JP3651229B2 - Projection display - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型液晶素子のような反射型変調素子により形成された表示画像を投写面に投写表示する、投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、大画面の画像を表示する方法として、反射型液晶素子を変調素子として用いた投写型表示装置が知られている。このような投写型表示装置の代表的な構成例を図１３に示す。光源部１０は光源ランプ１１と放物面リフレクター１２とから構成されており、光源ランプ１１から出射された光は放物面リフレクター１２により反射されて偏光ビームスプリッタ２０へ入射する。そして、特定の偏光光のみが偏光ビームスプリッタ２０の偏光分離面２１で反射されて、ダイクロイックプリズム５０へ入射する。さらに、ダイクロイックプリズム５０によって赤色光、緑色光、青色光に分離されて、それぞれの色光に対応した反射型液晶素子３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂに照射され、反射型液晶素子３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂによって変調される。反射型液晶素子３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂによって変調された各色光は、ダイクロイックプリズム５０によって合成され、偏光ビームスプリッタ２０側へ出射される。そして、偏光ビームスプリッタ２０の偏光分離面２１を透過してきた光が投写光学系６０を介して投写面７０上に投写される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の投写型表示装置では、光源ランプ１１と放物面リフレクター１２とから構成される光源部１０からの出射光束が、光束の断面内で不均一な光強度分布を有しており、光源光軸近傍の照明光の光強度は大きく、光軸から離れるにしたがって照明光の光強度は小さくなるという特性を持つ。したがって、図１０に示した従来の投写型表示装置においては、被照明領域である液晶素子３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂにおける照明光の光強度分布が不均一となり、投写面７０上に投写される画像に明るさムラや色ムラが生じてしまうという問題点がある。
【０００４】
そこで、本発明は、明るさが均一で、投写画像にムラの少ない投写型表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明第１の投写型表示装置は、光源と、
前記光源から出射された光を変調する反射型変調素子と、
前記反射型変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、
前記光源と前記反射型変調素子との間の光路中に配置され、前記光源から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記偏光光束選択素子との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
前記光学要素と前記偏光光束選択素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられ、
前記光学要素は、前記光学要素によって分割された前記複数の中間光束のそれぞれを、前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子を有し、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする。
【０００６】
本発明第１の投写型表示装置の上記構成によれば、光源からの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束を被照明領域上で重畳することにより、単一光束の場合よりも照度のムラを低減することができる。よって、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な照明光を得ることができる。特に、光源ランプと放物面等のリフレクターとからなる光源から出射される光束に見られるように、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強度分布に一定の傾向を有している場合には、上記の光学要素を用いることにより、被照明領域における照明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なものとすることができる。このように、明るさが均一な照明光によって反射型変調素子を照明することにより、明るさが均一で、投写画像にムラの少ない投写型表示装置を提供することが可能となる。
【０００７】
ここで、光源からの光束を複数の中間光束に分離した場合、偏光光束選択素子に入射する光は発散光となってしまう。従って、誘電体多層膜によって構成される偏光ビームスプリッタのように、入射光の角度によって偏光光束の選択特性が変化しやすい偏光光束選択素子を用いた場合には、偏光光束選択素子の選択特性の変化による照度ムラが発生してしまうこととなる。しかしながら、本実施形態では、光源からの光束を複数の中間光束に分離する光学要素と、偏光光束選択素子との間に、光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられており、当該光学要素によって分割された複数の中間光束のそれぞれを、集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子を設けているため、偏光光束選択素子に入射する光の発散を低減することができる。従って、光源からの光束を複数の中間光束に分離する光学素子を用いているにもかかわらず、偏光光束選択素子の選択特性の変化による照度ムラを低減することができるので、極めて明るさが均一で、投写画像にムラの少ない投写型表示装置を提供することが可能となる。
【０００８】
さらに、光学要素と偏光光束選択素子との間に、光学要素から出射された光束を集光する集光レンズを設けることによって、照明光の広がりが抑えられるため、投写光学系への光の入射効率をも高めることができる。よって、大口径の投写光学系を用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。
【０００９】
上記の投写型表示装置においては、集光レンズの焦点距離を、光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすることにより、反射型変調素子から出射される光を平行光とすることが可能となる。従って、反射型変調素子から投写光学系へ至る光路においても偏光光束選択素子の選択特性の変化によるむらを低減することができ、さらに投写画像のムラを抑えることが可能となる。
【００１０】
本発明第１の投写型表示装置において、光学要素を、光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、当該第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有する構成とし、第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる前記重畳素子と、を有する構成とすることが可能である。この投射型表示装置においては、前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であるものとすることができる。
【００１１】
このような構成を採用すれば、第２の光学要素によって、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上に重畳させることができる。従来の投写型表示装置においては、Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳させるため、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることができる。
【００１２】
また、集光レンズを偏光光束選択素子の光入射面に取り付けるようにすれば、集光レンズと偏光光束選択素子との界面において発生する光損失を防ぐことができ、光の利用効率を高めることが可能となる。
【００１３】
さらに、集光レンズの焦点距離を、第１の光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすることが好ましい。このように集光レンズの焦点距離を設定することにより、反射型変調素子から出射される光を平行光とすることが可能となる。従って、反射型変調素子から投写光学系へ至る光路においても偏光光束選択素子の選択特性の変化によるむらを低減することができ、さらに投写画像のムラを抑えることが可能となる。
【００１４】
なお、本発明第１の投写型表示装置において、前記重畳素子と前記偏光光束選択素子との間の光路中や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路中に偏光素子を配置することが好ましい。前者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子から出射する偏光光束、結果的には投写光学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めることができる。したがって、このように偏光素子を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００１５】
本発明第２の投写型表示装置は、光源と、
前記光源から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記色光分離光学系によって分離された前記複数の色光のそれぞれを変調する複数の反射型変調素子と、
前記複数の反射型変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学系と、
前記色光合成光学系によって合成された光を投写する投写光学系と、
前記色光分離光学系と前記反射型変調素子との間の光路中にそれぞれ配置され、前記色光分離光学系から出射された色光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記色光合成光学系へ到達させる複数の偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記色光分離光学系との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
前記光学要素とそれぞれの前記偏光光束選択素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられ、
前記光学要素は、前記光学要素によって分割された前記複数の中間光束のそれぞれを、前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子を有し、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明第２の投写型表示装置によっても、上述した第１の投写型表示装置と同様の作用により、明るさが均一で、投写画像にムラの少ない投写型表示装置を提供することが可能となり、また、大口径の投写光学系を用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることができる。
【００１７】
上記の投写型表示装置においても、集光レンズの焦点距離を、光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすることにより、反射型変調素子から出射される光を平行光とすることが可能となる。従って、反射型変調素子から投写光学系へ至る光路においても偏光光束選択素子の選択特性の変化によるむらを低減することができ、さらに投写画像のムラを抑えることが可能となる。
【００１８】
本発明第２の投写型表示装置においても、光学要素を、光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、当該第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有する構成とし、第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる前記重畳素子と、を有する構成とすることが可能である。この投射型表示装置においては、前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であるものとすることができる。
【００１９】
このような構成を採用すれば、第２の光学要素によって、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上に重畳させることができる。従来の投写型表示装置においては、Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳させるため、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることができる。
【００２０】
また、集光レンズを偏光光束選択素子の光入射面に取り付けるようにすれば、集光レンズと偏光光束選択素子との界面において発生する光損失を防ぐことができ、光の利用効率を高めることが可能となる。
【００２１】
さらに、集光レンズの焦点距離を、第１の光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすることが好ましい。このように集光レンズの焦点距離を設定することにより、反射型変調素子から出射される光を平行光とすることが可能となる。従って、反射型変調素子から投写光学系へ至る光路においても偏光光束選択素子の選択特性の変化によるむらを低減することができ、さらに投写画像のムラを抑えることが可能となる。
【００２２】
なお、本発明第２の投写型表示装置においても、第１の投写型表示装置の場合と同様、前記重畳素子と前記偏光光束選択素子との間の光路中や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路中に偏光素子を配置することが好ましい。前者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子から出射する偏光光束、結果的には投写光学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めることができる。したがって、このように偏光素子を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００２３】
本発明第３の投写型表示装置は、光源と、
前記光源から出射された光を変調する反射型変調素子と、
前記反射型変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、
前記光源と前記反射型変調素子との間の光路中に配置され、前記光源から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記偏光光束選択素子との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
前記偏光光束選択素子と前記反射型変調素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられ、
前記光学要素によって分割された前記複数の中間光束のそれぞれは、前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳されることを特徴とする。
【００２４】
本発明第３の投写型表示装置の上記構成によれば、光源からの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束を被照明領域上で重畳することにより、単一光束の場合よりも照度のムラを低減することができる。よって、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な照明光を得ることができる。特に、光源ランプと放物面等のリフレクターとからなる光源から出射される光束に見られるように、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強度分布に一定の傾向を有している場合には、上記の光学要素を用いることにより、被照明領域における照明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なものとすることができる。このように、明るさが均一な照明光によって反射型変調素子を照明することにより、明るさが均一で、投写画像にムラの少ない投写型表示装置を提供することが可能となる。
【００２５】
ここで、光源からの光束を複数の中間光束に分離した場合、偏光光束選択素子に入射する光は発散光となってしまう。従って、誘電体多層膜によって構成される偏光ビームスプリッタのように、入射光の角度によって偏光光束の選択特性が変化しやすい偏光光束選択素子を用いた場合には、偏光光束選択素子の選択特性の変化による照度ムラが発生してしまうこととなる。しかしながら、本実施形態では、偏光光束選択素子と反射型変調素子との間に、光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられているため、反射型変調素子から出射される光の発散を低減することができる。従って、光源からの光束を複数の中間光束に分離する光学素子を用いているにもかかわらず、偏光光束選択素子の選択特性の変化による照度ムラを低減することができるので、極めて明るさが均一で、投写画像にムラの少ない投写型表示装置を提供することが可能となる。
【００２６】
特に、集光レンズの焦点距離を、光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長の約２倍とすれば、反射型変調素子によって変調され、当該集光レンズを介して偏光光束選択素子に出射される光を平行光とすることが可能となり、効果的である。
【００２７】
さらに、偏光光束選択素子と反射型変調素子との間に、光学要素から出射された光束を集光する集光レンズを設けることによって、投写レンズへ入射する光の広がりが抑えられるため、投写光学系への光の入射効率をも高めることができる。よって、大口径の投写光学系を用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。特に、集光レンズの焦点距離を、光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすれば、効果的である。
【００２８】
本発明第３の投写型表示装置において、光学要素を、光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、当該第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有する構成とし、第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子と、を有する構成とすることが可能である。この投射型表示装置においては、前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であるものとすることができる。
【００２９】
このような構成を採用すれば、第２の光学要素によって、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上に重畳させることができる。従来の投写型表示装置においては、Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳させるため、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることができる。
【００３０】
また、この場合にも、集光レンズの焦点距離を、第１の光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長の約２倍とすれば、反射型変調素子によって変調され、当該集光レンズを介して偏光光束選択素子に出射される光を平行光とすることが可能となり、偏光光束選択素子の選択特性の変化による照度ムラを低減する上で、効果的である。
【００３１】
さらに、集光レンズの焦点距離を、第１の光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすれば、投写光学系への光の入射効率を高める上で、効果的である。
【００３２】
なお、本発明第３の投写型表示装置において、集光レンズを偏光光束選択素子の光入射面あるいは反射型変調素子の光入出射面に取り付けるようにすれば、集光レンズと偏光光束選択素子、あるいは集光レンズと反射型変調素子との界面において発生する光損失を防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可能となる。
【００３３】
また、光学素子と前記偏光光束選択素子との間の光路中や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路中に偏光素子を配置することが好ましい。前者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子から出射する偏光光束、結果的には投写光学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めることができる。したがって、このように偏光素子を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００３４】
本発明第４の投写型表示装置は、光源と、
前記光源から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記色光分離光学系によって分離された前記複数の色光のそれぞれを変調する複数の反射型変調素子と、
前記複数の反射型変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学系と、
前記色光合成光学系によって合成された光を投写する投写光学系と、
前記色光分離光学系と前記反射型変調素子との間の光路中にそれぞれ配置され、前記色光分離光学系から出射された色光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記色光合成光学系へ到達させる複数の偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記色光分離光学系との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
それぞれの前記偏光光束選択素子と前記反射型変調素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられてなることを特徴とする。
【００３５】
本発明第４の投写型表示装置によっても、前述した第３の投写型表示装置と同様の作用によって、明るさが均一で、投写画像にムラの少ない投写型表示装置を提供することが可能となり、また、大口径の投写光学系を用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることができる。
【００３６】
また、本発明第４の投写型表示装置によっても、集光レンズの焦点距離を、光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長の約２倍とすれば、反射型変調素子によって変調され、当該集光レンズを介して偏光光束選択素子に出射される光を平行光とすることが可能となり、偏光光束選択素子の選択特性の変化による照度ムラを低減する上で、効果的である。さらにまた、集光レンズの焦点距離を、光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすれば、投写光学系への光の入射効率を高める上で、効果的である。
【００３７】
本発明第４の投写型表示装置においても、光学要素を、光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、当該第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有する構成とし、第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子と、を有する構成とすることが可能である。この投射型表示装置においては、前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であるものとすることができる。
【００３８】
このような構成を採用すれば、第２の光学要素によって、中間光束をＰ偏光光束、Ｓ偏光光束に分離した後、どちらか一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上に重畳させることができる。従来の投写型表示装置においては、Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが、本発明の第２の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いることが可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳させるため、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさが均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光特性で中間光束をＰ偏光光束とＳ偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることができる。
【００３９】
また、この場合にも、集光レンズの焦点距離を、第１の光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長の約２倍とすれば、反射型変調素子によって変調され、当該集光レンズを介して偏光光束選択素子に出射される光を平行光とすることが可能となり、偏光光束選択素子の選択特性の変化による照度ムラを低減する上で、効果的である。
【００４０】
さらに、集光レンズの焦点距離を、第１の光学要素の焦点位置から集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しくすれば、投写光学系への光の入射効率を高める上で、効果的である。
【００４１】
なお、本発明第４の投写型表示装置においても、集光レンズを偏光光束選択素子の光入射面あるいは反射型変調素子の光入出射面に取り付けるようにすれば、集光レンズと偏光光束選択素子、あるいは集光レンズと反射型変調素子との界面において発生する光損失を防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可能となる。
