JP3973749B2

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Publication number: JP3973749B2
Application number: JP00641898A
Authority: JP
Inventors: 郁雄高原; 浩中西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: JPH11202432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶プロジェクタのような、光源からの光を画像表示素子により変調し、投影レンズによりスクリーンに拡大投影する投射型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投射型画像表示装置として、特開平１―２２７１８５号公報に開示された透過型液晶パネルを用いたものを、図１７により説明する。
【０００３】
光源２００から出た光は、第１の色分離素子２０１においてＲ、Ｇ、Ｂの３原色のうちＧ、Ｂ光を透過し、Ｒ光を反射する。反射したＲ光は反射ミラー２０５で反射され第１の透過型画像表示素子２０６に導かれる。第１の色分離素子２０１を透過したＧ、Ｂ光のうちＧ光は第２の色分離素子２０２で反射され第２の透過型画像表示素子２０７に導かれる。第２の色分離素子２０２を透過したＢ光は２つの反射ミラー２０３、２０４により第３の透過型画像表示素子２０８に導かれる。第１、２、３の透過型画像表示素子２０６、２０７、２０８で画像信号に応じて偏光変調を受けた光は色合成素子２１２により合成され投影レンズ２１３によりスクリーンに照射される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の投射型画像表示装置では、液晶表示素子として透過型のものを用いているため、スイッチング素子や配線電極等により、画素の区画中に占める有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さくなるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、本願出願人は反射型液晶表示素子を用いた投射型画像表示装置について提案している（特願平９−１８０４８６号，出願日平成９年６月２０日）。
【０００６】
図１８は、その投射型液晶表示装置の一例を示す図である。図１８において、光源からでたＲ、Ｇ、Ｂの３原色は、第１の色分離素子１０１（Ｒ光反射、Ｇ光、Ｂ光透過）及び第２の色分離素子１０２（Ｇ光、Ｂ光反射、Ｒ光透過）を十字に組み合わせた色分離素子により、それぞれＲ光とＧ、Ｂ光に分離される。そのうちＲ光は反射ミラー１０３と第１の偏光分離素子１０５により第１の反射型画像表示素子１０８に導かれる。ここで、第１の偏光分離素子１０８は誘電体多層膜からなり、入射した光のうちＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する特性を有する。第１の反射型画像表示素子１０８に導かれたＳ偏光は画像信号に応じて偏光変調を受けてＰ偏光となった光は、第１の偏光分離素子１０８を透過し色合成素子１１２に導かれる。一方、Ｇ、Ｂ光は反射ミラー１０４と第３の色分離素子１１１によりＧ光は反射、Ｂ光は透過される。反射したＧ光は、入射した光のうちＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する特性を有する第２の偏光分離素子１０６で反射され、画像信号に応じ第２の反射型画像表示素子１０９で偏光変調を受け、Ｐ偏光となった光は第２の偏光分離素子１０６を透過する。第３の色分離素子１１１を透過したＢ光も、Ｒ光、Ｇ光と同様に色合成素子１１２に導かれ、投影レンズ１１３によりスクリーンに照射される。
【０００７】
この投射型画像表示装置によれば、透過型画像表示素子に比べて高開口率の反射型画像表示素子を使用できるため光の利用効率の高くすることができる。しかし、その反面、図１９に示す透過型画像表示素子をもちいた投射型画像表示装置に対して、点線で囲った部分（図１８）の色分離光学系の大きさ分だけ装置サイズが大きくなるという欠点があった。
【０００８】
そこで、本願出願人は、反射型画像表示素子を使用し、かつ、透過型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置とほぼ同等の装置サイズを実現できる投射型画像表示装置についても提案している（特願平１０−３４７９号，出願日：平成１０年１月９日）。
【０００９】
図２０は、その投射型画像表示装置の一構成例を示す図である。図２０において、光源３００から出た光は第１の色分離素子３０１によりＧ、Ｂ光は反射し、Ｒ光は透過される。反射したＧ、Ｂ光は第１の偏光板３０９によりＳ偏光のみが透過され、第１の偏光分離素子３０３に入射する。この第１の偏光分離素子３０３はＢ光のＳ偏光を透過し、かつ、Ｇ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する特性（以下、上記素子のように可視光の中で、ある特定の波長帯域に対してのみ偏光分離特性を有する素子を狭帯域偏光分離素子と記す）に入射し、Ｇ光のＳ偏光を第１の反射型画像表示素子３０６の方向に反射させる。第１の反射型画像表示素子３０６で画像信号に応じて偏光変調を受けＰ偏光となった光は第１の偏光分離素子３０３、第２の偏光板３１０を透過し、色合成素子３１５に入射する。第１の偏光分離素子３０３を透過したＢ光は反射ミラー３０２で反射され第３の偏光板３１１を透過し、第２の偏光分離素子３０４で反射され第２の反射型画像表示素子３０７に導かれる。第２の反射型画像表示素子３０７で画像信号に応じて偏光変調を受けＰ偏光となった光は、第２の偏光分離素子３０４、第４の偏光板３１２を透過し、色合成素子３１５に入射する。また、第１の色分離素子３０１を透過したＲ光は第５の偏光板３１３を透過し、第３の偏光分離素子３０５で反射されて、第３の反射型画像表示素子３０８に導かれる。第３の反射型画像表示素子３０８で画像信号に応じて偏光変調を受けてＰ偏光となった光は第３の偏光分離素子３０５、第６の偏光板３１４を透過し、色合成素子３１５に入射する。色合成素子３１５に入射したＲ、Ｇ、Ｂ光は投影レンズ３１６によりスクリーンに照射される。
【００１０】
本装置は、透過型画像表示素子に比べて開口率が高い反射型画像表示素子を用いることにより光の利用効率を向上させることができ、かつ、上記図１８の反射型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置に対して装置サイズを小さくできるという利点を有する。
【００１１】
このように上記装置は非常に優れた利点を有するが、より効率良く光源からの光を反射型画像表示素子に導くためには、新たな照明光学系が必要となる。その点について説明する。
【００１２】
まず、図１８の反射型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置の照明光学系について図２１を用いて説明する。
【００１３】
光源３００のリフレクターとしてパラボラリフレクターを使用する場合、光源中心からでた光（主光線１１４とする）は反射型画像表示素子１１５に垂直に入射する（テレセントリック照明）ように照射される。図１９の投射型画像表示装置の場合、光源に対し第１、２、３の反射型画像表示素子１０８、１０９、１１０までの光路長が全て等しくなるよう構成することが可能であるので、全ての反射型画像表示素子に対して等しく光を照射することができる。
【００１４】
次に、従来技術である特開平１―２２７１８５号公報に開示された透過型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置の照明光学系について図１９、図２２を用いて説明する。
【００１５】
光源２００のリフレクターとして上記と同様にパラボラリフレクターを使用する場合、光源中心から出た光（主光線２１４とする）は第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７に垂直に入射する（テレセントリック照明）ように照射される。しかし、上記反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の照明光学系と異なる点は、第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７に対し第３の透過型画像表示素子２０８が光源から遠い位置に配置されている点である。その場合、光源中心以外の部分から発せられた光は光源から遠ざかるにつれて広がっていくので、第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７を照射する光に対し、第３の透過型画像表示素子２０８を照射する光の光量はその光路長が長い分だけ損失してしまう。そこで、従来の投射型画像表示装置においては、第１のレンズ２０９（焦点距離をｆ１とする）を設け、第２のレンズ２１０（焦点距離をｆ２とする）、第３のレンズ２１１（焦点距離をｆ３とする）により第３の透過型画像表示素子２０８を照明する。ここで、第１のレンズ２０９と第３のレンズ２１１の焦点位置がちょうど第２のレンズ２１０の位置となるように、それぞれのレンズを配置し、ほぼ、
ｆ１＝ｆ２＝ｆ３×２＝ｆ（１）
の関係を持たせる（図２２）。第３の透過型画像表示素子２０８についてこのような照明光学系を設けることにより、第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７とほぼ同じ光量の光を第３の透過型画像表示素子２０８に照射することができる（但し、この照明光学系では第１のレンズ２０９から第３のレンズ２１１までに反射板を２枚と第３のレンズ２１０を配さねばならず、この部分での部品点数が多くなるとともに装置が大型化するという問題がある）。
【００１６】
次に、図２０で示した投射型画像表示装置について説明する。このような反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置では透過型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置と同じように、反射型画像表示素子直前にレンズを配置した場合に、反射型画像表示素子で反射され色合成素子へ向かう主光線がレンズで屈折される。一般に色合成素子は誘電体多層膜により形成されるが、その反射・透過特性は光線の入射角度に依存するため、反射型画像表示素子直前にレンズを配置した場合、スクリーン上の画面の位置によりホワイトバランスが変わってしまうため、透過型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置にあるようなレンズ配置をとることができないという問題がある。
【００１７】
本発明は以上説明した課題を解決するためになされたものであり、その目的は画像表示素子を用いた投射型画像表示装置において装置サイズを大きくすることなく、効率よく画像表示素子を照明する照明光学系を実現するためのものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の投射型画像表示装置は、光源と、それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応して設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調する３つの反射型画像表示素子と、複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第１，第２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各波長帯域の光を偏光方向によって透過または反射させて、前記３つの反射型画像表示素子に対してそれぞれ対応する波長帯域の光を導く光学手段と、前記３つの反射型画像表示素子により変調された光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、前記光学手段は、色分離と偏光分離の両方の機能を併せ持つ少なくとも１つの光学素子と、少なくとも１つの前記反射型画像表示素子への光の光路中であって該反射型画像表示素子で反射された光が入射しない位置に設けられ、前記３つの反射型画像表示素子に入射する光の光量を略同一とする複数の集光素子と、を含むことを特徴としている。
【００１９】
請求項２に記載の投射型画像表示装置は、光源と、該光源からの光のうち第３の波長帯域の光と、第１および第２の波長帯域の光と、を分離する色分離素子と、前記光源からの光の第１の波長帯域の光のうち第１の偏光方向の光を反射し、それと直交する第２の偏光方向の光を透過し、第２の波長帯域の光のうち第１の偏光方向の光もしくは第２の偏光方向の光の少なくともどちらか一方の光を透過する第１の偏光分離素子と、第１の偏光分離素子で反射した光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第１の反射型画像表示素子と、第１の偏光分離素子を透過した光において少なくとも第２の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射し、それと直交する偏光方向の光を透過する第２の偏光分離素子と、第２の偏光分離素子で反射もしくは透過した光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第２の反射型画像表示素子と、前記色分離素子で分離された第３の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射し、それと直交する偏光方向の光を透過する第３の偏光分離素子と、第３の偏光分離素子で反射された光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第３の反射型画像表示素子と、第１の反射型画像表示素子と第２の反射型画像表示素子と第３の反射型画像表示素子からの光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子の間に、少なくとも、第１の集光素子、集光機能を有する反射素子、第２の集光素子が順に配置されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３に記載の投射型画像表示装置は、請求項２に記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子と第２の集光素子との間に、２つの集光機能を有する反射素子を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載の投射型画像表示装置は、請求項３に記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子の焦点距離、第２の集光素子の焦点距離、第１の集光素子と前記集光機能を有する反射素子との距離、前記集光機能を有する反射素子と第２の集光素子との距離が互いに略等しいことを特徴としている。
【００２２】
請求項５に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、第１の集光素子、第２の集光素子のうち少なくとも一方が偏心しているものである。
【００２３】
請求項６に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、第１の波長帯域の光を透過または吸収し、第２の波長帯域の光を反射することを特徴としている。
【００２４】
請求項７に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、一方の偏光方向の光を反射して他方の偏光方向の光を透過する第４の偏光分離素子と、λ／４波長板とを、第１の集光素子を透過した光が第４の偏光分離素子，前記λ／４波長板を介して前記集光機能を有する反射素子に入射し、前記集光機能を有する反射素子で反射した光が前記λ／４波長板，第４の偏光分離素子を介して第２の集光素子に入射するよう、配置したことを特徴としている。
【００２５】
請求項８に記載の投射型画像表示装置は、請求項７に記載の投射型画像表示装置において、第４の偏光分離素子が平板状であるものである。
【００２６】
請求項９に記載の投射型画像表示装置は、請求項７または請求項８に記載の投射型画像表示装置において、第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にλ／２波長板が配置され、該λ／２波長板は第１の集光素子に接着固定されていることを特徴としている。
【００２７】
請求項１０に記載の投射型画像表示装置は、請求項７または請求項８に記載の投射型画像表示装置において、第１の偏光分離素子がガラスプリズムにより構成されているか、もしくは、透明容器中に充填された液体やゲル状の媒質中に平板状の偏光分離素子を埋没させたもので構成されており、第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にはλ／２波長板が配置され、λ／２波長板は前記ガラスプリズムもしくは透明容器の表面に接着固定されているものである。
【００２８】
請求項１１に記載の投射型画像表示装置は、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、第１の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸が略直交する位置に配置され、かつ、前記集光機能を有する反射素子の光軸が第１の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸に対して傾くように配置されたことを特徴としている。
【００２９】
請求項１２に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１１のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、第１の波長帯域の光を緑とし、第２の波長帯域の光は赤、青のうち光源のスペクトル強度の相対的に強い色とすることを特徴としている。
【００３０】
請求項１３に記載の画像表示装置は、光源と、それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応して設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調する３つの画像表示素子と、複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第１，第２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各波長帯域の光を偏光方向によって透過または反射させて、前記３つの画像表示素子に対してそれぞれ対応する波長帯域の光を導く光学手段と、前記３つの画像表示素子により変調された光を合成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、前記光学手段は、少なくとも１つの前記画像表示素子への光の光路中に設けられる、複数の集光素子と集光機能を有する反射素子を含んでおり、前記３つの画像表示素子に入射する光の光量を略同一とすることを特徴としている。
【００３１】
請求項１４に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、凸レンズと平面鏡からなることを特徴としている。
【００３２】
請求項１５に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、該集光機能を有する反射素子は凸レンズの一方の面に金属膜もしくは誘電体膜からなる反射膜を形成したものであることを特徴としている。
【００３３】
請求項１６に記載の画像表示装置は、請求項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子は凹面鏡であることを特徴としている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。光源１からでた光は第１のマルチレンズアレイ２、反射ミラー１０、第２のマルチレンズアレイ３により第１のレンズ４に導かれる。これらに、後に説明する第２、第３のレンズ５、６を加えた照明光学系は画像表示素子に照射される光の照度分布を均一にする目的のために設けられたものであり、また、各レンズの焦点距離および配置は反射型画像表示素子におおむねテレセントリック照明されるよう選んでいる。
【００３６】
第１のレンズ４を透過したＲ、Ｇ、Ｂ（赤，緑，青）の３原色の光のうち、Ｇ、Ｂ光は色分離素子１１で反射される。色分離素子１１で反射されたＧ、Ｂ光は、第１の偏光板１８によりＳ偏光のみの光となる。Ｓ偏光のＧ、Ｂ光のうちＧ光は第１の偏光分離素子１２で反射され、Ｂ光は透過される。第１の偏光分離素子１２は例えば図２（ａ）のような特性を有し、Ｇ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過し、Ｂ光のＳ偏光を透過する特性を有する。
【００３７】
第１の偏光分離素子１２で反射したＧ光は、第１の反射型画像表示素子１５により画像信号に応じて偏光変調を受けて反射される。第１の反射型画像表示素子１５により反射された光のうちＰ偏光は第１の偏光分離素子１２を透過し、Ｓ偏光は反射される。第１の偏光分離素子１２を透過したＰ偏光は第２の偏光板１９を透過し色合成素子２６（ダイクロイックプリズム）に入射する。
【００３８】
一方、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光は第４のレンズ７、凹面鏡９により第５のレンズ８に導かれる。
【００３９】
なお、凹面鏡９はその光軸３１が第４のレンズ、第５のレンズのそれぞれの光軸３２、３３に対しおおむね４５度傾くよう配置されている。そのように配置することによりこれら照明光学系の配置をコンパクトにすることができる。また、凹面鏡９のような集光機能と反射機能を１つの光学部品により実現しているため部品点数の削減が可能となる。また、集光と反射という２つの機能を同時に実現する素子により本構成の照明光学系の配置がはじめて可能となる。
【００４０】
第５のレンズ８を透過した光は第３の偏光板２０を透過し、第２の偏光分離素子１３で反射され、第２の反射型画像表示素子１６により画像信号に応じて偏光変調を受けて反射される。第２の反射型画像表示素子１６により反射された光のうちＳ偏光は第２の偏光分離素子１３で反射され、Ｐ偏光の光は第４の偏光板２１を透過し、第１のλ／２波長板２４によりＳ偏光に変換された後、色合成素子２６に導かれる。色合成素子２６はＢ光のＳ偏光を反射するように使用した方が、その色分離特性が向上するため、本構成においては第１のλ／２波長板２４により、入射したＰ偏光をＳ偏光としている。また、第１のλ／２波長板２４は第４の偏光板２１と色合成素子２６との間に配置しているが、これは、第１のλ／２波長板２４における偏光方向の変換ロスの光によるコントラストの低下を低減するためである。
【００４１】
また、色分離素子１１を透過したＲ光は、第３のレンズ６、第４の偏光板２２（Ｓ偏光を透過するよう配置されている）を透過し、第３の偏光分離素子１４で反射され、第３の反射型画像表示素子１７に導かれ、画像信号に応じて偏光変調を受ける。第３の反射型画像表示素子１７で反射された光のうち、Ｓ偏光は第３の偏光分離素子１４で反射され、Ｐ偏光は透過され第５の偏光板２３を透過し、第２のλ／２波長板２５により偏光方向をＳ偏光に変換されたのち色合成素子２６に導かれる。
【００４２】
そして、色合成素子２６で合成されたＲ、Ｇ、Ｂ光は投影レンズ２７により図示しないスクリーンに投影される。
【００４３】
次に、本発明の特徴である第１の偏光分離素子１２から第２の反射型画像表示素子１６へと光を導く照明光学系について図１および図３を用いて詳しく説明する。
【００４４】
第４のレンズ７は第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置にほぼ配置されている。つまり、光源１から第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ同じ光路長の位置に第４のレンズ７が配置されている。この位置に配置することにより、後に述べるように第１の反射型画像表示素子１５を照射する光量および照度分布を第２の反射型画像表示素子１６上に再現できる。
【００４５】
第４のレンズ７に対し平行に入射し、第４のレンズ７を透過した光は、第４のレンズ７の焦点位置に配置されている凹面鏡９に集光される（図３の実線）。ただし、図３においては説明を簡単にするために、凹面鏡９を同一の焦点距離をもつレンズに置き換えて図示する。凹面鏡９で反射された光は第５のレンズ８によりほぼ平行光となり、第３の反射型画像表示素子１６を照射する（テレセントリック照明）。ここで、第５のレンズ８の焦点距離ｆ３は第４のレンズ７の焦点距離ｆ１におおむね等しく、また、凹面鏡９と第５のレンズ８の距離は第５のレンズｆ３におおむね等しい。また、凹面鏡の焦点距離ｆ２は、第４のレンズ７の各点を発して凹面鏡９により第５のレンズ８へと導かれた光（図３の点線）が第３の反射型画像表示素子１６上に集光するように選ばれる。
【００４６】
以上のことから、各光学部品の焦点距離や反射型画像表示素子との距離関係をまとめると次のようになる。
▲１▼第４のレンズ７は、光源１からの光路長が第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しくなるように配置されている（おおむね第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し、第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置に配置されている）。
▲２▼第４のレンズ７の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置されている。
▲３▼第５のレンズ８の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置されている。
▲４▼第４のレンズ７の焦点距離ｆ１と第５のレンズ８の焦点距離ｆ３はおおむね等しい。
▲５▼凹面鏡９の焦点距離ｆ２は、第４のレンズの一点から発せられた光が第３の反射型画像表示素子１６上に集光するよう選ばれる。
【００４７】
但し、第４のレンズ７、凹面鏡９、第５のレンズ８の焦点距離およびそれぞれの配置の関係は厳密に▲１▼〜▲３▼を満たしている必要はなく、反射型画像表示素子に対しおおむねテレセントリック照明となるような範囲で各焦点距離および配置を変更することは可能である。
【００４８】
＜変形例＞
上記した本実施の形態においては光源１としてメタルハライドランプを使用したが、キセノンランプ、ＨＩＤランプ、ハロゲンランプ等の他のランプであってもよい。一般のメタルハライドランプのランプスペクトルはＲ光に対し相対的にＢ光の成分が強いため、上記図１の構成では、第１，第３の反射型画像表示素子１５、１７を照射する光に対し、相対的に光の損失のある第２の反射型画像表示素子１６への光をＢ光を導く構成としたが、ハロゲンランプにおいてはＢ光に対し相対的にＲ光が強く、ＨＩＤランプについてはＲ光に対し相対的にＢ光が強いのでそれぞれ相対的に強い光を第２の反射型画像表示素子１６への光とするほうが望ましい。
【００４９】
本実施の形態においては偏光板により光の偏光方向を規制したが、例えば光源１と色分離素子１１の間に偏光変換素子を設け、予め一方向の偏光方向の光のみを偏光板に入射させる方が、偏光板の対光性の上で望ましい。
【００５０】
また、第１の偏光分離素子１２として図２（ａ）に示す特性のものを使用したが、他にも図２（ｂ）に示すようにＧ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過し、Ｒ光のＳ偏光を透過する特性を有するものも使用できる。また、そのような偏光分離素子としては、「”ＡＲｅｃｅｎｔＡｄｖａｎｃｅｉｎＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅＰｏｌａｒｉｚｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，ＳＩＤ１９９７Ｍ−９８〜１０６」に開示されているような、等方性層と複屈折層を積層したフィルムにより偏光方向により光を反射もしくは透過する原理を用いたもの（以降複屈折性偏光分離素子とする）や、本実施の形態に使用したガラスプリズムやガラス板に誘電体膜を蒸着し積層することにより同様の特性を有するものが使用できる。フィルム状の偏光分離素子はガラス板にフィルムを貼り付けて使用することも可能である（図４にこの偏光分離素子１２’を用いた場合の装置構成例を示す）。また、図５に示すように、誘電体多層膜をガラス板に蒸着したもの偏光分離素子３８を使用する場合、ガラス板とほぼ等しい屈折率を有するゲル状もしくは液体３９を充填した、側面がガラス板などの透明な材質のものからなる筐体３７中にガラス板を固定したもの（以降液浸タイプとする）を使用することも可能である。
【００５１】
また、本実施の形態ではＧ光に対しＳ偏光を反射するものを使用したが、複屈折性偏光分離素子を使用する場合は、反射する偏光方向を任意に設定することが可能であるので、例えば、Ｐ偏光を反射したり、Ｐ偏光に対し４５度方向の偏光方向の光を反射するようにしても良い。
【００５２】
さらに、本実施の形態においては集光機能を有する反射素子として凹面鏡９を使用したが、これは、凹面鏡９を利用した場合、ガラスレンズで発生するような球面収差の影響を低減でき、かつ、部品点数を削減できるという効果があるからである。また、集光機能を有する反射素子としては、図６（ａ）に示すような凸レンズ２８の裏面側に平面鏡２９を配置したものも利用できる。その場合、投射型画像表示装置によく使用される凸レンズ、平面鏡のみにより構成することが可能となり部品の共通化の効果がある。また、図６（ｂ）に示すように、凸レンズ２８の裏面側にＡｌなどの金属膜や、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂などの誘電体多層膜からなる反射膜３０を形成したものも利用可能である。その場合、部品点数の削減が可能となる。
【００５３】
