそれぞれ配置させて、反射および透過の関係を入れ替えても良い。 According to such an embodiment, one polarization rotator 30, one polarization beam splitter 40, and one dichroic mirror 24 allow the incident light of the light source 12 to be in the R, G, B wavelength region. While being separated into light and entering the light modulators 100R, 100G and 100B, respectively, their reflected lights are combined, so the optical system of the projector using the reflective light modulator is simplified, Cost reduction and downsizing can be promoted.
In this embodiment, the light of the s-direction polarization component reflected by the reflecting surface 40x is a color corresponding to R and G whose wavelength range is separated by sandwiching G. For this reason, since the wavelength-reflection characteristic is not required to be steep, the dichroic mirror 24 can be easily formed.
The dichroic mirror 24 reflects light in a wavelength region corresponding to R and transmits light in other wavelength regions, and includes an optical modulator 100R on the reflection side and an optical modulator 100B on the transmission side. The relationship between reflection and transmission may be exchanged by arranging them.

なお、実施形態では、反射面４０ｘによる反射光（すなわち、ＲおよびＢに相当する波長域の光であって、ｓ方向偏光成分の光）を、ダイクロイックミラー２４によりＲおよびＢに分離したが、反射面４０ｘによる透過光を、ダイクロイックミラーにより分離する構成としても良い。この構成としては、反射面４０ｘについて、ｐ方向偏光成分の光を反射させ、ｓ方向偏光成分の光を透過させるように変更するとともに、反射面４０ｘの反射側に光変調器１００Ｇを配置させる一方、反射面４０ｘの透過側にダイクロイックミラー２４、光変調器１００Ｒおよび１００Ｂを配置させる構成が考えられる。この構成では、図３に示した偏光ローテータ３０（３２）の特性が変更されない。
また、反射面４０ｘによる透過光を、ダイクロイックミラーにより分離する別の構成としては、偏光ローテータ３０（３２）について、ＲおよびＢに相当する波長域の光の偏光状態を、ｓ方向からｐ方向に（ｐ方向からｓ方向に）変換して出射し、Ｇに相当する波長域の光の偏光状態を変更しないで出射させる逆特性に変更するとともに、反射面４０ｘの反射側に光変調器１００Ｇを配置させる一方、反射面４０ｘの透過側にダイクロイックミラー２４、光変調器１００Ｒおよび１００Ｂを配置させる構成も考えられる。この構成では、偏光ビームスプリッタ４０（反射面４０ｘ）の特性が変更されない。 In the embodiment, the light reflected by the reflecting surface 40x (that is, light in the wavelength range corresponding to R and B and light in the s-direction polarization component) is separated into R and B by the dichroic mirror 24. A configuration may be adopted in which light transmitted by the reflecting surface 40x is separated by a dichroic mirror. In this configuration, the reflection surface 40x is changed to reflect the p-direction polarization component light and transmit the s-direction polarization component light, and the light modulator 100G is disposed on the reflection side of the reflection surface 40x. A configuration in which the dichroic mirror 24 and the light modulators 100R and 100B are arranged on the transmission side of the reflection surface 40x is conceivable. In this configuration, the characteristics of the polarization rotator 30 (32) shown in FIG. 3 are not changed.
As another configuration for separating the light transmitted by the reflecting surface 40x by the dichroic mirror, the polarization state of the light in the wavelength region corresponding to R and B is changed from the s direction to the p direction for the polarization rotator 30 (32). The light is converted and emitted (from the p direction to the s direction), changed to the reverse characteristic of emitting without changing the polarization state of the light in the wavelength region corresponding to G, and the light modulator 100G is provided on the reflection side of the reflection surface 40x. On the other hand, a configuration in which the dichroic mirror 24 and the optical modulators 100R and 100B are disposed on the transmission side of the reflecting surface 40x is also conceivable. In this configuration, the characteristics of the polarization beam splitter 40 (reflection surface 40x) are not changed.