【００４２】
また、光学素子と前記偏光光束選択素子との間の光路中や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路中に偏光素子を配置することが好ましい。前者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子に入射する偏光光束、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光光束選択素子から出射する偏光光束、結果的には投写光学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めることができる。したがって、このように偏光素子を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（の実施形態）を説明する。以下の各の実施形態においては、互いに直交する３つの方向を、便宜的にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とし、Ｚ方向を光の進行方向とした。
【００４４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、図１は、後に詳しく述べる第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。
【００４５】
本実施形態の投写型表示装置は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部１１０、第１の光学要素１２０、第２の光学要素１３０から概略構成される偏光照明装置１００、偏光照明装置１００からの光を反射させて反射型液晶素子３００に到達させるとともに、反射型液晶素子３００により変調された光を透過させて投写光学系６００へ到達させるＳ偏光光束反射膜２０１を備えた偏光ビームスプリッタ２００、偏光ビームスプリッタ２００から出射された光を変調する反射型液晶素子３００、反射型液晶素子３００にて変調された光を投写面７００に投写する投写光学系６００から大略構成されている。
【００４６】
光源部１１０は、光源ランプ１１１と、放物面リフレクター１１２とから大略構成されている。光源ランプ１１１から放射された光は、放物面リフレクター１１２によって一方向に反射され、略平行な光束となって第１の光学要素１２０に入射する。ここで、光源ランプ１１１としては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等が、また、リフレクターとしては本実施形態に挙げた放物面リフレクター１１２の他に、楕円リフレクター、球面リフレクター等が使用できる。
【００４７】
第１の光学要素１２０は、その外観を図２に示す様に、マトリックス状に配列された複数の矩形の光束分割レンズ１２１を備えたレンズアレイである。光源部１１０と第１の光学要素１２０との位置関係は、光源光軸Ｒが第１の光学要素１２０の中心に来るように設定されている。第１の光学要素１２０に入射した光は、光束分割レンズ１２１により複数の中間光束１２２に分割され、同時に光束分割レンズの集光作用により、システム光軸Ｌと垂直な平面内（図１ではＸＹ平面）の中間光束が集束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像１２３を形成する。尚、光束分割レンズ１２１のＸＹ平面上における断面形状は反射型液晶素子３００の表示領域（被照明領域）の形状とほぼ相似形をなすように設計すると良い。本実施形態では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い長方形の被照明領域を想定しているため、光束分割レンズ１２１のＸＹ平面上における断面形状もＸ方向に長い長方形としてある。
【００４８】
次に、第２の光学要素１３０の機能について説明する。
【００４９】
第２の光学要素１３０は、集光レンズアレイ１３１、偏光分離ユニットアレイ１４１と選択位相差板１４７とからなる板状の偏光変換素子１４０、偏光変換素子１４０から出射された中間光束を後述する集光レンズ４００を介して反射型液晶素子３００に重畳させる出射側レンズ１５０から大略構成される複合体である。第２の光学要素１３０は、第１の光学要素の光出射面側に、システム光軸Ｌに対してほぼ垂直となるように配置される。この第２の光学要素１３０は、中間光束１２２のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離した後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を一箇所の被照明領域に導くという機能を有している。
【００５０】
集光レンズアレイ１３１は、図２に示した第１の光学要素１２０と同様に、第１の光学要素１２０を構成する光束分割レンズ１２１と同数の集光レンズ１３２が、マトリックス状に複数配列されたものである。集光レンズアレイ１３１は、中間光束１２２のそれぞれを偏光分離ユニットアレイ１４１の特定の場所に集光しながら導くとともに、中間光束１２２の光軸をシステム光軸Ｌと平行にするという機能を有している。したがって、各集光レンズのレンズ特性は、第１の光学要素１２０により分割された中間光束１２２の特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ１４１に入射する光の主光線の傾きがシステム光軸Ｌと平行となるように、各々最適化されることが望ましい。但し、光学系の低コスト化および設計の容易さを考慮して、第１の光学要素１２０と全く同じレンズアレイを用いるか、あるいは、ＸＹ平面における断面形状が、第１の光学要素１２０を構成する光束分割レンズ１２１とほぼ相似形をなす集光レンズで構成したレンズアレイを用いても良い。本実施形態の場合には、第１の光学要素１２０と同じレンズアレイを集光レンズアレイ１３１として用いている。尚、第１の光学要素１２０に入射する光束の平行性がきわめて高い場合には、第２の光学要素から集光レンズアレイ１３１を省略しても良い。
【００５１】
偏光分離ユニットアレイ１４１は、図３（Ａ）に示されたように、Ｘ方向に配列された複数の偏光分離ユニット１４２から構成されている。偏光分離ユニット１４２は、光学ガラス等からなるプリズム内に一対の偏光分離面１４３と反射面１４４とを備えた四角柱状の構造体であり、入射する中間光束１２２のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離する機能を有している。尚、偏光分離ユニットアレイ１４１は、交互に繰り返し配列した偏光分離面１４３と反射面１４４とをその内部に有する構造体であれば良く、必ずしも、複数の偏光分離ユニット１４２によって構成される必要はない。偏光分離ユニットアレイの機能の理解を容易にするために、偏光分離ユニット１４２という概念を導入したに過ぎない。
【００５２】
偏光分離面１４３と反射面１４４とはＸ方向に交互に並ぶように配置されていおり、それぞれシステム光軸Ｌに対して約４５度の傾きをなしている。また、偏光分離面１４３と反射面１４４とは互いに重なり合わないように配置されている。また、偏光分離面１４３をＸＹ平面上に投影した面積と反射面１４４をＸＹ平面上に投影した面積とはそれぞれ等しい。偏光分離面１４３は誘電体多層膜等で、また、反射面１４４は誘電体多層膜、アルミニウム膜等で形成することができる。
【００５３】
偏光分離ユニット１４２に入射した光は、偏光分離面１４３を透過するＰ偏光光束と、偏光分離面１４３で反射されて反射面１４４の方向に進行方向を変えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束は偏光分離ユニット１４２のＰ偏光光束出射面１４５から出射される。一方、Ｓ偏光光束は反射面１４４で反射され、Ｐ偏光光束とほぼ平行な状態となって、偏光分離ユニット１４２のＳ偏光光束出射面１４６から出射される。すなわち、偏光分離ユニット１４２に入射したランダムな偏光方向を有する中間光束１２２は、偏光分離ユニット１４２によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離され、それぞれ偏光分離ユニット１４２のＰ偏光光束出射面１４５、Ｓ偏光光束出射面１４６からほぼ同じ方向に向けて出射される。
【００５４】
なお、本実施形態の偏光照明装置１００では、偏光分離ユニット１４２の偏光分離面１４３上にそれぞれの中間光束１２２を導く必要がある。したがって、本実施形態では、図１に示すように、偏光分離面１４３の中央部に中間光束１２３が集光されるように、集光レンズアレイ１３１が偏光分離ユニット１４２の横幅の１／４に相当する距離だけ、偏光分離ユニットアレイ１４１に対してＸ方向にずらした状態で配置されている。また、その結果、光源部１１０も、その光源光軸Ｒがシステム光軸Ｌに対して偏光分離ユニット１４２の横幅の１／４に相当する距離だけＸ方向に平行シフトした状態となるように配置されている。
【００５５】
偏光分離ユニットアレイ１４１の光出射面側には、λ／２位相差層１４８が規則的に形成された選択位相差板１４７が設置されている。図３（Ｂ）に選択位相差板１４７の例を示す。
【００５６】
選択位相差板１４７は、偏光分離ユニット１４２のＰ偏光光束出射面１４５の部分にのみλ／２位相差層１４８が形成され、Ｓ偏光光束出射面１４６の部分にはλ／２位相差層１４８が形成されていない光学素子である。したがって、偏光分離ユニット１４２から出射されたＰ偏光光束は、選択位相差板１４７を通過する際にλ／２位相差層１４８によって偏光方向の回転作用を受け、Ｓ偏光光束へと変換される。一方、Ｓ偏光光束出射面１４６の部分にはλ／２位相差層１４８が形成されていないので、偏光分離ユニット１４２のＳ偏光光束出射面１４６から出射されたＳ偏光光束はＳ偏光のまま選択位相差板１４７を通過する。
【００５７】
すなわち、第１の光学要素から出射されたランダムな偏光方向を有する中間光束は、偏光分離ユニットアレイ１４１によりＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離され、選択位相差板１４７により、偏光方向が揃った一種類の偏光光束（本実施形態の場合はＳ偏光光束）に変換されたことになる。
【００５８】
再び、図１に戻って説明する。偏光変換素子１４０の光出射面側に配置された出射側レンズ１５０は、偏光変換素子１４０によりＳ偏光光束に揃えられたそれぞれの中間光束を、後述する集光レンズ４００を介して、反射型液晶素子３００に重畳させる重畳素子としての機能を有している。すなわち、第１の光学要素１２０により分割された中間光束１２２（つまり、光束分割レンズ１２１により切り出されたイメージ面）のそれぞれが、偏光変換素子１４０によって偏光方向の揃った一種類の偏光光に変換され、出射側レンズ１５０によって、集光レンズ４００を介して一箇所の被照明領域、すなわち反射型液晶素子３００に重畳される。この場合、第１の光学素子１２０に入射する光束の光強度分布がその入射断面内で均一でなくとも、複数の分割された中間光束が重畳される過程で光強度は平均化されるため、被照明領域上における照明光の光強度分布は殆ど均一である。よって、被照明領域である反射型液晶素子３００を、一種類の偏光光束でほぼ均一に照明することができる。なお、出射側レンズ１５０は１つのレンズ体である必要はなく、第１の光学要素１２０のように、複数のレンズから構成されたレンズアレイとしても良い。
【００５９】
以上をまとめると、偏光照明装置１００によって、明るさが均一で偏光方向がほぼ揃った照明光を得ることができる。
【００６０】
偏光照明装置１００では、第１の光学要素１２０により微小な複数の集光像１２３を形成し、それらの形成過程で生じた光の存在しない空間を上手く利用し、その空間に偏光分離ユニット１４２の反射面１４４を配置している。したがって、光源からの出射光束を２種類の偏光光束に分離する際に生じる光束の拡幅を抑えることができ、少ないスペースで偏光変換を行うことができるという特徴がある。
【００６１】
なお、Ｘ方向に長い長方形である反射型液晶素子３００の形状に合わせて、第１の光学要素１２０を構成する光束分割レンズ１２１の断面形状をＸ方向に長い長方形にするとともに、偏光分離ユニットアレイ１４１から出射された二種類の偏光光束がＸ方向に交互に並ぶようにしている。このため、長方形の被照明領域であるを照明する場合でも、光量を無駄にすることなく、光の利用効率を高めることができる。
【００６２】
また、第２の光学要素１３０を構成する集光レンズアレイ１３１、偏光分離ユニットアレイ１４１、選択位相差板１４７、および出射側レンズ１５０を光学的に一体化することにより、それらの界面において発生する光損失を低減し、光の利用効率を一層高めるようにしている。しかしながら、これらの光学素子は必ずしも光学的に一体化する必要はない。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ２００は、２つのプリズム部品２０２、２０３の接合面に沿って、Ｓ偏光光束反射膜２０１が形成されたものである。Ｓ偏光光束反射膜２０１は例えば誘電体多層膜で構成され、Ｓ偏光光束を反射し、かつＰ偏光光束を透過させる偏光光束選択素子として機能する。先に説明したように、偏光照明装置１００から出射される光束は、そのほとんどが一種類の偏光光束に変換されている。したがって、偏光照明装置１００から出射された光束のほとんどすべてがＳ偏光光束反射膜２０１によって反射あるいは透過されることとなる。本実施形態では、第２の光学要素１３０から出射される光束はＳ偏光光束である。よって、偏光ビームスプリッタ２００に入射した光束は、その殆どがＳ偏光光束反射膜２０１によって反射されて反射型液晶素子３００に到達することになる。
【００６４】
なお、第２の光学要素１３０から出射される光束がＰ偏光光束である場合には、偏光ビームスプリッタ２００に入射した光束はＳ偏光光束反射膜２０１を透過する。したがって、この場合には、偏光ビームスプリッタ２００を挟んで第２の光学要素と対向するように反射型液晶素子３００を配置すれば良い。
【００６５】
反射型液晶素子３００に入射した光束は、反射型液晶素子３００により所定の画像情報に基づいた変調を受ける。
【００６６】
ここで、反射型液晶素子３００の一例を図４に示す。反射型液晶素子３００は、マトリックス状に配置された反射画素電極３１９に、薄膜トランジスタからなるスイッチング素子が接続されたアクティブマトリックス型液晶素子であり、一対の基板３１０、３３０間に液晶層３２０が挟持された構造となっている。基板３１０は珪素からなり、その一部にソース３１１、ドレイン３１６が形成されている。また、基板３１０上には、アルミニウムからなるソース電極３１２およびドレイン電極３１７、二酸化珪素からなるチャネル３１３、珪素層３１４およびタンタル層３１５とからなるゲート電極、層間絶縁膜３１８、アルミニウムからなる反射画素電極３１９が形成され、ドレイン電極３１７と反射画素電極３１９とはコンタクトホールＨを介して電気的に接続されている。反射画素電極３１９は不透明であるため、ゲート電極、ソース電極３１２、ドレイン電極３１７の上に層間絶縁膜３１８を介して積層することができる。したがって、隣り合う反射画素電極３１９間の距離Ｘをかなり小さくすることができ、開口率を大きく取ることができる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、ドレイン３１６、二酸化珪素層３４０、珪素層３４１、タンタル層３４２から構成される保持容量部を設けている。
【００６８】
一方、対向する基板３３０には、液晶層３２０側の面にＩＴＯからなる対向電極３３１が形成されており、他方の面には反射防止層３３２が形成されている。この対向電極３３１とそれぞれの画素電極３１９との間に電圧を印加することによって、液晶層３２０の駆動が行われる。
【００６９】
液晶層３２０は、電圧無印加（ＯＦＦ）時には液晶分子３２１が垂直に配向しており、電圧印加（ＯＮ）時には液晶分子３２１が９０度ねじれるスーパーホメオトロピックタイプのものである。よって、図４に示したように、電圧無印加（ＯＦＦ）時に偏光ビームスプリッタ２００から反射型液晶素子３００に入射したＳ偏光光束は、その偏光方向を変えること無く反射型液晶素子３００から偏光ビームスプリッタ２００へ戻される。よって、Ｓ偏光光束反射膜２０１によって反射されて投写光学系６００の方へ到達することはない。一方、電圧印加（ＯＮ）時に偏光ビームスプリッタ２００から反射型液晶素子３００に入射したＳ偏光光束は、液晶分子３２１のねじれによりその偏光方向が変えられてＰ偏光光束となり、Ｓ偏光光束反射膜２０１を透過した後、投写光学系６００を介して投写面７００に投写されることとなる。
【００７０】
さて、本実施形態の投写型表示装置は、偏光照明装置１００と偏光ビームスプリッタ２００との間に、集光レンズ４００が設けられている点に特徴がある。この点について、図５と図６とを参照して説明する。なお、図５、図６では、説明の便宜上、第２の光学要素１３０（図１参照）の構成を簡略化して示している。
【００７１】
本実施形態の投写型表示装置では、光源からの光束を第１の光学要素１２０によって複数の中間光束１２２に分離しており、各中間光束１２２が集光される位置付近に複数の集光像１２３が形成される。そして、これら複数の集光像１２３が仮想光源となり、したがって、複数の仮想光源からの照明光によって反射型表示装置３００が照明されることになる。ここで、当該複数の仮想光源による照明光は発散光である。一方、偏光選択膜として用いられる誘電体多層膜等は、一般的に、その偏光選択特性が光の入射角によって変化しやすい。従って、もし、図５に示したように、第１の光学要素１２０から出射された光をそのまま偏光ビームスプリッタ２００へ入射させてしまうと、Ｓ偏光光束反射面２０１の偏光選択特性の変化による照度ムラが発生してしまうおそれがある。
【００７２】
一方、本実施形態の投写型表示装置では、図６に示すように、偏光照明装置１００と偏光ビームスプリッタ２００との間に集光レンズ４００が配置されており、第１の光学要素１２０によって分割された複数の中間光束１２２のそれぞれを、集光レンズ４００を介して反射型液晶素子３００に重畳させるようにしているため、偏光ビームスプリッタ２００のＳ偏光光束反射面２０１に入射する光の発散を低減することができる。従って、Ｓ偏光光束反射面２０１の偏光選択特性の変化による照度ムラを抑えることができ、極めて明るさが均一で、ムラの少ない投写画像を得ることができる。特に、集光レンズ４００の焦点距離を、第１の光学要素１２０の焦点位置、すなわち集光像１２３が形成される位置から集光レンズ４００の主点までの光路長とほぼ等しく設定すれば、図６に示したように、反射型液晶素子３００から出射される光を平行光とすることが可能となる。したがって、この場合、反射型液晶素子３００から投写光学系６００へ至る光路においてもＳ偏光光束反射面２０１の選択特性の変化によるムラを低減することができ、さらに投写画像のムラを抑えることが可能となる。
【００７３】
さらに、図５に示したように、第１の光学要素１２０から出射された光をそのまま偏光ビームスプリッタ２００へ入射させてしまうと、反射型液晶素子３００によって変調された後の光も大きな広がりをもって投写光学系６００へ向かうことになるため、大口径の投写光学系６００を用いなければ投写光をじゅうぶんにのみこむことができず、投写画像が暗くなってしまうおそれがある。
【００７４】
一方、本実施形態の投写型表示装置では、図６に示すように、偏光照明装置１００と偏光ビームスプリッタ２００との間に集光レンズ４００が配置されており、第１の光学要素１２０によって分割された複数の中間光束１２２のそれぞれを、集光レンズ４００を介して反射型液晶素子３００に重畳させるようにしている。従って、反射型液晶素子３００によって変調された後の光束の広がりをも抑えることができ、大口径の投写光学系６００を用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。さらに、本実施形態の投写型表示装置では、集光レンズ４００が偏光ビームスプリッタ２００の光入射面に取り付けられており、これらの界面において発生する光損失も低減されている。従って、さらに明るい投写画像を得ることが可能となっている。
【００７５】
このように、本実施形態の投写型表示装置では、明るさが均一で、ムラが少なく、かつきわめて明るい投写画像を得ることができる。
【００７６】
なお、反射型液晶素子３００の構造、その各構成要素の材料、並びに液晶層３２０の動作モードについては上述の例に限られるものではない。
【００７７】
また、上述した反射型液晶素子３００はモノクロ画像表示用であるが、反射型液晶素子３００と偏光ビームスプリッタ２００との間に、或いは反射型液晶素子３００の内部にカラーフィルタを設ければ、カラー画像を表示することも可能である。
【００７８】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態にかかる投写型表示装置２の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、図７は、第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本実施形態の投写型表示装置２において、前に説明した第１の実施形態にかかる投写型表示装置の構成要素と同様の構成要素については、図１〜図６で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省略する。
【００７９】
本実施形態の投写型表示装置は、システム光軸Ｌに沿って配置した光源部１１０、第１の光学要素１２０、反射ミラー１６０、第２の光学要素１３０から概略構成される偏光照明装置１０１を備えている。また、偏光照明装置１０１からの光を三色の色光に分離する色光分離光学系５００と、この色光分離光学系５００によって分離された三色の色光のそれぞれを変調する複数の反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂと、３つの反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂによって変調された光を合成するクロスダイクロイックプリズム５５０と、クロスダイクロイックプリズム５５０によって合成された色光を投写面７００に投写する投写光学系６００とを備えている。さらに、色光分離光学系５００によって分離されたそれぞれの色光を反射させて反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに到達させるとともに、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｇによって変調された光を透過させてクロスダイクロイックプリズム５５０へ到達させる３つの偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂを備えている。
【００８０】
本実施形態の投写型表示装置１では、第１の実施形態とほぼ同じ構成の偏光照明装置１０１が用いられている。第１の実施形態における偏光照明装置１００との相違点は、第１の光学要素１２０と第２の光学要素１３０との間に反射ミラー１６０が配置されていることであるが、これは、光軸Ｒを折り曲げるためのものであって、偏光照明装置の機能自体に何ら影響を及ぼすものではない。第１の実施形態で説明したように、偏光照明装置１０１において、光源部１１０から出射されたランダムな偏光光束は、第１の光学要素１２０により複数の中間光束に分割された後、第２の光学要素１３０により偏光方向がほぼ揃った一種類の偏光光束（本実施形態ではＳ偏光光束）に変換される。
【００８１】
色分離光学系５００は、偏光照明装置１０１から出射された光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの三色の色光に分離する光学系である。色分離光学系５００は、青色光・緑色光反射ダイクロイックミラー５０１、赤色光反射ダイクロイックミラー５０２、緑色光反射ダイクロイックミラー５０５、及び、２つの反射ミラー５０３、５０４から構成される。
【００８２】
偏光照明装置１０１から出射された光は、色分離光学系５００に入射する。偏光照明装置１０１から出射された光のうち、赤色光Ｒの成分は、赤色光反射ダイクロイックミラー５０２によって反射ミラー５０３側へ反射される。このようにして分離された赤色光Ｒは、集光レンズ４００Ｒを介して偏光ビームスプリッタ２００Ｒへ入射する。
【００８３】
一方、偏光照明装置１０１から出射された光のうち、緑色光Ｇ、および青色光Ｂの成分は、緑色光・青色光反射ダイクロイックミラー５０１によって反射ミラー５０４側へ反射される。さらに、反射ミラー５０４によって反射された緑色光Ｇ、青色光Ｂは、緑色光反射ダイクロイックミラー５０５に入射し、ここで緑色光Ｇの成分のみが反射される。緑色光反射ダイクロイックミラー５０５によって反射された緑色光Ｇは、集光レンズ４００Ｇを介して偏光ビームスプリッタ２００Ｇへ入射する。緑色光反射ダイクロイックミラー５０５を透過した青色光Ｂは、集光レンズ４００Ｂを介して偏光ビームスプリッタ２００Ｂへ入射する。
【００８４】
偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂは、前述した第１の実施形態における偏光ビームスプリッタ２００と同様の構成、及び、機能を有している。従って、偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂに入射したＳ偏光光束である各色光は、各偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００ＢのＳ偏光光束反射膜によってそのほとんどが反射されて、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに到達することになる。
【００８５】
反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂは、前述した第１の実施形態における反射型液晶素子３００と同様の構成、及び、機能を有している。従って、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに入射した各色光は、所定の画像情報に基づいた変調を受け、偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ側へ出射され、各々のＳ偏光光束反射膜を透過した光のみがクロスダイクロイックプリズム５５０側へ出射される。
【００８６】
クロスダイクロイックプリズム５５０は、ＸＺ平面における断面形状が二等辺三角形の４つの三角柱状プリズムで構成されている。４つの三角柱状プリズムは、その側面同士が互いに接着されており、その接着面に沿って、２種類のダイクロイック膜５５１、５５２が形成されている。ダイクロイック膜５５１の波長選択特性は、赤色光Ｒを反射し、緑色光Ｇと青色光Ｂとを透過させるように設定されている。また、ダイクロイック膜５５２の波長選択特性は、青色光Ｂを反射し、赤色光Ｒと緑色光Ｇとを透過させるように設定されている。従って、クロスダイクロイックプリズム５５０に入射した光は、２種類のダイクロイック膜５５１、５５２の波長選択特性に基づいて合成され、投写光学系６００を介して投写面７００上に投写される。