以上のような集光機能を有する反射素子の反射面に、Ｇ光を吸収もしくは透過し、Ｂ光を反射するような波長フィルター機能をもたせることも可能である。ここでいう反射面とは、図１の凹面鏡９の場合その反射面、図６（ａ）の凸レンズ２８の裏面側に平面鏡２９を配置したものの場合平面鏡２９の反射面、図６（ｂ）の凸レンズ２８の裏面側に反射膜３０を形成したものの場合その反射膜３０をさし、例えば、凹面鏡９の場合、反射面をＡｌの蒸着面とし、Ｇ光を吸収する色素等を表面に塗装したり、反射面を誘電体多層膜としＧ光を透過し、Ｂ光を反射するようにしても良い。このようにすることにより、第１の偏光分離素子１２で反射されずに透過したＧ光が第２の反射型画像表示素子１６に迷光として混入することを低減できる効果がある。
【００５４】
本実施の形態においては照明光学系のレンズ（第４、５のレンズ７、８）としてガラスの球面レンズを使用したが、特に第２の反射型画像表示素子１６への光の入射側に配置されるレンズは焦点距離が短く、かつ有効径が大きい、つまり、Ｆナンバーの小さいレンズが必要となり、通常の球面レンズで構成した場合非常に厚いレンズとなってしまい、レンズの配置が困難となる。そこで、レンズの硝材をＢＫ７よりも屈折率の高い硝材により構成することによりレンズ厚みの低減がはかれる。他の方法としては非球面レンズの使用やフレネルレンズを使用するのが望ましい。特にフレネルレンズを使用した場合、レンズ厚みの大幅な低減が可能となる。その場合、フレネルレンズの凹凸面は第２の反射型画像表示素子１６に向けて配置することが望ましい。また、光線の熱吸収が問題となる場合にはＰＣでなく、ガラスで形成することが望ましい。以上レンズの種類および硝材の変更は他のレンズにおいても可能である。
【００５５】
また、図７に示すように、第４、第５のレンズ７、８を偏心レンズとしてもよい。その場合、集光機能を有する反射素子（図１においては凹面鏡９）を、第４、第５のレンズ７、８から遠ざけて配置することができるので、それぞれのレンズおよび集光機能を有する反射素子の焦点距離を長くでき、Ｆナンバーの大きなレンズの使用が可能となる。また、焦点距離の長いレンズ、つまり、集光パワーの比較的小さいレンズを使用することにより、レンズにおける光の偏光方向の回転を低減することができ、結果として、第２の反射型画像表示素子１６を照射する光の照度分布ムラの発生を低減することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図８を用いて説明する。説明において実施の形態１と重複するものについては一部を簡略化もしくは省略する。
【００５７】
光源１からの光を色分離素子１１で第３の反射型画像表示素子１７と第１および第２の反射型画像表示素子１５、１６へ向かう光へと分離し、第１の偏光分離素子１２によりさらに第１の反射型画像表示素子１５と第２の反射型画像表示素子１６へと向かう光に分離することについては実施の形態１と同様である。
【００５８】
本実施の形態２と実施の形態１の異なる点は、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）の光を第３の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系に第４の偏光分離素子４０を使用した点にある。
【００５９】
第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）は第４のレンズ７によりの第４の偏光分離素子４０へと導かれる。第４の偏光分離素子４０で反射したＢ光はλ／４波長板３５を透過し、凹面鏡９で反射され再びλ／４波長板３５を透過することによりＰ偏光に変換される。Ｐ偏光となったＢ光は第４の偏光分離素子４０を透過し第５のレンズ８により第２の反射型画像表示素子１６へと導かれるが、第５のレンズ８と第２の反射型画像表示素子１６との間には、第３のλ／２波長板３４、第３の偏光板２０、第２の偏光分離素子１３がこの順序で配置されている。第５のレンズ８を透過したＢ光（Ｐ偏光）は第３のλ／２波長板３６によりＳ偏光に変換され、Ｓ偏光を透過するように配置された第３の偏光板２０を透過する。第３の偏光板２０からの光は第２の偏光分離素子１３で反射され、第２の反射型画像表示素子１６により画像信号に応じて偏光に変調を受け反射され、そのうちのＳ偏光は第３の偏光分離素子１３で反射され、Ｐ偏光は第３の偏光分離素子１３を透過し色合成素子２６へと向かう。ここで、第３の偏光板２０をＰ偏光を透過するように配置し、第３のλ／２波長板３４により入射したＰ偏光をＳ偏光に変換する構成も可能であるが、第３のλ／２波長板３４による偏光方向の変換ロスによるコントラストの低下を低減させるために、本構成の配置がより望ましい。
【００６０】
第１の反射型画像表示素子１５、第２の反射型画像表示素子１６、第３の反射型画像表示素子１７により光が反射され、色合成素子２６により光が合成されたのち投影レンズ２７でスクリーンに照射されることについては実施の形態１と同様である。
【００６１】
次に第１の偏光分離素子１２を透過した光を第２の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系について説明する。
【００６２】
第４のレンズ７を第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置にほぼ配置すること（光源１から第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しい位置に第４のレンズ７を配置すること）、また、第４のレンズ７と第５のレンズ８の焦点距離がおおむね等しいこと、第４のレンズ７の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置され、第５のレンズ８の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置され、凹面鏡９の焦点距離は第４のレンズの一点を発した光が第５のレンズ８により第２の反射型画像表示素子１６におおむね集光されるように配置されていることも実施の形態１と同様である。
【００６３】
本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、第４のレンズ７と凹面鏡９の間に第４の偏光分離素子４０とλ／４波長板３５を配置した点にある。このようにすることにより、装置サイズを大きくすることなく、第４のレンズ７から凹面鏡９までの距離、凹面鏡９から第５のレンズ８までの距離を長くすることができるので、第４のレンズ７、第５のレンズ８のＦナンバーを大きくすることができる。その結果、レンズの厚みが低減でき、光学部品配置の困難さが緩和でき、また、レンズによる偏光方向の回転が低減でき、結果として、第２の反射型画像表示素子１６を照射する光の照度分布ムラを低減できる。
【００６４】
また、凹面鏡９の光軸３１を第４のレンズの光軸３２、第５のレンズの光軸３３と一致させる（第４のレンズ７に対してはその光軸３２を第４の偏光分離素子４０により９０度傾けているので、凹面鏡９の光軸３１と一致していると考える）ことができるので凹面鏡９（集光機能を有する反射素子）で発生する収差を低減することができ、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００６５】
＜変形例＞
本構成では第４のレンズ７から第５のレンズ８へ向かう光の光路を折り曲げる素子として第４の偏光分離素子４０を用いたが、ハーフミラーなどの一定の光量を反射もしくは透過する光分離素子をもちいても良い。しかし、例えばハーフミラーを使用した場合、第４のレンズ７を透過し光分離素子に入射した光のうち３／４の光量をロスしてしまう。また、第４のレンズ７を透過し、ハーフミラーで反射され、凹面鏡９で反射された光が再びハーフミラーで反射され第１の偏光分離素子１２により色合成素子２６へと向かう光となり、スクリーンでのコントラストに影響を与えるため、本素子は偏光分離素子であることが望ましい。
【００６６】
また、第４の偏光分離素子４０は第１の偏光分離素子１２と同様、複屈折性偏光分離素子や、本実施の形態で使用したガラスプリズムやガラス板に誘電体膜を蒸着し積層することにより同様の特性を有するものが使用できる。しかし、ガラスプリズムタイプもしくは液浸タイプの偏光分離素子を使用する場合、プリズムもしくは筐体側面のガラス表面の反射光が第１の偏光分離素子１２によりスクリーンに向かう光となりコントラストを低下させる要因となるため、図９に示すような、平板状の偏光分離素子４０’を使用することが望ましい。また、その場合、装置寸法を大きくすることなく第４のレンズ７、凹面鏡などの集光機能を有する反射素子、第５のレンズ８の焦点距離を長くすることができる。
【００６７】
また、第４のレンズ７から第５のレンズ８へ向かう光の光路を折り曲げる素子として平板状のハーフミラーや偏光分離素子を使用する場合、凹面鏡などの集光機能を有する反射素子と第５のレンズの焦点距離をおおむね等しいものとするためには、第２の偏光分離素子１３も平板状のものとするのが望ましい。また、その場合、第１、第２、第３の反射型画像表示素子１５、１６、１７からスクリーンへと向かう光路において発生する収差の量が等しくなるように他の第１、第３の偏光分離素子１２、１４も平板状のものを使用することが望ましい。
【００６８】
さらに、本実施の形態では第４の偏光分離素子４０としてＢ光に対しＳ偏光を反射するものを使用したが、複屈折性偏光分離素子を使用する場合は、反射する偏光方向を任意に設定することが可能であるので、例えば、Ｐ偏光を反射したり、Ｐ偏光に対し４５度方向の偏光方向の光を反射するようにしても良い。その場合適宜λ／２波長板を光路中に配置して使用することも可能である。
【００６９】
また、本実施の形態においては第４の偏光分離素子４０はＢ光のＳ偏光を反射するものを使用したが、例えば、図１０に示すように第１の偏光分離素子１２と第４のレンズ７の間に第４のλ／２波長板３６を配置することにより、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光のＳ偏光をＰ偏光に変換し、Ｂ光のＰ偏光を透過する素子として利用することもできる。
【００７０】
また、その場合、図１０に示すように第４のλ／２波長板３６をガラス板に貼り付けて保持することも可能であるが、ガラス表面からの光が第１の偏光分離素子１２によりスクリーンに到達しコントラストを低下させる要因となるため、図１１に示すように第４のλ／２波長板３６を第４のレンズ７に貼り付けるか、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように第１の偏光分離素子１２がガラスプリズムタイプもしくは液浸タイプの場合には、その表面に貼り付け、表面反射光を発生する光学面数と低減させることが望ましい。また、その場合、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、第４のλ／２波長板３６を介して第１の偏光分離素子１２と第４のレンズ７を接着固定することもできる。そうすることにより、透過する光学面するを減じることができるので、表面反射による光の損失を低下させることもできる。なお、図１２、１３においては主要部のみを示している。
【００７１】
また、本実施の形態においては、第１の偏光分離素子１２としてＧ光のＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過し、Ｂ光のＳ偏光を透過するものについて説明したが、例えば、Ｇ光のＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過し、Ｂ光のＰ偏光を透過するものを使用した場合、第４のλ／２波長板３６によりＢ光の偏光方向をＳ偏光に変換することにより、例えば、図８に示す構成に使用した第４の偏光分離素子４０と同様の特性を有する偏光分離素子が利用可能となる。また、そのような特性を誘電体多層膜からなる偏光分離素子で実現するのは困難なため、そのような素子としては複屈折性偏光分離素子を使用するのが望ましい。
【００７２】
さらに、第４の偏光分離素子４０としてＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過するものを用いればλ／２波長板が不必要になり、偏光方向の変換の際に生じる光量のロスを低減することができる。そのような特性を誘電体多層膜からなる偏光分離素子で実現するのは困難なため、そのような素子としては複屈折性偏光分離素子を使用するのが望ましい。また、図１４に示すように、第１、２、３の偏光分離素子１２、１３、１４も複屈折性偏光分離素子とすることにより部品の共通化が図れる。
【００７３】
以上のように、第１、第２、第４の偏光分離素子１２、１３、４０で反射もしくは透過される偏光方向はさまざまのものが利用可能であり、λ／２波長板を第４のレンズ７と第４の偏光分離素子４０の間や第４の偏光分離素子４０と第５のレンズ８の間に適宜配置することによりさまざまな構成が可能である。
【００７４】
また、集光機能を有する反射素子として凹面鏡９を使用した場合について説明したが、実施の形態１と同様に他の構成も使用可能である（図１５（ａ）、（ｂ）参照）。
【００７５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を図１６を用いて説明する。説明において実施の形態１、実施の形態２と重複するものについては一部を簡略化もしくは省略する。
【００７６】
光源１からの光を色分離素子１１で第３の反射型画像表示素子１７と第１および第２の反射型画像表示素子１５、１６ヘ向かう光へと分離し、第１の偏光分離素子１２によりさらに第１の反射型画像表示素子１５と第２の反射型画像表示素子１６へと向かう先に分離することについては実施の形態１および２と同様である。
【００７７】
本実施の形態３と実施の形態１および２が異なる点は、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）の光を第３の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系に２つの凹面鏡を使用した点にある。
【００７８】
第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）は第４のレンズ７により第１の凹面鏡４２ヘと導かれる。凹面鏡４２で反射されたＢ光は第２の凹面鏡４３で反射され、第５のレンズ８を透過し、第３の偏光板２０へと向かう。Ｓ偏光を透過するように配置された第３の偏光板２０を透過した光は、第２の偏光分離素子１３で反射され、第２の反射型画像表示素子１６により画像信号に応じて偏光に変調を受け反射され、そのうちのＳ偏光は第３の偏光分離素子１３で反射され、Ｐ偏光は第３の偏光分離素子１３を透過し色合成素子２６ヘと向かう。
【００７９】
第１の反射型画像表示素子１５、第２の反射型画像表示素子１６、第３の反射型画像表示素子１７により光が反射され、色合成素子２６により光が合成されたのち投影レンズ２７でスクリーンに照射されることについては実施の形態１および２と同様である。
【００８０】
次に、第１の偏光分離素子１２を透過した光を第２の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系について説明する（図１６、図１７）。
【００８１】
第４のレンズ７を第１の偏光分離素子１２の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５と面対称な位置に配置すること（光源１から第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しい位置に第４のレンズ７を配置すること）は実施の形態１および２の構成と同様である。
【００８２】
第４のレンズ７、第１の凹面鏡４２、第２の凹面鏡４３、第５のレンズ８の焦点距離とそれぞれの配置は、第４のレンズ７に入射した平行光が第５のレンズによリ第２の反射型画像表示素子１６に対しおおむね垂直に入射し（図１７の実線）、第４のレンズ７の一点を発した光が第２の反射型画像表示素子１６におおむね集光する（図１７の破線）ように選ばれる。但し、図１７では図を簡略化するため凹面鏡を凸レンズとして図示している。第４のレンズの光軸３２、第１の凹面鏡の光軸４４、第２の凹面鏡の光軸４５、第５のレンズの光軸３３はそれぞれ任意に傾けることが可能であるが、本実施の形態では装置サイズの小型化のために、第４のレンズ７の光軸と第５のレンズ８の光軸はおおむね９０度傾けた構成となっている。
【００８３】
このようにすることにより、装置サイズを大きくすることなく、第４のレンズ７から第５のレンズ８までの距離を長くすることができるので、第４のレンズ７、第５のレンズ８のＦナンバーを大きくすることができる。その結果、レンズの厚みが低減でき、光学部品配置の困難さが緩和でき、また、レンズによる偏光方向の回転が低減でき、結果として、第２の反射型画像表示素子１６を照射する光の照度分布ムラを低減できる。
【００８４】
なお、以上の実施の形態で示した第４のレンズ７と第５のレンズ８の間の少なくとも１つの集光機能を有する反射素子は、その配置，焦点距離を調整することで、第５のレンズ８と反射型画像表示素子１６との距離を自由に変化でき、その距離をある程度以上離すことができるため、＜発明が解決しようとする課題＞の項で示した特開平１−２２７１８５号公報に記載の技術の問題点を解決できる。
【００８５】
また、以上の実施の形態では、第４のレンズ７と第５のレンズ８の間に少なくとも１つの集光機能を有する反射素子を設けているが、この集光機能を有する反射素子は集光素子と反射素子の２つの部材で置き換えることが可能である。但し、その場合装置の大型化を招くため、やはり上記実施の形態１〜３で示したように集光機能を有する反射素子を用いることが望ましい。なお、この集光機能を有する反射素子は、上記実施の形態で示した構成のものに限らず、他の投射型液晶表示装置における光学系（全ての画像表示素子への入射光の照射条件を等しくするための光学系）に使用することで、その小型化を実現できる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば以下の効果を奏する。
【００８７】
（１）反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置において、偏光分離と色分離の両方の機能を兼ね備えた偏光分離素子を用いるとともに、全ての反射型画像表示素子に入射する光量を略同一にするレンズを有し、さらにそのレンズを反射型画像表示素子からの反射光の光路から外して設けたため、装置の小型化が実現できるとともに、反射型画像表示素子への照明をホワイトバランスを変えることなく効率的に実行できる。
【００８８】
（２）全ての反射型画像表示素子に入射する光量を略同一にするために、２つのレンズと集光機能を有する反射素子を用いることにより、装置サイズを大きくすることなく反射型画像表示素子に効率よく光を照射することができる。
【００８９】
（３）全ての反射型画像表示素子に入射する光量を略同一にするために、２つのレンズと２つの集光機能を有する反射素子を用いることにより、２つのレンズ間の距離を長くすることができるので、Ｆナンバーの大きなレンズを使用することが可能となる。その場合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる光学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減などの効果がある。
【００９０】
（４）２つのレンズと集光機能を有する反射素子の焦点距離，配置を適切化することにより、反射型画像表示素子にさらに効率よく光を照射することができる。
【００９１】
（５）さらに、偏心したレンズをもちいることにより、レンズや集光機能を有する反射素子の焦点距離を長くすることができるので、Ｆナンバーの大きなレンズを使用することが可能となる。その場合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる光学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減などの効果がある。
【００９２】
（６）さらに、集光機能を有する反射素子がある特定の波長帯域の光を透過もしくは吸収し、異なる波長帯域の光を反射する機能を有することにより、部品点数を増すことなくスクリーン上でのホワイトバランスの低下を抑制できる。
【００９３】
（７）２つのレンズと集光機能を有する反射素子との間に偏光分離素子とλ／４波長板を配置し、光路を折り曲げる構成としたことにより、装置サイズの大型化などの問題を招くことなく２つのレンズと集光機能を有する反射素子の焦点距離を長くすることができるのでＦナンバーの大きなレンズが使用可能となる。その場合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる光学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減などの効果がある。また、レンズの光軸の方向と集光機能を有する反射素子の光軸の方向を一致させることができるので発生する集光機能を有する反射素子で発生する収差を低減できる。
【００９４】
（８）上記偏光分離素子として平板状のものを使用した場合には、コントラストの低下を抑制することができる。
【００９５】
（９）さらに、偏光分離素子とレンズの間にλ／２波長板を配置し、レンズにλ／２波長板を貼り付けるか、光学面の表面反射光によるコントラストの低下を低減でき、表面反射による光の損失も低減することができる。
【００９６】
（１０）偏光分離素子がガラスプリズムタイプか液浸タイプのものである場合、その表面に貼り付けることにより、光学面の表面反射光によるコントラストの低下を低減でき、表面反射による光の損失も低減することができる。
【００９７】
（１１）また、２つのレンズと集光機能を有する反射素子を用い、レンズの光軸方向に対し、集光機能を有する反射素子の光軸傾けて配置することにより、装置サイズを大きくすることなく、反射型画像表示素子に効率よく光を照射することができる。
【００９８】
（１２）さらに、赤、緑、青の３原色において、第１の波長帯域を緑とし、リレーレンズ系を通過する第２の波長帯域の光は赤、青のうち光源のランプスペクトル強度の相対的に強い光とすることによりスクリーン照射光のホワイトバランスを良好なものとすることができ、また、光の利用効率の向上となる。
【００９９】
（１３）投射型表示装置において、各表示素子に入射する光量を略同一とする光学系の一部に集束機能を有する反射素子を使用することで、光路の設定が容易となり、装置サイズを減少できる。
【０１００】
（１４）集光機能を有する反射素子として凸レンズと平面鏡を組み合わせたものを使用することにより光学部品の共通化による低コスト化が図れる。
【０１０１】
（１５）また、集光機能を有する反射素子として凸レンズの一方の面に金属膜もしくは誘電体膜からなる反射膜を形成することにより部品点数の削減が可能となる。
【０１０２】
（１６）また、集光機能を有する反射素子として凹面鏡を使用することにより光学部品点数の削減ならびに集光機能を有する反射素子で発生する収差による光量ロスの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図２】本実施の形態１に使用可能な狭帯域偏光分離素子の偏光特性の一例である。
【図３】本実施の形態１の第１の偏光分離素子から第２の反射型画像表示素子へと光を導く照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【図４】本実施の形態１の投射型画像表示装置において複屈折性偏光分離素子を使用した構成を示す概略説明図である。
【図５】本実施の形態１の投射型画像表示装置において液浸タイプの偏光分離素子を使用した構成を示す概略説明図である。
【図６】本実施の形態１の投射型画像表示装置の集光機能を有する反射素子の変形例の構成を示す概略説明図である。
【図７】本実施の形態１の投射型画像表示装置において偏心レンズを使用した構成を示す概略説明図である。
【図８】本実施の形態２の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図９】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路延長用の偏光分離素子として平板状のものを使用した構成を示す概略説明図である。
【図１０】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路延長用の偏光分離素子に対しＰ偏光が入射するように配置した構成を示す概略説明図である。
【図１１】本実施の形態２の投射型画像表示装置においてλ／２波長板をレンズに接着固定した構成を示す概略説明図である。
【図１２】本実施の形態２の投射型画像表示装置においてλ／２波長板をプリズムタイプないし液浸タイプの偏光分離素子に接着固定した構成を示す主要概略説明図である。
【図１３】本実施の形態２の投射型画像表示装置においてλ／２波長板を介してプリズムタイプないし液浸タイプの偏光分離素子とレンズを接着固定した構成を示す主要概略説明図である。
【図１４】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路延長用の偏光分離素子として入射した光の波長帯域のＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する特性を有するものを使用した構成を示す概略構成図である。
【図１５】本実施の形態２の投射型画像表示装置の集光機能を有する反射素子の変形例の構成を示す概略説明図である。
【図１６】本実施の形態３の投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図１７】本実施の形態３の第１の偏光分離素子から第２の反射型画像表示素子へと光を導く照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【図１８】従来の反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図１９】従来の透過型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の構成を示す概略説明図である。
【図２０】従来の反射型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の他の構成を示す概略説明図である。
【図２１】図１８に示す投射型画像表示装置の照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【図２２】図１９に示す投射型画像表示装置の照明光学系の構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１光源
２第１のマルチレンズアレイ
３第２のマルチレンズアレイ
４第１のレンズ
５第２のレンズ
６第３のレンズ
７第４のレンズ
８第５のレンズ
９凹面鏡
１０反射ミラー
１１色分離素子
１２第１の偏光分離素子
１３第２の偏光分離素子
１４第３の偏光分離素子
１５第１の反射型画像表示素子
１６第２の反射型画像表示素子
１７第３の反射型画像表示素子
２６色合成素子
２７投影レンズ
２８凸レンズ
２９反射ミラー
３０反射膜
３１集光機能を有する反射素子の光軸
３４第３のλ／２波長板
３５ λ／４波長板
３６第４のλ／２波長板
３８偏光分離素子
３９ゲル状もしくは液体の充填物
４０第４の偏光分離素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection type image display device such as a liquid crystal projector, which modulates light from a light source by an image display element and enlarges and projects it onto a screen by a projection lens.
[0002]
[Prior art]
A conventional projection type image display apparatus using a transmission type liquid crystal panel disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 1-227185 will be described with reference to FIG.
[0003]
The light emitted from the light source 200 transmits the G and B light among the three primary colors R, G, and B and reflects the R light in the first color separation element 201. The reflected R light is reflected by the reflection mirror 205 and guided to the first transmissive image display element 206. Of the G and B light transmitted through the first color separation element 201, G light is reflected by the second color separation element 202 and guided to the second transmissive image display element 207. The B light transmitted through the second color separation element 202 is guided to the third transmission type image display element 208 by the two reflection mirrors 203 and 204. The light that has undergone polarization modulation in accordance with the image signal by the first, second, and third transmissive image display elements 206, 207, and 208 is combined by the color combining element 212 and irradiated to the screen by the projection lens 213.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above projection type image display device, since a transmissive type is used as the liquid crystal display element, the effective pixel opening area occupied in the pixel section by the switching element, the wiring electrode, etc., that is, the aperture ratio. There is a problem that becomes smaller.