また、上述した実施形態では、反射面４０ｘによる反射光を、ダイクロイックミラー２４により、ＲおよびＢに分離したが、図５に示されるように、同様な機能を有するダイクロイックプリズム４２によって分離する構成でも良い。このダイクロイックプリズム４２は、偏光ビームスプリッタ４０と同様に、透明性を有する二等辺直角三角柱状のガラス等のブロックを２つ、斜面同士を貼り合わせたものであり、その斜面には、Ｂに相当する波長域の光を反射させる一方、Ｒに相当する波長域の光を透過させる反射面４２ａが形成されている。
一方、偏光ビームスプリッタ４０における光源１２とは反対方向の面と光変調器１００Ｇとの間には、光変調器１００Ｒ、１００Ｂとの光路長を揃えるために、ダイクロイックプリズム４２と同じ材質のブロック４４が配置する。 In the above-described embodiment, the reflected light from the reflecting surface 40x is separated into R and B by the dichroic mirror 24. However, as shown in FIG. 5, it may be separated by the dichroic prism 42 having the same function. good. Similar to the polarizing beam splitter 40, the dichroic prism 42 has two isosceles right triangular prism-like blocks made of glass, and the slopes are bonded to each other. A reflection surface 42a is formed that reflects light in the wavelength region to be transmitted while transmitting light in the wavelength region corresponding to R.
On the other hand, a block 44 made of the same material as that of the dichroic prism 42 is provided between the surface of the polarizing beam splitter 40 opposite to the light source 12 and the optical modulator 100G in order to align the optical path lengths with the optical modulators 100R and 100B. To place.

図５に示される構成では、ダイクロイックプリズム４２およびブロック４４が配置することにより、レンズ群５０のバックフォーカス（レンズ群５０のうち、最も偏光ビームスプリッタ４０寄りに位置するレンズ面と焦点に相当する光変調器１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂの表示領域との距離）が短くなるので、その分だけ、レンズ群５０の光学構成を簡素化や、輝度効率の向上を図ることができる。
なお、図５では、配置説明のために、偏光ビームスプリッタ４０に対してダイクロイックプリズム４２およびブロック４４を離間させ、さらに、ダイクロイックプリズム４２に対して光変調器１００Ｒ、１００Ｂを、ブロック４４に対して光変調器１００Ｇを、それぞれ離間させたが、これらを互いに密着させて固定化する構成としても良い。このように密着させた構成によれば、光学系の剛性が高まるので、振動等による相対的な位置ずれが抑えられ、光学系を再調整するなどのメンテンナンスが不要となる。 In the configuration shown in FIG. 5, the dichroic prism 42 and the block 44 are arranged so that the back focus of the lens group 50 (the lens surface located closest to the polarization beam splitter 40 and the light corresponding to the focal point in the lens group 50). The distance from the display areas of the modulators 100R, 100G, and 100B is shortened, and accordingly, the optical configuration of the lens group 50 can be simplified and the luminance efficiency can be improved.
In FIG. 5, the dichroic prism 42 and the block 44 are separated from the polarization beam splitter 40, and the optical modulators 100 </ b> R and 100 </ b> B are disposed with respect to the dichroic prism 42 and the block 44 is illustrated with reference to FIG. 5. The optical modulators 100G are spaced apart from each other, but may be configured such that they are brought into close contact with each other and fixed. According to such a close contact structure, the rigidity of the optical system is increased, so that a relative positional shift due to vibration or the like is suppressed, and maintenance such as readjustment of the optical system becomes unnecessary.