【００８７】
さて、本実施形態の投写型表示装置も、第１の実施形態にかかる投写型表示装置と同様、偏光照明装置１０１と偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂとの間に集光レンズ４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂが設けられている。従って、第１の実施形態にかかる投写型表示装置と同様に、偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００ＢのＳ偏光光束反射面に入射する光の発散を低減することができる。従って、Ｓ偏光光束反射面の波長選択特性の変化による照度ムラを抑えることができ、極めて明るさが均一で、ムラの少ない投写画像を得ることができる。そして、本実施形態の場合においても、特に、集光レンズ４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂの焦点距離を、第１の光学要素１２０の焦点位置から集光レンズ４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂの主点までの光路長とほぼ等しく設定することにより、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂから出射される光を平行光とすることが可能となる。従って、この場合、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂから投写光学系６００へ至る光路においてもＳ偏光光束反射面の選択特性の変化によるムラを低減することができ、さらに投写画像のムラを抑えることが可能となる。
【００８８】
さらに、本実施形態の投写型表示装置においても、第１の実施形態にかかる投写型表示装置と同様に、偏光照明装置１０１と偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂとの間に集光レンズ４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂが配置されており、第１の光学要素１２０によって分割された複数の中間光束のそれぞれを、集光レンズ４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂを介して反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに重畳させるようにしている。従って、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂによって変調された後の光束の広がりをも抑えることができ、大口径の投写光学系６００を用いなくとも極めて明るい投写画像を得ることが可能である。さらにまた、本実施形態の投写型表示装置では、集光レンズ４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂが各偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂの光入射面に取り付けられており、これらの界面において発生する光損失も低減されている。従って、さらに明るい投写画像を得ることが可能となっている。
【００８９】
このように、本実施形態の投写型表示装置でも、第１の実施形態と同様に、明るさが均一で、ムラが少なく、かつきわめて明るい投写画像を得ることができる。
【００９０】
（第３の実施形態）
前述した第１の実施形態にかかる投写型表示装置においては、偏光照明装置１００と偏光ビームスプリッタ２００との間に、第１の光学要素から出射された光束を集光する集光レンズ４００を設けている。この集光レンズを、偏光ビームスプリッタ２００と反射型液晶素子３００との間に配置することも可能である。このような投写型表示装置の例を図８に示す。
【００９１】
図８は、第３の実施形態にかかる投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、図８は、第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本実施形態の投写型表示装置において、前に説明した第１の実施形態にかかる投写型表示装置の構成要素と同様の構成要素については、図１〜図６で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
本実施形態の投写型表示装置は、図８に示したように、偏光ビームスプリッタ２００と反射型液晶素子３００との間に集光レンズ４１０が設けられている点に特徴がある。この点について、図５、図９、図１０を参照して説明する。なお、図９、図１０では、説明の便宜上、第２の光学要素１３０（図８参照）の構成を簡略化して示している。
【００９３】
本実施形態の投写型表示装置では、光源からの光束を第１の光学要素によって複数の中間光束１２２に分離しており、各中間光束が集光される位置付近に複数の集光像が形成される。したがって、複数の仮想光源からの照明光によって反射型表示装置３００が照明されることになる。ここで、当該複数の仮想光源による照明光は発散光である。一方、偏光選択膜として用いられる誘電体多層膜等は、一般的に、その偏光選択特性が光の入射角によって変化しやすい。従って、もし、図５に示したように、第１の光学要素１２０から出射された光をそのまま偏光ビームスプリッタ２００へ入射させてしまうと、Ｓ偏光光束反射面２０１の偏光選択特性の変化による照度ムラが発生してしまう恐れがある。
【００９４】
一方、本実施形態の投写型表示装置では、図８、図９に示すように、偏光ビームスプリッタ２００と反射型液晶素子３００との間に集光レンズ４１０が配置されており、第１の光学要素１２０によって分割された複数の中間光束１２２のそれぞれを、集光レンズ４１０を介して反射型液晶素子３００に重畳させるようにしている。従って、反射型表示装置３００によって変調された後の光束の広がりを抑えることができ、反射型表示装置３００から投写光学系６００へ至る光路におけるＳ偏光光光束反射面２０１の選択特性の変化によるムラを低減することができる。よって、投写画像のムラを抑えることが可能となる。特に、集光レンズ４１０の焦点距離を、第１の光学要素１２０の焦点位置、すなわち集光像１２３が形成される位置から集光レンズ４１０の主点までの光路長の２倍に設定すれば、図９に示したように、反射型液晶素子３００から出射される光を平行光とすることが可能となり、効果的である。
【００９５】
さらに、図５に示したように第１の光学要素１２０から出射された光をそのまま反射型液晶素子へ入射させてしまうと、反射型液晶素子３００によって変調された後の光も大きな広がりをもって投写光学系へ向かうこととなるため、大口径の投写光学系６００を用いなければ、投写光を十分にのみこむことができず、投写画像が暗くなってしまう恐れがある。
【００９６】
一方、本実施形態の投写型表示装置では、図９、図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ２００と反射型液晶素子３００との間に集光レンズ４１０が配置されており、第１の光学要素１２０によって分割された複数の中間光束１２２のそれぞれを、集光レンズ４１０を介して反射型液晶素子３００に重畳させるようにしている。従って、反射型表示装置３００によって変調された後の光束の広がりを抑えることができ、大口径の投写光学系６００を用いなくとも、きわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。さらに、本実施形態の投写型表示装置では、集光レンズ４１０が反射型液晶素子３００の光入出射面に取り付けられており、これらの界面において発生する光損失も低減されている。従って、さらに明るい投写画像を得ることが可能となっている。
【００９７】
特に、集光レンズ４１０の焦点距離を、第１の光学要素１２０の焦点位置、すなわち集光像１２３が形成される位置から集光レンズ４１０の主点までの光路長とほぼ等しく設定すれば、図１０に示したように、反射型液晶素子３００から出射される光を投写光学系６００へ最も集光した状態で入射させることが可能となり、投写光学系６００への光の入射効率を高める上で、効果的である。
【００９８】
なお、本実施形態の投写型表示装置では、集光レンズ４１０を反射型液晶素子３００の光入出射面に取り付けることにより、これらの界面において発生する光損失を低減するようにしているが、集光レンズ４１０は必ずしも反射型液晶素子３００の光入出射面に取り付ける必要はない。また、図１１に示すように、集光レンズ４１０を偏光ビームスプリッタ２００の光入出射面に取り付けることも可能であり、この場合には、偏光ビープスプリッタ２００と集光レンズ４１０との界面において発生する光損失を低減することが可能である。
【００９９】
また、上述した反射型液晶素子３００はモノクロ画像表示用であるが、反射型液晶素子３００と偏光ビームスプリッタ２００との間に、或いは反射型液晶素子３００の内部にカラーフィルタを設ければ、カラー画像を表示することも可能である。
【０１００】
（第４の実施形態）
前述した第２の実施形態にかかる投写型表示装置においても、第３の実施形態と同様、集光レンズを偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂと反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂとの間に配置することができる。このような投写型表示装置の例を図１２に示す。
【０１０１】
図１２は、第４の実施形態にかかる投写型表示装置の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、図１２は、第１の光学要素１２０の中心を通るＸＺ平面における断面図である。本実施形態の投写型表示装置において、前に説明した第１〜第３の実施形態にかかる投写型表示装置の構成要素と同様の構成要素については、図１〜図１１で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１０２】
本実施形態の投写型表示装置においても、第３の実施形態にかかる投写型表示装置と同様、偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂと反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂとの間に、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂが設けられており、第１の光学要素１２０によって分割された複数の中間光束のそれぞれを、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを介して反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに重畳させるようにしている。従って、反射型表示装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂによって変調された後の光束の広がりを抑えることができ、反射型表示装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂから投写光学系６００へ至る光路におけるＳ偏光光光束反射面の選択特性の変化によるムラを低減することができる。よって、投写画像のムラを抑えることが可能となる。特に、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの焦点距離を、第１の光学要素１２０の焦点位置、すなわち集光像１２３（図９参照）が形成される位置から集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの主点までの光路長の２倍に設定すれば、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂから出射される光を平行光とすることが可能となり、効果的である。
【０１０３】
さらに、偏光ビームスプリッタ２００と反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂとの間に集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂが配置されており、第１の光学要素１２０によって分割された複数の中間光束のそれぞれを、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを介して反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂに重畳させるようにしているので、反射型表示装置３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂによって変調された後の光束の広がりを抑えることができる。従って、大口径の投写光学系６００を用いなくとも、きわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。さらに、本実施形態の投写型表示装置では、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂが、それぞれ、偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂの光入出射面に取り付けられており、これらの界面において発生する光損失も低減されている。従って、さらに明るい投写画像を得ることが可能となっている。
【０１０４】
特に、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの焦点距離を、第１の光学要素１２０の焦点位置、すなわち集光像１２３（図１０参照）が形成される位置から集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの主点までの光路長とほぼ等しく設定すれば、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂから出射される光を投写光学系６００へ最も集光した状態で入射させることが可能となり、投写光学系６００への光の入射効率を高める上で、効果的である。
【０１０５】
なお、本実施形態の投写型表示装置では、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを、それぞれ、偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂの光入出射面に取り付けることにより、これらの界面において発生する光損失を低減するようにしているが、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂは必ずしも偏光ビームスプリッタ２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂの光入出射面に取り付ける必要はない。また、集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光入出射面に取り付けることも可能であり、この場合には、反射型液晶素子３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂと集光レンズ４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂとの界面において発生する光損失を低減することが可能である。
【０１０６】
（その他の実施形態）
なお、この発明は、上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１０７】
上述した実施形態にかかる投写型表示装置は、いずれも第１の光学要素１２０から出射された光束の偏光方向を揃える偏光変換素子１４０を備えていたが、本発明は、このような偏光変換素子１４０を備えていない投写型表示装置に適用することも可能である。
【０１０８】
また、上述した実施形態にかかる投写型表示装置において、偏光照明装置１００、１０１と偏光ビームスプリッタ２００、２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂとの間の光路中や、偏光ビームスプリッタ２００、２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂと投写光学系６００との間の光路中に偏光素子を配置することが好ましい。前者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光ビームスプリッタ２００、２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂに入射する偏光光束、結果的には反射型液晶素子３００、３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂを照射する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光素子を配置すれば、偏光ビームスプリッタ２００、２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂから出射されて投写光学系６００へ向かう偏光光束、結果的には投写光学系６００を介して投写面７００上に投写される画像の偏光度を高めることができる。従って、このように偏光素子を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、極めて質の高い投写画像を得ることが可能となる。
【０１０９】
さらにまた、上述した実施形態においては、いずれも偏光照明装置１００、１０１でＳ偏光光束を得る構成としているが、勿論、Ｐ偏光光束を得る構成としても良い。この場合は、選択位相差板１４７のλ／２位相差層１４８を偏光分離ユニットアレイ１４１のＳ偏光光束出射面１４６に形成するようにすれば良い。
【０１１０】
さらに、投写型表示装置としては、投写面７００のうち、投写光学系６００の側の面から投写画像を観察するフロント型、あるいは投写光学系６００の反対側の面から投写画像を観察するリア型のものがあるが、本発明はいずれのタイプにも適用可能である。
【０１１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の投写型表示装置によれば、明るさが均一で、画質の良い投写型表示装置を得ることができる。また、大口径の投写光学系を用いなくとも明るい投写画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態にかかる投写型表示装置の要部を示す概略構成図。
【図２】 偏光照明装置１００における第１の光学要素１２０の構成を示す斜視図。
【図３】 図３（Ａ）は、偏光照明装置１００における偏光分離ユニットアレイ１４１の構成を示す斜視図、図３（Ｂ）は、偏光照明装置１００における選択位相差板１４７の構成を示す斜視図。
【図４】 反射型液晶素子３００の一例を示す概略断面図。
【図５】 集光レンズの機能を説明するための比較例を示す図。
【図６】 第１の実施形態にかかる投写型表示装置における集光レンズ４００の機能を説明するための図。
【図７】 第２の実施形態にかかる投写型表示装置の要部を示す概略構成図。
【図８】 第３の実施形態にかかる投写型表示装置の要部を示す概略構成図。
【図９】 第３の実施形態にかかる投写型表示装置における集光レンズ４１０の機能を説明するための図。
【図１０】 第３の実施形態にかかる投写型表示装置における集光レンズ４１０の機能を説明するための図。
【図１１】 第３の実施形態にかかる投写型表示装置の変形例を示す概略構成図。
【図１２】 第４の実施形態にかかる投写型表示装置４の要部を示す概略構成図。
【図１３】 従来の投写型表示装置の要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 光源部
１１ 光源ランプ
１２ 放物面リフレクター
２０ 偏光ビームスプリッタ
２１ 偏光分離面
３０Ｒ、３０Ｇ、３０Ｂ 反射型液晶装置
５０ ダイクロイックプリズム
６０ 投写光学系
７０ 投写面
１００、１０１ 偏光照明装置
１１０ 光源部
１１１ 光源ランプ
１１２ 放物面リフレクター
１２０ 第１の光学要素
１２１ 光束分割レンズ
１２２ 中間光束
１２３ 集光像
１３０ 第２の光学要素
１３１ 集光レンズアレイ
１３２ 集光レンズ
１４０ 偏光変換素子
１４１ 偏光分離ユニットアレイ
１４２ 偏光分離ユニット
１４３ 偏光分離面
１４４ 反射面
１４５ Ｐ偏光光束出射面
１４６ Ｓ偏光光束出射面
１４７ 選択位相差板
１４８ λ／２位相差層
１５０ 出射側レンズ
１６０ 反射ミラー
２００ 偏光ビームスプリッタ
２０１ Ｓ偏光光束反射面
２０２、２０３ プリズム部品
３００、３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ 反射型液晶装置
３１０ 基板
３１１ ソース
３１２ ソース電極
３１３ チャネル
３１４ 珪素層
３１５ タンタル層
３１６ ドレイン
３１７ ドレイン電極
３１８ 層間絶縁膜
３１９ 反射画素電極
３２０ 液晶層
３２１ 液晶分子
３３０ 基板
３３１ 対向電極
３３２ 反射防止層
３４０ 二酸化珪素層
３４１ 珪素層
３４２ タンタル層
４００、４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂ 集光レンズ
４１０、４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ 集光レンズ
５００ 色光分離光学系
５０１、５０２、５０５ ダイクロイックミラー
５０３、５０４ 反射ミラー
５５０ クロスダイクロイックプリズム
５５１、５５２ ダイクロイック膜
６００ 投写光学系
７００ 投写面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device that projects and displays a display image formed by a reflective modulation element such as a reflective liquid crystal element on a projection surface.
[0002]
[Prior art]
As a method for displaying an image on a large screen, a projection display device using a reflective liquid crystal element as a modulation element is known today. A typical configuration example of such a projection display device is shown in FIG. The light source unit 10 includes a light source lamp 11 and a parabolic reflector 12, and light emitted from the light source lamp 11 is reflected by the parabolic reflector 12 and enters the polarization beam splitter 20. Only specific polarized light is reflected by the polarization separation surface 21 of the polarization beam splitter 20 and enters the dichroic prism 50. Further, the light is separated into red light, green light, and blue light by the dichroic prism 50, irradiated to the reflective liquid crystal elements 30R, 30G, and 30B corresponding to the respective color lights, and modulated by the reflective liquid crystal elements 30R, 30G, and 30B. The The color lights modulated by the reflective liquid crystal elements 30R, 30G, and 30B are combined by the dichroic prism 50 and emitted to the polarization beam splitter 20 side. Then, the light transmitted through the polarization separation surface 21 of the polarization beam splitter 20 is projected onto the projection surface 70 via the projection optical system 60.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional projection display device, the light beam emitted from the light source unit 10 composed of the light source lamp 11 and the parabolic reflector 12 has a non-uniform light intensity distribution in the cross section of the light beam, The light intensity of the illumination light in the vicinity of the light source optical axis is large, and the light intensity of the illumination light decreases as the distance from the optical axis increases. Therefore, in the conventional projection display device shown in FIG. 10, the light intensity distribution of the illumination light in the liquid crystal elements 30R, 30G, and 30B, which are the illuminated areas, is non-uniform, and the image projected on the projection plane 70 There is a problem that uneven brightness and uneven color occur.