[0005]
In order to solve this problem, the applicant of the present application has proposed a projection-type image display device using a reflective liquid crystal display element (Japanese Patent Application No. 9-180486, filing date June 20, 1997).
[0006]
FIG. 18 is a diagram showing an example of the projection type liquid crystal display device. In FIG. 18, the three primary colors R, G, and B emitted from the light source are the first color separation element 101 (R light reflection, G light, B light transmission) and the second color separation element 102 (G light, B light). The light is separated into R light, G light, and B light by a color separation element that combines light reflection and R light transmission in a cross shape. Among them, the R light is guided to the first reflection type image display element 108 by the reflection mirror 103 and the first polarization separation element 105. Here, the first polarization separation element 108 is made of a dielectric multilayer film, and has a characteristic of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light among incident light. The S-polarized light guided to the first reflective image display element 108 is subjected to polarization modulation in accordance with the image signal, and becomes P-polarized light, which is transmitted through the first polarization separation element 108 and guided to the color combining element 112. It is burned. On the other hand, the G light and B light are reflected by the reflecting mirror 104 and the third color separation element 111, and the B light is transmitted. The reflected G light is reflected by the second polarization separation element 106 having the characteristics of reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light in the incident light, and polarized by the second reflective image display element 109 according to the image signal. The light that has undergone modulation and becomes P-polarized light passes through the second polarization separation element 106. The B light transmitted through the third color separation element 111 is also guided to the color composition element 112 in the same manner as the R light and G light, and is irradiated onto the screen by the projection lens 113.
[0007]
According to this projection type image display apparatus, since the reflection type image display element having a higher aperture ratio than that of the transmission type image display element can be used, the light utilization efficiency can be increased. On the other hand, however, the apparatus size is increased by the size of the color separation optical system in the portion surrounded by the dotted line (FIG. 18) as compared with the projection type image display apparatus using the transmissive image display element shown in FIG. There was a drawback.
[0008]
Therefore, the applicant of the present application has also proposed a projection image display device that uses a reflective image display element and can realize a device size substantially equivalent to a projection image display device using a transmission image display element. (Japanese Patent Application No. 10-3479, filing date: January 9, 1998).
[0009]
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example of the projection type image display apparatus. In FIG. 20, the light emitted from the light source 300 is reflected by the first color separation element 301, while the G and B lights are reflected and the R light is transmitted. The reflected G and B lights are transmitted only by the S-polarized light through the first polarizing plate 309 and enter the first polarization separation element 303. The first polarization separation element 303 transmits S-polarized light of B light, reflects S-polarized light of G light, and transmits P-polarized light (hereinafter referred to as certain elements in visible light like the above-described element). An element having a polarization separation characteristic only in the wavelength band of the light is incident on a narrow-band polarization separation element), and the S-polarized light of G light is reflected in the direction of the first reflective image display element 306. The light that has undergone polarization modulation in accordance with the image signal by the first reflective image display element 306 and becomes P-polarized light passes through the first polarization separation element 303 and the second polarizing plate 310 and enters the color synthesis element 315. To do. The B light that has passed through the first polarization separation element 303 is reflected by the reflection mirror 302, passes through the third polarizing plate 311, is reflected by the second polarization separation element 304, and is guided to the second reflective image display element 307. It is burned. The light that has undergone polarization modulation according to the image signal in the second reflective image display element 307 and becomes P-polarized light is transmitted through the second polarization separation element 304 and the fourth polarizing plate 312, and is transmitted to the color synthesis element 315. Incident. The R light that has passed through the first color separation element 301 passes through the fifth polarizing plate 313, is reflected by the third polarization separation element 305, and is guided to the third reflective image display element 308. The light that has undergone polarization modulation according to the image signal in the third reflective image display element 308 and becomes P-polarized light is transmitted through the third polarization separation element 305 and the sixth polarizing plate 314, and is transmitted to the color synthesis element 315. Incident. The R, G, B light incident on the color composition element 315 is irradiated on the screen by the projection lens 316.
[0010]
This apparatus can improve the light utilization efficiency by using a reflective image display element having a higher aperture ratio than that of the transmissive image display element, and uses the reflective image display element shown in FIG. There is an advantage that the apparatus size can be reduced with respect to the conventional projection type image display apparatus.
[0011]
As described above, the above apparatus has a very excellent advantage, but a new illumination optical system is required to guide light from the light source to the reflective image display element more efficiently. This will be described.
[0012]
First, an illumination optical system of a conventional projection type image display apparatus using the reflection type image display element of FIG. 18 will be described with reference to FIG.
[0013]
When a parabolic reflector is used as a reflector of the light source 300, light (referred to as a principal ray 114) emitted from the center of the light source is irradiated so as to enter the reflective image display element 115 vertically (telecentric illumination). In the case of the projection type image display apparatus of FIG. 19, it is possible to configure the optical path lengths up to the first, second, and third reflection type image display elements 108, 109, and 110 to be equal to the light source. It is possible to irradiate light equally to the reflective image display element.
[0014]
Next, an illumination optical system of a conventional projection type image display apparatus using a transmission type image display element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-2227185, which is a prior art, will be described with reference to FIGS.
[0015]
When a parabolic reflector is used as the reflector of the light source 200 in the same manner as described above, light emitted from the center of the light source (referred to as a principal ray 214) is perpendicularly incident on the first and second transmissive image display elements 206 and 207 ( (Telecentric lighting). However, the difference from the illumination optical system of the projection type image display device using the reflection type image display element is that the third transmission type image display element 208 is different from the first and second transmission type image display elements 206 and 207. Is arranged at a position far from the light source. In this case, since the light emitted from the part other than the center of the light source spreads away from the light source, the third transmissive image is applied to the light that irradiates the first and second transmissive image display elements 206 and 207. The amount of light that irradiates the display element 208 is lost by the length of the optical path length. Therefore, in the conventional projection type image display device, the first lens 209 (focal length is set to f1), the second lens 210 (focal length is set to f2), and the third lens 211 (focal length is set). The third transmissive image display element 208 is illuminated by (3). Here, the respective lenses are arranged so that the focal positions of the first lens 209 and the third lens 211 are exactly the positions of the second lens 210,
f1 = f2 = f3 × 2 = f (1)
(FIG. 22). By providing such an illumination optical system for the third transmissive image display element 208, the third transmissive image display element emits light having substantially the same amount of light as the first and second transmissive image display elements 206 and 207. 208. (However, in this illumination optical system, two reflectors and a third lens 210 must be arranged from the first lens 209 to the third lens 211. There is a problem that the number of parts increases and the apparatus becomes larger).
[0016]
Next, the projection type image display apparatus shown in FIG. 20 will be described. In the projection type image display device using such a reflection type image display element, as in the case of the projection type image display device using the transmission type image display element, when a lens is arranged immediately before the reflection type image display element, The principal ray reflected by the type image display element and directed to the color synthesis element is refracted by the lens. Generally, a color composition element is formed of a dielectric multilayer film, but its reflection / transmission characteristics depend on the incident angle of the light beam. Therefore, when a lens is placed in front of the reflective image display element, it depends on the position of the screen on the screen. Since the white balance is changed, there is a problem that the lens arrangement as in the conventional projection type image display device using the transmission type image display element cannot be taken.
[0017]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to efficiently illuminate an image display element without increasing the apparatus size in a projection-type image display apparatus using the image display element. This is for realizing an optical system.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The projection-type image display device according to claim 1 is provided corresponding to the light source and the light of the first, second, and third wavelength bands, respectively, and modulates the polarization direction of the light according to the image signal. It consists of two reflective image display elements and a plurality of optical elements, and separates the light from the light source into the light of the first, second and third wavelength bands and transmits or reflects the light of each wavelength band depending on the polarization direction An optical means for guiding light in a corresponding wavelength band to each of the three reflective image display elements; a color synthesizing element that combines light modulated by the three reflective image display elements; And a projection unit that projects the light combined by the combining element. The optical unit includes at least one optical element having both functions of color separation and polarization separation, and at least one optical element. Reflection Provided in the light path of the light to the image display element at a position where the light reflected by the reflective image display element does not enter, and the amount of light incident on the three reflective image display elements is substantially the same. And a plurality of condensing elements.
[0019]