また、上述した実施形態では、３板方式としたが、例えばさらに１つの色を追加した４板方式にも適用可能である。
図６は、４板方式のプロジェクタの構成を示す平面図である。
この図において、偏光ローテータ３４、３６は、それぞれ図１における偏光ローテータ３０、３２と同位置に設けられるが、その光学特性が異なる。詳細には、偏光ローテータ３４、３６は、例えば図７に示されるように、ＹおよびＢに相当する波長域の光の偏光状態を、ｓ方向からｐ方向に（ｐ方向からｓ方向に）変換して出射し、ＲおよびＧbに相当する波長域の光の偏光状態を変更しないで出射させる。
ここで、ＹおよびＧbは、Ｇ（緑）に相当する波長域を、それぞれＲ寄りのＧとＢ寄りのＧとに分けたものである。
さらに、ダイクロイックミラー２６は、図１におけるダイクロイックミラー２４の位置に設けられるが、その光学特性が、Ｇbに相当する波長域の光を反射させ、その他の波長域の光を透過させる特性に変更される。なお、ダイクロイックミラー２６の反射側には、表示領域の垂直中心が光軸１０ｃに一致するように、光変調器１００Ｇbが配置する。 In the above-described embodiment, the three-plate system is used. However, for example, the present invention can also be applied to a four-plate system in which one color is further added.
FIG. 6 is a plan view showing the configuration of a four-plate projector.
In this figure, the polarization rotators 34 and 36 are provided at the same positions as the polarization rotators 30 and 32 in FIG. 1, respectively, but their optical characteristics are different. Specifically, the polarization rotators 34 and 36, for example, as shown in FIG. 7, convert the polarization state of light in the wavelength region corresponding to Y and B from the s direction to the p direction (from the p direction to the s direction). The light is emitted without changing the polarization state of the light in the wavelength region corresponding to R and Gb.
Here, Y and Gb are obtained by dividing the wavelength range corresponding to G (green) into G near R and G near B, respectively.
Further, the dichroic mirror 26 is provided at the position of the dichroic mirror 24 in FIG. 1, but its optical characteristics are changed to a characteristic that reflects light in a wavelength region corresponding to Gb and transmits light in other wavelength regions. The The light modulator 100Gb is disposed on the reflection side of the dichroic mirror 26 so that the vertical center of the display area coincides with the optical axis 10c.

一方、偏光ビームスプリッタ４０からみて光源１２の反対側には、Ｙに相当する波長域の光を反射させ、その他の波長域の光を透過させるダイクロイックミラー２８が配置する。ダイクロイックミラー２８の透過側には、表示領域の垂直中心が光軸１０ａに一致するように、光変調器１００Ｂが配置する。ここで、説明の便宜上、ダイクロイックミラー２８による光軸１０ａの反射軸を光軸１０ｄとすると、ダイクロイックミラー２４の反射側には、表示領域の垂直中心が光軸１０ｄに一致するように、光変調器１００Ｙが配置する。
なお、光変調器１００Ｒ、１００Ｙ、１００Ｇb、１００Ｂは、それぞれＲ、Ｙ、Ｇb、Ｂに対応する反射型液晶パネルであり、上述した実施形態と同様にノーマリーホワイトモードに設定されている。 On the other hand, a dichroic mirror 28 that reflects light in a wavelength region corresponding to Y and transmits light in other wavelength regions is disposed on the opposite side of the light source 12 from the polarization beam splitter 40. On the transmission side of the dichroic mirror 28, the light modulator 100B is arranged so that the vertical center of the display area coincides with the optical axis 10a. Here, for convenience of explanation, if the reflection axis of the optical axis 10a by the dichroic mirror 28 is the optical axis 10d, the optical modulation is performed so that the vertical center of the display area coincides with the optical axis 10d on the reflection side of the dichroic mirror 24. A container 100Y is arranged.
The optical modulators 100R, 100Y, 100Gb, and 100B are reflective liquid crystal panels corresponding to R, Y, Gb, and B, respectively, and are set to a normally white mode as in the above-described embodiment.