[0004]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a projection display device with uniform brightness and less unevenness in a projected image.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The first projection display device of the present invention includes a light source,
A reflective modulation element for modulating light emitted from the light source;
A projection optical system for projecting light modulated by the reflective modulation element;
Arranged in the optical path between the light source and the reflective modulation element, the light emitted from the light source is reflected or transmitted to reach the reflective modulation element and modulated by the reflective modulation element A polarized light beam selection element that transmits or reflects light to reach the projection optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the polarized light beam selection element, an optical element for dividing the light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A condensing lens for condensing the light beam emitted from the optical element is provided between the optical element and the polarized light beam selection element,
The optical element includes a superimposing element that superimposes each of the plurality of intermediate light beams divided by the optical element on the reflective modulation element via the condenser lens,
The condensing lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the optical element to a principal point of the condensing lens.
[0006]
According to the above-described configuration of the first projection display apparatus of the present invention, the light flux from the light source is divided into a plurality of intermediate light fluxes, and these intermediate light fluxes are superimposed on the illuminated area, so that the case of a single light flux is achieved. Can also reduce unevenness in illuminance. Therefore, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the light beam, illumination light with uniform brightness can be obtained. In particular, when the light intensity distribution of the light beam is not disordered at all, as seen in the light beam emitted from the light source consisting of a light source lamp and a reflector such as a paraboloid, the light intensity distribution has a certain tendency In this case, by using the optical element described above, the light intensity distribution and the angular distribution of the illumination light in the illuminated region can be made extremely uniform. In this way, by illuminating the reflective modulation element with illumination light with uniform brightness, it is possible to provide a projection display device with uniform brightness and little unevenness in the projected image.
[0007]
Here, when the light beam from the light source is separated into a plurality of intermediate light beams, the light incident on the polarized light beam selecting element becomes divergent light. Therefore, when a polarization beam selection element whose polarization beam selection characteristics are easy to change depending on the angle of incident light is used, such as a polarization beam splitter composed of a dielectric multilayer film, the selection characteristics of the polarization beam selection element are reduced. Irradiance unevenness due to changes will occur. However, in this embodiment, a condensing lens that condenses the light beam emitted from the optical element is provided between the optical element that separates the light beam from the light source into a plurality of intermediate light beams and the polarized light beam selection element. In addition, since a superimposing element that superimposes each of the plurality of intermediate light beams divided by the optical element on the reflective modulation element via a condenser lens is provided, the divergence of light incident on the polarized light beam selecting element is reduced. Can be reduced. Therefore, even though an optical element that separates the light beam from the light source into a plurality of intermediate light beams is used, unevenness in illuminance due to a change in the selection characteristics of the polarized light beam selection element can be reduced, so the brightness is extremely uniform. Thus, it is possible to provide a projection display device with less unevenness in the projected image.
[0008]
Furthermore, by providing a condensing lens that condenses the light beam emitted from the optical element between the optical element and the polarized light beam selection element, the spread of the illumination light can be suppressed, so that light can enter the projection optical system. Efficiency can also be increased. Therefore, it is possible to obtain a very bright projected image without using a large-diameter projection optical system.
[0009]
In the above projection display device, the light emitted from the reflective modulation element can be obtained by making the focal length of the condenser lens substantially equal to the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condenser lens. Parallel light can be used. Therefore, even in the optical path from the reflective modulation element to the projection optical system, unevenness due to a change in the selection characteristic of the polarized light beam selection element can be reduced, and unevenness in the projected image can be further suppressed.
[0010]
In the first projection display apparatus of the present invention, the optical element is arranged on the light output surface side of the first optical element that collects the light flux from the light source and divides it into a plurality of intermediate light fluxes. The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the second optical element is arranged to be one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam. A polarization conversion element that emits light with one of the polarization directions aligned with the polarization direction of the other polarization light beam, and a light exit surface side of the polarization conversion element, and each of the intermediate light beams through the condenser lens The superimposing element can be superposed on the reflective modulation element. In the projection display device, the intermediate light beam is guided to the polarization conversion element through a condensing lens array, and the second optical element includes the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. It can be a composite composed of
[0011]
If such a configuration is adopted, after the intermediate light beam is separated into the P-polarized light beam and the S-polarized light beam by the second optical element, one polarization direction is aligned with the other polarization direction, and finally one place Can be superimposed on the illuminated area. In the conventional projection display device, only one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam can be used, and some of the light loss is large. However, if the second optical element of the present invention is used, Therefore, a bright image can be obtained. In addition, since the plurality of divided intermediate light beams are finally superimposed on one illuminated region, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the light beam A polarized light beam with uniform brightness can be obtained as illumination light. In particular, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or in the process of aligning the polarization direction of both polarized light beams, the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics have changed. Even in this case, a polarized light beam with uniform brightness and little color unevenness can be obtained as illumination light.
[0012]
In addition, if the condenser lens is attached to the light incident surface of the polarized light beam selection element, light loss that occurs at the interface between the condenser lens and the polarized light beam selection element can be prevented, and light utilization efficiency can be improved. Is possible.
[0013]
Furthermore, it is preferable that the focal length of the condenser lens is substantially equal to the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condenser lens. By setting the focal length of the condenser lens in this way, the light emitted from the reflective modulation element can be converted into parallel light. Therefore, even in the optical path from the reflective modulation element to the projection optical system, unevenness due to a change in the selection characteristic of the polarized light beam selection element can be reduced, and unevenness in the projected image can be further suppressed.
[0014]
In the first projection display apparatus of the present invention, a polarizing element is provided in an optical path between the superimposing element and the polarized light beam selecting element or in an optical path between the polarized light beam selecting element and the projection optical system. It is preferable to arrange. If the polarizing element is disposed at the former position, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarized light beam selecting element, and consequently the illumination light that illuminates the reflective modulation element can be increased. If the polarizing element is arranged at the latter position, the degree of polarization of the polarized light beam emitted from the polarized light beam selecting element, and consequently the image projected on the display surface or the projection surface via the projection optical system can be increased. it can. Therefore, by arranging the polarizing elements in this way, it is possible to increase the contrast of the projected image and obtain a very high quality projected image.
[0015]
A second projection display device of the present invention includes a light source,
A color light separation optical system that separates light emitted from the light source into a plurality of color lights;
A plurality of reflective modulation elements for modulating each of the plurality of color lights separated by the color light separation optical system;
A color light combining optical system for combining light modulated by the plurality of reflective modulation elements;
A projection optical system for projecting light synthesized by the color light synthesis optical system;
Each of the color light separation optical system and the reflection type modulation element is disposed in an optical path, and the color light emitted from the color light separation optical system is reflected or transmitted to reach the reflection type modulation element, and the reflection A plurality of polarized light beam selection elements that transmit or reflect light modulated by a type modulation element to reach the color light combining optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the color light separation optical system, an optical element that splits a light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A condensing lens for condensing the light beam emitted from the optical element is provided between the optical element and each of the polarized light beam selection elements.
The optical element includes a superimposing element that superimposes each of the plurality of intermediate light beams divided by the optical element on the reflective modulation element via the condenser lens,
The condensing lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the optical element to a principal point of the condensing lens.
[0016]
According to the second projection display device of the present invention, it is possible to provide a projection display device having uniform brightness and less unevenness in the projected image by the same operation as the first projection display device described above. In addition, an extremely bright projected image can be obtained without using a large-diameter projection optical system.
[0017]
Also in the above projection display device, the light emitted from the reflective modulation element can be obtained by making the focal length of the condenser lens substantially equal to the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condenser lens. Parallel light can be used. Therefore, even in the optical path from the reflective modulation element to the projection optical system, unevenness due to a change in the selection characteristic of the polarized light beam selection element can be reduced, and unevenness in the projected image can be further suppressed.
[0018]
Also in the second projection display device of the present invention, the optical element includes a first optical element that condenses the light beam from the light source and divides it into a plurality of intermediate light beams, and a light emission surface side of the first optical element. The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the P-polarized light beam and the S-polarized light beam. A polarization conversion element that emits light with the polarization direction of one of them aligned with the polarization direction of the other polarization light beam, and a light exit surface side of the polarization conversion element, and each of the intermediate light fluxes via the condenser lens And the superimposing element superimposed on the reflective modulation element. In the projection display device, the intermediate light beam is guided to the polarization conversion element through a condensing lens array, and the second optical element includes the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. It can be a composite composed of
[0019]
If such a configuration is adopted, after the intermediate light beam is separated into the P-polarized light beam and the S-polarized light beam by the second optical element, one polarization direction is aligned with the other polarization direction, and finally one place Can be superimposed on the illuminated area. In the conventional projection display device, only one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam can be used, and some of the light loss is large. However, if the second optical element of the present invention is used, Therefore, a bright image can be obtained. In addition, since the plurality of divided intermediate light beams are finally superimposed on one illuminated region, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the light beam A polarized light beam with uniform brightness can be obtained as illumination light. In particular, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or in the process of aligning the polarization direction of both polarized light beams, the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics have changed. Even in this case, a polarized light beam with uniform brightness and little color unevenness can be obtained as illumination light.
[0020]
In addition, if the condenser lens is attached to the light incident surface of the polarized light beam selection element, light loss that occurs at the interface between the condenser lens and the polarized light beam selection element can be prevented, and light utilization efficiency can be improved. Is possible.
[0021]
Furthermore, it is preferable that the focal length of the condenser lens is substantially equal to the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condenser lens. By setting the focal length of the condenser lens in this way, the light emitted from the reflective modulation element can be converted into parallel light. Therefore, even in the optical path from the reflective modulation element to the projection optical system, unevenness due to a change in the selection characteristic of the polarized light beam selection element can be reduced, and unevenness in the projected image can be further suppressed.
[0022]
In the second projection display device of the present invention, as in the case of the first projection display device, in the optical path between the superimposing element and the polarized light beam selection element, or the polarized light beam selection element and the It is preferable to arrange a polarizing element in the optical path between the projection optical system. If the polarizing element is disposed at the former position, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarized light beam selecting element, and consequently the illumination light that illuminates the reflective modulation element can be increased. If the polarizing element is arranged at the latter position, the degree of polarization of the polarized light beam emitted from the polarized light beam selecting element, and consequently the image projected on the display surface or the projection surface via the projection optical system can be increased. it can. Therefore, by arranging the polarizing elements in this way, it is possible to increase the contrast of the projected image and obtain a very high quality projected image.
[0023]
A third projection display device of the present invention includes a light source,
A reflective modulation element for modulating light emitted from the light source;
A projection optical system for projecting light modulated by the reflective modulation element;
Arranged in the optical path between the light source and the reflective modulation element, the light emitted from the light source is reflected or transmitted to reach the reflective modulation element and modulated by the reflective modulation element A polarized light beam selection element that transmits or reflects light to reach the projection optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the polarized light beam selection element, an optical element for dividing the light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A condensing lens that condenses the light beam emitted from the optical element is provided between the polarized light beam selection element and the reflective modulation element,
Each of the plurality of intermediate light beams divided by the optical element is superimposed on the reflective modulation element via the condenser lens.
[0024]
According to the above configuration of the third projection display apparatus of the present invention, the light flux from the light source is divided into a plurality of intermediate light fluxes, and these intermediate light fluxes are superimposed on the illuminated area, so that the case of a single light flux is achieved. Can also reduce unevenness in illuminance. Therefore, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the light beam, illumination light with uniform brightness can be obtained. In particular, when the light intensity distribution of the light beam is not disordered at all, as seen in the light beam emitted from the light source consisting of a light source lamp and a reflector such as a paraboloid, the light intensity distribution has a certain tendency In this case, by using the optical element described above, the light intensity distribution and the angular distribution of the illumination light in the illuminated region can be made extremely uniform. In this way, by illuminating the reflective modulation element with illumination light with uniform brightness, it is possible to provide a projection display device with uniform brightness and little unevenness in the projected image.
[0025]
Here, when the light beam from the light source is separated into a plurality of intermediate light beams, the light incident on the polarized light beam selecting element becomes divergent light. Therefore, when a polarization beam selection element whose polarization beam selection characteristics are easy to change depending on the angle of incident light is used, such as a polarization beam splitter composed of a dielectric multilayer film, the selection characteristics of the polarization beam selection element are reduced. Irradiance unevenness due to changes will occur. However, in this embodiment, since the condensing lens which condenses the light beam emitted from the optical element is provided between the polarized light beam selection element and the reflection type modulation element, it is emitted from the reflection type modulation element. Light divergence can be reduced. Therefore, even though an optical element that separates the light beam from the light source into a plurality of intermediate light beams is used, unevenness in illuminance due to a change in the selection characteristics of the polarized light beam selection element can be reduced, so the brightness is extremely uniform. Thus, it is possible to provide a projection display device with less unevenness in the projected image.
[0026]
In particular, if the focal length of the condensing lens is about twice the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condensing lens, the light is modulated by the reflective modulation element and polarized through the condensing lens. The light emitted to the light beam selection element can be converted into parallel light, which is effective.
[0027]
Furthermore, by providing a condensing lens that condenses the light beam emitted from the optical element between the polarized light beam selection element and the reflection type modulation element, the spread of the light incident on the projection lens can be suppressed. The incident efficiency of light into the system can also be increased. Therefore, it is possible to obtain a very bright projected image without using a large-diameter projection optical system. In particular, it is effective if the focal length of the condensing lens is substantially equal to the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condensing lens.
[0028]
In the third projection display apparatus of the present invention, the optical element is arranged on the light output surface side of the first optical element that condenses the light flux from the light source and divides it into a plurality of intermediate light fluxes. The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the second optical element is arranged to be one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam. A polarization conversion element that emits light with one of the polarization directions aligned with the polarization direction of the other polarization light beam, and a light exit surface side of the polarization conversion element, and each of the intermediate light beams through the condenser lens It is possible to have a superposition element that is superposed on the reflective modulation element. In the projection display device, the intermediate light beam is guided to the polarization conversion element through a condensing lens array, and the second optical element includes the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. It can be a composite composed of
[0029]
If such a configuration is adopted, after the intermediate light beam is separated into the P-polarized light beam and the S-polarized light beam by the second optical element, one polarization direction is aligned with the other polarization direction, and finally one place Can be superimposed on the illuminated area. In the conventional projection display device, only one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam can be used, and some of the light loss is large. However, if the second optical element of the present invention is used, Therefore, a bright image can be obtained. In addition, since the plurality of divided intermediate light beams are finally superimposed on one illuminated region, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the light beam A polarized light beam with uniform brightness can be obtained as illumination light. In particular, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or in the process of aligning the polarization direction of both polarized light beams, the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics have changed. Even in this case, a polarized light beam with uniform brightness and little color unevenness can be obtained as illumination light.
[0030]
Also in this case, if the focal length of the condensing lens is about twice the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condensing lens, it is modulated by the reflective modulation element, Light emitted to the polarized light beam selection element through the condenser lens can be made parallel light, which is effective in reducing unevenness in illuminance due to a change in the selection characteristics of the polarized light beam selection element.
[0031]
Further, if the focal length of the condensing lens is made substantially equal to the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condensing lens, it is effective in increasing the light incident efficiency to the projection optical system. Is.
[0032]
In the third projection display apparatus of the present invention, if the condensing lens is attached to the light incident surface of the polarized light beam selection element or the light incident / exit surface of the reflective modulation element, the condensing lens and the polarized light beam selection element. Alternatively, it is possible to prevent light loss that occurs at the interface between the condenser lens and the reflective modulation element, and it is possible to further increase the light utilization efficiency.
[0033]
Further, it is preferable that the polarizing element is disposed in an optical path between the optical element and the polarized light beam selecting element or in an optical path between the polarized light beam selecting element and the projection optical system. If the polarizing element is disposed at the former position, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarized light beam selecting element, and consequently the illumination light that illuminates the reflective modulation element can be increased. If the polarizing element is arranged at the latter position, the degree of polarization of the polarized light beam emitted from the polarized light beam selecting element, and consequently the image projected on the display surface or the projection surface via the projection optical system can be increased. it can. Therefore, by arranging the polarizing elements in this way, it is possible to increase the contrast of the projected image and obtain a very high quality projected image.
[0034]
A fourth projection display device of the present invention includes a light source,
A color light separation optical system that separates light emitted from the light source into a plurality of color lights;
A plurality of reflective modulation elements for modulating each of the plurality of color lights separated by the color light separation optical system;
A color light combining optical system for combining light modulated by the plurality of reflective modulation elements;
A projection optical system for projecting light synthesized by the color light synthesis optical system;
Each of the color light separation optical system and the reflection type modulation element is disposed in an optical path, and the color light emitted from the color light separation optical system is reflected or transmitted to reach the reflection type modulation element, and the reflection A plurality of polarized light beam selection elements that transmit or reflect light modulated by a type modulation element to reach the color light combining optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the color light separation optical system, an optical element that splits a light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A condensing lens for condensing the light beam emitted from the optical element is provided between each of the polarized light beam selection elements and the reflective modulation element.
[0035]
According to the fourth projection display apparatus of the present invention, it is possible to provide a projection display apparatus with uniform brightness and less unevenness in the projected image by the same operation as the third projection display apparatus described above. In addition, an extremely bright projected image can be obtained without using a large-diameter projection optical system.
[0036]
Also in the fourth projection display apparatus of the present invention, if the focal length of the condensing lens is about twice the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condensing lens, the reflective modulation element The light that is modulated by the light and emitted to the polarized light beam selection element through the condenser lens can be converted into parallel light, which is effective in reducing illuminance unevenness due to a change in the selection characteristics of the polarized light beam selection element. It is. Furthermore, if the focal length of the condensing lens is made approximately equal to the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condensing lens, it is effective in increasing the light incident efficiency to the projection optical system. is there.
[0037]
Also in the fourth projection display device of the present invention, the optical element includes a first optical element that condenses the light beam from the light source and divides it into a plurality of intermediate light beams, and a light emission surface side of the first optical element. The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the P-polarized light beam and the S-polarized light beam. A polarization conversion element that emits light with the polarization direction of one of them aligned with the polarization direction of the other polarization light beam, and a light exit surface side of the polarization conversion element, and each of the intermediate light fluxes via the condenser lens And a superimposing element that is superposed on the reflective modulation element. In the projection display device, the intermediate light beam is guided to the polarization conversion element through a condensing lens array, and the second optical element includes the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. It can be a composite composed of
[0038]
If such a configuration is adopted, after the intermediate light beam is separated into the P-polarized light beam and the S-polarized light beam by the second optical element, one polarization direction is aligned with the other polarization direction, and finally one place Can be superimposed on the illuminated area. In the conventional projection display device, only one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam can be used, and some of the light loss is large. However, if the second optical element of the present invention is used, Therefore, a bright image can be obtained. In addition, since the plurality of divided intermediate light beams are finally superimposed on one illuminated region, even when the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the light beam A polarized light beam with uniform brightness can be obtained as illumination light. In particular, when the intermediate light beam cannot be separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam with uniform light intensity and spectral characteristics, or in the process of aligning the polarization direction of both polarized light beams, the light intensity of one polarized light beam and its spectral characteristics have changed. Even in this case, a polarized light beam with uniform brightness and little color unevenness can be obtained as illumination light.
[0039]
Also in this case, if the focal length of the condensing lens is about twice the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condensing lens, it is modulated by the reflective modulation element, Light emitted to the polarized light beam selection element through the condenser lens can be made parallel light, which is effective in reducing unevenness in illuminance due to a change in the selection characteristics of the polarized light beam selection element.
[0040]
Further, if the focal length of the condensing lens is made substantially equal to the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condensing lens, it is effective in increasing the light incident efficiency to the projection optical system. Is.
[0041]
In the fourth projection display apparatus of the present invention, if the condenser lens is attached to the light incident surface of the polarized light beam selection element or the light incident / exit surface of the reflection type modulation element, the condenser lens and the polarized light beam selection are selected. Light loss that occurs at the element or at the interface between the condenser lens and the reflective modulation element can be prevented, and the light utilization efficiency can be further increased.
[0042]
Further, it is preferable that the polarizing element is disposed in an optical path between the optical element and the polarized light beam selecting element or in an optical path between the polarized light beam selecting element and the projection optical system. If the polarizing element is disposed at the former position, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarized light beam selecting element, and consequently the illumination light that illuminates the reflective modulation element can be increased. If the polarizing element is arranged at the latter position, the degree of polarization of the polarized light beam emitted from the polarized light beam selecting element, and consequently the image projected on the display surface or the projection surface via the projection optical system can be increased. it can. Therefore, by arranging the polarizing elements in this way, it is possible to increase the contrast of the projected image and obtain a very high quality projected image.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the following embodiments, three directions orthogonal to each other are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction for convenience, and the Z direction is defined as a light traveling direction.
[0044]
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display apparatus according to the first embodiment viewed in plan. FIG. 1 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120 described in detail later.
[0045]
The projection display device according to the present embodiment includes a polarized light illumination device 100 and a polarized light illumination device 100 that are roughly configured by a light source unit 110, a first optical element 120, and a second optical element 130 arranged along the system optical axis L. The polarizing beam splitter including the S-polarized light beam reflecting film 201 that reflects the light from the reflection-type liquid crystal element 300 to reach the reflection-type liquid crystal element 300 and transmits the light modulated by the reflection-type liquid crystal element 300 to reach the projection optical system 600 200, a reflective liquid crystal element 300 that modulates the light emitted from the polarization beam splitter 200, and a projection optical system 600 that projects the light modulated by the reflective liquid crystal element 300 onto the projection plane 700.
[0046]
The light source unit 110 is roughly composed of a light source lamp 111 and a parabolic reflector 112. The light emitted from the light source lamp 111 is reflected in one direction by the parabolic reflector 112 and enters the first optical element 120 as a substantially parallel light beam. Here, as the light source lamp 111, a metal halide lamp, a xenon lamp, a high-pressure mercury lamp, a halogen lamp, or the like is used. Can be used.
[0047]
As shown in FIG. 2, the first optical element 120 is a lens array including a plurality of rectangular beam splitting lenses 121 arranged in a matrix. The positional relationship between the light source unit 110 and the first optical element 120 is set so that the light source optical axis R is at the center of the first optical element 120. The light incident on the first optical element 120 is split into a plurality of intermediate light beams 122 by the light beam splitting lens 121, and at the same time in a plane perpendicular to the system optical axis L (XY in FIG. The same number of condensing images 123 as the number of the light beam splitting lenses are formed at the position where the intermediate light beam on the plane) is focused. Note that the cross-sectional shape of the light beam splitting lens 121 on the XY plane may be designed to be substantially similar to the shape of the display area (illuminated area) of the reflective liquid crystal element 300. In the present embodiment, since a rectangular illuminated region that is long in the X direction on the XY plane is assumed, the cross-sectional shape of the light beam splitting lens 121 on the XY plane is also a rectangle that is long in the X direction.
[0048]
Next, the function of the second optical element 130 will be described.
[0049]
The second optical element 130 includes a condensing lens array 131, a plate-shaped polarization conversion element 140 including a polarization separation unit array 141 and a selective phase difference plate 147, and an intermediate light beam emitted from the polarization conversion element 140, which will be described later. It is a composite that is generally composed of an exit-side lens 150 that is superimposed on the reflective liquid crystal element 300 via the optical lens 400. The second optical element 130 is disposed on the light exit surface side of the first optical element so as to be substantially perpendicular to the system optical axis L. The second optical element 130 separates each of the intermediate light beams 122 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and then aligns the polarization direction of one polarized light beam with the polarization direction of the other polarized light beam, so that the polarization direction is It has a function of guiding each substantially aligned light flux to one illuminated area.
[0050]
In the same manner as the first optical element 120 shown in FIG. 2, the condenser lens array 131 includes a plurality of condenser lenses 132 arranged in a matrix in the same number as the light beam splitting lenses 121 constituting the first optical element 120. It is a thing. The condensing lens array 131 has a function of guiding each of the intermediate light beams 122 while condensing each of the intermediate light beams 122 to a specific location of the polarization separation unit array 141 and making the optical axis of the intermediate light beam 122 parallel to the system optical axis L. ing. Therefore, the lens characteristics of each condensing lens match the characteristics of the intermediate light beam 122 divided by the first optical element 120, and the inclination of the principal ray of the light incident on the polarization separation unit array 141 is determined by the system optical axis. It is desirable that each be optimized so as to be parallel to L. However, in consideration of cost reduction of the optical system and ease of design, the same lens array as that of the first optical element 120 is used, or the cross-sectional shape in the XY plane constitutes the first optical element 120. Alternatively, a lens array constituted by a condensing lens that is substantially similar to the luminous flux splitting lens 121 may be used. In the present embodiment, the same lens array as the first optical element 120 is used as the condensing lens array 131. In addition, when the parallelism of the light beam incident on the first optical element 120 is extremely high, the condenser lens array 131 may be omitted from the second optical element.
[0051]
The polarization separation unit array 141 is composed of a plurality of polarization separation units 142 arranged in the X direction, as shown in FIG. The polarization separation unit 142 is a quadrangular prism-like structure having a pair of polarization separation surfaces 143 and a reflection surface 144 in a prism made of optical glass or the like, and each of the incident intermediate light beams 122 is converted into a P-polarized light beam and an S-polarized light. It has the function of separating into luminous flux. The polarization separation unit array 141 may be a structure having the polarization separation surfaces 143 and the reflection surfaces 144 arranged alternately and repeatedly, and does not necessarily need to be constituted by the plurality of polarization separation units 142. . In order to facilitate understanding of the function of the polarization separation unit array, the concept of the polarization separation unit 142 is merely introduced.
[0052]
The polarization separation surface 143 and the reflection surface 144 are arranged so as to be alternately arranged in the X direction, and each has an inclination of about 45 degrees with respect to the system optical axis L. Further, the polarization separation surface 143 and the reflection surface 144 are arranged so as not to overlap each other. Further, the area where the polarization separation surface 143 is projected on the XY plane is equal to the area where the reflection surface 144 is projected on the XY plane. The polarization separation surface 143 can be formed of a dielectric multilayer film or the like, and the reflection surface 144 can be formed of a dielectric multilayer film or an aluminum film.
[0053]
The light incident on the polarization separation unit 142 is separated into a P-polarized light beam that passes through the polarization separation surface 143 and an S-polarized light beam that is reflected by the polarization separation surface 143 and changes the traveling direction in the direction of the reflection surface 144. The P-polarized light beam is emitted from the P-polarized light beam exit surface 145 of the polarization separation unit 142. On the other hand, the S-polarized light beam is reflected by the reflecting surface 144, is substantially parallel to the P-polarized light beam, and is emitted from the S-polarized light beam emission surface 146 of the polarization separation unit 142. That is, the intermediate light beam 122 having a random polarization direction incident on the polarization separation unit 142 is separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam by the polarization separation unit 142, and the P-polarized light beam emission surface 145 of the polarization separation unit 142, respectively. The light is emitted from the S-polarized light beam exit surface 146 in substantially the same direction.
[0054]
In the polarization illumination device 100 of this embodiment, it is necessary to guide each intermediate light beam 122 onto the polarization separation surface 143 of the polarization separation unit 142. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the condenser lens array 131 is reduced to ¼ of the lateral width of the polarization separation unit 142 so that the intermediate light beam 123 is condensed at the center of the polarization separation surface 143. They are arranged with a corresponding distance shifted in the X direction with respect to the polarization separation unit array 141. As a result, the light source unit 110 is also arranged so that the light source optical axis R is shifted in parallel in the X direction by a distance corresponding to ¼ of the lateral width of the polarization separation unit 142 with respect to the system optical axis L. Has been.
[0055]
A selective retardation plate 147 in which λ / 2 retardation layers 148 are regularly formed is installed on the light exit surface side of the polarization separation unit array 141. FIG. 3B shows an example of the selective phase difference plate 147.
[0056]
In the selective phase difference plate 147, the λ / 2 phase difference layer 148 is formed only on the P-polarized light beam exit surface 145 portion of the polarization separation unit 142, and the λ / 2 phase difference layer 148 is formed on the S-polarized light flux exit surface 146 portion. Is an optical element in which is not formed. Therefore, the P-polarized light beam emitted from the polarization separation unit 142 is subjected to a rotation action in the polarization direction by the λ / 2 phase difference layer 148 when passing through the selective phase difference plate 147, and is converted into an S-polarized light beam. On the other hand, since the λ / 2 retardation layer 148 is not formed on the S-polarized light beam exit surface 146, the S-polarized light beam emitted from the S-polarized light exit surface 146 of the polarization separation unit 142 is selected as S-polarized light. Passes through the retardation plate 147.
[0057]
That is, the intermediate light beam having a random polarization direction emitted from the first optical element is separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam by the polarization separation unit array 141, and the polarization direction is aligned by the selective phase difference plate 147. That is, it is converted into one kind of polarized light beam (in the case of this embodiment, S-polarized light beam).
[0058]
Again, returning to FIG. The exit-side lens 150 arranged on the light exit surface side of the polarization conversion element 140 reflects each of the intermediate light fluxes that are aligned with the S-polarized light flux by the polarization conversion element 140 via a condenser lens 400 described later, and reflects the liquid crystal. It has a function as a superimposing element that is superposed on the element 300. In other words, each of the intermediate light beam 122 (that is, the image surface cut out by the light beam splitting lens 121) divided by the first optical element 120 is converted into a single type of polarized light having a uniform polarization direction by the polarization conversion element 140. Then, the light is superimposed on one illuminated area, that is, the reflective liquid crystal element 300 via the condenser lens 400 by the emission side lens 150. In this case, even if the light intensity distribution of the light beam incident on the first optical element 120 is not uniform within the incident cross section, the light intensity is averaged in the process of superimposing the plurality of divided intermediate light beams, The light intensity distribution of the illumination light on the illuminated area is almost uniform. Therefore, it is possible to illuminate the reflective liquid crystal element 300 that is the illuminated region almost uniformly with one type of polarized light flux. The exit side lens 150 does not have to be a single lens body, and may be a lens array including a plurality of lenses like the first optical element 120.
[0059]
In summary, the polarized illumination device 100 can obtain illumination light with uniform brightness and almost uniform polarization direction.
[0060]
In the polarized light illumination device 100, the first optical element 120 forms a plurality of small condensed images 123, makes good use of a space in which no light is generated during the formation process, and the polarization separation unit 142 is used in that space. A reflective surface 144 is arranged. Therefore, it is possible to suppress the widening of the light beam that occurs when the light beam emitted from the light source is separated into two types of polarized light beams, and to perform polarization conversion in a small space.
[0061]
The cross-sectional shape of the light beam splitting lens 121 constituting the first optical element 120 is made to be a long rectangle in the X direction in accordance with the shape of the reflective liquid crystal element 300 that is a long rectangle in the X direction, and the polarization separation unit array The two types of polarized light beams emitted from 141 are alternately arranged in the X direction. For this reason, even when illuminating a rectangular illuminated area, the light utilization efficiency can be increased without wasting light.
[0062]
Further, when the condensing lens array 131, the polarization separation unit array 141, the selective phase difference plate 147, and the emission side lens 150 constituting the second optical element 130 are optically integrated, they are generated at the interface between them. The light loss is reduced and the light utilization efficiency is further increased. However, these optical elements do not necessarily have to be optically integrated.
[0063]
The polarization beam splitter 200 has an S-polarized light beam reflecting film 201 formed along the joint surface between two prism components 202 and 203. The S-polarized light beam reflecting film 201 is formed of, for example, a dielectric multilayer film, and functions as a polarized light beam selection element that reflects the S-polarized light beam and transmits the P-polarized light beam. As described above, most of the light beam emitted from the polarization illumination device 100 is converted into one type of polarized light beam. Therefore, almost all of the light beam emitted from the polarization illumination device 100 is reflected or transmitted by the S-polarized light beam reflection film 201. In the present embodiment, the light beam emitted from the second optical element 130 is an S-polarized light beam. Therefore, most of the light beam incident on the polarization beam splitter 200 is reflected by the S-polarized light beam reflection film 201 and reaches the reflective liquid crystal element 300.
[0064]
When the light beam emitted from the second optical element 130 is a P-polarized light beam, the light beam incident on the polarization beam splitter 200 passes through the S-polarized light beam reflection film 201. Therefore, in this case, the reflective liquid crystal element 300 may be disposed so as to face the second optical element with the polarizing beam splitter 200 interposed therebetween.
[0065]
The light beam incident on the reflective liquid crystal element 300 is modulated by the reflective liquid crystal element 300 based on predetermined image information.
[0066]
An example of the reflective liquid crystal element 300 is shown in FIG. The reflective liquid crystal element 300 is an active matrix liquid crystal element in which a switching element formed of a thin film transistor is connected to reflective pixel electrodes 319 arranged in a matrix, and a liquid crystal layer 320 is sandwiched between a pair of substrates 310 and 330. It has a structure. The substrate 310 is made of silicon, and a source 311 and a drain 316 are formed in part of the substrate 310. On the substrate 310, a source electrode 312 and a drain electrode 317 made of aluminum, a channel electrode 313 made of silicon dioxide, a gate electrode made of a silicon layer 314 and a tantalum layer 315, an interlayer insulating film 318, and a reflective pixel electrode made of aluminum 319 is formed, and the drain electrode 317 and the reflective pixel electrode 319 are electrically connected through the contact hole H. Since the reflective pixel electrode 319 is opaque, it can be stacked over the gate electrode, the source electrode 312 and the drain electrode 317 with an interlayer insulating film 318 interposed therebetween. Therefore, the distance X between the adjacent reflective pixel electrodes 319 can be considerably reduced, and the aperture ratio can be increased.
[0067]
In the present embodiment, a storage capacitor unit including a drain 316, a silicon dioxide layer 340, a silicon layer 341, and a tantalum layer 342 is provided.
[0068]
On the other hand, a counter electrode 331 made of ITO is formed on the surface of the opposite substrate 330 on the liquid crystal layer 320 side, and an antireflection layer 332 is formed on the other surface. The liquid crystal layer 320 is driven by applying a voltage between the counter electrode 331 and each pixel electrode 319.
[0069]
The liquid crystal layer 320 is a super homeotropic type in which the liquid crystal molecules 321 are vertically aligned when no voltage is applied (OFF), and the liquid crystal molecules 321 are twisted 90 degrees when the voltage is applied (ON). Therefore, as shown in FIG. 4, the S-polarized light beam incident on the reflective liquid crystal element 300 from the polarizing beam splitter 200 when no voltage is applied (OFF) does not change the polarization direction of the polarized light beam from the reflective liquid crystal element 300. Returned to the splitter 200. Therefore, the light is not reflected by the S-polarized light beam reflecting film 201 and reaches the projection optical system 600. On the other hand, the S-polarized light beam that has entered the reflective liquid crystal element 300 from the polarizing beam splitter 200 when voltage is applied (ON) is changed in polarization direction by the twist of the liquid crystal molecules 321 to become a P-polarized light beam, and the S-polarized light beam reflecting film 201. Then, the light is projected onto the projection plane 700 via the projection optical system 600.
[0070]
The projection display device according to this embodiment is characterized in that a condenser lens 400 is provided between the polarization illumination device 100 and the polarization beam splitter 200. This point will be described with reference to FIGS. 5 and 6, the configuration of the second optical element 130 (see FIG. 1) is simplified for convenience of explanation.
[0071]
In the projection display apparatus of the present embodiment, the light beam from the light source is separated into a plurality of intermediate light beams 122 by the first optical element 120, and a plurality of condensed images are located near the positions where each intermediate light beam 122 is condensed. 123 is formed. The plurality of condensed images 123 serve as virtual light sources, and accordingly, the reflective display device 300 is illuminated with illumination light from the plurality of virtual light sources. Here, the illumination light from the plurality of virtual light sources is divergent light. On the other hand, a dielectric multilayer film or the like used as a polarization selective film generally tends to change its polarization selection characteristic depending on the incident angle of light. Accordingly, as shown in FIG. 5, if the light emitted from the first optical element 120 is directly incident on the polarization beam splitter 200, the illuminance due to the change in the polarization selection characteristic of the S-polarized light beam reflecting surface 201 is obtained. There is a risk of unevenness.
[0072]
On the other hand, in the projection display apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the condenser lens 400 is disposed between the polarization illumination device 100 and the polarization beam splitter 200 and is divided by the first optical element 120. Since each of the plurality of intermediate light beams 122 is superimposed on the reflective liquid crystal element 300 via the condenser lens 400, the divergence of light incident on the S-polarized light beam reflecting surface 201 of the polarizing beam splitter 200 is reduced. Can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress illuminance unevenness due to a change in the polarization selection characteristic of the S-polarized light beam reflecting surface 201, and it is possible to obtain a projected image with extremely uniform brightness and little unevenness. In particular, if the focal length of the condenser lens 400 is set to be approximately equal to the focal position of the first optical element 120, that is, the optical path length from the position where the condensed image 123 is formed to the principal point of the condenser lens 400, As shown in FIG. 6, the light emitted from the reflective liquid crystal element 300 can be converted into parallel light. Therefore, in this case, unevenness due to a change in the selection characteristics of the S-polarized light flux reflecting surface 201 can be reduced even in the optical path from the reflective liquid crystal element 300 to the projection optical system 600, and unevenness of the projected image can be further suppressed. It becomes.
[0073]
Furthermore, as shown in FIG. 5, if the light emitted from the first optical element 120 is directly incident on the polarization beam splitter 200, the light after being modulated by the reflective liquid crystal element 300 also has a large spread. Since the projection optical system 600 is headed to, the projection light cannot be fully input unless the large-diameter projection optical system 600 is used, and the projection image may become dark.
[0074]
On the other hand, in the projection display apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the condenser lens 400 is disposed between the polarization illumination device 100 and the polarization beam splitter 200 and is divided by the first optical element 120. Each of the plurality of intermediate light beams 122 is superimposed on the reflective liquid crystal element 300 via the condenser lens 400. Accordingly, the spread of the light beam after being modulated by the reflective liquid crystal element 300 can be suppressed, and an extremely bright projected image can be obtained without using the large-diameter projection optical system 600. Furthermore, in the projection display device according to the present embodiment, the condenser lens 400 is attached to the light incident surface of the polarization beam splitter 200, and light loss generated at these interfaces is also reduced. Therefore, a brighter projected image can be obtained.
