JP7447890B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

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Description

本開示は、光学素子、及び、係る光学素子を有する投射型表示装置、具体的には、プロジェクタに関する。
透過型液晶パネルに比べ高開口率、高精細といった利点を有する反射型液晶パネルによって光源から射出された光束を変調し、変調後の光束を投射光学系を介して投射面上に拡大投射する3板式のプロジェクタが、例えば、特開2011-154381号公報から周知である。この3板式のプロジェクタ(投射型画像表示装置)は、
(A)第1波長領域の光に対応する第1反射型液晶表示素子、
(B)第1波長領域とは異なる第2波長領域の光に対応する第2反射型液晶表示素子、
(C)第1、第2波長領域とは異なる緑の波長領域の光に対応する第3反射型液晶表示素子、
(D)第1、第2、第3反射型液晶表示素子からの光を投射する投射光学系、
(E)光源からの第1波長領域の光の内、第1偏光方向の光を第1反射型液晶表示素子に導き、第1反射型液晶表示素子で反射した光の内、第1偏光方向と直交する第2偏光方向の光を投射光学系に導くと共に、光源からの第2波長領域の光の内、第2偏光方向の光を第2反射型液晶表示素子に導き、第2反射型液晶表示素子で反射した光の内、第1偏光方向の光を投射光学系に導く第1偏光ビームスプリッタ、並びに、
(F)光源からの緑の波長領域の光の内、第1偏光方向の光を第3反射型液晶表示素子に導き、第3反射型液晶表示素子で反射した光の内、第2偏光方向の光を投射光学系に導く第2偏光ビームスプリッタ、
を有しており、
(G)第1偏光ビームスプリッタと投射光学系との間に、第1偏光ビームスプリッタ側から順に、
第1波長領域の光の偏光方向を90度回転させ、第2波長領域の光の偏光方向を回転させない波長選択性位相差板、
第1偏光方向の光と第2偏光方向の光の内、一方を投射光学系に対して遮光し、他方を投射光学系に導く第1の偏光板、
第1、第2及び緑の波長領域の光の内、緑の波長領域の光に関しては第1偏光方向の光も第2偏光方向の光も透過、あるいは、第1偏光方向の光も第2偏光方向の光も反射することにより、第1偏光ビームスプリッタからの出射光の光路と第2偏光ビームスプリッタからの出射光の光路とを合成し、投射光学系に導く光路合成素子、及び、
1/4波長板、
を備えており、
(H)第2偏光ビームスプリッタと光路合成素子との間に、第1偏光方向の光と第2偏光方向の光の内、一方を投射光学系に対して遮光し、他方を投射光学系に導く第2の偏光板、
を備えている。
そして、この特開2011-154381号公報の段落番号[0026]には、以下の記載がある。即ち、「例えば緑色光18gのうち、投射レンズで反射されて戻って来た戻り光は、P偏光の偏光光の状態で色合成素子19で反射されて偏光板16Aに入射し、この偏光板16Aで吸収される。同様に、18r、18bの戻り光は、偏光板16Bで吸収される。つまり投射レンズの透過(境界)面で反射した戻り光はパネル面に到達する前に吸収されてしまう。つまり、投射レンズで反射されて戻って来た戻り光は、いずれの色光に関しても再反射して再び投射レンズに戻らないまま、偏光板で吸収されてしまうため、投射レンズでの光の反射に起因するスクリーン上の画像劣化(コントラスト低下)を防ぐことができる。」
特開2011-154381号公報
特開2011-154381号公報に開示された技術にあっては、戻り光は、いずれの色光に関しても偏光板で吸収される。従って、プロジェクタ(投射型画像表示装置)における発熱が大きいといった問題がある。
従って、本開示の目的は、発熱を出来るだけ抑制し得る構成、構造の投射型表示装置、及び、係る投射型表示装置での使用に適した光学素子を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の第1の態様に係る光学素子は、偏光ビームスプリッター、位相差板、及び、変更手段を備えており、
光源から偏光ビームスプリッターに入射した光は、偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、
位相差板を通過した光であって、位相差板へと戻ってきた戻り光は、位相差板を通過し、偏光ビームスプリッターに入射し、偏光ビームスプリッターから出射され、変更手段に衝突し、変更手段によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更される。
上記の目的を達成するための本開示の投射型表示装置は、
第1偏光ビームスプリッター、位相差板、及び、第1変更手段を備えた光学素子、並びに、
第1反射型空間光変調器、
を備えており、
光源から出射され、第1反射型空間光変調器を経由して第1偏光ビームスプリッターに入射した第1の波長帯を有する第1の光は、第1偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、投射光学系へと向かい、
投射光学系から戻ってきた第1の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、第1偏光ビームスプリッターから出射され、第1変更手段に衝突し、第1変更手段によって光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更される。
上記の目的を達成するための本開示の第2の態様に係る光学素子は、偏光ビームスプリッター、位相差板、及び、変更手段を備えており、
光源から偏光ビームスプリッターに入射した光は、偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、
位相差板を通過した光であって、位相差板へと戻ってきた戻り光は、位相差板を通過し、偏光ビームスプリッターに入射し、偏光ビームスプリッターから出射され、吸熱部材によって吸収される。
図1A及び図1Bは、実施例1の光学素子及び実施例1の光学素子の変形例-1の概念図である。 図2A及び図2Bは、実施例1の光学素子の変形例-2及び変形例-3の概念図である。 図3A及び図3Bは、実施例1の光学素子の変形例-4及び変形例-5の概念図である。 図4は、実施例2の光学素子の概念図である。 図5は、実施例2の光学素子の概念図である。 図6A及び図6Bは、実施例3の光学素子の概念図である。 図7は、実施例4の投射型表示装置の概念図である。 図8A及び図8Bは、それぞれ、実施例4の投射型表示装置、及び、実施例4の投射型表示装置の変形例-6の一部を拡大した概念図である。 図9は、実施例4の投射型表示装置の変形例-1の概念図である。 図10は、実施例4の投射型表示装置の変形例-2の概念図である。 図11は、実施例4の投射型表示装置の変形例-3の概念図である。 図12は、実施例4の投射型表示装置の変形例-4の概念図である。 図13は、実施例4の投射型表示装置の変形例-5の概念図である。 図14は、実施例5の投射型表示装置(実施例4の変形例-4の変形)の概念図である。 図15は、実施例5の投射型表示装置(実施例4の変形例-4の変形)の概念図である。 図16は、実施例5の投射型表示装置の更に別の変形例の概念図である。 図17は、実施例4の投射型表示装置の変形例-7の概念図である。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
1.本開示の第1の態様~第2の態様に係る光学素子、本開示の投射型表示装置、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様に係る光学素子)
3.実施例2(実施例1の光学素子の変形、本開示の投射型表示装置、第1構成の投射型表示装置)
4.実施例3(実施例2の投射型表示装置の変形、第2構成の投射型表示装置)
5.実施例4(実施例2の投射型表示装置の別の変形、第3構成の投射型表示装置)
6.実施例5(実施例4の投射型表示装置の変形)
7.その他
〈本開示の第1の態様~第2の態様に係る光学素子、本開示の投射型表示装置、全般に関する説明〉
本開示の第1の態様~第2の態様に係る光学素子、あるいは、本開示の投射型表示装置を構成する光学素子において、特段の断りの無い限り、偏光ビームスプリッター、第1偏光ビームスプリッター、第2偏光ビームスプリッター、第3偏光ビームスプリッターは偏光分離面を有しており、光、第1の光、第2の光あるいは第3の光において、P偏光の光は偏光分離面を通過し、S偏光の光は偏光分離面において反射される。
本開示の投射型表示装置にあっては、
第2反射型空間光変調器を更に備えており、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光が第1の光と同じ方向から第1偏光ビームスプリッターに入射し、
第1偏光ビームスプリッターに入射した第2の光は、第1の光とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2反射型空間光変調器において反射され、第1偏光ビームスプリッターに再入射し、第1の光と同じ方向に第1偏光ビームスプリッターから再出射され、位相差板へと向かう構成とすることができる。ここで、係る構成の投射型表示装置を、便宜上、『第1構成の投射型表示装置』と呼ぶ場合がある。
第1構成の投射型表示装置において、第1偏光ビームスプリッターに入射する第1の光と第2の光の偏光状態を異ならせるために、第1の光及び第2の光が第1偏光ビームスプリッターに入射する手前に、第1の光と第2の光の偏光状態を変える波長選択性位相差板を配置することが好ましい。ここで、波長選択性位相差板とは、第1の光が通過するとき、第1の光の偏光状態を第1の偏光状態(例えば、S偏光状態あるいはP偏光状態)とし、第2の光が通過するとき、第2の光の偏光状態を第2の偏光状態(例えば、P偏光状態あるいはS偏光状態)とする位相差板である。以下においても同様である。あるいは又、第1構成の投射型表示装置において、第1偏光ビームスプリッターに入射する第1の光と第2の光の偏光状態を異ならせるために、第1の光及び第2の光を照明系においてダイクロイックミラー等で分岐させ、第1の光と第2の光のうち一方の光の偏光状態を、二分の一波長板等を用いて第1の偏光状態から第2の偏光状態とし、ダイクロイックミラー等で再び合成させてもよい。
あるいは又、本開示の投射型表示装置にあっては、
第2反射型空間光変調器及び第2偏光ビームスプリッターを更に備えており、
光源から第1の光は、第2偏光ビームスプリッターに入射し、第2偏光ビームスプリッターから出射され、第1反射型空間光変調器において反射され、第2偏光ビームスプリッターに再入射し、第2偏光ビームスプリッターから再出射され、第1偏光ビームスプリッターに入射し、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光が第1の光と同じ方向から第2偏光ビームスプリッターに入射し、第1の光とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッターから出射され、第2反射型空間光変調器において反射され、第2偏光ビームスプリッターに再入射し、第1の光と同じ方向に第2偏光ビームスプリッターから再出射され、第1偏光ビームスプリッターに入射する構成とすることができる。ここで、係る構成の投射型表示装置を、便宜上、『第2構成の投射型表示装置』と呼ぶ場合がある。
第2構成の投射型表示装置においても、第2偏光ビームスプリッターから再出射されたときの第1の光の偏光状態と、第1偏光ビームスプリッターに入射するときの第1の光の偏光状態とを変える第1波長選択性位相差板を配置することが好ましい。
あるいは又、本開示の投射型表示装置にあっては、
第2反射型空間光変調器、第2偏光ビームスプリッター及び第3偏光ビームスプリッターを更に備えており、
光源から第1の光は、第2偏光ビームスプリッターに入射し、第2偏光ビームスプリッターから出射され、第1反射型空間光変調器において反射され、第2偏光ビームスプリッターに再入射し、第2偏光ビームスプリッターから再出射され、第1偏光ビームスプリッターに入射し、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光が、第3偏光ビームスプリッターに入射し、第3偏光ビームスプリッターから出射され、第2反射型空間光変調器において反射され、第3偏光ビームスプリッターに再入射し、及び、第1変更手段を経由して第1偏光ビームスプリッターに入射し、第1偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、投射光学系へと向かう構成とすることができる。ここで、係る構成の投射型表示装置を、便宜上、『第3構成の投射型表示装置』と呼ぶ場合がある。
そして、第3構成の投射型表示装置にあっては、
第3偏光ビームスプリッターに隣接して、第2反射型空間光変調器とは異なる位置に配置された第3反射型空間光変調器を更に備えており、