このような構成において、レンズ２２からの出射した、ｓ方向に直線偏光した状態の光のうち、偏光ローテータ３４によって、ＹおよびＢに相当する波長域の光は、偏光方向がｓ方向からｐ方向に変換されて出射する一方、ＲおよびＧbに相当する波長域の光は、偏光方向がｓ方向そのままで出射する。このため、ＹおよびＢに相当する波長域の光は、反射面４０ｘを直進する一方、ＲおよびＧbに相当する波長域の光は、反射面４０ｘで反射する。
反射面４０ｘで反射したＲおよびＧbに相当する波長域の光のうち、Ｒに相当する波長域の光は、ダイクロイックミラー２６を直進する一方、Ｇbに相当する波長域の光は、ダイクロイックミラー２６で反射する。
反射面４０ｘを直進したＹおよびＢに相当する波長域の光のうち、Ｂに相当する波長域の光は、ダイクロイックミラー２８を直進する一方、Ｙに相当する波長域の光は、ダイクロイックミラー２８で反射する。
したがって、光変調器１００Ｒには、Ｒに相当する波長域の光であってｓ方向に直線偏光した状態の光が、光変調器１００Ｙには、Ｙに相当する波長域の光であってｐ方向に直線偏光した状態の光が、光変調器１００Ｇbには、Ｇbに相当する波長域の光であってｓ方向に直線偏光した状態の光が、光変調器１００Ｂには、Ｂに相当する波長域の光であってｐ方向に直線偏光した状態の光が、それぞれ入射することになる。 In such a configuration, out of the light emitted from the lens 22 and linearly polarized in the s direction, the light in the wavelength region corresponding to Y and B is polarized by the polarization rotator 34 in the polarization direction from the s direction to the p direction. On the other hand, the light in the wavelength region corresponding to R and Gb is emitted with the polarization direction as it is in the s direction. For this reason, light in a wavelength region corresponding to Y and B travels straight on the reflecting surface 40x, while light in a wavelength region corresponding to R and Gb is reflected by the reflecting surface 40x.
Of the light in the wavelength region corresponding to R and Gb reflected by the reflecting surface 40x, the light in the wavelength region corresponding to R travels straight through the dichroic mirror 26, while the light in the wavelength region corresponding to Gb passes through the dichroic mirror 26. Reflect on.
Of the light in the wavelength region corresponding to Y and B that travels straight on the reflecting surface 40x, the light in the wavelength region corresponding to B travels straight through the dichroic mirror 28, while the light in the wavelength region corresponding to Y passes through the dichroic mirror 28. Reflect on.
Therefore, the light modulator 100R has light in the wavelength region corresponding to R and is linearly polarized in the s direction, and the light modulator 100Y has light in the wavelength region corresponding to Y and p. Light in a state linearly polarized in the direction corresponds to light in the wavelength range corresponding to Gb in the optical modulator 100Gb and light in a state linearly polarized in the s direction corresponds to B in the optical modulator 100B. Light in a wavelength range and in a state of being linearly polarized in the p direction enters each.

光変調器１００Ｒ、１００Ｙ、１００Ｇbおよび１００Ｂでは、画素を明るくさせるほど、当該画素の印加電圧が小さくなるので、当該画素の反射光には、入射光とは異なる方向に変換された成分が多くなる。
ここで、光変調器１００Ｒによる反射光は、ダイクロイックミラー２６を直進して、偏光ビームスプリッタ４０に再入射するが、偏光方向がｐ方向に変換された成分は、反射面４０ｘで反射せずに直進する。同様に、光変調器１００Ｇによる反射光は、ダイクロイックミラー２６で反射して、偏光ビームスプリッタ４０に再入射するが、偏光方向がｐ方向に変換された成分は、反射面４０ｘで反射せずに直進する。
一方、光変調器１００Ｂによる反射光は、ダイクロイックミラー２８を直進して、偏光ビームスプリッタ４０に再入射するが、偏光方向がｓ方向に変換された成分は、反射面４０ｘで反射する。同様に、光変調器１００Ｙによる反射光は、ダイクロイックミラー２８で反射して、偏光ビームスプリッタ４０に再入射するが、偏光方向がｓ方向に変換された成分は、反射面４０ｘで反射する。
したがって、光変調器１００Ｒ、１００Ｙ、１００Ｇbおよび１００Ｂによる反射光のうち、画素を明るくさせる成分の光は、偏光ビームスプリッタ４０における投射側の面４０ｂから出射することになる。
なお、光変調器１００Ｒ、１００Ｙ、１００Ｇbおよび１００Ｂによる反射光のうち、入射光と同じ方向に偏光した成分の光は、偏光ビームスプリッタ４０に再入射したときに、光源１２側に戻るので、面４０ｂには現れない。 In the optical modulators 100R, 100Y, 100Gb, and 100B, the brighter the pixel, the smaller the applied voltage to the pixel. Therefore, the reflected light of the pixel has more components converted in a direction different from the incident light. .
Here, the reflected light from the optical modulator 100R travels straight through the dichroic mirror 26 and reenters the polarization beam splitter 40, but the component whose polarization direction has been converted to the p direction is not reflected by the reflection surface 40x. Go straight. Similarly, the reflected light from the optical modulator 100G is reflected by the dichroic mirror 26 and reenters the polarization beam splitter 40, but the component whose polarization direction is converted to the p direction is not reflected by the reflecting surface 40x. Go straight.
On the other hand, the reflected light from the light modulator 100B travels straight through the dichroic mirror 28 and re-enters the polarization beam splitter 40, but the component whose polarization direction is converted to the s direction is reflected by the reflection surface 40x. Similarly, the reflected light from the optical modulator 100Y is reflected by the dichroic mirror 28 and reenters the polarization beam splitter 40, but the component whose polarization direction is converted into the s direction is reflected by the reflecting surface 40x.
Therefore, of the light reflected by the light modulators 100R, 100Y, 100Gb, and 100B, the light component that brightens the pixel is emitted from the projection-side surface 40b of the polarization beam splitter 40.
Of the light reflected by the light modulators 100R, 100Y, 100Gb, and 100B, the light of the component polarized in the same direction as the incident light returns to the light source 12 side when reentering the polarization beam splitter 40. It does not appear in 40b.