The projection type image display device according to claim 2, wherein the color separation element separates the light source, the light in the third wavelength band among the light from the light source, and the light in the first and second wavelength bands. Of the first wavelength band of light from the light source, reflects light in the first polarization direction, transmits light in the second polarization direction orthogonal thereto, and transmits light in the second wavelength band. The first polarization separation element that transmits at least one of the light in the first polarization direction and the light in the second polarization direction and the light reflected by the first polarization separation element are received as image signals. In addition, the first reflective image display element that modulates the polarization direction of the light and the light that has passed through the first polarization separation element reflect light in one polarization direction of at least the light in the second wavelength band, A second polarization separation element that transmits light having a polarization direction orthogonal thereto, and a second polarization separation element A second reflective image display element that receives the light reflected or transmitted by the light source and modulates the polarization direction of the light in accordance with the image signal, and one of the light in the third wavelength band separated by the color separation element. The third polarization separation element that reflects the light in the polarization direction and transmits the light in the polarization direction orthogonal thereto, and the light reflected by the third polarization separation element are received, and the polarization direction of the light is adjusted according to the image signal. A third reflective image display element to be modulated; a first reflective image display element; a second reflective image display element; a color combining element that combines light from the third reflective image display element; And a projection means for projecting light synthesized by the color synthesizing element, and at least a first condensing element between the first polarization separating element and the second polarization separating element. , A reflective element having a condensing function, and a second condensing element in order It is characterized in that it is location.
[0020]
The projection type image display device according to claim 3 is the projection type image display device according to claim 2, wherein two light collecting functions are provided between the first light collecting element and the second light collecting element. It has the reflective element which has.
[0021]
The projection type image display device according to claim 4 is the projection type image display device according to claim 3, wherein the focal length of the first light condensing element, the focal length of the second light condensing element, and the first light collecting element. The distance between the optical element and the reflecting element having the light collecting function and the distance between the reflecting element having the light collecting function and the second light collecting element are substantially equal to each other.
[0022]
The projection type image display device according to claim 5 is the projection type image display device according to any one of claims 2 to 3, wherein at least one of the first light condensing element and the second light condensing element. Is eccentric.
[0023]
The projection type image display device according to claim 6 is the projection type image display device according to any one of claims 2 to 5, wherein the reflection element having the light collecting function is light in a first wavelength band. Is transmitted or absorbed, and reflects light in the second wavelength band.
[0024]
The projection type image display device according to claim 7 is the projection type image display device according to any one of claims 2 to 6, wherein the light in one polarization direction is reflected and the light in the other polarization direction is reflected. The light that has passed through the first condensing element is transmitted through the fourth polarization separating element and the λ / 4 wavelength plate. Arranged so that the light incident on the reflecting element and reflected by the reflecting element having the condensing function is incident on the second condensing element via the λ / 4 wavelength plate and the fourth polarization separation element. It is characterized by.
[0025]
The projection type image display device according to claim 8 is the projection type image display device according to claim 7, wherein the fourth polarization separation element has a flat plate shape.
[0026]
The projection type image display device according to claim 9 is the projection type image display device according to claim 7 or 8, wherein a λ / 2 wavelength is provided between the fourth polarization separation element and the first polarization separation element. A plate is disposed, and the λ / 2 wavelength plate is bonded and fixed to the first light collecting element.
[0027]
The projection type image display device according to claim 10 is the projection type image display device according to claim 7 or claim 8, wherein the first polarization separation element is formed of a glass prism or in a transparent container. A plate-shaped polarization separation element is embedded in a liquid or gel-like medium filled with a λ / 2 wavelength between the fourth polarization separation element and the first polarization separation element. A plate is disposed, and the λ / 2 wavelength plate is bonded and fixed to the surface of the glass prism or transparent container.
[0028]
The projection type image display device according to claim 11 is the projection type image display device according to any one of claims 2 to 5, wherein the reflective element having the condensing function is a first condensing element. The optical axis of the reflective element is arranged at a position where the optical axis and the optical axis of the second light condensing element are substantially orthogonal to each other, and the optical axis of the first light condensing element and the second light condensing element. It is characterized by being arranged so as to be inclined with respect to the optical axis of the element.
[0029]
The image display device according to claim 12 is the projection type image display device according to any one of claims 2 to 11, wherein the light in the first wavelength band is green and the light in the second wavelength band is The characteristic feature is that the light source has a relatively strong spectral intensity of red and blue.
[0030]
The image display device according to claim 13 is provided in correspondence with light sources and lights in the first, second, and third wavelength bands, respectively, and modulates the polarization direction of the light according to the image signal. A display element and a plurality of optical elements, separating light from the light source into light of the first, second and third wavelength bands and transmitting or reflecting light of each wavelength band according to the polarization direction, Optical means for guiding light in the corresponding wavelength band to each of the three image display elements, a color synthesis element that synthesizes light modulated by the three image display elements, and light synthesized by the color synthesis element In the projection type image display apparatus comprising: a projection means for projecting, the optical means is provided in a light path of light to at least one of the image display elements, and has a plurality of light collecting elements and a reflection function having a light collecting function. Contains elements It is characterized in that the amount of light incident on the three image display elements are substantially the same.
[0031]
The image display device according to claim 14 is the projection type image display device according to any one of claims 2 to 13, wherein the reflection element having the light collecting function includes a convex lens and a plane mirror. Yes.
[0032]
The image display device according to claim 15 is the projection type image display device according to any one of claims 2 to 13, wherein the reflecting element having the light collecting function is a metal film or dielectric on one surface of the convex lens. It is characterized in that a reflection film made of a body film is formed.
[0033]
An image display device according to a sixteenth aspect is the projection type image display device according to any one of the second to thirteenth aspects, wherein the reflecting element having the light collecting function is a concave mirror.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
[0035]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a configuration of a projection type image display apparatus of the present invention. The light emitted from the light source 1 is guided to the first lens 4 by the first multi-lens array 2, the reflection mirror 10, and the second multi-lens array 3. The illumination optical system to which the second and third lenses 5 and 6 described later are added is provided for the purpose of making the illuminance distribution of the light irradiated to the image display element uniform, and The focal length and arrangement of each lens are selected so that the reflective image display element is generally telecentric illuminated.
[0036]
Of the three primary colors of R, G, and B (red, green, and blue) that have passed through the first lens 4, the G and B light is reflected by the color separation element 11. The G and B lights reflected by the color separation element 11 become only S-polarized light by the first polarizing plate 18. Of the S-polarized G and B light, the G light is reflected by the first polarization separation element 12 and the B light is transmitted. The first polarization separation element 12 has, for example, the characteristics shown in FIG. 2A, and has the characteristics of reflecting S-polarized light of G light, transmitting P-polarized light, and transmitting S-polarized light of B light.
[0037]
The G light reflected by the first polarization separation element 12 is reflected by the first reflective image display element 15 by being subjected to polarization modulation in accordance with the image signal. Of the light reflected by the first reflective image display element 15, P-polarized light is transmitted through the first polarization separation element 12, and S-polarized light is reflected. The P-polarized light that has passed through the first polarization separation element 12 passes through the second polarizing plate 19 and enters the color synthesis element 26 (dichroic prism).
[0038]
On the other hand, the B light transmitted through the first polarization separation element 12 is guided to the fifth lens 8 by the fourth lens 7 and the concave mirror 9.
[0039]
The concave mirror 9 is arranged so that its optical axis 31 is inclined by approximately 45 degrees with respect to the optical axes 32 and 33 of the fourth lens and the fifth lens, respectively. By arranging in this way, the arrangement of these illumination optical systems can be made compact. Moreover, since the condensing function and the reflecting function like the concave mirror 9 are realized by one optical component, the number of components can be reduced. Moreover, the arrangement of the illumination optical system of this configuration can be performed for the first time by an element that simultaneously realizes two functions of light collection and reflection.
[0040]
The light transmitted through the fifth lens 8 is transmitted through the third polarizing plate 20, reflected by the second polarization separation element 13, and subjected to polarization modulation by the second reflective image display element 16 in accordance with the image signal. And reflected. Of the light reflected by the second reflective image display element 16, S-polarized light is reflected by the second polarization separation element 13, and P-polarized light is transmitted through the fourth polarizing plate 21, and the first λ / After being converted to S-polarized light by the two-wavelength plate 24, it is guided to the color composition element 26. When the color combining element 26 is used so as to reflect the S-polarized light of the B light, its color separation characteristics are improved. In this configuration, the incident P-polarized light is converted into the S-polarized light by the first λ / 2 wavelength plate 24. Polarized light. In addition, the first λ / 2 wavelength plate 24 is disposed between the fourth polarizing plate 21 and the color synthesizing element 26, which is the conversion of the polarization direction in the first λ / 2 wavelength plate 24. This is to reduce a decrease in contrast due to loss of light.
[0041]
Also, Color separation element 11 The R light that has passed through the third lens 6 passes through the third lens 6 and the fourth polarizing plate 22 (arranged so as to transmit S-polarized light), is reflected by the third polarization separation element 14, and is reflected by the third reflection. It is guided to the type image display element 17 and subjected to polarization modulation according to the image signal. Of the light reflected by the third reflective image display element 17, S-polarized light is reflected by the third polarization separation element 14, P-polarized light is transmitted and transmitted through the fifth polarizing plate 23, and the second λ The polarization direction is converted to S-polarized light by the / 2 wavelength plate 25 and then guided to the color composition element 26.
[0042]
The R, G, and B lights synthesized by the color synthesis element 26 are projected onto a screen (not shown) by the projection lens 27.
[0043]
Next, an illumination optical system that guides light from the first polarization separation element 12 to the second reflective image display element 16, which is a feature of the present invention, will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 3.