[0075]
As described above, in the projection display device according to the present embodiment, it is possible to obtain an extremely bright projected image with uniform brightness, less unevenness, and the like.
[0076]
Note that the structure of the reflective liquid crystal element 300, the material of each component, and the operation mode of the liquid crystal layer 320 are not limited to the above examples.
[0077]
The above-described reflective liquid crystal element 300 is for monochrome image display. However, if a color filter is provided between the reflective liquid crystal element 300 and the polarizing beam splitter 200 or inside the reflective liquid crystal element 300, color is displayed. It is also possible to display an image.
[0078]
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a main part of the projection display device 2 according to the second embodiment viewed in plan. FIG. 7 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device 2 of the present embodiment, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 6 are used for the same components as those of the projection display device according to the first embodiment described above. The detailed description is omitted.
[0079]
The projection display apparatus according to the present embodiment includes a polarization illumination apparatus 101 that is schematically configured by a light source unit 110, a first optical element 120, a reflection mirror 160, and a second optical element 130 arranged along the system optical axis L. I have. Also, a color light separation optical system 500 that separates light from the polarized illumination device 101 into three color light beams, and a plurality of reflective liquid crystal elements 300R that modulate each of the three color light beams separated by the color light separation optical system 500. , 300G, 300B, a cross dichroic prism 550 that combines light modulated by the three reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B, and a projection optical system that projects the color light combined by the cross dichroic prism 550 onto the projection plane 700 600. Further, the respective color lights separated by the color light separation optical system 500 are reflected to reach the reflection type liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B, and the light modulated by the reflection type liquid crystal elements 300R, 300G, and 300G is transmitted. Three polarization beam splitters 200R, 200G, and 200B that reach the cross dichroic prism 550 are provided.
[0080]
In the projection display device 1 of the present embodiment, the polarization illumination device 101 having substantially the same configuration as that of the first embodiment is used. The difference from the polarization illumination device 100 in the first embodiment is that a reflection mirror 160 is disposed between the first optical element 120 and the second optical element 130. This is for bending the axis R and does not affect the function of the polarization illumination device itself. As described in the first embodiment, in the polarization illumination device 101, the randomly polarized light beam emitted from the light source unit 110 is divided into a plurality of intermediate light beams by the first optical element 120, and then the second light beam is emitted. The optical element 130 converts the light into one type of polarized light beam (in this embodiment, an S-polarized light beam) whose polarization directions are substantially uniform.
[0081]
The color separation optical system 500 is an optical system that separates the light emitted from the polarized illumination device 101 into three color lights of red light R, green light G, and blue light B. The color separation optical system 500 includes a blue light / green light reflecting dichroic mirror 501, a red light reflecting dichroic mirror 502, a green light reflecting dichroic mirror 505, and two reflecting mirrors 503 and 504.
[0082]
The light emitted from the polarization illumination device 101 enters the color separation optical system 500. Of the light emitted from the polarization illumination device 101, the red light R component is reflected by the red light reflecting dichroic mirror 502 toward the reflecting mirror 503. The red light R thus separated enters the polarization beam splitter 200R via the condenser lens 400R.
[0083]
On the other hand, components of green light G and blue light B out of the light emitted from the polarization illumination device 101 are reflected by the green light / blue light reflecting dichroic mirror 501 toward the reflection mirror 504. Further, the green light G and the blue light B reflected by the reflection mirror 504 enter the green light reflection dichroic mirror 505, where only the component of the green light G is reflected. The green light G reflected by the green light reflecting dichroic mirror 505 is incident on the polarization beam splitter 200G via the condenser lens 400G. The blue light B transmitted through the green light reflecting dichroic mirror 505 is incident on the polarization beam splitter 200B via the condenser lens 400B.
[0084]
The polarizing beam splitters 200R, 200G, and 200B have the same configuration and function as the polarizing beam splitter 200 in the first embodiment described above. Therefore, most of each color light, which is an S-polarized light beam incident on the polarizing beam splitters 200R, 200G, and 200B, is reflected by the S-polarized light beam reflecting film of each of the polarizing beam splitters 200R, 200G, and 200B, and the reflective liquid crystal element 300R. , 300G, 300B will be reached.
[0085]
The reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B have the same configuration and function as the reflective liquid crystal element 300 in the first embodiment described above. Accordingly, each color light incident on the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B undergoes modulation based on predetermined image information, and is emitted to the polarization beam splitters 200R, 200G, and 200B side. Only the transmitted light is emitted to the cross dichroic prism 550 side.
[0086]
The cross dichroic prism 550 is composed of four triangular prisms each having an isosceles triangle cross section in the XZ plane. The side surfaces of the four triangular prisms are bonded to each other, and two types of dichroic films 551 and 552 are formed along the bonding surfaces. The wavelength selection characteristic of the dichroic film 551 is set so as to reflect the red light R and transmit the green light G and the blue light B. The wavelength selection characteristics of the dichroic film 552 are set so as to reflect the blue light B and transmit the red light R and the green light G. Accordingly, the light incident on the cross dichroic prism 550 is synthesized based on the wavelength selection characteristics of the two types of dichroic films 551 and 552 and projected onto the projection plane 700 via the projection optical system 600.
[0087]
As with the projection display device according to the first embodiment, the projection display device according to the present embodiment also has a condenser lens 400R, 400G, between the polarization illumination device 101 and the polarization beam splitters 200R, 200G, 200B. 400B is provided. Therefore, similarly to the projection display apparatus according to the first embodiment, the divergence of light incident on the S-polarized light beam reflecting surfaces of the polarizing beam splitters 200R, 200G, and 200B can be reduced. Accordingly, it is possible to suppress illuminance unevenness due to a change in wavelength selection characteristics of the S-polarized light beam reflecting surface, and it is possible to obtain a projected image with extremely uniform brightness and little unevenness. Also in the case of the present embodiment, in particular, the focal lengths of the condenser lenses 400R, 400G, and 400B are set such that the optical path length from the focal position of the first optical element 120 to the principal point of the condenser lenses 400R, 400G, and 400B. Is set to be approximately equal to the light, the light emitted from the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B can be made parallel light. Therefore, in this case, unevenness due to a change in the selection characteristics of the S-polarized light beam reflecting surface can be reduced in the optical path from the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B to the projection optical system 600, and further, unevenness of the projected image can be suppressed. It becomes possible.
[0088]
Further, in the projection display device according to the present embodiment, as in the projection display device according to the first embodiment, the condenser lens 400R, between the polarization illumination device 101 and the polarization beam splitters 200R, 200G, and 200B, 400G and 400B are arranged, and each of the plurality of intermediate light beams divided by the first optical element 120 is superimposed on the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B via the condenser lenses 400R, 400G, and 400B. I am doing so. Therefore, the spread of the light beam after being modulated by the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B can be suppressed, and an extremely bright projected image can be obtained without using the large-diameter projection optical system 600. Furthermore, in the projection display device according to the present embodiment, the condensing lenses 400R, 400G, and 400B are attached to the light incident surfaces of the polarization beam splitters 200R, 200G, and 200B, and the light loss that occurs at these interfaces is also lost. Has been reduced. Therefore, a brighter projected image can be obtained.
[0089]
As described above, the projection display apparatus according to the present embodiment can obtain a very bright projected image with uniform brightness, less unevenness, and the same as in the first embodiment.
[0090]
(Third embodiment)
In the projection display device according to the first embodiment described above, a condensing lens 400 that condenses the light beam emitted from the first optical element is provided between the polarization illumination device 100 and the polarization beam splitter 200. ing. This condensing lens can also be disposed between the polarizing beam splitter 200 and the reflective liquid crystal element 300. An example of such a projection display device is shown in FIG.
[0091]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the main part of the projection display device according to the third embodiment viewed in plan. FIG. 8 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device of this embodiment, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 6 are used for the same components as those of the projection display device according to the first embodiment described above. A detailed description thereof will be omitted.
[0092]
As shown in FIG. 8, the projection display device according to this embodiment is characterized in that a condenser lens 410 is provided between the polarization beam splitter 200 and the reflective liquid crystal element 300. This point will be described with reference to FIG. 5, FIG. 9, and FIG. In FIGS. 9 and 10, the configuration of the second optical element 130 (see FIG. 8) is shown in a simplified manner for convenience of explanation.
[0093]
In the projection display device of this embodiment, the light beam from the light source is separated into a plurality of intermediate light beams 122 by the first optical element, and a plurality of condensed images are formed in the vicinity of the position where each intermediate light beam is condensed. Is done. Therefore, the reflective display device 300 is illuminated with illumination light from a plurality of virtual light sources. Here, the illumination light from the plurality of virtual light sources is divergent light. On the other hand, a dielectric multilayer film or the like used as a polarization selective film generally tends to change its polarization selection characteristic depending on the incident angle of light. Accordingly, as shown in FIG. 5, if the light emitted from the first optical element 120 is directly incident on the polarization beam splitter 200, the illuminance due to the change in the polarization selection characteristic of the S-polarized light beam reflecting surface 201 is obtained. There is a risk of unevenness.
[0094]
On the other hand, in the projection display device of the present embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, a condensing lens 410 is disposed between the polarizing beam splitter 200 and the reflective liquid crystal element 300, and the first optical device is shown. Each of the plurality of intermediate light beams 122 divided by the element 120 is superimposed on the reflective liquid crystal element 300 via the condenser lens 410. Accordingly, the spread of the light beam after being modulated by the reflective display device 300 can be suppressed, and unevenness due to a change in the selection characteristics of the S-polarized light beam reflecting surface 201 in the optical path from the reflective display device 300 to the projection optical system 600 can be suppressed. Can be reduced. Therefore, unevenness in the projected image can be suppressed. In particular, if the focal length of the condensing lens 410 is set to twice the optical path length from the focal position of the first optical element 120, that is, the position where the condensed image 123 is formed to the principal point of the condensing lens 410. As shown in FIG. 9, the light emitted from the reflective liquid crystal element 300 can be converted into parallel light, which is effective.
[0095]
Furthermore, if the light emitted from the first optical element 120 is directly incident on the reflective liquid crystal element as shown in FIG. 5, the light modulated by the reflective liquid crystal element 300 is projected with a large spread. Therefore, unless the large-diameter projection optical system 600 is used, the projection light cannot be sufficiently swollen, and the projection image may become dark.
[0096]
On the other hand, in the projection display device of the present embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, a condensing lens 410 is disposed between the polarizing beam splitter 200 and the reflective liquid crystal element 300, and the first optical device is shown. Each of the plurality of intermediate light beams 122 divided by the element 120 is superimposed on the reflective liquid crystal element 300 via the condenser lens 410. Therefore, the spread of the light beam after being modulated by the reflective display device 300 can be suppressed, and an extremely bright projected image can be obtained without using the projection optical system 600 having a large aperture. Furthermore, in the projection display device of this embodiment, the condensing lens 410 is attached to the light incident / exit surface of the reflective liquid crystal element 300, and light loss generated at these interfaces is reduced. Therefore, a brighter projected image can be obtained.
[0097]
In particular, if the focal length of the condenser lens 410 is set to be approximately equal to the optical path length from the focal position of the first optical element 120, that is, the position where the condensed image 123 is formed to the principal point of the condenser lens 410, As shown in FIG. 10, the light emitted from the reflective liquid crystal element 300 can be incident on the projection optical system 600 in the most condensed state, and the incident efficiency of the light to the projection optical system 600 is improved. It is effective.
[0098]
In the projection display device of this embodiment, the condenser lens 410 is attached to the light incident / exit surface of the reflective liquid crystal element 300 to reduce light loss generated at these interfaces. The optical lens 410 is not necessarily attached to the light incident / exit surface of the reflective liquid crystal element 300. In addition, as shown in FIG. 11, the condensing lens 410 can be attached to the light incident / exit surface of the polarizing beam splitter 200. In this case, the condensing lens 410 is generated at the interface between the polarizing beep splitter 200 and the condensing lens 410. It is possible to reduce optical loss.
[0099]
The above-described reflective liquid crystal element 300 is for monochrome image display. However, if a color filter is provided between the reflective liquid crystal element 300 and the polarizing beam splitter 200 or inside the reflective liquid crystal element 300, color is displayed. It is also possible to display an image.
[0100]
(Fourth embodiment)
In the projection display device according to the second embodiment described above, as in the third embodiment, the condenser lens is disposed between the polarizing beam splitters 200R, 200G, and 200B and the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B. Can be arranged. An example of such a projection display device is shown in FIG.
[0101]
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the main part of the projection display device according to the fourth embodiment viewed in plan. FIG. 12 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device of this embodiment, the same components as those of the projection display devices according to the first to third embodiments described above are the same as those used in FIGS. Reference numerals are assigned and detailed description thereof is omitted.
[0102]
Also in the projection display device of the present embodiment, light is condensed between the polarization beam splitters 200R, 200G, and 200B and the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B, as in the projection display device according to the third embodiment. Lenses 410R, 410G, and 410B are provided, and each of the plurality of intermediate light beams divided by the first optical element 120 is reflected by the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B via the condenser lenses 410R, 410G, and 410B. It is made to superimpose on. Accordingly, the spread of the light beam after being modulated by the reflective display devices 300R, 300G, and 300B can be suppressed, and the S-polarized light beam reflecting surface in the optical path from the reflective display devices 300R, 300G, and 300B to the projection optical system 600 can be suppressed. Unevenness due to a change in the selection characteristics can be reduced. Therefore, unevenness in the projected image can be suppressed. In particular, the focal lengths of the condenser lenses 410R, 410G, and 410B are changed from the focal position of the first optical element 120, that is, from the position where the condensed image 123 (see FIG. 9) is formed, to the condenser lenses 410R, 410G, and 410B. If the optical path length to the main point is set to twice, the light emitted from the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B can be converted into parallel light, which is effective.
[0103]
Further, condensing lenses 410R, 410G, and 410B are disposed between the polarizing beam splitter 200 and the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B, and each of the plurality of intermediate light beams divided by the first optical element 120 is provided. Is superimposed on the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B via the condensing lenses 410R, 410G, and 410B, so that the spread of the luminous flux after being modulated by the reflective display devices 300R, 300G, and 300B is increased. Can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a very bright projected image without using the large-diameter projection optical system 600. Further, in the projection display device of the present embodiment, the condensing lenses 410R, 410G, and 410B are attached to the light incident / exit surfaces of the polarization beam splitters 200R, 200G, and 200B, respectively, and the light generated at these interfaces. Loss is also reduced. Therefore, a brighter projected image can be obtained.
[0104]
In particular, the focal lengths of the condenser lenses 410R, 410G, and 410B are changed from the focal position of the first optical element 120, that is, the position where the condensed image 123 (see FIG. 10) is formed, to the condenser lenses 410R, 410G, and 410B. If the optical path length to the principal point is set approximately equal, the light emitted from the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B can be incident on the projection optical system 600 in the most condensed state, and the projection optical system 600 This is effective in increasing the incident efficiency of light.