この例において、反射面４０ｘで反射するｓ方向偏光成分の光は、波長域がＹを挟んで離れたＲおよびＧbに相当する色である。同様に、反射面４０ｘを透過するｐ方向偏光成分の光は、波長域がＧbを挟んで離れたＹおよびＢに相当する色である。このため、波長−反射特性に急峻性が要求されないので、ダイクロイックミラー２６、２８を容易に作成することができる。 In this example, the light of the s-direction polarization component reflected by the reflecting surface 40x is a color corresponding to R and Gb whose wavelength range is separated with Y interposed therebetween. Similarly, the light of the p-direction polarization component transmitted through the reflecting surface 40x is a color corresponding to Y and B whose wavelength range is separated by sandwiching Gb. For this reason, since steepness is not required for the wavelength-reflection characteristics, the dichroic mirrors 26 and 28 can be easily formed.

このような４板方式によれば、３板方式と比較して色再現性を高めることができる。この際、構成的に付加されるのは、図１に示した３板方式に対して、光変調器を除けば、１個のダイクロイックミラーで済むので、構成の簡易化を図ることが可能である。
なお、図６に示される構成において、ダイクロイックミラー２６、２８をそれぞれ図５におけるダイクロイックプリズムに置き換えるとともに、これらのダイクロイックプリズム、光変調器１００Ｒ、１００Ｙ、１００Ｇb、１００Ｂおよび偏光ビームスプリッタ４０を互いに密着させて固定しても良い。 According to such a four-plate method, color reproducibility can be improved as compared with the three-plate method. In this case, the configuration is added to the three-plate system shown in FIG. 1 except for a single dichroic mirror except for the optical modulator, so that the configuration can be simplified. is there.
In the configuration shown in FIG. 6, the dichroic mirrors 26 and 28 are replaced with the dichroic prisms in FIG. 5, respectively, and the dichroic prisms, the optical modulators 100R, 100Y, 100Gb, and 100B, and the polarization beam splitter 40 are brought into close contact with each other. May be fixed.