[0044]
The fourth lens 7 is disposed substantially symmetrically with the first reflective image display element 15 with respect to the polarization separation surface 41 of the first polarization separation element 12. In other words, the fourth lens 7 is disposed at a position having an optical path length substantially the same as the optical path length from the light source 1 to the first reflective image display element 15. By disposing at this position, the light quantity and illuminance distribution irradiating the first reflective image display element 15 can be reproduced on the second reflective image display element 16 as described later.
[0045]
The light incident in parallel to the fourth lens 7 and transmitted through the fourth lens 7 is condensed on the concave mirror 9 disposed at the focal position of the fourth lens 7 (solid line in FIG. 3). However, in order to simplify the description in FIG. 3, the concave mirror 9 is replaced with a lens having the same focal length. The light reflected by the concave mirror 9 becomes substantially parallel light by the fifth lens 8 and irradiates the third reflective image display element 16 (telecentric illumination). Here, the focal length f3 of the fifth lens 8 is substantially equal to the focal length f1 of the fourth lens 7, and the distance between the concave mirror 9 and the fifth lens 8 is substantially equal to the fifth lens f3. The focal length f2 of the concave mirror is such that the light (dotted line in FIG. 3) emitted from each point of the fourth lens 7 and guided to the fifth lens 8 by the concave mirror 9 is the third reflective image display element 16. Selected to concentrate on top.
[0046]
From the above, the focal length of each optical component and the distance relationship with the reflective image display element are summarized as follows.
(1) The fourth lens 7 is arranged so that the optical path length from the light source 1 is substantially equal to the optical path length to the first reflection type image display element 15 (in general, the first polarization separating element 12). It is arranged at a position symmetrical to the first reflective image display element 15 with respect to the polarization separation surface 41).
(2) A concave mirror 9 is generally disposed at the focal position of the fourth lens 7.
(3) A concave mirror 9 is generally arranged at the focal position of the fifth lens 8.
(4) The focal length f1 of the fourth lens 7 and the focal length f3 of the fifth lens 8 are substantially equal.
(5) The focal length f2 of the concave mirror 9 is selected so that light emitted from one point of the fourth lens is condensed on the third reflective image display element 16.
[0047]
However, the focal lengths of the fourth lens 7, the concave mirror 9, and the fifth lens 8 and the relationship between the arrangements do not have to strictly satisfy (1) to (3). It is possible to change the respective focal lengths and arrangements in such a range that the telecentric illumination is obtained.
[0048]
<Modification>
Although the metal halide lamp is used as the light source 1 in the above-described embodiment, other lamps such as a xenon lamp, an HID lamp, and a halogen lamp may be used. The lamp spectrum of a general metal halide lamp has a relatively strong B light component relative to the R light. Therefore, in the configuration shown in FIG. 1, the first and third reflective image display elements 15 and 17 are irradiated with light. The light to the second reflective image display element 16 having relatively light loss is configured to guide the B light. However, in the halogen lamp, the R light is relatively strong with respect to the B light, and the HID lamp Since the B light is relatively strong with respect to the R light, it is preferable to use the relatively strong light as the light for the second reflective image display element 16.
[0049]
In the present embodiment, the polarization direction of light is regulated by the polarizing plate. For example, a polarization conversion element is provided between the light source 1 and the color separation element 11, and only light in one polarization direction is incident on the polarizing plate in advance. This is desirable in terms of the light sensitivity of the polarizing plate.
[0050]
In addition, although the element having the characteristics shown in FIG. 2A is used as the first polarization separation element 12, the S-polarized light of G light is reflected and the P-polarized light is transmitted as shown in FIG. 2B. Those having the property of transmitting S-polarized light of R light can also be used. In addition, as such a polarization separation element, a film in which an isotropic layer and a birefringent layer are laminated as disclosed in ““ A Recent Advance in Reflective Technology ”, SID 1997 M-98 to 106”. A dielectric film is deposited on a glass prism or glass plate that uses the principle of reflecting or transmitting light depending on the polarization direction (hereinafter referred to as a birefringent polarization separation element), or the glass prism or glass plate used in this embodiment. Those having similar characteristics can be used. A film-like polarization separation element can also be used by attaching a film to a glass plate (FIG. 4 shows an apparatus configuration example when this polarization separation element 12 ′ is used). In addition, as shown in FIG. 5, when a polarization separation element 38 is used in which a dielectric multilayer film is deposited on a glass plate, a gel or liquid 39 having a refractive index substantially equal to that of the glass plate is filled, and the side surface is glass. It is also possible to use a glass plate fixed in a casing 37 made of a transparent material such as a plate (hereinafter referred to as an immersion type).
[0051]
Further, in the present embodiment, the one that reflects S-polarized light with respect to G light is used. However, when a birefringent polarization separation element is used, the direction of polarization to be reflected can be arbitrarily set. For example, P-polarized light may be reflected or light having a polarization direction of 45 degrees with respect to P-polarized light may be reflected.
[0052]
Furthermore, in the present embodiment, the concave mirror 9 is used as a reflecting element having a condensing function. However, when the concave mirror 9 is used, the influence of spherical aberration that occurs in a glass lens can be reduced, and This is because the number of parts can be reduced. In addition, as the reflective element having a light condensing function, an element in which a plane mirror 29 is disposed on the back side of the convex lens 28 as shown in FIG. In that case, it can be configured only by a convex lens and a plane mirror that are often used in a projection-type image display device, and there is an effect of sharing parts. Further, as shown in FIG. 6B, a metal film such as Al or SiO 2 is formed on the back surface side of the convex lens 28. ₂ TiO ₂ It is also possible to use a film in which a reflective film 30 made of a dielectric multilayer film such as is formed. In that case, the number of parts can be reduced.
[0053]
The reflection surface of the reflective element having the light collecting function as described above may have a wavelength filter function that absorbs or transmits G light and reflects B light. The reflecting surface here refers to the reflecting surface in the case of the concave mirror 9 in FIG. 1, the reflecting surface of the flat mirror 29 in the case where the plane mirror 29 is disposed on the back side of the convex lens 28 in FIG. In the case where the reflective film 30 is formed on the back surface side of the convex lens 28, the reflective film 30 is used. Alternatively, the reflective surface may be a dielectric multilayer film that transmits G light and reflects B light. By doing in this way, there exists an effect which can reduce that the G light permeate | transmitted without being reflected by the 1st polarization separation element 12 mixes in the 2nd reflective image display element 16 as a stray light.
[0054]
In the present embodiment, a spherical glass lens is used as the lens of the illumination optical system (fourth and fifth lenses 7 and 8), but it is particularly arranged on the light incident side to the second reflective image display element 16. The lens to be used has a short focal length and a large effective diameter, that is, a lens having a small F-number is required. When the lens is composed of a normal spherical lens, it becomes a very thick lens and it is difficult to dispose the lens. . Therefore, the lens thickness can be reduced by forming the lens glass material with a glass material having a higher refractive index than BK7. As other methods, it is desirable to use an aspheric lens or a Fresnel lens. In particular, when a Fresnel lens is used, the lens thickness can be significantly reduced. In that case, it is desirable to arrange the uneven surface of the Fresnel lens toward the second reflective image display element 16. Further, when heat absorption of light becomes a problem, it is desirable to form with glass instead of PC. The lens type and the glass material can be changed in other lenses.
[0055]
Further, as shown in FIG. 7, the fourth and fifth lenses 7 and 8 may be eccentric lenses. In that case, since the reflecting element (concave mirror 9 in FIG. 1) having a condensing function can be disposed away from the fourth and fifth lenses 7 and 8, each lens and the reflecting function having the condensing function are provided. The focal length of the element can be increased, and a lens having a large F number can be used. Further, by using a lens having a long focal length, that is, a lens having a relatively small condensing power, the rotation of the polarization direction of light in the lens can be reduced. As a result, the second reflective image display element The occurrence of unevenness in the illuminance distribution of the light irradiating 16 can be reduced.
[0056]
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description, part of what overlaps with Embodiment 1 is simplified or omitted.
[0057]
The light from the light source 1 is separated by the color separation element 11 into light directed to the third reflection type image display element 17 and the first and second reflection type image display elements 15 and 16, and the first polarization separation element 12. In the same manner as in the first embodiment, the light is further separated into light traveling toward the first reflective image display element 15 and the second reflective image display element 16.
[0058]
The difference between the second embodiment and the first embodiment is an illumination optical system that guides the B-light (S-polarized) light transmitted through the first polarization separation element 12 to the third reflective image display element 16. The fourth polarization separation element 40 is used.
[0059]
The B light (S-polarized light) that has passed through the first polarization separation element 12 is guided to the fourth polarization separation element 40 by the fourth lens 7. The B light reflected by the fourth polarization separation element 40 is transmitted through the λ / 4 wavelength plate 35, reflected by the concave mirror 9, and again transmitted through the λ / 4 wavelength plate 35 to be converted to P-polarized light. The B light that has become P-polarized light passes through the fourth polarization separation element 40 and is guided to the second reflective image display element 16 by the fifth lens 8, but the fifth lens 8 and the second reflective type Between the image display element 16, the third λ / 2 wavelength plate 34, the third polarizing plate 20, and the second polarization separation element 13 are arranged in this order. The B light (P-polarized light) transmitted through the fifth lens 8 is converted to S-polarized light by the third λ / 2 wavelength plate 36 and transmitted through the third polarizing plate 20 arranged to transmit the S-polarized light. . The light from the third polarizing plate 20 is reflected by the second polarization separation element 13, and is modulated and reflected by the second reflective image display element 16 in accordance with the image signal. The P-polarized light is reflected by the third polarization separation element 13, passes through the third polarization separation element 13, and travels toward the color synthesis element 26. Here, a configuration in which the third polarizing plate 20 is disposed so as to transmit the P-polarized light and the P-polarized light incident by the third λ / 2 wavelength plate 34 is converted into the S-polarized light is also possible. In order to reduce the decrease in contrast due to the conversion loss of the polarization direction due to the λ / 2 wavelength plate 34, the arrangement of this configuration is more desirable.
[0060]
The light is reflected by the first reflective image display element 15, the second reflective image display element 16, and the third reflective image display element 17, and after the light is synthesized by the color synthesis element 26, the light is synthesized by the projection lens 27. The screen is irradiated in the same manner as in the first embodiment.
[0061]