[0105]
In the projection display device according to the present embodiment, the light loss generated at the interface between the condenser lenses 410R, 410G, and 410B is attached to the light incident / exit surfaces of the polarizing beam splitters 200R, 200G, and 200B, respectively. However, the condenser lenses 410R, 410G, and 410B are not necessarily attached to the light incident / exit surfaces of the polarizing beam splitters 200R, 200G, and 200B. The condensing lenses 410R, 410G, and 410B can be attached to the light incident / exit surfaces of the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B. In this case, the condensing lenses 410R, 410G, and 410B are condensed with the reflective liquid crystal elements 300R, 300G, and 300B. It is possible to reduce light loss that occurs at the interfaces with the lenses 410R, 410G, and 410B.
[0106]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0107]
All of the projection display devices according to the above-described embodiments include the polarization conversion element 140 that aligns the polarization direction of the light beam emitted from the first optical element 120. However, the present invention provides such a polarization conversion element. The present invention can also be applied to a projection display device that does not include 140.
[0108]
In the projection display device according to the above-described embodiment, in the optical path between the polarization illumination devices 100 and 101 and the polarization beam splitters 200, 200R, 200G, and 200B, and the polarization beam splitters 200, 200R, 200G, and 200B, It is preferable to dispose a polarizing element in the optical path to the projection optical system 600. If the polarizing element is disposed at the former position, the polarization degree of the illumination light that irradiates the polarized light beams incident on the polarizing beam splitters 200, 200R, 200G, and 200B, and consequently the reflective liquid crystal elements 300, 300R, 300G, and 300B. Can be increased. If the polarizing element is disposed at the latter position, a polarized light beam emitted from the polarizing beam splitters 200, 200R, 200G, and 200B and traveling toward the projection optical system 600, and consequently on the projection plane 700 via the projection optical system 600. The degree of polarization of the projected image can be increased. Therefore, by arranging the polarizing elements in this way, it is possible to increase the contrast of the projected image and obtain a very high quality projected image.
[0109]
Furthermore, in the above-described embodiments, the polarization illumination devices 100 and 101 are all configured to obtain the S-polarized light beam, but of course, the configuration may be such that the P-polarized light beam is obtained. In this case, the λ / 2 retardation layer 148 of the selective retardation plate 147 may be formed on the S-polarized light beam exit surface 146 of the polarization separation unit array 141.
[0110]
Further, as the projection display apparatus, a front type in which a projection image is observed from the projection optical system 600 side of the projection plane 700, or a rear type in which a projection image is observed from the opposite side of the projection optical system 600. However, the present invention is applicable to any type.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the projection display device of the present invention, it is possible to obtain a projection display device with uniform brightness and good image quality. In addition, a bright projection image can be obtained without using a large-diameter projection optical system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projection display apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a first optical element 120 in the polarization illumination device 100. FIG.
3A is a perspective view illustrating a configuration of a polarization separation unit array 141 in the polarization illumination device 100, and FIG. 3B is a perspective view illustrating a configuration of a selective phase difference plate 147 in the polarization illumination device 100. FIG. Figure.
4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a reflective liquid crystal element 300. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a comparative example for explaining the function of a condenser lens.
6 is a view for explaining a function of a condenser lens 400 in the projection display apparatus according to the first embodiment; FIG.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projection display apparatus according to a second embodiment.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projection display device according to a third embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining a function of a condenser lens 410 in a projection display apparatus according to a third embodiment.
FIG. 10 is a diagram for explaining a function of a condenser lens 410 in a projection display apparatus according to a third embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a modification of the projection display device according to the third embodiment.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projection display device 4 according to a fourth embodiment.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a main part of a conventional projection display apparatus.
[Explanation of symbols]
10 Light source
11 Light source lamp
12 Parabolic reflector
20 Polarizing beam splitter
21 Polarization separation surface
30R, 30G, 30B reflective liquid crystal device
50 Dichroic prism
60 Projection optics
70 Projection plane
100, 101 Polarized illumination device
110 Light source
111 Light source lamp
112 Parabolic reflector
120 first optical element
121 beam splitting lens
122 Intermediate luminous flux
123 Condensed image
130 Second optical element
131 Condensing lens array
132 Condensing lens
140 Polarization conversion element
141 Polarized light separation unit array
142 Polarization separation unit
143 Polarization separation surface
144 Reflective surface
145 P-polarized light beam exit surface
146 S-polarized light beam exit surface
147 Selective phase difference plate
148 λ / 2 retardation layer
150 Outgoing lens
160 Reflective mirror
200 Polarizing beam splitter
201 S-polarized light beam reflecting surface
202, 203 Prism parts
300, 300R, 300G, 300B Reflective liquid crystal device
310 substrate
311 source
312 Source electrode
313 channels
314 Silicon layer
315 Tantalum layer
316 drain
317 Drain electrode
318 Interlayer insulating film
319 Reflective pixel electrode
320 Liquid crystal layer
321 Liquid crystal molecules
330 substrates
331 Counter electrode
332 Antireflection layer
340 Silicon dioxide layer
341 Silicon layer
342 Tantalum layer
400, 400R, 400G, 400B condenser lens
410, 410R, 410G, 410B condenser lens
500 color light separation optical system
501, 502, 505 Dichroic mirror
503, 504 Reflective mirror
550 Cross Dichroic Prism
551, 552 Dichroic membrane
600 Projection optical system
700 Projection plane

Claims (22)

光源と、
前記光源から出射された光を変調する反射型変調素子と、
前記反射型変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、
前記光源と前記反射型変調素子との間の光路中に配置され、前記光源から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記偏光光束選択素子との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
前記光学要素と前記偏光光束選択素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられ、
前記光学要素は、前記光学要素によって分割された前記複数の中間光束のそれぞれを、前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子を有し、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。A light source;
A reflective modulation element for modulating light emitted from the light source;
A projection optical system for projecting light modulated by the reflective modulation element;
Arranged in the optical path between the light source and the reflective modulation element, the light emitted from the light source is reflected or transmitted to reach the reflective modulation element and modulated by the reflective modulation element A polarized light beam selection element that transmits or reflects light to reach the projection optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the polarized light beam selection element, an optical element for dividing the light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A condensing lens for condensing the light beam emitted from the optical element is provided between the optical element and the polarized light beam selection element,
The optical element includes a superimposing element that superimposes each of the plurality of intermediate light beams divided by the optical element on the reflective modulation element via the condenser lens,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the optical element to a principal point of the condenser lens. 請求項１において、
前記光学要素は、前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有し、
前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる前記重畳素子と、を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 1,
The optical element includes a first optical element that collects a light beam from the light source and divides the light beam into a plurality of intermediate light beams, and a second optical element that is disposed on a light exit surface side of the first optical element; Have
The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam is the polarization direction of the other polarized light beam. A polarization conversion element that emits light in alignment with the light, and a superimposing element that is disposed on the light exit surface side of the polarization conversion element and superimposes each of the intermediate light fluxes on the reflective modulation element via the condenser lens, A projection display device comprising: 請求項２において、
前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であることを特徴とする投射型表示装置。In claim 2,
The intermediate light beam is guided to the polarization conversion element via a condensing lens array, and the second optical element is a composite composed of the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. A projection type display device characterized by that. 請求項２又は３において、
前記集光レンズは、前記第１の光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 2 or 3,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the first optical element to a principal point of the condenser lens. 光源と、
前記光源から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記色光分離光学系によって分離された前記複数の色光のそれぞれを変調する複数の反射型変調素子と、
前記複数の反射型変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学系と、
前記色光合成光学系によって合成された光を投写する投写光学系と、
前記色光分離光学系と前記反射型変調素子との間の光路中にそれぞれ配置され、前記色光分離光学系から出射された色光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記色光合成光学系へ到達させる複数の偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記色光分離光学系との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
前記光学要素とそれぞれの前記偏光光束選択素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられ、
前記光学要素は、前記光学要素によって分割された前記複数の中間光束のそれぞれを、前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子を有し、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。A light source;
A color light separation optical system that separates light emitted from the light source into a plurality of color lights;
A plurality of reflective modulation elements for modulating each of the plurality of color lights separated by the color light separation optical system;
A color light combining optical system for combining light modulated by the plurality of reflective modulation elements;
A projection optical system for projecting light synthesized by the color light synthesis optical system;
Each of the color light separation optical system and the reflection type modulation element is disposed in an optical path, and the color light emitted from the color light separation optical system is reflected or transmitted to reach the reflection type modulation element, and the reflection A plurality of polarized light beam selection elements that transmit or reflect light modulated by a type modulation element to reach the color light combining optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the color light separation optical system, an optical element that splits a light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A condensing lens for condensing the light beam emitted from the optical element is provided between the optical element and each of the polarized light beam selection elements.
The optical element includes a superimposing element that superimposes each of the plurality of intermediate light beams divided by the optical element on the reflective modulation element via the condenser lens,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the optical element to a principal point of the condenser lens. 請求項５において、
前記光学要素は、前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有し、
前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる前記重畳素子と、を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 5,
The optical element includes a first optical element that collects a light beam from the light source and divides the light beam into a plurality of intermediate light beams, and a second optical element that is disposed on a light exit surface side of the first optical element; Have
The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam is the polarization direction of the other polarized light beam. A polarization conversion element that emits light in alignment with the light, and a superimposing element that is disposed on the light exit surface side of the polarization conversion element and superimposes each of the intermediate light fluxes on the reflective modulation element via the condenser lens, A projection display device comprising: 請求項６において、
前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であることを特徴とする投射型表示装置。In claim 6,
The intermediate light beam is guided to the polarization conversion element via a condensing lens array, and the second optical element is a composite composed of the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. A projection type display device characterized by that. 請求項６又は７において、
前記集光レンズは、前記第１の光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 6 or 7,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the first optical element to a principal point of the condenser lens. 光源と、
前記光源から出射された光を変調する反射型変調素子と、
前記反射型変調素子によって変調された光を投写する投写光学系と、
前記光源と前記反射型変調素子との間の光路中に配置され、前記光源から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記偏光光束選択素子との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
前記偏光光束選択素子と前記反射型変調素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられ、
前記光学要素によって分割された前記複数の中間光束のそれぞれは、前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳されることを特徴とする投写型表示装置。A light source;
A reflective modulation element for modulating light emitted from the light source;
A projection optical system for projecting light modulated by the reflective modulation element;
Arranged in the optical path between the light source and the reflective modulation element, the light emitted from the light source is reflected or transmitted to reach the reflective modulation element and modulated by the reflective modulation element A polarized light beam selection element that transmits or reflects light to reach the projection optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the polarized light beam selection element, an optical element for dividing the light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A condensing lens that condenses the light beam emitted from the optical element is provided between the polarized light beam selection element and the reflective modulation element,
Each of the plurality of intermediate light beams divided by the optical element is superimposed on the reflective modulation element via the condenser lens. 請求項９において、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長の約２倍の焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 9,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length that is approximately twice the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condenser lens. 請求項９において、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 9,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the optical element to a principal point of the condenser lens. 請求項９において、
前記光学要素は、前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有し、
前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子と、を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 9,
The optical element includes a first optical element that collects a light beam from the light source and divides the light beam into a plurality of intermediate light beams, and a second optical element that is disposed on a light exit surface side of the first optical element; Have
The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam is the polarization direction of the other polarized light beam. And a superimposing element that is arranged on the light exit surface side of the polarization conversion element and superimposes each of the intermediate light fluxes on the reflective modulation element via the condenser lens. A projection display device characterized by that. 請求項１２において、
前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であることを特徴とする投射型表示装置。In claim 12,
The intermediate light beam is guided to the polarization conversion element via a condensing lens array, and the second optical element is a composite composed of the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. A projection type display device characterized by that. 請求項１２又は１３において、
前記集光レンズは、前記第１の光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長の約２倍の焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 12 or 13,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length that is approximately twice the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condenser lens. 請求項１２又は１３において、
前記集光レンズは、前記第１の光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 12 or 13,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the first optical element to a principal point of the condenser lens. 光源と、
前記光源から出射された光を複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記色光分離光学系によって分離された前記複数の色光のそれぞれを変調する複数の反射型変調素子と、
前記複数の反射型変調素子によって変調された光を合成する色光合成光学系と、
前記色光合成光学系によって合成された光を投写する投写光学系と、
前記色光分離光学系と前記反射型変調素子との間の光路中にそれぞれ配置され、前記色光分離光学系から出射された色光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて前記色光合成光学系へ到達させる複数の偏光光束選択素子と、を有する投写型表示装置であって、
前記光源と前記色光分離光学系との間には、前記光源から出射された光束を複数の中間光束に分割する光学要素が設けられ、
それぞれの前記偏光光束選択素子と前記反射型変調素子との間には、前記光学要素から出射された光束を集光する集光レンズが設けられてなることを特徴とする投写型表示装置。A light source;
A color light separation optical system that separates light emitted from the light source into a plurality of color lights;
A plurality of reflective modulation elements for modulating each of the plurality of color lights separated by the color light separation optical system;
A color light combining optical system for combining light modulated by the plurality of reflective modulation elements;
A projection optical system for projecting light synthesized by the color light synthesis optical system;
Each of the color light separation optical system and the reflection type modulation element is disposed in an optical path, and the color light emitted from the color light separation optical system is reflected or transmitted to reach the reflection type modulation element, and the reflection A plurality of polarized light beam selection elements that transmit or reflect light modulated by a type modulation element to reach the color light combining optical system, and a projection display device comprising:
Between the light source and the color light separation optical system, an optical element that splits a light beam emitted from the light source into a plurality of intermediate light beams is provided,
A projection display device, wherein a condensing lens for condensing a light beam emitted from the optical element is provided between each of the polarized light beam selection elements and the reflective modulation element. 請求項１６において、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長の約２倍の焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 16,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length that is approximately twice the optical path length from the focal position of the optical element to the principal point of the condenser lens. 請求項１６において、
前記集光レンズは、前記光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 16,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the optical element to a principal point of the condenser lens. 請求項１６において、
前記光学要素は、前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第１の光学要素と、前記第１の光学要素の光出射面側に配置された第２の光学要素と、を有し、
前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに分離し、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記集光レンズを介して前記反射型変調素子に重畳させる重畳素子と、を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 16,
The optical element includes a first optical element that collects a light beam from the light source and divides the light beam into a plurality of intermediate light beams, and a second optical element that is disposed on a light exit surface side of the first optical element; Have
The second optical element separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and the polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam is the polarization direction of the other polarized light beam. And a superimposing element that is arranged on the light exit surface side of the polarization conversion element and superimposes each of the intermediate light fluxes on the reflective modulation element via the condenser lens. A projection display device characterized by that. 請求項１９において、
前記中間光束は集光レンズアレイを介して前記偏光変換素子に導かれ、前記第２の光学要素は、前記集光レンズアレイと前記偏光変換素子と前記重畳素子とから構成される複合体であることを特徴とする投射型表示装置。In claim 19,
The intermediate light beam is guided to the polarization conversion element via a condensing lens array, and the second optical element is a composite composed of the condensing lens array, the polarization conversion element, and the superimposing element. A projection type display device characterized by that. 請求項１９又は２０において、
前記集光レンズは、前記第１の光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長の約２倍の焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 19 or 20,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length that is approximately twice the optical path length from the focal position of the first optical element to the principal point of the condenser lens. 請求項１９又は２０において、
前記集光レンズは、前記第１の光学要素の焦点位置から前記集光レンズの主点までの光路長とほぼ等しい焦点距離を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 19 or 20,
The projection display device, wherein the condenser lens has a focal length substantially equal to an optical path length from a focal position of the first optical element to a principal point of the condenser lens.
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