なお、上述した図１、図５および図６に示した構成では、偏光変換素子２０からの出射光をｓ方向偏光としたが、上述したようにｐ方向偏光とした場合には、偏光ビームスプリッタ４０における反射面４０ｘを、ｐ方向偏光成分の光を反射させ、ｓ方向偏光成分の光を透過させる構成とすれば良い。
また、光変調器についてはノーマリーホワイトモードに限られず、ノーマリーブラックモードにも適用可能である。ノーマリーブラックモードとする場合には、例えば、液晶分子の長軸が電圧無印加時において基板方向に平行となるＳＨ型液晶とすれば良い。ＳＨ型液晶とした場合、詳細には、光変調器１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂは、各画素にわたって設けられた矩形状の画素電極（反射電極）と、この画素電極に対向し、各画素にわたって共通の対向電極との間に、ＴＮ型の液晶が挟持された構成となっている。電圧が印加されていなければ、入射光は、偏光方向がそのままの状態で反射電極に至るので、その出射（反射）光は、入射光の偏光方向と同方向となる。電圧が印加されると、入射光は、液晶層によって楕円偏光されて、反射電極に至るので、その出射（反射）光は、入射光の偏光成分とほぼ９０度ずれた偏光成分を多く含むことになる。 In the configuration shown in FIGS. 1, 5, and 6, the light emitted from the polarization conversion element 20 is s-direction polarized light. However, when the light is p-direction polarized light as described above, the polarization beam splitter is used. The reflection surface 40x in 40 may be configured to reflect the p-direction polarization component light and transmit the s-direction polarization component light.
Further, the optical modulator is not limited to the normally white mode, and can be applied to a normally black mode. In the case of the normally black mode, for example, an SH type liquid crystal in which the major axis of liquid crystal molecules is parallel to the substrate direction when no voltage is applied may be used. In the case of an SH type liquid crystal, in detail, the optical modulators 100R, 100G, and 100B have a rectangular pixel electrode (reflective electrode) provided over each pixel and a common pixel electrode across the pixel electrode. A TN liquid crystal is sandwiched between the counter electrode. If no voltage is applied, the incident light reaches the reflection electrode with the polarization direction unchanged, and the emitted (reflected) light is in the same direction as the polarization direction of the incident light. When a voltage is applied, the incident light is elliptically polarized by the liquid crystal layer and reaches the reflective electrode, so that the emitted (reflected) light contains a large amount of polarized light components that are substantially 90 degrees shifted from the polarized light component of the incident light. become.

なお、図１および図５に示した構成における偏光ローテータ３２を、および、図６に示した構成における偏光ローテータ３６については、レンズ群５０への出射光の偏光方向を揃える必要がなければ不要となる。
ただし、レンズ群５０の出射光を、数枚のミラーを経てスクリーンに投影する、いわゆるリアプロジェクション型などの構成では、偏光方向を揃えた構成が望ましい。ここで、偏光ローテータ３２（３６）を設ける場合、その目的は、出射光の偏光方向を揃えることであるから、偏光ローテータ３０（３４）と同特性ではなく逆特性として、Ｒ、Ｂの出射光（反射面４０ｘの透過光）をｐ方向からｓ方向偏光に変換して、Ｇのｓ方向偏光に揃えても良い。 The polarization rotator 32 in the configuration shown in FIGS. 1 and 5 and the polarization rotator 36 in the configuration shown in FIG. 6 are not necessary unless the polarization direction of the outgoing light to the lens group 50 needs to be aligned. Become.
However, in a configuration such as a so-called rear projection type in which the light emitted from the lens group 50 is projected onto a screen through several mirrors, a configuration in which the polarization directions are aligned is desirable. Here, when the polarization rotator 32 (36) is provided, the purpose thereof is to align the polarization direction of the emitted light. Therefore, the R and B outgoing lights are not the same characteristics as the polarization rotator 30 (34) but as the opposite characteristics. (Transmission light of the reflecting surface 40x) may be converted from p-direction to s-direction polarization to be aligned with G s-direction polarization.

本発明の実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the projector which concerns on embodiment of this invention. 同プロジェクタにおける偏光変換素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization conversion element in the projector. 同プロジェクタにおける偏光ローテータによる特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic by the polarization rotator in the projector. 同プロジェクタにおける光変調器の入・出射光の経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route of the incoming / outgoing light of the optical modulator in the projector. 実施形態に係るプロジェクタの応用例（その１）の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the application example (the 1) of the projector which concerns on embodiment. 実施形態に係るプロジェクタの応用例（その２）の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the application example (the 2) of the projector which concerns on embodiment. 同応用例における偏光ローテータの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the polarization rotator in the application example.

符号の説明Explanation of symbols

１…プロジェクタ、１２…光源、１６、１８…レンズアレイ、２０…偏光変換素子、２４、２６、２８…ダイクロイックミラー、３０、３２…偏光ローテータ、４０…ビームスプリッタ、４０ｘ…反射面、４２…ダイクロイックプリズム、４４…ブロック、１００Ｒ、１００Ｙ、１００Ｇ、１００Ｂ…光変調器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Projector, 12 ... Light source, 16, 18 ... Lens array, 20 ... Polarization conversion element, 24, 26, 28 ... Dichroic mirror, 30, 32 ... Polarization rotator, 40 ... Beam splitter, 40x ... Reflecting surface, 42 ... Dichroic Prism 44 ... Block 100R, 100Y, 100G, 100B ... Optical modulator