Next, an illumination optical system that guides light transmitted through the first polarization separation element 12 to the second reflective image display element 16 will be described.
[0062]
The fourth lens 7 is disposed substantially symmetrically with the first reflection type image display element 15 with respect to the polarization separation surface 41 of the first polarization separation element 12 (from the light source 1 to the first reflection type image display). The fourth lens 7 is disposed at a position substantially equal to the optical path length to the element 15), the focal lengths of the fourth lens 7 and the fifth lens 8 are substantially equal, and the focal point of the fourth lens 7. The concave mirror 9 is generally disposed at the position, the concave mirror 9 is generally disposed at the focal position of the fifth lens 8, and the focal length of the concave mirror 9 is the second lens 8 by the light emitted from one point of the fourth lens. In the same manner as in the first embodiment, the reflective image display element 16 is arranged so as to be condensed.
[0063]
This embodiment is different from the first embodiment in that a fourth polarization separation element 40 and a λ / 4 wavelength plate 35 are disposed between the fourth lens 7 and the concave mirror 9. By doing so, the distance from the fourth lens 7 to the concave mirror 9 and the distance from the concave mirror 9 to the fifth lens 8 can be increased without increasing the apparatus size. 7. The F number of the fifth lens 8 can be increased. As a result, the thickness of the lens can be reduced, the difficulty in arranging optical components can be alleviated, and the rotation of the polarization direction by the lens can be reduced. As a result, the illuminance of light irradiating the second reflective image display element 16 Distribution unevenness can be reduced.
[0064]
Further, the optical axis 31 of the concave mirror 9 is made to coincide with the optical axis 32 of the fourth lens and the optical axis 33 of the fifth lens (for the fourth lens 7, the optical axis 32 is set to the fourth polarization separation element). Since it is tilted 90 degrees by 40, it can be considered that it coincides with the optical axis 31 of the concave mirror 9), so that the aberration generated in the concave mirror 9 (reflecting element having a condensing function) can be reduced, and the optical It is possible to improve the use efficiency of the.
[0065]
<Modification>
In this configuration, the fourth polarization separation element 40 is used as an element that bends the optical path of light from the fourth lens 7 to the fifth lens 8, but a light separation element that reflects or transmits a certain amount of light, such as a half mirror. You may use. However, for example, when a half mirror is used, 3/4 of the light transmitted through the fourth lens 7 and incident on the light separation element is lost. Further, the light transmitted through the fourth lens 7 and reflected by the half mirror and reflected by the concave mirror 9 is reflected again by the half mirror and becomes light directed to the color composition element 26 by the first polarization separation element 12, and the screen. This element is preferably a polarization separation element in order to affect the contrast of the light.
[0066]
The fourth polarization separation element 40 is formed by depositing a dielectric film on the birefringent polarization separation element, the glass prism or the glass plate used in the present embodiment, and laminating the same as the first polarization separation element 12. Those having similar characteristics can be used. However, when a glass prism type or liquid immersion type polarization separation element is used, the reflected light from the glass surface on the side of the prism or the casing becomes light directed to the screen by the first polarization separation element 12 and causes a decrease in contrast. Therefore, it is desirable to use a plate-shaped polarization separation element 40 ′ as shown in FIG. In this case, the focal lengths of the fourth lens 7, the reflecting element having a condensing function such as a concave mirror, and the fifth lens 8 can be increased without increasing the size of the apparatus.
[0067]
When a flat half mirror or polarization separation element is used as an element that bends the optical path of light from the fourth lens 7 toward the fifth lens 8, a reflecting element having a condensing function such as a concave mirror and the fifth In order to make the focal lengths of the lenses substantially equal, it is desirable that the second polarization separation element 13 is also a flat plate. In this case, the other first and third polarizations are made so that the amount of aberration generated in the optical path from the first, second, and third reflective image display elements 15, 16, and 17 to the screen becomes equal. The separation elements 12 and 14 are preferably flat.
[0068]
Further, in the present embodiment, the fourth polarization separation element 40 that reflects S-polarized light with respect to B light is used. However, when a birefringent polarization separation element is used, the polarization direction to be reflected is arbitrarily set. Therefore, for example, P-polarized light may be reflected, or light having a polarization direction of 45 degrees with respect to P-polarized light may be reflected. In that case, it is also possible to use a λ / 2 wavelength plate appropriately disposed in the optical path.
[0069]
In the present embodiment, the fourth polarization separation element 40 is one that reflects S-polarized light of B light. For example, as shown in FIG. 10, the first polarization separation element 12 and the fourth lens are used. 7, the fourth λ / 2 wavelength plate 36 is disposed between the first polarization separation element 12 and the S polarization of the B light that has passed through the first polarization separation element 12 is converted to P polarization, and the P polarization of the B light is transmitted. It can also be used as
[0070]
In this case, as shown in FIG. 10, the fourth λ / 2 wavelength plate 36 can be attached to the glass plate and held, but the light from the glass surface is transmitted by the first polarization separation element 12. Since it reaches the screen and causes a decrease in contrast, a fourth λ / 2 wavelength plate 36 is attached to the fourth lens 7 as shown in FIG. 11, or as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). As described above, when the first polarization separation element 12 is of the glass prism type or the liquid immersion type, it is desirable that the first polarization separation element 12 is attached to the surface to reduce the number of optical surfaces that generate the surface reflected light. In this case, as shown in FIGS. 13A and 13B, the first polarization separation element 12 and the fourth lens 7 may be bonded and fixed via the fourth λ / 2 wavelength plate 36. it can. By doing so, it is possible to reduce the optical surface through which light is transmitted, and thus it is possible to reduce light loss due to surface reflection. In FIGS. 12 and 13, only the main part is shown.
[0071]
In the present embodiment, the first polarization separation element 12 has been described which reflects S-polarized light of G light, transmits P-polarized light, and transmits S-polarized light of B light. When the one that reflects the P-polarized light, transmits the S-polarized light, and transmits the P-polarized light of the B light is used, the polarization direction of the B light is converted to the S-polarized light by the fourth λ / 2 wavelength plate 36. For example, a polarization separation element having the same characteristics as the fourth polarization separation element 40 used in the configuration shown in FIG. 8 can be used. In addition, since it is difficult to realize such characteristics with a polarization separation element made of a dielectric multilayer film, it is desirable to use a birefringence polarization separation element as such an element.
[0072]
Furthermore, if the fourth polarization separation element 40 that reflects P-polarized light and transmits S-polarized light is used, a λ / 2 wavelength plate is not necessary, and the loss of light quantity that occurs when changing the polarization direction is reduced. be able to. Since it is difficult to realize such characteristics with a polarization separation element made of a dielectric multilayer film, it is desirable to use a birefringent polarization separation element as such an element. Further, as shown in FIG. 14, the first, second, and third polarization separation elements 12, 13, and 14 are also birefringent polarization separation elements, so that parts can be shared.
[0073]
As described above, various polarization directions that are reflected or transmitted by the first, second, and fourth polarization separation elements 12, 13, and 40 can be used, and the λ / 2 wavelength plate is used as the fourth lens. Various arrangements are possible by appropriately arranging between the fourth polarization separation element 40 and the fourth polarization separation element 40 and between the fourth polarization separation element 40 and the fifth lens 8.
[0074]
Moreover, although the case where the concave mirror 9 was used as a reflective element which has a condensing function was demonstrated, another structure can also be used similarly to Embodiment 1 (refer FIG. 15 (a), (b)).
[0075]
(Embodiment 3)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the description, parts that are the same as those in the first and second embodiments are simplified or omitted.
[0076]
The light from the light source 1 is separated by the color separation element 11 into light directed to the third reflection type image display element 17 and the first and second reflection type image display elements 15 and 16, and the first polarization separation element 12. Thus, the separation to the first reflective image display element 15 and the second reflective image display element 16 is further the same as in the first and second embodiments.
[0077]
The difference between the third embodiment and the first and second embodiments is that illumination optics that guides the B light (S-polarized light) transmitted through the first polarization separation element 12 to the third reflective image display element 16. The system uses two concave mirrors.
[0078]
The B light (S-polarized light) transmitted through the first polarization separation element 12 is guided to the first concave mirror 42 by the fourth lens 7. The B light reflected by the concave mirror 42 is reflected by the second concave mirror 43, passes through the fifth lens 8, and travels toward the third polarizing plate 20. The light transmitted through the third polarizing plate 20 arranged so as to transmit the S-polarized light is reflected by the second polarization separation element 13 and converted into polarized light according to the image signal by the second reflective image display element 16. The S-polarized light is reflected by the third polarization separation element 13 and the P-polarized light passes through the third polarization separation element 13 and travels toward the color composition element 26.
[0079]
The light is reflected by the first reflective image display element 15, the second reflective image display element 16, and the third reflective image display element 17, and after the light is synthesized by the color synthesis element 26, the light is synthesized by the projection lens 27. Irradiating the screen is the same as in the first and second embodiments.
[0080]
Next, an illumination optical system that guides the light transmitted through the first polarization separation element 12 to the second reflective image display element 16 will be described (FIGS. 16 and 17).
[0081]
The fourth lens 7 is disposed at a position symmetrical to the first reflective image display element 15 with respect to the polarization separation surface 41 of the first polarization separation element 12 (from the light source 1 to the first reflective image display element). The arrangement of the fourth lens 7 at a position substantially equal to the optical path length up to 15) is the same as in the first and second embodiments.
[0082]
The focal lengths and the arrangement of the fourth lens 7, the first concave mirror 42, the second concave mirror 43, and the fifth lens 8 are such that parallel light incident on the fourth lens 7 is reflected by the fifth lens. The light is incident on the second reflective image display element 16 substantially perpendicularly (solid line in FIG. 17), and the light emitted from one point of the fourth lens 7 is generally condensed on the second reflective image display element 16 ( The broken line in FIG. 17 is selected. However, in FIG. 17, the concave mirror is illustrated as a convex lens in order to simplify the drawing. The optical axis 32 of the fourth lens, the optical axis 44 of the first concave mirror, the optical axis 45 of the second concave mirror, and the optical axis 33 of the fifth lens can be arbitrarily tilted. In the embodiment, in order to reduce the size of the apparatus, the optical axis of the fourth lens 7 and the optical axis of the fifth lens 8 are inclined by approximately 90 degrees.
[0083]
By doing so, the distance from the fourth lens 7 to the fifth lens 8 can be increased without increasing the size of the apparatus, so that the F of the fourth lens 7 and the fifth lens 8 can be increased. You can increase the number. As a result, the thickness of the lens can be reduced, the difficulty in arranging optical components can be alleviated, and the rotation of the polarization direction by the lens can be reduced. As a result, the illuminance of light irradiating the second reflective image display element 16 Distribution unevenness can be reduced.
[0084]
Note that the reflecting element having at least one condensing function between the fourth lens 7 and the fifth lens 8 described in the above embodiment can be adjusted by adjusting its arrangement and focal length. Since the distance between the lens 8 and the reflection-type image display element 16 can be freely changed and the distance can be separated to some extent, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-2227185 shown in the section <Problem to be Solved by the Invention> The problems of the technology described in can be solved.
[0085]
In the above embodiment, at least one reflecting element having a condensing function is provided between the fourth lens 7 and the fifth lens 8. The reflecting element having the condensing function is a condensing element. It is possible to replace with two members, an element and a reflective element. However, in this case, since the apparatus is increased in size, it is desirable to use a reflection element having a light collecting function as described in the first to third embodiments. The reflecting element having the light collecting function is not limited to the one shown in the above embodiment, but the optical system in other projection-type liquid crystal display devices (conditions for irradiating incident light to all image display elements) By using it in an optical system for equalization, it is possible to reduce the size.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
[0087]
(1) In a projection type image display apparatus using a reflection type image display element, a polarization separation element having both polarization separation and color separation functions is used, and the amount of light incident on all the reflection type image display elements is reduced. Since the same lens is provided and the lens is removed from the optical path of the reflected light from the reflective image display element, the device can be reduced in size and the illumination to the reflective image display element can be balanced. Can be executed efficiently without change.
[0088]
(2) In order to make the amount of light incident on all the reflection type image display elements substantially the same, by using two lenses and a reflection element having a condensing function, the reflection type image display element is not increased in size. Can be efficiently irradiated with light.
[0089]
(3) To make the amount of light incident on all the reflective image display elements substantially the same, the distance between the two lenses can be increased by using two lenses and a reflective element having two light collecting functions. Therefore, it is possible to use a lens having a large F number. In that case, there are effects such as cost reduction, reduction of difficulty in arrangement of optical components due to thin lens thickness, and reduction in unevenness in illuminance distribution of light irradiating the image display element due to rotation of the polarization direction of the lens.
[0090]
(4) By optimizing the focal length and arrangement of the two lenses and the reflective element having a condensing function, the reflective image display element can be irradiated with light more efficiently.
[0091]
(5) Furthermore, by using an eccentric lens, the focal length of the lens and the reflecting element having a light condensing function can be increased, so that a lens having a large F number can be used. In that case, there are effects such as cost reduction, reduction of difficulty in arrangement of optical components due to thin lens thickness, and reduction in unevenness in illuminance distribution of light irradiating the image display element due to rotation of the polarization direction of the lens.
[0092]
(6) In addition, the reflective element having a light collecting function transmits or absorbs light in a specific wavelength band and reflects light in a different wavelength band, thereby increasing the number of components on the screen. The decrease in white balance can be suppressed.
[0093]
(7) The polarization separating element and the λ / 4 wavelength plate are arranged between the two lenses and the reflecting element having a condensing function, and the optical path is bent, thereby causing problems such as an increase in the size of the apparatus. Therefore, the focal length of the two lenses and the reflecting element having a condensing function can be increased, so that a lens having a large F number can be used. In that case, there are effects such as cost reduction, reduction of difficulty in arrangement of optical components due to thin lens thickness, and reduction in unevenness in illuminance distribution of light irradiating the image display element due to rotation of the polarization direction of the lens. In addition, since the direction of the optical axis of the lens and the direction of the optical axis of the reflecting element having a condensing function can be matched, the aberration generated in the reflecting element having the condensing function can be reduced.
[0094]
(8) When a plate-shaped element is used as the polarization separation element, a decrease in contrast can be suppressed.
[0095]
(9) Furthermore, a λ / 2 wavelength plate is disposed between the polarization separation element and the lens, and the λ / 2 wavelength plate is attached to the lens, or the decrease in contrast due to the surface reflected light of the optical surface can be reduced, and the surface reflection The loss of light due to can also be reduced.
[0096]
(10) When the polarization separation element is of the glass prism type or the immersion type, it is possible to reduce the decrease in contrast due to the light reflected from the surface of the optical surface and to reduce the light loss due to the surface reflection. can do.
[0097]
(11) The size of the apparatus is increased by using two lenses and a reflective element having a condensing function, and inclining the optical axis of the reflective element having a condensing function with respect to the optical axis direction of the lens. Therefore, it is possible to efficiently irradiate the reflective image display element with light.
[0098]
(12) Further, in the three primary colors of red, green, and blue, the first wavelength band is green, and the light in the second wavelength band that passes through the relay lens system is relative to the lamp spectrum intensity of the light source among red and blue. By making the light strong, the white balance of the screen irradiation light can be improved, and the light utilization efficiency can be improved.
[0099]
(13) In a projection type display device, the use of a reflective element having a focusing function in a part of an optical system in which the amount of light incident on each display element is substantially the same makes it easy to set the optical path and reduce the size of the apparatus. it can.
[0100]
(14) By using a combination of a convex lens and a plane mirror as a reflecting element having a light condensing function, the cost can be reduced by sharing optical components.
[0101]
(15) Further, by forming a reflective film made of a metal film or a dielectric film on one surface of the convex lens as a reflective element having a condensing function, the number of parts can be reduced.
[0102]
(16) Further, by using a concave mirror as a reflecting element having a condensing function, it is possible to reduce the number of optical components and to reduce a light amount loss due to aberration generated in the reflecting element having a condensing function.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram illustrating a configuration of a projection type image display apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is an example of polarization characteristics of a narrowband polarization separation element that can be used in the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing a configuration of an illumination optical system that guides light from the first polarization separation element of the first embodiment to the second reflective image display element.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram showing a configuration using a birefringent polarization separation element in the projection type image display apparatus according to the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram showing a configuration in which a liquid immersion type polarization separation element is used in the projection type image display apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram illustrating a configuration of a modified example of a reflective element having a light condensing function of the projection type image display device according to the first embodiment;
FIG. 7 is a schematic explanatory diagram showing a configuration using an eccentric lens in the projection type image display apparatus according to the first embodiment.
FIG. 8 is a schematic explanatory diagram showing a configuration of a projection type image display apparatus according to a second embodiment.
FIG. 9 is a schematic explanatory diagram showing a configuration in which a flat plate-like element is used as a polarization separation element for extending an optical path of the projection type image display apparatus according to the second embodiment.
FIG. 10 is a schematic explanatory diagram illustrating a configuration in which P-polarized light is incident on a polarization separation element for extending an optical path of the projection type image display apparatus according to the second embodiment.
FIG. 11 is a schematic explanatory diagram showing a configuration in which a λ / 2 wavelength plate is bonded and fixed to a lens in the projection type image display apparatus according to the second embodiment.
12 is a main schematic explanatory view showing a configuration in which a λ / 2 wavelength plate is bonded and fixed to a prism type or liquid immersion type polarization separation element in the projection type image display apparatus according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 13 is a main schematic explanatory diagram showing a configuration in which a prism type or liquid immersion type polarization separation element and a lens are bonded and fixed via a λ / 2 wavelength plate in the projection type image display apparatus according to the second embodiment.
FIG. 14 shows a configuration using a projection type image display apparatus according to Embodiment 2 that has a characteristic of transmitting S-polarized light in the wavelength band of incident light and reflecting P-polarized light as a polarization separation element for extending an optical path. It is a schematic block diagram which shows.
FIG. 15 is a schematic explanatory diagram illustrating a configuration of a modified example of a reflective element having a light condensing function of the projection type image display device according to the second embodiment;
FIG. 16 is a schematic explanatory diagram illustrating a configuration of a projection-type image display device according to a third embodiment.
FIG. 17 is a schematic explanatory diagram illustrating a configuration of an illumination optical system that guides light from a first polarization separation element according to a third embodiment to a second reflective image display element.
FIG. 18 is a schematic explanatory diagram showing a configuration of a projection type image display apparatus using a conventional reflection type image display element.
FIG. 19 is a schematic explanatory view showing a configuration of a projection type image display apparatus using a conventional transmission type image display element.
FIG. 20 is a schematic explanatory view showing another configuration of a projection type image display apparatus using a conventional reflection type image display element.
FIG. 21 is a schematic explanatory diagram showing a configuration of an illumination optical system of the projection type image display apparatus shown in FIG.
22 is a schematic explanatory diagram showing a configuration of an illumination optical system of the projection type image display apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Light source
2 First multi-lens array
3 Second multi-lens array
4 First lens
5 Second lens
6 Third lens
7 Fourth lens
8 Fifth lens
9 concave mirror
10 reflection mirror
11 Color separation element
12 First polarization separation element
13 Second polarization separation element
14 Third polarization separation element
15 First reflective image display element
16 Second reflective image display element
17 Third reflective image display element
26 color composition element
27 Projection lens
28 Convex lens
29 Reflection mirror
30 Reflective film
31 Optical axis of reflecting element having condensing function
34 Third λ / 2 Wave Plate
35 λ / 4 wave plate
36 Fourth λ / 2 wave plate
38 Polarization separation element
39 Gel or liquid filling
40 Fourth polarization separation element

Claims

A light source, a color separation element that separates light in the third wavelength band of the light from the light source, and light in the first and second wavelength bands, and a first wavelength band of the light from the light source The light of the first polarization direction is reflected, the light of the second polarization direction orthogonal thereto is transmitted, and the light of the first polarization direction or the second polarization of the light of the second wavelength band is transmitted. A first polarization separation element that transmits at least one of the light in the direction, and a first reflection that receives the light reflected by the first polarization separation element and modulates the polarization direction of the light in accordance with the image signal Second light that reflects light in one polarization direction out of light in at least the second wavelength band and transmits light in a polarization direction orthogonal to the light in the light transmitted through the type image display element and the first polarization separation element. Receives light reflected or transmitted by the polarization separation element and the second polarization separation element, and receives an image. A second reflective image display element that modulates the polarization direction of the light in accordance with the signal, and reflects light in one polarization direction out of the light in the third wavelength band separated by the color separation element, and is orthogonal thereto A third polarization separation element that transmits light having a polarization direction to be transmitted, and a third reflective image display element that receives light reflected by the third polarization separation element and modulates the polarization direction of the light according to an image signal And a color composition element for synthesizing light from the first reflection type image display element, the second reflection type image display element, and the third reflection type image display element, and projecting the light synthesized by the color synthesis element And at least a first condensing element, a reflecting element having a condensing function, between the first polarization separating element and the second polarization separating element. projection picture 2 of condensing elements is characterized in that it is arranged in order Display device.

The projection type image display device according to claim 1, further comprising a reflection element having two light condensing functions between the first light condensing element and the second light condensing element. Display device.

3. The projection type image display device according to claim 2, wherein the focal length of the first light collecting element , the focal length of the second light collecting element, the first light collecting element and the reflecting element having the light collecting function. A projection-type image display apparatus , wherein the distance and the distance between the reflecting element having the light collecting function and the second light collecting element are substantially equal to each other .

3. The projection type image display device according to claim 1, wherein at least one of the first light condensing element and the second light condensing element is eccentric .

5. The projection-type image display device according to claim 1 , wherein the reflection element having the light collecting function transmits or absorbs light in a first wavelength band and has a second wavelength band. A projection-type image display device that reflects light .

The projection type image display device according to any one of claims 1 to 5, wherein a fourth polarization separation element that reflects light in one polarization direction and transmits light in the other polarization direction; The light transmitted through the first condensing element is incident on the reflecting element having the condensing function via the fourth polarization separating element and the λ / 4 wavelength plate, and the condensing function is achieved. A projection-type image display device, wherein light is reflected by a reflection element having light incident on a second condensing element via the λ / 4 wavelength plate and a fourth polarization separation element .

The projection type image display apparatus according to claim 6 , wherein the fourth polarization separation element has a flat plate shape .

8. The projection type image display device according to claim 6 , wherein a λ / 2 wavelength plate is disposed between the fourth polarization separation element and the first polarization separation element, and the λ / 2 wavelength plate is A projection-type image display device, wherein the projection-type image display device is bonded and fixed to one light-collecting element .

In the projection type image display apparatus according to claim 6 or claim 7, or a first polarization separating element is constituted by a glass prism, or in a liquid or gel-like medium which is filled in a transparent container A flat polarization separation element is embedded, and a λ / 2 wavelength plate is disposed between the fourth polarization separation element and the first polarization separation element. A projection-type image display device, which is adhered and fixed to the surface of a glass prism or a transparent container .

5. The projection-type image display device according to claim 1 , wherein the reflection element having the light collecting function includes an optical axis of a first light collecting element and an optical axis of a second light collecting element. Are arranged so that the optical axis of the reflecting element having the light collecting function is inclined with respect to the optical axis of the first light collecting element and the optical axis of the second light collecting element. A projection-type image display device characterized by that.

The projection type image display device according to any one of claims 1 to 10 , wherein the light of the first wavelength band is green, and the light of the second wavelength band is red or blue of the spectrum intensity of the light source. A projection-type image display device characterized by having a relatively strong color .

A light source, each of which is provided corresponding to light in the first, second, and third wavelength bands, and includes three image display elements that modulate the polarization direction of light according to an image signal, and a plurality of optical elements, The light from the light source is separated into the light of the first, second and third wavelength bands, and the light of each wavelength band is transmitted or reflected according to the polarization direction to correspond to the three image display elements, respectively. A projection type comprising optical means for guiding light in a wavelength band, a color synthesis element for synthesizing light modulated by the three image display elements, and a projection means for projecting light synthesized by the color synthesis element In the image display device, the optical unit includes a plurality of light collecting elements and a reflective element having a light collecting function provided in an optical path of light to at least one of the image display elements. Incident element Projection type image display apparatus characterized by the amount of light substantially the same.

13. The projection type image display device according to claim 1, wherein the reflecting element having the light collecting function includes a convex lens and a plane mirror .

The projection type image display device according to any one of claims 1 to 12, wherein the reflecting element having the light condensing function is formed by forming a reflecting film made of a metal film or a dielectric film on one surface of a convex lens. projection type image display apparatus characterized by at.

The projection type image display apparatus according to any one of claims 1 to 12 , wherein the reflecting element having the light collecting function is a concave mirror .