光源から出射され、第3偏光ビームスプリッターに入射した、第3の波長帯を有する第3の光は、第3偏光ビームスプリッターから出射され、第3反射型空間光変調器において反射され、第3偏光ビームスプリッターに再入射し、第2の光と同じ方向に第3偏光ビームスプリッターから再出射され、第1変更手段に入射し、第1変更手段から第1偏光ビームスプリッター及び位相差板を通過し、投射光学系へと向かう構成とすることができる。
上記の好ましい構成を含む第3構成の投射型表示装置において、投射光学系から戻ってきた第2の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターから出射する方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッターから出射される形態とすることができる。
あるいは又、上記の好ましい構成を含む第3構成の投射型表示装置において、投射光学系から戻ってきた第2の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2変更手段に衝突し、第2変更手段によって第1偏光ビームスプリッターへと戻され、第2の光の戻り光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と異なる方向に第1偏光ビームスプリッターから出射される形態とすることができる。
あるいは又、上記の好ましい構成を含む第3構成の投射型表示装置において、投射光学系から戻ってきた第2の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2変更手段に衝突し、第2変更手段によって、光の経路が変更され、又は、第2変更手段によって波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、又は、吸収される形態とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む第3構成の投射型表示装置にあっては、
第4反射型空間光変調器を更に備えており、
光源から、第4の波長帯を有する第4の光が第1の光と同じ方向から第2偏光ビームスプリッターに入射し、
第2偏光ビームスプリッターに入射した第4の光は、第1の光とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッターから出射され、第4反射型空間光変調器において反射され、第1偏光ビームスプリッターに再入射し、第1の光と同じ方向に第2偏光ビームスプリッターから再出射され、位相差板へと向かう形態とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の投射型表示装置において、第1偏光ビームスプリッターと位相差板との間に、第1の光に作用する二分の一波長板が備えられている形態とすることができる。
本開示の第1の態様に係る光学素子、あるいは、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の投射型表示装置を構成する光学素子(以下、これらの光学素子を総称して、『本開示の光学素子等』と呼ぶ場合がある)において、光(第1の光)の経路を変更する変更手段は、戻り光を系外(具体的には光学素子の系外であり、あるいは又、光学系の系外であり、以下においても同様)に反射する光反射部材、戻り光を系外に出射する回折格子部材(DOE)、又は、戻り光を系外に出射するホログラフィック光学素子(HOE)から成る形態とすることができる。そして、このような形態において、
変更手段は、戻り光を系外に反射する光反射部材から成り、
位相差板を通過した光は投射光学系に向かい、投射光学系からの戻り光は位相差板を通過し、
変更手段の光反射面への戻り光の入射角は、投射光学系のF値の媒質中のコーン角度以上である形態とすることが、戻り光を系外に確実に反射するといった観点から好ましい。
ここで、戻り光を系外に反射する光反射部材として、例えば、傾斜したダイクロイックミラー、具体的には、楔型プリズムの斜面にダイクロイックミラーが形成された部材を例示することができる。具体的には、ダイクロイックミラーは、硝材や樹脂材料を貼り合わせた楔型プリズムの斜面に形成すればよい。あるいは、内部に傾斜したダイクロイックミラーが形成された直方体(あるいは板状)の透明の部材を挙げることができる。これらの形態にあっては、戻り光を系外に反射する光反射部材が硝材等の屈折率1を超える媒質(材料)内に埋め込まれているので、変更手段の光反射面への戻り光の入射角が小さくてもF値の媒質中のコーン角度以上という条件が満たせるため、バックフォーカスを短くすることができ、投射光学系を小型化することができ、装置全体を小型化することができる。変更手段の光反射面への戻り光の入射角をより小さくするためには、媒質(材料)の第1の光等の波長帯における屈折率が高いことが好ましい。あるいは又、ダイクロイックミラーは、例えば、第3反射型空間光変調器と第1偏光ビームスプリッターとの間に挿入された位相差板(リターダー)の片面に形成されており、位相差板が傾斜した状態で配置されている形態とすることもでき、これによって部品点数の削減を図ることができる。ダイクロイックミラーは誘電体多層膜から構成することができる。
回折格子部材(DOE)やホログラフィック光学素子(HOE)の戻り光に対する傾斜角度は、回折格子部材やホログラフィック光学素子の回折角に基づき、適宜、決定される。回折格子部材やホログラフィック光学素子は、反射型とすることができるし、透過型とすることもできる。回折格子部材やホログラフィック光学素子は、例えば、第1偏光ビームスプリッターの戻り光出射面に貼り合わせ、あるいは又、接合されていてもよいし、あるいは又、位相差板(リターダー)の片面に形成されていてもよいし、場合によっては、第2反射型空間光変調器や第3反射型空間光変調器のカバーガラスに貼り合わせ、あるいは又、接合されていてもよく、これらの構成によって、部品点数を削減できるし、反射型空間光変調器を小型化できるし、バックフォーカスが短くなるので投射光学系を小型化することができ、装置全体を小型化することができる。あるいは又、例えば、第1偏光ビームスプリッターと第3偏光ビームスプリッターとの間の隙間に機械的に保持されていてもよい。
あるいは又、本開示の光学素子等において、戻り光の波長帯を変換する変更手段は、蛍光体材料層から成る形態とすることができる。具体的には、戻り光の波長帯を変換する変更手段として、ダウンコンバージョンあるいはアップコンバージョンの蛍光体材料層(焼結蛍光体材料層、蛍光物質を分散させた硝材層や樹脂材料層)を挙げることができ、この場合、蛍光体材料層は、りん光あるいは蛍光を発する。蛍光体材料層は、偏光ビームスプリッターの戻り光出射面に形成されていてもよいし、あるいは又、位相差板(リターダー)の片面に形成されていてもよいし、場合によっては、第2反射型空間光変調器や第3反射型空間光変調器のカバーガラスの表面に形成されていてもよく、これらの構成によって、部品点数を削減できるし、反射型空間光変調器を小型化できるし、バックフォーカスが短くなるので投射光学系を小型化することができる。あるいは又、例えば、第1偏光ビームスプリッターと第3偏光ビームスプリッターとの間の隙間に保持されていてもよい。
あるいは又、本開示の光学素子等において、
戻り光の偏光状態を変更する変更手段は、戻り光の入射側から、四分の一波長板及び光反射部材から構成されており、
光反射部材は、四分の一波長板を通過した戻り光を四分の一波長板を経由して偏光ビームスプリッター(あるいは第1偏光ビームスプリッター)へと戻す形態とすることができる。尚、偏光ビームスプリッター及び第1偏光ビームスプリッターを総称して、『第1偏光ビームスプリッター等』と呼ぶ場合がある。そして、この場合、変更手段によって第1偏光ビームスプリッター等に戻された戻り光は、第1偏光ビームスプリッター等への光源からの光の入射方向であって、位相差板を通過した戻り光が第1偏光ビームスプリッター等に入射する方向とは異なる方向に、第1偏光ビームスプリッター等から出射される形態とすることができる。
第1変更手段及び第2変更手段あるいは後述する第3変更手段の構成、構造は、以上に説明した変更手段の構成、構造と同様とすることができる。第1変更手段及び第2変更手段は、同じ構成、構造であってもよいし、異なる構成、構造であってもよい。
以上に説明した好ましい形態を含む本開示の光学素子等において、位相差板は四分の一波長板から成る形態とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の光学素子等において、光源として、高圧水銀灯、キセノンランプ、LED、スーパールミネッセントダイオード、半導体レーザ素子、固体レーザ、蛍光体光源を挙げることができるし、光源から出射された光が先ず入射する照明系として、フライアイ照明系あるいはロッド照明系を挙げることができる。光源から出射される光の偏光状態に関しては後述する。
以上に説明した好ましい構成、形態を含む本開示の投射型表示装置においては、投射光学系を通過した光が通過する偏光解消部材を更に備えている形態とすることができる。また、第1反射型空間光変調器、第2反射型空間光変調器、第3反射型空間光変調器、第4反射型空間光変調器として、反射型液晶パネル(LCOS)等を挙げることができる。これらのパネルと偏光ビームスプリッターとの間には、偏光ビームスプリッターのスキューレイ及び液晶のプレチルトを補償するためのリターダーが挿入されていてもよい。
本開示の第2の態様に係る光学素子において、吸熱部材は、金属酸化物で着色された色ガラス、染料や顔料が分散されたカラーフィルター、金属材料に微細な構造体を設けたプラズモニックカラーフィルター、又は、誘電体材料に微細な構造体を設けた誘電体カラーフィルターから成る形態とすることができる。色ガラスやカラーフィルターの場合、厚さや偏光ビームスプリッターとの屈折率差によっては非点収差が発生する虞があるため、光路に対して垂直に配置することが好ましい。プラズモニックカラーフィルターや誘電体カラーフィルターの場合、非常に薄いため、非点収差の影響を無視することができ、光路に対して傾斜して配置することで、吸熱部材自体の界面反射による、即ち、光学素子に起因した、ANSIコントラストの低下を防ぐことができる。
実施例1は、本開示の第1の態様に係る光学素子に関する。
図1Aに概念図を示す実施例1の光学素子は、偏光ビームスプリッター10、位相差板50、及び、変更手段60を備えており、
光源(図示せず)から偏光ビームスプリッター10に入射した光は、偏光ビームスプリッター10から出射され、位相差板50を通過する。そして、位相差板50を通過した光であって、位相差板50へと戻ってきた戻り光は、位相差板50を通過し、偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光ビームスプリッター10から出射され、変更手段60に衝突し、変更手段60によって、光の経路が変更される。あるいは又、後述するように、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更される。あるいは又、位相差板50を通過した光であって、位相差板50へと戻ってきた戻り光は、位相差板50を通過し、偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光ビームスプリッター10から出射され、吸熱部材によって吸収される。
尚、以下の説明において、特段の断りの無い限り、各種偏光ビームスプリッターは偏光分離面を有しており、光(あるいは、第1の光、第2の光及び第3の光)において、P偏光の光は偏光分離面を通過し、S偏光の光は偏光分離面において反射される。また、図面においては、変更手段や位相差板、波長選択性位相差板等は、例えば、第1偏光ビームスプリッター等と離間して設けられているように図示しているが、実際には、後述するように、一体化されており、光路に垂直な面が屈折率の異なる媒質と出来るだけ接しない構造とされている。
即ち、図示しない光源から偏光ビームスプリッター10に入射したS偏光状態の光(実線で示す)は、偏光分離面(一点鎖線で示す)において反射され、偏光ビームスプリッター10からS偏光状態で出射され、位相差板50を通過し、円偏光状態となる。そして、位相差板50を通過した光であって、位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の戻り光(破線で示す)は、位相差板50を通過してP偏光状態となり、偏光ビームスプリッター10に入射し、光源からの光が偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは異なる方向に偏光ビームスプリッター10から出射され、即ち、偏光ビームスプリッター10の偏光分離面を通過し、変更手段60に衝突し、変更手段60によって、光の経路が変更され、系外(具体的には光学素子の系外あるいは光学系の系外であり、以下においても同様)に廃棄される。あるいは又、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。
位相差板50は四分の一波長板から成る。また、実施例1において、光の経路を変更する変更手段60は、戻り光を系外に反射する光反射部材から成る。具体的には、傾斜したダイクロイックミラー、即ち、楔型プリズム62の斜面にダイクロイックミラーが形成された部材を例示することができるし、あるいは、内部に傾斜したダイクロイックミラーが形成された直方体(あるいは板状)の透明の部材を挙げることができる。このような変更手段60を設けることで、戻り光が投射光学系を経由して観察者に到達することを防止することができ、観察者によって戻り光が画像として認識される虞が無くなり、画質の低下、画像のANSIコントラスト低下等の発生を防止することができる。そして、この場合、位相差板50を通過した光は図示しない投射光学系に向かい、投射光学系からの戻り光は位相差板50を通過し、変更手段60の光反射面61への戻り光の入射角θinは、投射光学系のF値の媒質中のコーン角度θcone以上であることが、戻り光を投射光学系に確実に戻さないといった観点から好ましい。ここで、媒質とは、光反射面61が置かれている媒質を指す。コーン角度θconeは、反射型空間光変調器の法線と、投射光学系が媒質中の最大で取り込める光線とが成す角度、あるいは、投射光学系の開口数(NA)の媒質中の見込み角の大きさと同義である。
あるいは又、図1Bに実施例1の変形例-1の概念図を示すように、変更手段60Aは、戻り光を系外に出射する回折格子部材、又は、戻り光を系外に出射するホログラフィック光学素子から成る形態とすることができる。
あるいは又、図2Aに実施例1の変形例-2の概念図を示すように、戻り光の波長帯を変換する変更手段60Bは、蛍光体材料層から成る形態とすることができる。具体的には、戻り光の波長帯を変換する変更手段60Bとして、ダウンコンバージョンあるいはアップコンバージョンの蛍光体材料層(焼結蛍光体材料層、蛍光物質を分散させた硝材層や樹脂材料層)を挙げることができ、この場合、蛍光体材料層は、戻り光を吸収し、りん光あるいは蛍光を発する。例えば、光を緑色光とした場合、アップコンバージョンによって青色光あるいはそれよりも短い波長を有する光が生成し、ダウンコンバージョンによって赤色光あるいはそれよりも長い波長を有する光が生成する。従って、可視光領域外のりん光あるいは蛍光が投射光学系を経由して観察者に届いたとしても、観察者は可視光領域外のりん光あるいは蛍光による画像と認識することが無いので、画質の低下、画像のANSIコントラスト低下等の発生を防止することができる。また、蛍光体材料層が吸収したエネルギーの一部を光のエネルギーに変換して投射光学系を通じて装置の外部に排出することができるので、発熱・排熱の観点からも、蛍光体材料層から成る変更手段60Bを用いることは好ましい。また、可視光領域内のりん光あるいは蛍光が発せられる場合、その波長帯が第1の光、第2の光、第3の光と重ならないような蛍光体材料層を、適宜、選択し、変更手段60から投射面の間に配置した図示しないノッチフィルタ等のカラーフィルターでりん光あるいは蛍光を吸収又は反射すればよい。
あるいは又、図2Bに実施例1の変形例-3の概念図を示すように、
戻り光の偏光状態を変更する変更手段は、戻り光の入射側から、四分の一波長板60C及び光反射部材60Dから構成されており、
光反射部材60Dは、四分の一波長板60Cを通過した戻り光を四分の一波長板60Cを経由して偏光ビームスプリッター10へと戻す。そして、この場合、変更手段60C,60Dによって偏光ビームスプリッター10に戻された戻り光は、偏光ビームスプリッター10への光源からの光の入射方向であって、位相差板50を通過した戻り光が偏光ビームスプリッター10に入射する方向とは異なる方向に、偏光ビームスプリッター10から出射される。具体的には、偏光ビームスプリッター10から出射されたP偏光状態の戻り光は、四分の一波長板60Cを通過し、光反射部材60Dによって反射され、四分の一波長板60Cを再び通過することで、S偏光状態となる。そして、偏光ビームスプリッター10に入射したS偏光状態の戻り光は、偏光分離面において反射され、偏光ビームスプリッター10からS偏光状態で出射され、系外に廃棄される。
尚、四分の一波長板60C及び光反射部材60Dから構成された変更手段と、後述する第3偏光ビームスプリッター30との間に、更に、四分の一波長板60Eを配置すれば、第3偏光ビームスプリッター30から出射される第2の光及び第3の光に対して、四分の一波長板60C及び四分の一波長板60Eは、位相差板、具体的には、二分の一波長板として作用する。
光源から偏光ビームスプリッター10に入射する光の偏光状態はS偏光状態に限定されない。光源から偏光ビームスプリッター10に入射する光の偏光状態がP偏光状態である場合には、実施例1の変形例-4を図3Aに概念図を示すように、偏光ビームスプリッター10に入射する前の光を、例えば、二分の一波長板51を通過させることで、S偏光状態とすればよい。あるいは又、実施例1の変形例-5を図3Bに概念図を示すように、位相差板50及び変更手段60の配置位置を変更すればよい。即ち、光源から偏光ビームスプリッター10に入射したP偏光状態の光は、偏光分離面を通過し、偏光ビームスプリッター10からP偏光状態で出射され、位相差板50を通過し、円偏光状態となる。そして、位相差板50を通過した光であって、位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の戻り光は、位相差板50を通過してS偏光状態となり、偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面において反射され、光源からの光が偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは異なる方向に偏光ビームスプリッター10から出射され、変更手段60に衝突し、変更手段60によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。
吸熱部材は、金属酸化物で着色された色ガラス、染料や顔料が分散されたカラーフィルター、金属材料に微細な構造体を設けたプラズモニックカラーフィルター、又は、誘電体材料に微細な構造体を設けた誘電体カラーフィルターから成り、具体的には、シャープカットフィルター、青色吸収フィルター、緑色吸収フィルター、波長補正フィルター、アルミニウム(Al)薄膜のホールアレイやディスクアレイ、ピラーアレイ、あるいは、Si薄膜のホールアレイやディスクアレイ、ピラーアレイを例示することができる。また、吸熱部材は、光路に対して傾斜して配置されていることが好ましく、これによって、吸熱部材によって反射された光が偏光ビームスプリッター10に侵入することを抑制することができる。
実施例2は、実施例1の変形であり、また、本開示の投射型表示装置、具体的には、第1構成の投射型表示装置に関する。実施例1の投射型表示装置の概念図を図4及び図5に示す。
図4に示すように、実施例2の投射型表示装置は、
第1偏光ビームスプリッター10、位相差板50、及び、第1変更手段63を備えた光学素子、並びに、
第1反射型空間光変調器40G、
を備えており、
図示しない光源から出射され、第1反射型空間光変調器40Gを経由して第1偏光ビームスプリッター10に入射した第1の波長帯を有する第1の光(具体的には、緑色光)は、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、位相差板50を通過し、投射光学系100へと向かい、
投射光学系100から戻ってきた第1の光の戻り光は、位相差板50を通過し、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第1変更手段63に衝突し、第1変更手段63によって光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、若しくは、偏光状態が変更される。
第1変更手段63は、第2の光(及び、後述する第3の光)に対して、何ら影響を与えない構成、構造を有する。即ち、第1変更手段63は、第2の光(及び、後述する第3の光)を反射せず、透過し、第1の光を反射する。あるいは又、第1変更手段63は、第2の光(及び、後述する第3の光)の一部の波長帯を反射せず、透過し、第2の光(及び後述する第3の光)の残りの波長帯及び第1の光を反射する構成、構造を有していてもよい。この場合、第1変更手段63は、第2の光(及び、後述する第3の光)に対して、所望の色を得るための一種のトリミングフィルタとして作用する。また、第2変更手段64は、第1の光に対して、何ら影響を与えない構成、構造を有する。即ち、第2変更手段64は、第1の光は反射せず、通過し、第2の光(及び、後述する第3の光)を反射する。あるいは又、第2変更手段64は、第1の光の一部の波長帯を反射せず、透過し、第1の光の残りの波長帯及び第2の光(及び後述する第3の光)を反射する構成、構造を有していてもよい。これらの場合、第2変更手段64は、第1の光に対して、所望の色を得るための一種のトリミングフィルタとして作用する。そして、その結果、色域の拡大及び色域の制御を図ることができる。第2変更手段64によっても、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更される。第1変更手段63と第2変更手段64は、作用する光の波長帯が異なる点を除き、実質的に同じ構成、構造とすることができるが、異なる構成、構造とすることもできる。以上の説明は、以下の実施例においても同様である。
実施例2の投射型表示装置において、具体的には、光源から第1偏光ビームスプリッター10に入射したS偏光状態の第1の光は、偏光分離面において反射され、第1偏光ビームスプリッター10からS偏光状態の状態で出射され、第2変更手段64を通過し、第1反射型空間光変調器40Gに入射する。第1の光は、画像信号に従って、画像の明部がP偏光状態に変調され、第1反射型空間光変調器40Gから出射され、第2変更手段64を通過し、第1偏光ビームスプリッター10に到達する。そして、第1偏光ビームスプリッター10に入射したP偏光状態の第1の光は、偏光分離面を通過し、第1偏光ビームスプリッター10から出射し、四分の一波長板から成る位相差板50を通過し、円偏光状態となる。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の第1の光の戻り光は、位相差板50を通過してS偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、即ち、第1偏光ビームスプリッター10の偏光分離面において反射され、第1変更手段63に衝突し、第1変更手段63によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。こうして、投射面におけるゴースト光の発生を抑制することができる。ゴースト光が抑制されることで、投射された画像の暗部に入射する光が低減され、ANSIコントラストの向上を図ることができる。
また、実施例2の投射型表示装置にあっては、図5に概念図を示すように、
第2反射型空間光変調器40R,40Bを更に備えており、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光(具体的には、赤色光及び青色光)が第1の光と同じ方向から第1偏光ビームスプリッター10に入射し、
第1偏光ビームスプリッター10に入射した第2の光は、第1の光とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第2反射型空間光変調器40R,40Bにおいて反射され、第1偏光ビームスプリッター10に再入射し、第1の光と同じ方向に第1偏光ビームスプリッター10から再出射され、位相差板50へと向かう。
具体的には、光源から第1偏光ビームスプリッター10に入射したP偏光状態の第2の光は、偏光分離面を通過し、第1偏光ビームスプリッター10からP偏光状態の状態で出射され、第1変更手段63を通過し、第2反射型空間光変調器40R,40Bに入射し、第2反射型空間光変調器40R,40Bから出射され、第1変更手段63を通過し、第1偏光ビームスプリッター10に到達する。この状態において、第2の光の偏光状態はS偏光状態である。そして、第1偏光ビームスプリッター10に入射したS偏光状態の第2の光は、偏光分離面において反射され、第1偏光ビームスプリッター10から出射し、位相差板50を通過し、円偏光状態となる。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。位相差板50を通過した光であって、位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の第2の光の戻り光は、位相差板50を通過してP偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、光源からの第2の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、即ち、第1偏光ビームスプリッター10の偏光分離面を通過し、第2変更手段64に衝突し、第2変更手段64によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄され、ANSIコントラストの向上を図ることができる。
第1の光をS偏光状態で第1偏光ビームスプリッター10に入射させ、第2の光をP偏光状態で第1偏光ビームスプリッター10に入射させるためには、第1の光及び第2の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射する空間に、即ち、第1の光及び第2の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射する手前に、第1の光と第2の光の偏光状態を変える波長選択性位相差板52(例えば、カラーリンク・ジャパン株式会社のカラーセレクト:登録商標)、即ち、第1の光をS偏光状態で第1偏光ビームスプリッター10に入射させ、第2の光をP偏光状態で第1偏光ビームスプリッター10に入射させるための波長選択性位相差板52を配置しておけばよい。この場合、第1の光及び第2の光を含む白色光が光源から波長選択性位相差板52に入射する構成とすることができる。あるいは又、光源からの光を時分割して、緑色光の第1の光、赤色光の第2の光、青色光の第2の光を生成させ、第1偏光ビームスプリッター10に入射させてもよい。あるいは又、第1偏光ビームスプリッター10に入射する第1の光と第2の光の偏光状態を異ならせるために、第1の光及び第2の光を照明系においてダイクロイックミラー等(図示せず)で分岐させ、第1の光と第2の光のうち一方の光の偏光状態を、二分の一波長板等(図示せず)を用いて第1の偏光状態から第2の偏光状態とし、ダイクロイックミラー等(図示せず)で再び合成させてもよい。
実施例3は、実施例2の投射型表示装置の変形であり、具体的には、第2構成の投射型表示装置である。実施例3の投射型表示装置の概念図を図6A及び図6Bに示す。この実施例3の投射型表示装置にあっては、
第2反射型空間光変調器40R,40B及び第2偏光ビームスプリッター20を更に備えており、
光源から第1の光は、第2偏光ビームスプリッター20に入射し、第2偏光ビームスプリッター20から出射され、第1反射型空間光変調器40Gにおいて反射され、第2偏光ビームスプリッター20に再入射し、第2偏光ビームスプリッター20から再出射され、第1偏光ビームスプリッター10に入射する。また、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光が第1の光と同じ方向から第2偏光ビームスプリッター20に入射し、第1の光とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッター20から出射され、第2反射型空間光変調器40R,40Bにおいて反射され、第2偏光ビームスプリッター20に再入射し、第1の光と同じ方向に第2偏光ビームスプリッター20から再出射され、第1偏光ビームスプリッター10に入射する。
ここで、第2偏光ビームスプリッター20から再出射されたときの第1の光の偏光状態と、第1偏光ビームスプリッター10に入射するときの第1の光の偏光状態とを変える第1波長選択性位相差板71が、第2偏光ビームスプリッター20と第1偏光ビームスプリッター10との間に配置されている。
第1波長選択性位相差板71は、第1の光の偏光状態をP偏光状態からS偏光状態に変える。即ち、P偏光状態の第1の光が、第1波長選択性位相差板71を通過することでS偏光状態となる。一方、S偏光状態の第2の光あるいは第3の光が第1波長選択性位相差板71を通過しても、S偏光状態は変わらない。
具体的には、図6Aに示すように、光源から第2偏光ビームスプリッター20に入射したS偏光状態の第1の光は、偏光分離面において反射され、第2偏光ビームスプリッター20からS偏光状態の状態で出射され、第1反射型空間光変調器40Gに入射し、第1反射型空間光変調器40Gから出射され、P偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面を通過し、第2偏光ビームスプリッター20から出射する。そして、第1波長選択性位相差板71を通過することでS偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に到達する。この状態において、第1の光の偏光状態はS偏光状態であるので、偏光分離面において反射され、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、位相差板50を通過し、円偏光状態となる。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。位相差板50を通過した光であって、位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の第1の光の戻り光は、位相差板50を通過してP偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面を通過し、第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第1変更手段65に衝突し、第1変更手段65によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。そして、第1の光の戻り光が再び投射光学系100に侵入することが無いので、ANSIコントラストの低下を防ぐことができる。
また、図6Bに示すように、光源から第2偏光ビームスプリッター20に入射したP偏光状態の第2の光は、偏光分離面を通過し、第2偏光ビームスプリッター20からP偏光状態の状態で出射され、第2反射型空間光変調器40R,40Bに入射し、第2反射型空間光変調器40R,40Bから出射され、S偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面において反射され、第2偏光ビームスプリッター20から出射する。そして、第1波長選択性位相差板71を通過してもS偏光状態は変わらず、第1偏光ビームスプリッター10に到達する。この状態において、第2の光の偏光状態はS偏光状態であるので、偏光分離面において反射され、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、位相差板50を通過し、円偏光状態となる。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。位相差板50を通過した光であって、位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の第2の光の戻り光は、位相差板50を通過してP偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面を通過し、第2の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第1変更手段65に衝突し、第1変更手段65によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。即ち、第1変更手段65によって、第1の光及び第2の光のいずれも、第1変更手段65によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。そして、第2の光の戻り光が再び投射光学系100に侵入することが無いので、ANSIコントラストの低下を防ぐことができる。
尚、図4、図5に示した実施例2の投射型表示装置と、図6A、図6Bに示した実施例3の投射型表示装置とでは、第1変更手段63及び第2変更手段64の機能と、第1変更手段65の機能とが異なっている。第1波長選択性位相差板71は、P偏光状態の第1の光をS偏光状態とするが、S偏光状態の第2の光はS偏光状態のままとする。また、第1の光をS偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射させ、第2の光をP偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射させるためには、第1の光及び第2の光が第2偏光ビームスプリッター20に入射する空間に、即ち、第1の光及び第2の光が第2偏光ビームスプリッター20に入射する手前に、第1の光と第2の光の偏光状態を変える波長選択性位相差板、即ち、第1の光をS偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射させ、第2の光をP偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射させるための波長選択性位相差板を配置しておけばよい。また、光源からの光を時分割して、緑色光の第1の光、赤色光の第2の光、青色光の第2の光を生成させ、第2偏光ビームスプリッター20に入射させてもよい。あるいは又、第2偏光ビームスプリッター20に入射する第1の光と第2の光の偏光状態を異ならせるために、第1の光及び第2の光を照明系においてダイクロイックミラー等(図示せず)で分岐させ、第1の光と第2の光のうち一方の光の偏光状態を、二分の一波長板等(図示せず)を用いて第1の偏光状態から第2の偏光状態とし、ダイクロイックミラー等(図示せず)で再び合成させてもよい。
実施例4も、実施例2の投射型表示装置の変形であり、第3構成の投射型表示装置に関する。実施例4の投射型表示装置の概念図を図7に示すが、図7の(A)は第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を示し、図7の(B)は第2の光(具体的には、赤色光)の挙動を示し、図7の(C)は第3の光(具体的には、青色光)の挙動を示す。
実施例4の投射型表示装置にあっては、
第2反射型空間光変調器40R、第2偏光ビームスプリッター20及び第3偏光ビームスプリッター30を更に備えており、
光源から第1の光(例えば、緑色光)は、第2偏光ビームスプリッター20に入射し、第2偏光ビームスプリッター20から出射され、第1反射型空間光変調器40Gにおいて反射され、第2偏光ビームスプリッター20に再入射し、第2偏光ビームスプリッター20から再出射され、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光(例えば、赤色光)が、第3偏光ビームスプリッター30に入射し、第3偏光ビームスプリッター30から出射され、第2反射型空間光変調器40Rにおいて反射され、第3偏光ビームスプリッター30に再入射し、第3偏光ビームスプリッター30から再出射され、第1変更手段63を経由して第1偏光ビームスプリッター10に入射し、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、位相差板50を通過し、投射光学系100へと向かう。
また、実施例4の投射型表示装置にあっては、
第3偏光ビームスプリッター30に隣接して、第2反射型空間光変調器40Rとは異なる位置に配置された第3反射型空間光変調器40Bを更に備えており、
光源から出射され、第3偏光ビームスプリッター30に入射した、第3の波長帯を有する第3の光(例えば、青色光)は、第3偏光ビームスプリッター30から出射され、第3反射型空間光変調器40Bにおいて反射され、第3偏光ビームスプリッター30に再入射し、第2の光と同じ方向に第3偏光ビームスプリッター30から再出射され、第1変更手段63に入射し、第1変更手段63から第1偏光ビームスプリッター10及び位相差板50を通過し、投射光学系へと向かう。
更には、投射光学系100から戻ってきた第2の光及び第3の光の戻り光は、位相差板50を通過し、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第2偏光ビームスプリッター20に入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッター10から出射する方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、廃棄される。
図7の(A)、(B)及び(C)では、第1変更手段63は、第1偏光ビームスプリッター10から離れて位置しているように図示されているが、図8Aに示すように、第1変更手段63を構成するダイクロイックミラーが斜面に形成された楔型プリズム63Aと、第1偏光ビームスプリッター10とは、一体化されていることが好ましい。また、楔型プリズム63Bと、第3偏光ビームスプリッター30とは、一体化されていることが好ましい。ここで、「一体化されている」とは、偏光ビームスプリッター10,30と楔型プリズム63A,63Bとが、貼り合わされ、あるいは又、接合されているということを意味し、あるいは又、1つの母材から作製されていることを意味する。1つの母材から作製することで、垂直界面が減り、光学素子に起因したANSIコントラストの低下を防ぐことができる。また、2つの楔型プリズム63A,63Bがそれぞれ偏光ビームスプリッター10,30と一体化されているので、後述する第3波長選択性位相差板73は楔型プリズム63Bの斜面に配置されることになるが、これによっても、同じ理由で光学素子に起因したANSIコントラスト低下を防ぐ効果がある。但し、第3波長選択性位相差板73の厚さ及び楔型プリズム63Aの頂角の大きさで表される傾きと非点収差とはトレードオフの関係があるため、第3波長選択性位相差板73の厚さや傾きによっては非点収差が許容できない場合があり、この場合には、楔型プリズム63Aと第1偏光ビームスプリッター10を一体化し、第3波長選択性位相差板73は、第3偏光ビームスプリッター30と楔型プリズム63Bの間の垂直界面に配置することが好ましい。
具体的には、第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を図7の(A)に示すように、図示しない光源からのS偏光状態の第1の光は、照明系に配置されたダイクロイックミラー53を透過し、第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面において反射され、第2偏光ビームスプリッター20からS偏光状態の状態で出射され、第1反射型空間光変調器40Gに入射し、第1反射型空間光変調器40Gから出射され、P偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面を通過し、第2偏光ビームスプリッター20から出射する。そして、第1波長選択性位相差板71を通過することでS偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に到達する。この状態において、第1の光の偏光状態はS偏光状態であるので、偏光分離面において反射され、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、位相差板50を通過し、円偏光状態となり、投射光学系100へと向かう。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。投射光学系100から位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の第1の光の戻り光は、位相差板50を通過してP偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面を通過し、第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第1変更手段63に衝突し、第1変更手段63によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄され、ANSIコントラストの向上を図ることができる。
また、図7の(B)に示すように、S偏光状態の光源から第2の光は、照明系に配置されたダイクロイックミラー53の反射面(線分で示す)において反射され、第2波長選択性位相差板72を通過することでP偏光状態とされ、第3偏光ビームスプリッター30に到達する。この状態において、第2の光の偏光状態はP偏光状態であるので、第3偏光ビームスプリッター30に入射した第2の光は、偏光分離面を通過し、第2反射型空間光変調器40Rにおいて反射され、第3偏光ビームスプリッター30に再入射する。このとき、第2の光の偏光状態はS偏光状態である。第3偏光ビームスプリッター30に入射した第2の光は偏光分離面において反射され、第3波長選択性位相差板73を通過することでP偏光状態となる。そして、第1変更手段63を通過し、更に、第1偏光ビームスプリッター10及び位相差板50を通過し、円偏光状態となり、投射光学系100へと向かう。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。投射光学系100から戻ってきた円偏光状態の第1の光の戻り光は、位相差板50を通過してS偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面において反射され、第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは逆の方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第1波長選択性位相差板71を通過するが、第2の光の偏光状態はS偏光状態のままであり、S偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面において反射され、光源からの第1の光が第2偏光ビームスプリッター20から出射する方向とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッター20から出射され、系外に廃棄される。即ち、一般的な広帯域の二分の一波長板の代わりに、第1波長選択性位相差板71を用いることで、第2の光及び後述する第3の光の戻り光は空いている第2偏光ビームスプリッター20の面(以下、『空きポート』と呼ぶ場合がある)から系外に廃棄することができ、ANSIコントラストの向上を図ることができる。
更には、図7の(C)に示すように、S偏光状態の光源から第3の光は、照明系に配置されたダイクロイックミラー53の反射面(線分で示す)において反射され、第2波長選択性位相差板72を通過するが、S偏光状態のままであり、第3偏光ビームスプリッター30に到達する。この状態において、第3の光の偏光状態はS偏光状態であるので、第3偏光ビームスプリッター30に入射した第3の光は、偏光分離面において反射され、第3反射型空間光変調器40Bにおいて反射され、第3偏光ビームスプリッター30に再入射する。このとき、第3の光の偏光状態はP偏光状態である。第3偏光ビームスプリッター30に入射した第3の光は偏光分離面を通過し、第3波長選択性位相差板73を通過するがP偏光状態のままである。そして、第1変更手段63を通過し、更に、第1偏光ビームスプリッター10及び位相差板50を通過し、円偏光状態となり、投射光学系100へと向かう。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。投射光学系100から戻ってきた円偏光状態の第1の光の戻り光は、位相差板50を通過してS偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面において反射され、第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは逆の方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第1波長選択性位相差板71を通過するが、第3の光の偏光状態はS偏光状態のままであり、S偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面において反射され、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッター10から出射する方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、系外に廃棄され、ANSIコントラストの向上を図ることができる。
第2の光、第3の光の系外(光学素子の系外あるいは光学系の系外)への廃棄手段、廃棄方法は、上記の手段、方法に限定されるものではない。
実施例4の投射型表示装置の変形例-1の概念図を図9に示すが、図9の(A)は第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を示し、図9の(B)は第2の光(具体的には、赤色光)の挙動を示し、図9の(C)は第3の光(具体的には、青色光)の挙動を示す。この実施例4の投射型表示装置の変形例-1にあっては、投射光学系100から戻ってきた第2の光及び第3の光の戻り光は、位相差板50を通過し、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第2変更手段66に衝突し、第2変更手段66によって第1偏光ビームスプリッター10へと戻され、第2の光及び第3の光の戻り光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向と異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射される形態とすることができる。第2変更手段66は、第1波長選択性位相差板71、光反射部材75及び第4波長選択性位相差板74の組合せから構成されている。
第1波長選択性位相差板71、光反射部材75及び第4波長選択性位相差板74の組合せは、第2の光及び第3の光に対して、図2Bに示した実施例1の変形例-3における四分の一波長板60E、光反射部材60D及び四分の一波長板60Cと同様の機能を有する。即ち、第2の光及び第3の光に対して、光反射部材75は、第4波長選択性位相差板74を通過した戻り光を第4波長選択性位相差板74を経由して偏光ビームスプリッター10へと戻す。そして、この場合、光反射部材75及び第4波長選択性位相差板74によって偏光ビームスプリッター10に戻された第2の光及び第3の光の戻り光は、偏光ビームスプリッター10を通過し、偏光ビームスプリッター10から出射される。具体的には、偏光ビームスプリッター10から出射されたS偏光状態の戻り光は、第4波長選択性位相差板74を通過し、光反射部材75によって反射され、第4波長選択性位相差板74を再び通過することで、P偏光状態となる。そして、偏光ビームスプリッター10に入射したP偏光状態の戻り光は、偏光分離面を通過し、偏光ビームスプリッター10からP偏光状態で出射され、系外に廃棄される。
第4波長選択性位相差板74は、第1の光、第2の光及び第3の光に対して四分の一波長板として作用すればよいので、場合によっては、波長選択性は不要であるし、第1波長選択性位相差板71は、少なくとも第1の光に対して四分の一波長板として作用すればよいので、場合によっては、波長選択性は不要である。第1の光、第2の光及び第3の光が、第2変更手段66に入射するときの偏光状態、第2変更手段66から出射するときの偏光状態を、以下の表1に示す。
〈表1〉
第1の光 第2の光 第3の光
入射時 P偏光状態 S偏光状態 S偏光状態
第1波長選択性位相差板71 四分の一波長板
光反射部材75 透過
第4波長選択性位相差板74 四分の一波長板
第4波長選択性位相差板74 四分の一波長板 四分の一波長板
光反射部材75 反射 反射
第4波長選択性位相差板74 四分の一波長板 四分の一波長板
出射時 S偏光状態 P偏光状態 P偏光状態
具体的には、第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を図9の(A)に示すように、第1の光の挙動は、光反射部材75及び第4波長選択性位相差板74を通過する点を除き、図7の(A)に示した第1の光(具体的には、緑色光)の挙動と同様である。
また、図9の(B)に示すように、第2の光の戻り光が第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは逆の方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射されるまでの第2の光の挙動は、図7の(B)に示した第2の光の挙動と同様である。そして、第1偏光ビームスプリッター10から出射されたS偏光状態の第2の光は、第4波長選択性位相差板74を通過することで円偏光状態となり、光反射部材75によって反射され、第4波長選択性位相差板74を再び通過することでP偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面を通過し、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、系外に廃棄され、ANSIコントラストの向上を図ることができる。
更には、図9の(C)に示すように、第3の光の戻り光の挙動は、図9の(B)に示した第2の光の挙動と同様である。
実施例4の投射型表示装置の変形例-2、変形例-3の概念図を図10、図11に示すが、図10の(A)及び図11の(A)は第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を示し、図10の(B)及び図11の(B)は第2の光(具体的には、赤色光)の挙動を示し、図10の(C)及び図11の(C)は第3の光(具体的には、青色光)の挙動を示す。図10、図11に示す実施例4の投射型表示装置の変形例-2、変形例-3にあっては、第1変更手段63の配置位置が、実施例4の投射型表示装置、実施例4の投射型表示装置の変形例-1とは異なる。具体的には、第1変更手段63は、第3偏光ビームスプリッター30と第3反射型空間光変調器40Bの間に配置されている。この点を除き、実施例4の投射型表示装置の変形例-2、変形例-3は、実施例4の投射型表示装置、実施例4の投射型表示装置の変形例-1と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例4の投射型表示装置の変形例-4の概念図を図12に示すが、図12の(A)は第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を示し、図12の(B)は第2の光(具体的には、赤色光)の挙動を示し、図12の(C)は第3の光(具体的には、青色光)の挙動を示す。図12に示す実施例4の投射型表示装置の変形例-4にあっては、投射光学系100から戻ってきた第2の光及び第3の光の戻り光は、位相差板50を通過し、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第2変更手段67Aに衝突し、第2変更手段67Aによって、光の経路が変更され、又は、第2変更手段67Aによって波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、又は、吸収され、系外に廃棄され、ANSIコントラストの向上を図ることができる。第2変更手段67Aは、実施例2の投射型表示装置における第2変更手段64と同じ機能を有する。
実施例4の投射型表示装置の変形例-5の概念図を図13に示すが、図13の(A)は第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を示し、図13の(B)は第2の光(具体的には、赤色光)の挙動を示し、図13の(C)は第3の光(具体的には、青色光)の挙動を示す。図13に示す実施例4の投射型表示装置の変形例-5にあっては、
第2変更手段67Bを更に備えており、
投射光学系100から戻ってきた第2の光の戻り光は、位相差板50を通過し、第1偏光ビームスプリッター11に入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッター11に入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッター11から出射され、第2偏光ビームスプリッター20に入射し、光源からの第1の光が第2偏光ビームスプリッター20から出射する方向とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッター20から出射され、系外に廃棄される。投射光学系100から戻ってきた第3の光の戻り光は、位相差板50を通過し、第1偏光ビームスプリッター11に入射し、光源からの第2の光及び第3の光が第1偏光ビームスプリッター11に入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッター11から出射され、第1変更手段63を経由して第3偏光ビームスプリッター30に入射し、第3偏光ビームスプリッター30から出射され、第2変更手段67Bに衝突し、第2変更手段67Bによって光の経路が変更され、又は、第2変更手段67Bによって波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、又は、第2変更手段67Bによって吸収される。そして、この場合、第1偏光ビームスプリッター11は、第1偏光ビームスプリッター10と異なり、P偏光、S偏光の両偏光状態の第3の光を通過させるが、第1の光及び第2の光に関しては、P偏光の光は通過、S偏光の光は反射する。また、図13の(C)に図示するように、波長選択性位相差板73は、第2の光だけでなく第3の光に対しても二分の一波長板として作用して偏光状態を変化させる、即ち、波長選択性を有さない単なる位相差板でもよい。P偏光状態及びS偏光状態の第3の光を通過させる第1ビームスプリッター11と波長選択性を有さない位相差板から構成された波長選択性位相差板73との組合せの構成では、第3の光の戻り光を空きポートに捨てる代わりに、第2変更手段67Bによって第3の光の戻り光を系外に廃棄することができる。
あるいは又、実施例4の投射型表示装置の変形例-6の概念図を図8Bに示すが、第1の光の戻り光の偏光状態を変更する第1変更手段は、第1の光の戻り光の入射側から、四分の一波長板68A及び光反射部材68Cから構成されている。四分の一波長板68A及び光反射部材68Cと第1偏光ビームスプリッター10とは、一体化されていることが好ましいし、四分の一波長板68Bと第3偏光ビームスプリッター30とは、一体化されていることが好ましい。四分の一波長板68A及び四分の一波長板68Bを組み合わせることで、第3波長選択性位相差板73としての機能を果たす。光反射部材68Cは、四分の一波長板68Aを通過した第1の光の戻り光を四分の一波長板68Aを経由して第1偏光ビームスプリッター10へと戻し、第1の光は系外に廃棄される。また、第2の光、第3の光の戻り光の偏光状態を変更する第2変更手段は、第2の光、第3の光の戻り光の入射側から、四分の一波長板68D及び光反射部材68Fから構成されている。四分の一波長板68D及び光反射部材68Fと第1偏光ビームスプリッター10とは、一体化されていることが好ましいし、四分の一波長板68Eと第2偏光ビームスプリッター20とは、一体化されていることが好ましい。四分の一波長板68D及び四分の一波長板68Eを組み合わせることで、第1波長選択性位相差板71としての機能を果たす。光反射部材68Fは、四分の一波長板68Dを通過した第2の光、第3の光の戻り光を四分の一波長板68Dを経由して第1偏光ビームスプリッター10へと戻し、第2の光、第3の光は系外に廃棄される。尚、光反射部材68Cは、第2の光及び第3の光を透過させるダイクロイックミラーから構成され、光反射部材68Fは、第1の光を透過させるダイクロイックミラーから構成される。
実施例5は、実施例4の変形、具体的には、実施例4の変形例-4の変形である。実施例5の投射型表示装置の概念図を図14及び図15に示すが、図14の(A)は第1の光(具体的には、緑色光)の挙動を示し、図14の(B)は第2の光(具体的には、赤色光)の挙動を示し、図14の(C)は第3の光(具体的には、青色光)の挙動を示し、図15は第4の光(具体的には、赤外線)の挙動を示す。
この実施例5の投射型表示装置にあっては、
第4反射型空間光変調器404を更に備えており、
光源から、第4の波長帯を有する第4の光が第1の光と同じ方向から第2偏光ビームスプリッター20に入射し、
第2偏光ビームスプリッター20に入射した第4の光は、第1の光とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッター20から出射され、第4反射型空間光変調器404において反射され、第1偏光ビームスプリッター10に再入射し、第1の光と同じ方向に第2偏光ビームスプリッター20から再出射され、位相差板50へと向かう。
具体的には、第2偏光ビームスプリッター20の空きポートに第4反射型空間光変調器404が配置されている。第4反射型空間光変調器404は赤外線の画像の生成を制御する。観察者がナイトビジョンゴーグル等の暗視用の器具を使用することで、赤外線の画像を認識することができる。第4の光が、第2偏光ビームスプリッター20を出射した以降の第4の光の挙動は、第1の光の挙動と同じとすることができる。
より具体的には、図示しない光源からのP偏光状態の第4の光(具体的には、赤外線)は、照明系に配置されたダイクロイックミラー53において反射され、第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面を通過し、第2偏光ビームスプリッター20からP偏光状態の状態で出射され、第4反射型空間光変調器404に入射し、S偏光状態で第4反射型空間光変調器404から出射され、S偏光状態で第2偏光ビームスプリッター20に入射し、偏光分離面において反射され、第2偏光ビームスプリッター20から出射する。そして、第2変更手段67A及び第1波長選択性位相差板71を通過するがS偏光状態のままであり、第1偏光ビームスプリッター10に到達する。この状態において、第4の光の偏光状態はS偏光状態であるので、偏光分離面において反射され、第1偏光ビームスプリッター10から出射され、位相差板50を通過し、円偏光状態となり、投射光学系100へと向かう。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によって戻り光として位相差板50へと戻ってくる。投射光学系100から位相差板50へと戻ってきた円偏光状態の第4の光の戻り光は、位相差板50を通過してP偏光状態となり、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面を通過し、第4の光が第1偏光ビームスプリッター10に入射した方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッター10から出射され、第1変更手段63に衝突し、第1変更手段63によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。
尚、第1の光、第2の光及び第3の光の挙動は、実施例4の変形例-4と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図16に示すように、第2偏光ビームスプリッター20と第4反射型空間光変調器404との間に、例えば、第3変更手段69を配置してもよい。第3変更手段69は、第1変更手段や第2変更手段と、基本的に同様の構成、構造を有する。照明系におけるP偏光状態の漏れ光、及び、第2偏光ビームスプリッター20におけるS偏光状態の光の漏れに対して第3変更手段69を作用させることで、第4反射型空間光変調器404の反射に起因したネイティブコントラストの劣化を防ぐことができ、照明系及び第2偏光ビームスプリッター20の設計が容易となる。
以上の実施例1~実施例5において説明した本開示の光学素子及び投射型表示装置にあっては、変更手段(第1変更手段)によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、また、偏光板ではなく、吸熱部材によって第1の光が吸収されるので、発熱を出来るだけ抑制することができる。
しかも、ゴースト光を低減させることができるし、ANSIコントラストの向上を図ることができる。更には、光学素子の小型化を図ることができるし、光学素子の小型化に伴い、バックフォーカスを短くすることができる結果、投射光学系の小型化を達成することができ、装置全体の小型化を達成することができる。また、光学素子において色分離を行うことが可能であり、白色1系統の照明系に適用することができ、照明系の小型化を図ることができる。更には、偏光ビームスプリッターの透過率が高いため、系全体の透過率が高く、効率の向上、輝度の増加を図ることができるだけでなく、発熱量が小さいため、高耐久性、高輝度化に好適であるし、熱レンズ効果によるフォーカスドリフトの影響が小さい。また、色純度が高まり、色域の拡大を図ることができる。更には、第1偏光ビームスプリッターと第2偏光ビームスプリッターの偏光軸と、第1偏光ビームスプリッター及び第2偏光ビームスプリッターの偏光軸とを、波長選択性位相差板によって一致させることができるので、ネイティブコントラストが高い。
以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示はこれらの実施例に限定するものではない。各種偏光ビームスプリッター及び各種反射型空間光変調器の配置位置は例示であり、偏光状態に依存して、適宜、変更することができる。また、以上に説明した種々の光学部品(各種偏光ビームスプリッター、各種位相差板、各種波長選択性位相差板、各種四分の一波長板、各種二分の一波長板、各種変更手段、各種光反射部材)は、光学部品と関連する光、光の偏光状態等を考慮して設計すればよい。
実施例4の投射型表示装置の変形例-7の概念図を図17に示すが、第1偏光ビームスプリッター10と位相差板50との間に、第1の光に作用する二分の一波長板54を設けてもよい。これによって、投射光学系100の入射する第1の光、第2の光及び第3の光の偏光状態を揃えることができる。そして、偏光状態を揃えることによって、投射面の反射特性に偏光依存性がある場合(例えば、体積散乱と比較して表面散乱が主であるような平滑面や粗面に画像あるいは映像が斜入射する場合)において、色ユニフォミティを改善することができるし、3次元画像表示対応が可能になる。具体的には、第1偏光ビームスプリッター10から出射されたS偏光状態の第1の光は、第1の光に作用する二分の一波長板54を通過することでP偏光状態となり、位相差板50を通過し、円偏光状態となる。そして、投射光学系100から投射面に投射される。この際、一部の光が投射光学系100の内部のレンズ等の界面反射によってS偏光状態の戻り光として位相差板50へと戻ってくる。位相差板50、二分の一波長板54を通過してP偏光状態となった第1の光の戻り光は、第1偏光ビームスプリッター10に入射し、偏光分離面を通過し、第1変更手段65に衝突し、第1変更手段65によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、系外に廃棄される。二分の一波長板54を通過する第2の光及び第3の光の偏光状態に変化はない。尚、このような二分の一波長板54は、他の実施例にも適用することができる。
投射光学系100から出射された光の偏光状態が円偏光状態よりも直線偏光状態であることが望まれる場合、投射光学系100と投射面との間に追加の位相差板を配置してもよい。
投射光学系と投射面との間に偏光解消部材を配置してもよい。投射面の反射特性に偏光依存性がある場合、色ユニフォミティを改善するためには、偏光解消も有効な手段であり、投射光学系の後(下流)に偏光解消部材を配置することで、戻り光によるANSIコントラスト低下を防ぎながら、偏光解消の効果を得ることができる。偏光解消部材は、例えば、複屈折を有する材料の平行平板から成る。波長帯がレーザ光のように非常に狭い場合には、平行平板では効果が得られ難いことがあるため、楔型の形状が好ましい。
ANSIコントラストを一層向上させるためには、各光学部品の界面反射を出来るだけ低く抑えることが好ましい。具体的には、界面に、反射防止コートやインデックスマッチングコートを施したり、接着剤を用いる場合、接着剤を構成する材料の屈折率が被接着体の屈折率に近い接着剤を選択することが好ましい。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
[A01]《光学素子:第1の態様》
偏光ビームスプリッター、位相差板、及び、変更手段を備えており、
光源から偏光ビームスプリッターに入射した光は、偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、
位相差板を通過した光であって、位相差板へと戻ってきた戻り光は、位相差板を通過し、偏光ビームスプリッターに入射し、偏光ビームスプリッターから出射され、変更手段に衝突し、変更手段によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更される光学素子。
[A02]光の経路を変更する変更手段は、戻り光を系外に反射する光反射部材、戻り光を系外に出射する回折格子部材、又は、戻り光を系外に出射するホログラフィック光学素子から成る[A01]に記載の光学素子。
[A03]変更手段は、戻り光を系外に反射する光反射部材から成り、
位相差板を通過した光は投射光学系に向かい、投射光学系からの戻り光は位相差板を通過し、
変更手段の光反射面への戻り光の入射角は、投射光学系のF値の媒質中のコーン角度以上である[A02]に記載の光学素子。
[A04]戻り光の波長帯を変換する変更手段は、蛍光体材料層から成る[A01]に記載の光学素子。
[A05]戻り光の偏光状態を変更する変更手段は、戻り光の入射側から、四分の一波長板及び光反射部材から構成されており、
光反射部材は、四分の一波長板を通過した戻り光を四分の一波長板を経由して偏光ビームスプリッターへと戻す[A01]に記載の光学素子。
[A06]変更手段によって偏光ビームスプリッターに戻された戻り光は、偏光ビームスプリッターへの光源からの光の入射方向であって、位相差板を通過した戻り光が偏光ビームスプリッターに入射する方向とは異なる方向に、偏光ビームスプリッターから出射される[A05]に記載の光学素子。
[A07]位相差板は四分の一波長板から成る[A01]乃至[A06]のいずれか1項に記載の光学素子。
[B01]《投射型表示装置》
第1偏光ビームスプリッター、位相差板、及び、第1変更手段を備えた光学素子、並びに、
第1反射型空間光変調器、
を備えており、
光源から出射され、第1反射型空間光変調器を経由して第1偏光ビームスプリッターに入射した第1の波長帯を有する第1の光は、第1偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、投射光学系へと向かい、
投射光学系から戻ってきた第1の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、第1偏光ビームスプリッターから出射され、第1変更手段に衝突し、第1変更手段によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更される投射型表示装置。
[B02]第2反射型空間光変調器を更に備えており、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光が第1の光と同じ方向から第1偏光ビームスプリッターに入射し、
第1偏光ビームスプリッターに入射した第2の光は、第1の光とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2反射型空間光変調器において反射され、第1偏光ビームスプリッターに再入射し、第1の光と同じ方向に第1偏光ビームスプリッターから再出射され、位相差板へと向かう[B01]に記載の投射型表示装置。
[B03]第2反射型空間光変調器及び第2偏光ビームスプリッターを更に備えており、
光源から第1の光は、第2偏光ビームスプリッターに入射し、第2偏光ビームスプリッターから出射され、第1反射型空間光変調器において反射され、第2偏光ビームスプリッターに再入射し、第2偏光ビームスプリッターから再出射され、第1偏光ビームスプリッターに入射し、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光が第1の光と同じ方向から第2偏光ビームスプリッターに入射し、第1の光とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッターから出射され、第2反射型空間光変調器において反射され、第2偏光ビームスプリッターに再入射し、第1の光と同じ方向に第2偏光ビームスプリッターから再出射され、第1偏光ビームスプリッターに入射する[B01]に記載の投射型表示装置。
[B04]第2反射型空間光変調器、第2偏光ビームスプリッター及び第3偏光ビームスプリッターを更に備えており、
光源から第1の光は、第2偏光ビームスプリッターに入射し、第2偏光ビームスプリッターから出射され、第1反射型空間光変調器において反射され、第2偏光ビームスプリッターに再入射し、第2偏光ビームスプリッターから再出射され、第1偏光ビームスプリッターに入射し、
光源から、第2の波長帯を有する第2の光が、第3偏光ビームスプリッターに入射し、第3偏光ビームスプリッターから出射され、第2反射型空間光変調器において反射され、第3偏光ビームスプリッターに再入射し、及び、第1変更手段を経由して第1偏光ビームスプリッターに入射し、第1偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、投射光学系へと向かう[B01]に記載の投射型表示装置。
[B05]第3偏光ビームスプリッターに隣接して、第2反射型空間光変調器とは異なる位置に配置された第3反射型空間光変調器を更に備えており、
光源から出射され、第3偏光ビームスプリッターに入射した、第3の波長帯を有する第3の光は、第3偏光ビームスプリッターから出射され、第3反射型空間光変調器において反射され、第3偏光ビームスプリッターに再入射し、第2の光と同じ方向に第3偏光ビームスプリッターから再出射され、第1変更手段に入射し、第1変更手段から第1偏光ビームスプリッター及び位相差板を通過し、投射光学系へと向かう[B04]に記載の投射型表示装置。
[B06]投射光学系から戻ってきた第2の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターから出射する方向とは異なる方向に第1偏光ビームスプリッターから出射される[B05]に記載の投射型表示装置。
[B07]投射光学系から戻ってきた第2の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2変更手段に衝突し、第2変更手段によって第1偏光ビームスプリッターへと戻され、第2の光の戻り光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と異なる方向に第1偏光ビームスプリッターから出射される[B05]に記載の投射型表示装置。
[B08]投射光学系から戻ってきた第2の光の戻り光は、位相差板を通過し、第1偏光ビームスプリッターに入射し、光源からの第1の光が第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2変更手段に衝突し、第2変更手段によって、光の経路が変更され、又は、第2変更手段によって波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、又は、吸収される[B05]に記載の投射型表示装置。
[B09]第4反射型空間光変調器を更に備えており、
光源から、第4の波長帯を有する第4の光が第1の光と同じ方向から第2偏光ビームスプリッターに入射し、
第2偏光ビームスプリッターに入射した第4の光は、第1の光とは異なる方向に第2偏光ビームスプリッターから出射され、第4反射型空間光変調器において反射され、第1偏光ビームスプリッターに再入射し、第1の光と同じ方向に第2偏光ビームスプリッターから再出射され、位相差板へと向かう[B05]に記載の投射型表示装置。
[B10]第1偏光ビームスプリッターと位相差板との間に、第1の光に作用する二分の一波長板が備えられている[B01]乃至[B09]のいずれか1項に記載の投射型表示装置。
[B11]光の経路を変更する第1変更手段は、戻り光を系外に反射する光反射部材、戻り光を系外に出射する回折格子部材、又は、戻り光を系外に出射するホログラフィック光学素子から成る[B01]乃至[B10]のいずれか1項に記載の投射型表示装置。
[B12]第1変更手段は、戻り光を系外に反射する光反射部材から成り、
位相差板を通過した光は投射光学系に向かい、投射光学系からの戻り光は位相差板を通過し、
第1変更手段の光反射面への戻り光の入射角は、投射光学系のF値の媒質中のコーン角度以上である[B11]に記載の投射型表示装置。
[B13]戻り光の波長帯を変換する第1変更手段は、蛍光体材料層から成る[B01]乃至[B10]のいずれか1項に記載の投射型表示装置。
[B14]戻り光の偏光状態を変更する第1変更手段は、戻り光の入射側から、四分の一波長板及び光反射部材から構成されており、
光反射部材は、四分の一波長板を通過した戻り光を四分の一波長板を経由して第1偏光ビームスプリッターへと戻す[B01]乃至[B10]のいずれか1項に記載の投射型表示装置。
[B15]第1変更手段によって第1偏光ビームスプリッターに戻された戻り光は、第1偏光ビームスプリッターへの光源からの光の入射方向であって、位相差板を通過した戻り光が第1偏光ビームスプリッターに入射する方向とは異なる方向に、第1偏光ビームスプリッターから出射される[B14]に記載の投射型表示装置。
[B16]位相差板は四分の一波長板から成る[B01]乃至[B15]のいずれか1項に記載の投射型表示装置。
[C01]《光学素子:第2の態様》
偏光ビームスプリッター、位相差板、及び、変更手段を備えており、
光源から偏光ビームスプリッターに入射した光は、偏光ビームスプリッターから出射され、位相差板を通過し、
位相差板を通過した光であって、位相差板へと戻ってきた戻り光は、位相差板を通過し、偏光ビームスプリッターに入射し、偏光ビームスプリッターから出射され、吸熱部材によって吸収される光学素子。
10,11・・・偏光ビームスプリッター(第1偏光ビームスプリッター)、20・・・第2偏光ビームスプリッター、30・・・第3偏光ビームスプリッター、40G・・・第1反射型空間光変調器、40R,40B・・・実施例2及び実施例3における第2反射型空間光変調器、40R・・・実施例4~実施例5における第2反射型空間光変調器、40B・・・第3反射型空間光変調器、404・・・第4反射型空間光変調器、50・・・位相差板、51・・・二分の一波長板、52・・・波長選択性位相差板、53・・・ダイクロイックミラー、54・・・第1の光に作用する二分の一波長板、60,60A,60B・・・変更手段、60C・・・変更手段を構成する四分の一波長板、60D・・・変更手段を構成する光反射部材、60E・・・四分の一波長板、61・・・変更手段の光反射面、62・・・楔型プリズム、63,65・・・第1変更手段、63A,63B・・・楔型プリズム、64,66,67A,67B・・・第2変更手段、68A・・・第1変更手段を構成する四分の一波長板、68B・・・四分の一波長板、68C・・・第1変更手段を構成する光反射部材、68D・・・第2変更手段を構成する四分の一波長板、68E・・・四分の一波長板、68F・・・第2変更手段を構成する光反射部材、69・・・第3変更手段、71・・・第1波長選択性位相差板、72・・・第2波長選択性位相差板、73・・・第3波長選択性位相差板、74・・・第4波長選択性位相差板、100・・・投射光学系、75・・・光反射部材、76・・・第5波長選択性位相差板

Claims (5)

  1. 第1偏光ビームスプリッター、位相差板、第1変更手段を備えた光学素子、第1反射型空間光変調器、第2反射型空間光変調器、第2偏光ビームスプリッター、第3偏光ビームスプリッター、及び第3反射型空間光変調器を備えており、
    光源から出射され、前記第1反射型空間光変調器を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射した第1の波長帯を有する第1の光は、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、投射光学系へと向かい、
    前記投射光学系から戻ってきた前記第1の光の戻り光は、前記位相差板を通過し、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1変更手段に衝突し、前記第1変更手段によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され
    かつ、
    前記光源から前記第1の光は、前記第2偏光ビームスプリッターに入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1反射型空間光変調器において反射され、前記第2偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、
    前記光源から、第2の波長帯を有する第2の光が、前記第3偏光ビームスプリッターに入射し、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第2反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、及び、前記第1変更手段を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記第3反射型空間光変調器は、前記第3偏光ビームスプリッターに隣接して、前記第2反射型空間光変調器とは異なる位置に配置され、
    前記光源から出射され、前記第3偏光ビームスプリッターに入射した、第3の波長帯を有する第3の光は、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第3反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2の光と同じ方向に前記第3偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1変更手段に入射し、前記第1変更手段から前記第1偏光ビームスプリッター及び前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記投射光学系から戻ってきた前記第2の光の戻り光は、前記位相差板を通過し、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記光源からの前記第1の光が前記第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記第2偏光ビームスプリッターに入射し、前記光源からの前記第1の光が前記第1偏光ビームスプリッターから出射する方向とは異なる方向に前記第1偏光ビームスプリッターから出射される
    投射型表示装置。
  2. 第1偏光ビームスプリッター、位相差板、第1変更手段を備えた光学素子、第1反射型空間光変調器、第2反射型空間光変調器、第2偏光ビームスプリッター、第3偏光ビームスプリッター、及び第3反射型空間光変調器を備えており、
    光源から出射され、前記第1反射型空間光変調器を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射した第1の波長帯を有する第1の光は、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、投射光学系へと向かい、
    前記投射光学系から戻ってきた前記第1の光の戻り光は、前記位相差板を通過し、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1変更手段に衝突し、前記第1変更手段によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され
    かつ、
    前記光源から前記第1の光は、前記第2偏光ビームスプリッターに入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1反射型空間光変調器において反射され、前記第2偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、
    前記光源から、第2の波長帯を有する第2の光が、前記第3偏光ビームスプリッターに入射し、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第2反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、及び、前記第1変更手段を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記第3反射型空間光変調器は、前記第3偏光ビームスプリッターに隣接して、前記第2反射型空間光変調器とは異なる位置に配置され、
    前記光源から出射され、前記第3偏光ビームスプリッターに入射した、第3の波長帯を有する第3の光は、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第3反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2の光と同じ方向に前記第3偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1変更手段に入射し、前記第1変更手段から前記第1偏光ビームスプリッター及び前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記投射光学系から戻ってきた前記第2の光の戻り光は、前記位相差板を通過し、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記光源からの前記第1の光が前記第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2変更手段に衝突し、前記第2変更手段によって前記第1偏光ビームスプリッターへと戻され、前記第2の光の戻り光が前記第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と異なる方向に前記第1偏光ビームスプリッターから出射される
    投射型表示装置。
  3. 第1偏光ビームスプリッター、位相差板、第1変更手段を備えた光学素子、第1反射型空間光変調器、第2反射型空間光変調器、第2偏光ビームスプリッター、第3偏光ビームスプリッター、及び第3反射型空間光変調器を備えており、
    光源から出射され、前記第1反射型空間光変調器を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射した第1の波長帯を有する第1の光は、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、投射光学系へと向かい、
    前記投射光学系から戻ってきた前記第1の光の戻り光は、前記位相差板を通過し、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1変更手段に衝突し、前記第1変更手段によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され
    かつ、
    前記光源から前記第1の光は、前記第2偏光ビームスプリッターに入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1反射型空間光変調器において反射され、前記第2偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、
    前記光源から、第2の波長帯を有する第2の光が、前記第3偏光ビームスプリッターに入射し、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第2反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、及び、前記第1変更手段を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記第3反射型空間光変調器は、前記第3偏光ビームスプリッターに隣接して、前記第2反射型空間光変調器とは異なる位置に配置され、
    前記光源から出射され、前記第3偏光ビームスプリッターに入射した、第3の波長帯を有する第3の光は、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第3反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2の光と同じ方向に前記第3偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1変更手段に入射し、前記第1変更手段から前記第1偏光ビームスプリッター及び前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記投射光学系から戻ってきた前記第2の光の戻り光は、前記位相差板を通過し、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記光源からの前記第1の光が前記第1偏光ビームスプリッターに入射した方向と逆の方向に前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、第2変更手段に衝突し、前記第2変更手段によって、光の経路が変更され、又は、前記第2変更手段によって波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され、又は、吸収される
    投射型表示装置。
  4. 第1偏光ビームスプリッター、位相差板、第1変更手段を備えた光学素子、第1反射型空間光変調器、第2反射型空間光変調器、第2偏光ビームスプリッター、第3偏光ビームスプリッター、第3反射型空間光変調器、及び第4反射型空間光変調器を備えており、
    光源から出射され、前記第1反射型空間光変調器を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射した第1の波長帯を有する第1の光は、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、投射光学系へと向かい、
    前記投射光学系から戻ってきた前記第1の光の戻り光は、前記位相差板を通過し、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1変更手段に衝突し、前記第1変更手段によって、光の経路が変更され、又は、波長帯が変更され、又は、偏光状態が変更され
    かつ、
    前記光源から前記第1の光は、前記第2偏光ビームスプリッターに入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから出射され、前記第1反射型空間光変調器において反射され、前記第2偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、
    前記光源から、第2の波長帯を有する第2の光が、前記第3偏光ビームスプリッターに入射し、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第2反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、及び、前記第1変更手段を経由して前記第1偏光ビームスプリッターに入射し、前記第1偏光ビームスプリッターから出射され、前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記第3反射型空間光変調器は、前記第3偏光ビームスプリッターに隣接して、前記第2反射型空間光変調器とは異なる位置に配置され、
    前記光源から出射され、前記第3偏光ビームスプリッターに入射した、第3の波長帯を有する第3の光は、前記第3偏光ビームスプリッターから出射され、前記第3反射型空間光変調器において反射され、前記第3偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第2の光と同じ方向に前記第3偏光ビームスプリッターから再出射され、前記第1変更手段に入射し、前記第1変更手段から前記第1偏光ビームスプリッター及び前記位相差板を通過し、前記投射光学系へと向かい、
    かつ、
    前記光源から、第4の波長帯を有する第4の光が前記第1の光と同じ方向から前記第2偏光ビームスプリッターに入射し、
    前記第2偏光ビームスプリッターに入射した前記第4の光は、前記第1の光とは異なる方向に前記第2偏光ビームスプリッターから出射され、前記第4反射型空間光変調器において反射され、前記第1偏光ビームスプリッターに再入射し、前記第1の光と同じ方向に前記第2偏光ビームスプリッターから再出射され、前記位相差板へと向かう
    投射型表示装置。
  5. 請求項1から4のうちいずれか1項に記載の投射型表示装置であって、
    前記第1偏光ビームスプリッターと前記位相差板との間に、前記第1の光に作用する二分の一波長板が備えられている投射型表示装置。
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