Claims

偏光方向が一方方向に揃った入射光のうち、第１波長域と第２波長域における光の偏光方向を一方方向から他方方向に変換し、第３波長域と第４波長域における光の偏光方向を変換しないで出射する第１偏光変換器と、
偏光選択面を有し、前記第１偏光変換器による出射光のうち、前記第１波長域と前記第２波長域の光を前記偏光選択面にて反射させ、前記第３波長域と前記第４波長域の光を透過させる偏光選択器と、
前記偏光選択面による反射光のうち、前記第１波長域と前記第２波長域の光のいずれか一方の光を反射させ、他方の光を透過する第１半透鏡と、
前記偏光選択面による透過光のうち、前記第３波長域と前記第４波長域の光のいずれか一方の光を反射させ、他方の光を透過する第２半透鏡と、
入射光に対する反射光の偏光状態を制御する第１乃至第４光変調器と、
を有し、
前記第１波長域と前記第２波長域とは、前記第３波長域を挟んで離れた互いに重ならない波長域であり、
前記第３波長域と前記第４波長域とは、前記第２波長域を挟んで離れた互いに重ならない波長域であり、
前記第１光変調器は、前記第１半透鏡による透過光を入射し、
前記第２光変調器は、前記第１半透鏡による反射光を入射し、
前記第３光変調器は、前記第２半透鏡による透過光を入射し、
前記第４光変調器は、前記第２半透鏡による反射光を入射し、
前記偏光選択器は、前記第１光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面を透過した成分と、前記第２光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面を透過した成分と、前記第３光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面で反射した成分と、前記第４光変調器による反射光のうち、前記偏光選択面で反射した成分と、を合成する
ことを特徴とするプロジェクタの光学エンジン。 Of the incident light whose polarization direction is aligned in one direction, the polarization direction of the light in the first wavelength range and the second wavelength range is converted from one direction to the other direction, and the polarization of the light in the third wavelength range and the fourth wavelength range A first polarization converter that emits without changing direction;
A polarization selection surface, wherein light of the first wavelength region and the second wavelength region out of the light emitted from the first polarization converter is reflected by the polarization selection surface, and the third wavelength region and the first wavelength region A polarization selector that transmits light in four wavelengths;
A first semi-transparent mirror that reflects one of the light in the first wavelength range and the second wavelength range among the reflected light from the polarization selection surface and transmits the other light;
A second semi-transparent mirror that reflects one of the light in the third wavelength range and the fourth wavelength range among the transmitted light by the polarization selection surface and transmits the other light;
First to fourth optical modulators for controlling the polarization state of reflected light with respect to incident light;
Have
The first wavelength region and the second wavelength region are wavelength regions that do not overlap with each other across the third wavelength region,
The third wavelength region and the fourth wavelength region are wavelength regions that do not overlap each other across the second wavelength region,
The first light modulator receives light transmitted by the first half mirror,
The second light modulator receives light reflected by the first half mirror,
The third light modulator receives light transmitted by the second half mirror;
The fourth light modulator receives light reflected by the second half mirror,
The polarization selector includes a component transmitted through the polarization selection surface in the reflected light from the first light modulator, and a component transmitted through the polarization selection surface in the reflected light from the second light modulator; The component reflected by the polarization selection surface in the reflected light by the third light modulator and the component reflected by the polarization selection surface among the reflected light by the fourth light modulator are combined. Projector optical engine.

前記偏光選択器による合成光のうち、前記第１波長域と前記第２波長域における光、または、前記第３波長域と前記第４波長域における光の偏光方向を変換する第２偏光変換器を、さらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタの光学エンジン。 Of the combined light by the polarization selector , a second polarization converter that converts the polarization direction of the light in the first wavelength range and the second wavelength range, or the light in the third wavelength range and the fourth wavelength range. The projector's optical engine according to claim 1, further comprising:

請求項１または２に記載のプロジェクタの光学エンジンと、
前記偏光選択器による合成光を投射する投射手段と、
を有することを特徴とするプロジェクタ。 An optical engine of the projector according to claim 1 or 2 ,
Projecting means for projecting the combined light by the polarization selector;
A projector comprising: