JP4287567B2 - Video display device - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルあるいは反射式液晶表示素子などのライトバルブ素子を使用しスクリーン上に映像を投影する表示装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の映像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶パネル等のライトバルブ素子に、電球などの光源からの光を当てて、ライトバルブ素子上の画像を拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られている。
この種の映像表示装置は、光源からの光をライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スクリーンなどに投射するものである。例えば、液晶表示素子の代表例であるツイステッド・ネマティック(TN)型液晶表示素子は、透明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに90°異なるように２枚の偏光板を配置したものであり、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光板の偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、入射光の透過光量を制御して画像情報を表示するようになっている。近年、こうした透過型あるいは反射型の映像表示素子では、素子自体の小型化が進むとともに、解像度等の性能も急速に向上している。
【０００３】
このため、この映像表示素子等のライトバルブ素子を用いた表示装置の小型高性能化も進み、単に従来のようにビデオ信号等による映像表示を行うだけでなく、パーソナルコンピュータの画像出力装置としての投射型映像表示装置も新たに提案されている。この種の投射型映像表示装置には、特に、小型であることと、画面の隅々まで明るい画像が得られることが要求される。しかし、従来の投射型映像表示装置は、大型であったり、また最終的に得られた画像の明るさ、画質等の性能が不十分であるといった問題があった。
【０００４】
例えば、液晶表示装置全体の小型化には、ライトバルブ素子、すなわち液晶表示素子自体の小型化が有効であるが、液晶表示素子を小型化すると液晶手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する照明手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する液晶表示素子上の光束量の比率（以下、これを光利用効率という）が低くなり、また、画面周辺部が暗い等の問題が生じる。さらに、液晶表示素子は一方向の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源からの光の約半分は利用されない。 光源からのランダムな偏光光を一方向の偏光方向に揃えて液晶表示素子に照射する光学系としては、特開平４−６３３１８号公報に開示されているような偏光ビームスプリッターなどの偏光変換素子を利用して、光源から出射するランダムな偏光光をＰ偏光光とＳ偏光光に分離してプリズムを用いて合成するものがある。
【０００５】
また、これを用いて、従来の光学系においては、特に反射型液晶表示装置を用いた照明光学系では、上記偏光ビームスプリッタと反射型液晶表示素子を組合せて、映像のＯＮ及びＯＦＦ及び階調表現に応じて偏光方向を変換することで検光し、その後投射レンズにより映像をスクリーン上に投射する構成となっている。この場合、偏光ビームスプリッタに起因して、色むらやコントラスト低下が問題となる。
すなわち、光の入射角度に対するＰ偏光光の透過率およびＳ偏光光の反射率の特性が変化するため、照明光学系の所定角度の光に対して偏光ビームスプリッタの透過率および反射率ムラが生じる。これにより、スクリーンに投影される画質の劣化が発生する。
【０００６】
特開平０９−０５４２１３号公報に開示されているようなＰＢ膜を挟み込む透過性材料を光弾性係数の絶対値を１.５×10-8 cｍ2／Ｎ以下である硝材で構成をした偏光ビームスプリッタを利用して、偏光ビームスプリッタ硝材内での複屈折を低下し、スクリーン上のコントラストを向上するものがある。
しかし、この発明では、偏光ビームスプリッタ硝材自体の重量が重く（従来比略２倍以上）、コストも高くなるので、利用個数を低減したい。しかし、この発明の実施例以外で、一般的な光学系はＲＧＢ３枚の反射型パネルに対し、各々３つの偏光ビームスプリッタを使用するため、光学系の大きさ、重量及びコストをそれぞれ低減することについては考慮されていない。
【０００７】
また、反射式液晶表示素子等を用いる光学系においては、色分離・合成系にダイクロイックコートを施したダイクロイックプリズムもしくはダイクロイックミラーを用い、色分離・合成系に入射及び出射する時の偏光方向により光りの方向を変えている。ダイクロイックコートは入射する光の偏光方向により特性が変化することが知られている。すなわち、P偏光光とＳ偏光光とでは、分離する波長帯域に違いが生じる。具体的に説明すると、ダイクロイック青反射面では、Ｓ偏光入射光に比べＰ偏光入射光の半値波長が低くなる。この場合、Ｓ偏光で入射した光は、青反射コーテイング面のＳ偏光半値波長λsに従い反射光と透過光に分離される。画像情報が白の時、光は青用反射型液晶表示素子にてＰ偏光光に偏光変換され、青反射コーテイング面に再入射される。今度は、Ｐ偏光半値波長λpに従い反射光と透過光に分離される。この際、半値波長が低くなっている分、反射せずに、透過してしまう波長帯域がある。この透過した波長帯域の光は、映像表示装置で活用することができないために、上記半値波長差分の光は失われ、明るさの減少及び色性能の劣化が起こる。同様のことが赤反射面でも起る。
【０００８】
従って、この波長帯域のずれの分の光を利用できないということになる。これにより映像表示装置として、光利用効率の低下及び、色度性能の低下の問題が発生する。
また、映像表示装置はコントラストが重要な性能の一つであるが、コントラスト向上のために、照明系と偏光ビームスプリッタの間と、偏光ビームスプリッタと投射レンズの間の両方あるいは何れか一方に、偏光板を挿入するのが効果的であるが、従来の構成では、赤色、緑色、青色の全ての光が、偏光板を通過するため、偏光板の温度上昇が発生し、コントラストの低下、偏光板のヤケ等の問題が発生していた。
以上より、映像表示装置の明るさ及び画質を維持しながらの光学系および投射型映像表示装置自体の大きさ低減および重量低減およびコスト低減という観点からの対応が必要となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術では、映像表示装置の明るさ及び画質上の性能を確保しつつ、装置自体の大きさ低減、重量低減及びコスト低減を実現する方法が課題となっている。すなわち、明るさ確保、コントラスト向上、装置自体の大きさ低減、重量低減、コスト低減のために、偏光ビームスプリッタと色分離合成手段であるダイクロイックプリズムの光効率向上と、反射型パネルに入出射するための方式の工夫と、それぞれの効率的な配置の工夫が必要となっている。
【００１０】
本発明では、上記した従来技術での課題事項に関して、小型・低コスト下で、明るさや高画質性能を確保できる映像表示技術の提供が目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一面は、照明光を第１及び第２の光と、第３の光とに色分離する色分離部と、前記第１の光と前記第２の光の色分離合成を行う色分離合成部と、前記色分離合成部の近傍に略直角に配置され、且つ前記色分離部で分離された第１及び第２の光の各々が入射する前記第１及び第２の反射型液晶表示素子と、前記第３の光が入射する第３の反射型液晶表示素子と、前記第１、第２及び第３の反射型液晶表示素子から出射された前記第１、前記第２及び前記第３の光を合成する色合成部とを有し、前記第３の光は、前記色合成部を透過して、前記第３の反射型液晶表示素子に入射する映像表示装置であって、前記色分離合成部の入射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第１の特定波長域偏光変換素子と、前記色分離合成部の出射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第２の特定波長域偏光変換素子とを有する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を幾つかの実施例を用い、図面を用いて説明する。
【００３７】
図１は本発明による投射型液晶表示装置の第１の実施例を示す概略の平面図である。図１の実施例は、液晶ライトバルブとして反射型液晶表示素子２を、いわゆる色の３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に対応して合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示している。
図１において、投射型液晶表示装置には光源１があり、光源１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１は、円形または多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射面鏡５と、この光源１から出る光はライトバルブ素子である液晶表示素子２を通過して投射レンズ３に向かい、スクリーン４へ投影される。
【００３８】
光源１の電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ５にて集光され、この反射面鏡リフレクタ５の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、ランプユニットから出射した光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第一のアレイレンズ６に入射され、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子２に第一のアレイレンズ６の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ７を通過する。この出射光は第二のアレイレンズ７の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略１／２サイズの菱形プリズムの列へ入射される。このプリズム面には偏光ビームスプリッター８の膜付けが施されており、入射光は、この偏光ビームスプリッター８にてＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光ビームスプリッタ−８内を直行し、このプリズムの出射面に設けられたλ／２波長板９により、偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光光に変換され出射される。一方、Ｓ偏光光は、偏光ビームスプリッター８により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してからＳ偏光光として出射される。出射光はコリメータレンズ１０に入射される。
【００３９】
従来の反射型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装置では、入射偏光板と反射液晶表示素子の組合せにより、一方向の偏光光しか反射しないため反射光量が約半分になっていた。しかし、偏光ビームスプリッター８を用いるため、光源１から出射するランダムな偏光光の偏光方向を揃えて反射型液晶表示素子２に入射するため、理想的には従来の投射型液晶表示装置の２倍の明るさが得られる。また、アレイレンズ６、７は、各レンズセルの個々の像が液晶表示素子２に重なり、均一な画質が得られるように作用する。
【００４０】
コリメータレンズ１０は、少なくとも1枚以上の構成であり、正の屈折力を有し、このＳ偏光光をさらに集光させる作用を持ち、このコリメータレンズ１０を通過した光は反射ミラ−１１、１２により光軸方向を所定方向９０°変換される。その後、光はコンデンサレンズ３０を通過して、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを照射するために、まず色分離ミラー１３あるいは図示していないが、色分離プリズムにより、Ｇ光とＲ、Ｂ光とに2分割され、それぞれの色専用の偏光分離合成素子である偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射される。すなわち、Ｇ光は、本発明であるＧ専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射、その後Ｓ偏光光なのでＧ専用反射型液晶表示素子２Ｇ側へ反射され、このパネルを照射する。また、 Ｂ光とＲ光はＢ−Ｒ光専用偏光板１４を通過し、本発明であるＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射、その後特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長域偏光変換素子１７を通過してＢ光あるいはＲ光のどちらかの偏光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、例えば、偏光を変換されたＰ偏光光であるＢ光は、Ｒ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを通過してＢ専用反射型液晶表示素子２Ｂを照射する。一方、Ｒ光はＳ偏光光なのでＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにて反射された後、Ｒ専用反射型液晶表示素子２Ｒを照射する。もちろん、上記例はひとつの具体例であり、実施例はこれに限定するものではなく、ＲがＰ偏光光に変換されてもよく、これとは別にもともとの照明系の偏光光がＰ偏光であり、ＲＧＢの一つの色がＳ偏光光に変換され、残りの二色がＰ偏光光となる場合も構成としては成り立つ。また、各色専用の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの入射側にはＳ偏光光を透過するＲＢ専用入射偏光板１４およびＧ専用入射偏光板１５を配置し、各色の偏光度を高め、偏光板１４をガラスに貼り、反対側に色調整膜を施すことによって色純度を高めることも可能である。その後、各色専用の反射型映像表示素子２で偏光を変換され、光は再び各色専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。
【００４１】
この反射型映像表示素子２は、表示する画素に対応する（例えば横１０２４画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、液晶表示素子２の各画素の偏光角度が変わり、最終的に入射の偏光方向と直交方向になった光が出射され、偏光方向の一致した光が偏光ビームスプリッタ２により検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、偏光ビームスプリッタ２の偏光度との関係で偏光ビームスプリッタを通る光の量と検光される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。この時、本発明のＧ専用偏光ビームスプリッタ１６ＧとＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光変換素子は、反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂが黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。しかし偏光ビームスプリッタの偏光度および消光比である検光効率が微妙に性能に影響を与え、わずかに漏れたあるいは乱れた偏光光が偏光ビームスプリッタを通過して出射側の色合成ミラー１９あるいは色合成プリズムを通過して投射レンズ２０側へ照射され、黒表示時に僅かの明るさをスクリーン上にて検知する。これによりコントラスト性能が低下する場合がある。
【００４２】
当然ながら、偏光変換素子および色分離合成プリズムを構成する誘電体多層膜は、これに入射される特定波長帯域の光に対し、そのＰ偏光光の透過効率あるいは反射効率およびＳ偏光光の透過効率あるいは反射効率、あるいは円偏光光に対する透過効率あるいは反射効率が、ピーク値をとるように、限定波長域専用の誘電体多層膜付けを施した構成、たとえば５００ｎｍ近傍から６００ｎｍ近傍迄の波長帯域のＧ光専用の最適な誘電体多層膜付けを施したＧ専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、４００ｎｍ近傍から５００ｎｍ近傍迄と、６００ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍迄の2つ以上の波長帯域でのＲ光およびＢ光専用の最適な誘電体多層膜付けを施したＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ １６ＲＢを用いることにより、誘電体多層膜の膜付けが容易となり、かつ透過効率および反射効率、さらには上記検光効率も従来よりも向上する。このため、高精度な色再現性と高輝度、高効率コントラスト等を実現した反射型液晶表示装置を提供できる。さらに、場合により傾斜膜、すなわち光の入射角度によって誘電体多層膜の厚さを変えた膜を付加することにより、より均一性の高いかつ色純度の高い映像を表示できる。
【００４３】
偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを出射した光は特定波長域偏光変換素子１８によって、Ｒ光又はＢ光の一方の偏光方向が変換され、Ｒ光、Ｂ光共に例えばＳ偏光光に変換されてダイクロイックミラー１９に入射される。
【００４４】
その後、映像であるＲＧＢ各色の光はダイクロイックミラー等の色合成ミラー１９あるいは図示していないがダイクロイックプリズムにより再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射手段（例えば投射レンズ）２０を通過し、スクリーンに到達する。前記投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。この３枚の反射型液晶表示素子を用いた反射型液晶表示装置は、電源２１により、ランプおよびパネル等の駆動を行っている。
【００４５】
従って、従来の反射型液晶表示装置では、光源の光を少なくとも１つ以上の色分離プリズム、あるいは色分離ミラーでＲＧＢの３色光に分離した後、少なくとも３つ以上の偏光ビームスプリッタにてＲＧＢ各色光を検光し、さらに色合成プリズムで3色を合成してから投射レンズにてスクリーン上へ映像を投射していたので、装置全体が大形、重量の重い、高コスト化する傾向にあった。本発明によるＧ専用およびＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。したがって、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。
【００４６】
図２は、本発明による第２の実施例を示す概略の平面図である。
反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、例えば反射型液晶表示素子、あるいは反射型強誘電映像表示素子、あるいは駆動マイクロミラー映像表示素子等、から出射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇと偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光分離合成素子で検光された映像であるＲＧＢ各色の光は、ダイクロイダイクプリズム１９ａにより、再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。本発明のプリズム１９ａは、光線がケラレないように偏光ビームスプリッタよりサイズを大きくしてあるもので、全体の構成を小型化するために、偏光ビームスプリッタとの大きさが異なる構成となっている。またダイクロイックコートで傾斜膜等も単独で自由設定できるので、均一な色純度の高い映像を提供できる。
【００４７】
また、本発明の構成により、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子を筐体に角面取り部２９の支持部等を設け、これにこの光学素子の角面取り部２９を支持させることで、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子の保持および位置決めを容易にし、量産時における組み付け時間を短縮、さらに投射型映像表示装置全体のコスト低減も可能となる。また、この角面取り部２９により、発生した、スペース余裕に別の光学部材、たとえばレンズあるいは他の光学素子等を配置し、高密度配置した場合の互いの干渉をさけ、小型化を達成できる。
【００４８】
図３は、本発明による第３の実施例を示す平面図である。
照明光はコンデンサレンズ３０を通過して、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを照射するために、まず特定波長域偏光変換素子２８にて所定の波長帯域の光の偏光方向を変換する。この場合は照明光がＳ偏光ならばP偏光に変換し、広帯域用偏光ビームスプリッタ１６ＲＧＢにより、各色光に分離される。例えば特定波長域偏光変換素子２８でＧ光の偏光が変換された場合、偏光ビームスプリッタ１６ＲＧＢによりＧ光とＲ、Ｂ光とに2分割され、それぞれの色専用の偏光分離合成素子である偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射される。すなわち、Ｇ光は、特定波長域偏光変換素子２７にてＰ偏光光をＳ偏光光に偏光方向を変換し、Ｇ専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射、その後Ｓ偏光光なのでＧ専用反射型液晶表示素子２Ｇ側へ反射され、この液晶表示素子２Ｇを照射する。また、Ｂ光とＲ光はＢ−Ｒ光専用偏光板１４を通過し、Ｒ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射、その後特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長域偏光変換素子１７を通過してＢ光あるいはＲ光のどちらかの偏光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、例えば、偏光を変換されたＰ偏光光であるＢ光は、Ｒ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを通過してＢ専用反射型液晶表示素子２Ｂを照射する。一方、Ｒ光はＳ偏光光なのでＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにて反射された後、Ｒ専用反射型液晶表示素子２Ｒを照射する。
【００４９】
もちろん、上記例はひとつの具体例であり、実施例はこれに限定するものではなく、Ｒ光がＰ偏光光に変換されてもよく、これとは別にもともとの照明系の偏光光がＰ偏光であり、ＲＧＢの一つの色がＳ偏光光に変換され、残りの二色がＰ偏光光となる場合も構成としては成り立つ。また、各色専用の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの入射側にはＳ偏光光を透過するＲＢ専用入射偏光板１４およびＧ専用入射偏光板１５を配置し、各色の偏光度およびまたは色純度を高めることも可能である。その後、各色専用の反射型映像表示素子２で偏光を変換され、光は再び各色専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。
【００５０】
この反射型映像表示素子２は、表示する画素に対応する（例えば横１０２４画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、液晶表示素子２の各画素の偏光角度が変わり、最終的に入射の偏光方向と直交方向になった光が出射され、偏光方向の一致した光が偏光ビームスプリッタ１６により検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、偏光ビームスプリッタ１６の偏光度との関係で偏光ビームスプリッタ１６を通る光の量と検光される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。この時、Ｇ専用偏光ビームスプリッタ１６ＧとＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光変換素子は、反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂが黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。その後、映像であるＲＧＢ各色の光はダイクロイックミラー１９あるいは図示していないがダイクロイックプリズムにより、再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。前記投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。この３枚の反射型液晶表示素子を用いた反射型液晶表示装置は、電源２１により、ランプおよびパネル等の駆動を行っている。
【００５１】
従って、従来の反射型液晶表示装置では、光源の光を少なくとも１つ以上の色分離プリズム、あるいは色分離ミラーでＲＧＢの３色光に分離した後、少なくとも３つ以上の偏光ビームスプリッタにてＲＧＢ各色光を検光し、さらに色合成プリズムで3色を合成してから投射レンズにてスクリーン上へ映像を投射していたので、装置全体が大形、重量の重い、高コスト化する傾向にあった。本発明によるＧ専用およびＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などでは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。また、色分離手段を偏光ビームスプリッタと特定波長域偏光変換素子の組合せで行っているので、角度依存性にともなう影響が少ないので、色性能の設計が容易になる。従って、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。
【００５２】
図４は本発明による第４の一実施例を示す平面図である。
図３の実施例の効果に加えて、反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、から出射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇと偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光分離合成素子で検光された映像であるＲＧＢ各色の光は、ダイクロイックプリズム１９ａにより、再び色合成されて、光は投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。本発明のプリズム１９ａは、光線がケラレないように偏光ビームスプリッタよりサイズを大きくしてあるもので、全体の構成を小型化するために、偏光ビームスプリッタとの大きさが異なる構成となっている。またダイクロイックコートで傾斜膜等も単独で自由設定できるので、均一な色純度の高い映像を表示できる。
【００５３】
また、本発明の構成により、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子を筐体に角面取り部２９の支持部等を設け、これにこの光学素子の角面取り部２９を支持させることで、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子の保持および位置決めを容易にし、量産時における組み付け時間を短縮、さらに投射型映像表示装置全体のコスト低減も可能となる。また、この角面取り部２９により、発生した、スペース余裕に別の光学部材、偏光分離合成素子である偏光ビームスプリッタ１６ＲＧＢを配置し、高密度配置した場合の互いの干渉をさけ、小型化を達成できる。図５は本発明による映像表示装置の第５の実施例を示す平面図であり、特に光学系の構成を示している。
【００５４】
図５において、映像表示装置には光源１と反射リフレクタ２からなる光源ユニットが設けられ、光源ユニットから出される光は偏光整流素子３１、例えば偏光板、または偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を通過し、Ｐ偏光光として整流された光は、緑色分離ミラー１３によってＧ光（緑色光）と、Ｒ光（赤色光）およびＢ光（青色光）に分離される。分離されたＧ光は偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射し、Ｐ偏光光である入射光は透過し、映像表示素子である反射型液晶表示素子２Ｇに入射し、映像信号に応じた偏光変換を受け反射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６Ｇは、入射光に対して、反射型液晶表示素子２Ｇにより受けた偏光変換量に応じて光を検光、すなわち入射光のうち偏光変換を受けて発生したＳ偏光成分のみを反射し映像を得る。
【００５５】
緑色分離ミラー１３により分離されたＲ光及びＢ光は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｒ光のみＳ偏光光に偏光変換され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｓ偏光光であるＲ光は反射し、反射型液晶表示素子２Ｒに入射する。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。また、Ｂ光はＰ偏光光として偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを透過し、反射型液晶表示素子２Ｂに入射される。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。
【００５６】
ここで図には示していないが、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｂ光のみＳ偏光光に偏光変換してもよい。このとき、偏光変換されたＢ光はＳ偏光光となり、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｓ偏光光であるＢ光は反射され、反射型表示素子２Ｂに入射される。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。また、Ｒ光はＰ偏光光として偏光ビームスプリッタを透過し、反射型液晶表示素子２Ｒに入射される。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。
偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。
【００５７】
それぞれに得られた赤、青、緑各色の映像は色合成手段１９、例えばダイクロイックミラーや、ダイクロイックプリズムにより合成され、投射レンズ２０により投影される。この時、必要に応じて、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８を挿入し、Ｒ光とＢ光の偏光方向をそろえてもよい。さらにこの時、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光全ての光の偏光方向を揃えるよう特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換させる波長域を設定することにより、偏光スクリーンの使用が可能となる。
【００５８】
あるいは、Ｇ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６Ｇで検光された光に対し、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換する偏光変換素子３２を配置し、色合成ミラー等の色合成手段１９に対しＰ偏光光で入射する様にし、さらに、赤色およびＢ光路において、Ｒ光、Ｂ光の一方または両方の偏光方向をＳ偏光光になるように、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換波長帯域を設定する。これにより、色合成手段１９であるダイクロイックミラーまたはダイクロイックコートの偏光特性により、Ｇ光の透過帯域を広げ、かつＲ光、Ｂ光の一方または両方の反射帯域を広げることが可能となる。
【００５９】
さらに、偏光ビームスプリッタ１６Ｇおよびないし、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射側およびないし出射側に偏光板等の偏光整流素子３３、３４、３５を配置してもよい。この時、赤およびＢ光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射前に配置する偏光整流素子３３は、特定波長域の偏光方向を変換させる光学素子１７の入射前に配置する。また、赤及びＢ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射後に配置する偏光整流素子３５は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の出射後に配置する。
本発明による偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色むら等を改善できる。
【００６０】
図６は本発明による映像表示装置の第６の実施例を示す平面図であり、光学系の構成をしめしている。
図６において、映像表示装置には、光源１、反射リフレクタ５からなる光源ユニットがあり、光源１は白色ランプである。光源ユニットから出される光は偏光板等の偏光整流素子８、例えば偏光板、ないしは偏光変換素子（偏光ビームスプリッタ）を通過し、Ｓ偏光光として整流された光は、緑色分離ミラー１３によってＧ光と、Ｒ光およびＢ光に分離される。
分離されたＧ光は偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射し、Ｓ偏光光である入射光は反射し、映像表示素子である反射型液晶表示素子２Ｇに入射し、映像信号に応じた偏光変換をうけ反射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６Ｇは、入射光に対して、反射型液晶表示素子２Ｇにより受けた偏光変換量に応じて光を検光、すなわち入射光の内、偏光変換を受けて発生したＰ偏光成分のみを反射し、映像を得る。
【００６１】
緑色分離ミラー１３により分離されたＲ光およびＢ光は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｒ光のみＰ偏光光に偏光変換され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｐ偏光光であるＲ光は透過し、反射型液晶表示素子２Ｒに入射される。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。また、Ｂ光はＳ偏光光として偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより反射され、反射型液晶表示素子２Ｂに入射する。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。ここで図には示していないが、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｂ光のみＰ偏光光に偏光変換してもよい。このとき、偏光変換されたＢ光はＰ偏光光となり、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｐ偏光光であるＢ光は透過し、反射型液晶表示素子２Ｂに入射される。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。また、Ｒ光はＳ偏光光として偏光ビームスプリッタ１６ＲＢで反射され、反射型液晶表示素子２Ｒに入射される。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。
【００６２】
それぞれに得られた赤、青、緑各色の映像は色合成手段１９例えばダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムにより合成され、投射レンズ２０により投影される。この時、必要に応じて、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８を挿入し、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光全ての光の偏光方向を揃えるよう特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換させる波長域を設定することにより、偏光スクリーンの使用が可能となる。
【００６３】
あるいは、このとき、Ｒ光及びＢ光の光路において、Ｒ光、Ｂ光の一方または両方の偏光方向をＳ偏光光になるように、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換波長帯域を設定する。これにより、色合成手段１９であるダイクロイックミラーまたはダイクロイックコートの偏光特性により、Ｇ光の透過帯域を広げ、かつＲ光、Ｂ光の反射帯域を広げることが可能となる。
【００６４】
さらに、偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射側または出射側に偏光整流素子３３、３４、３５を配置してもよい。この時、赤及びＢ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射前に配置する偏光整流素子３３は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７の入射前に配置する。また、Ｒ光及びＢ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射後に配置する偏光整流素子３５は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の光出射側に配置する。
本発明による偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色むら等を改善できる。
【００６５】
図７は本発明における投射型映像表示装置第７の実施例を示す平面図である。図７の実施例では、液晶ライトバルブとして反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂをいわゆる色の３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に対応して合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示している。
図７の投射型液晶表示装置において、光源１は白色ランプである。
光源１から出される光は円形ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射面鏡５で反射されライトバルブ素子である液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを通過して投射レンズ２０に向かい、スクリーンへ投影される。
【００６６】
偏光ビームスプリッタ８と反射型液晶表示素子２の間には光の三原色であるのＲ光、Ｇ光、Ｂ光の内、Ｇ光のみを透過、または反射する色分離手段であるダイクロイックミラー１３またはダイクロイックプリズム等が配置され、他のＲ光及びＢ光と分離される。このダイクロイックミラー１３により分離されたＧ光は偏光ビームスプリッタ１６Ｇにより透過、または反射され、液晶表示素子２Gに入射される。この時、偏光ビームスプリッタ１６Ｇの入射側およびないし、出射側にＧ光に対し偏光整流作用を持つ偏光板１５、２９を配しても良い。液晶表示素子２Ｇに入射した光は読み出し光としてそれぞれ変調されて反射して射出され、変調光が偏光ビームスプリッタ１６Ｇによって、それぞれ検光される。また、Ｇ光と分離されたＲ光および、Ｂ光は略５１０ｎｍから５８０ｎｍの内の特定の波長以上もしくは以下の帯域のみを偏光変換する特定波長域偏光変換素子１７を通過し、Ｒ光、ないしはＢ光の内いずれか一方の色光の偏光が変化し、Ｒ光とＢ光の偏光方向は直交する。その後、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射し、偏光方向の異なるＲ光とＢ光は分離され、それぞれの液晶表示素子２Ｒ及び２Ｂに入射される。この時、前記特定波長域偏光変換素子１７の入射側に偏光整流作用を持つ偏光板１４を配しても良い。およびまたは偏光ビームスプリッタ２８ＲＢの出射側に、略５１０ｎｍから５８０ｎｍの内の特定の波長以上もしくは以下の帯域のみを偏光変換する特定波長域偏光変換素子１８を配しても良い。さらにはこの時前記特定波長域偏光変換素子１８の出射側に偏光整流作用を持つ偏光板２９を配しても良い。
【００６７】
液晶表示素子２Ｒ、２Ｂに入射した光は読み出し光として当該各色に対応した液晶表示素子よって、それぞれ変調されて反射して射出され、当該各色の変調光が偏光ビームスプリッタ１６ＲＢによって、それぞれ検光される。検光されたＲ光および、Ｇ光及びＢ光は色合成フィルタであるダイクロイックミラー１９ないしはダイクロイックプリズムにより合成され、投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。この時、色合成フィルタを透過する光路の光はＰ偏光光になるように、および色合成フィルタを反射する光路の光はＳ偏光光となるように特定波長域偏光変換素子１８を設定することにより、色合成フィルタの透過および反射帯域が広がり高効率な光学系が実現できる。投射手段２０により、液晶表示素子２に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。また偏光板を偏光ビームスプリッタの入射および出射に設けているので、コントラストを向上できる。
【００６８】
本発明による偏光ビームスプリッタを２個用いる構成は小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。したがって、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。
【００６９】
以下、本発明による光学エンジンの第８の実施例について、図８を用いて説明する。
図８は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第８の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。図において、光源（図示せず）からの光は偏光ビームスプリッタプリズムと１／２波長板との組み合わせ構成に代表される偏光変換素子１０１を通して、Ｐ偏光光はＳ偏光光に変換され、Ｓ偏光光はそのままＳ偏光光として出射される。
偏光変換素子１０１としては、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換されるものを用いてもよい。本実施例においては偏光変換素子１０１によって、Ｐ偏光光はＳ偏光光に変換される場合を例にとって説明する。
【００７０】
偏光変換素子１０１を透過したＳ偏光光の内、Ｂ光はダイクロイックミラー等の色分離ミラー１０２を透過し、偏光板１０３ａ、及び１／２λ波長板等の偏光変換素子（偏光特定波長域偏光変換素子でもよい。）１１５、色調整膜１０４ａを透過して、偏光ビームスプリッター１０５ＲＧＢに入射される。偏光板１０３ａは本来の光であるＳ偏光光の他に混じっているＰ偏光光を除去するために使用される。色調整膜１０４ａについてはその詳細を後述する。Ｓ偏光光であるＢ光は偏光変換素子１１５でＳ偏光光がＰ偏光光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過して全反射プリズム１０８に入射され、ここで反射される。全反射プリズム１０８で反射されたＢ光は１／４λ波長板を通して反射型液晶表示素子１０７Ｂに入射され、液晶表示素子１０７ＢでＰ偏光光はＳ偏光光に変換され、再び全反射プリズム１０８で反射された後、色合成用偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム）１０５ＲＧＢに入射され、ここで反射されて投射レンズ（図示せず）に出射される。なお、１／４λ波長板１０６ａは液晶表示素子１０７Ｂの偏光軸と偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ及び照明光学系の偏光軸を揃えることを主目的として使用される。
【００７１】
色分離ミラー１０２で反射されたＳ偏光光であるＲ光およびＧ光は反射ミラー１０９で反射され、Ｓ偏光光を除去するための偏光板１０３ｂを通して特定波長域偏光変換素子１１２ａに入射さる。ここで、Ｒ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換され、Ｇ光はＳ偏光光のまま、色調整膜１０４ｂを透過して色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧに入射される。Ｓ偏光光であるＧ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧで反射され、１／４λ波長板１０６ｂを透過してＧ光用の反射型液晶表示素子１０７Ｇに入射され、この液晶表示素子１０７ＧでＳ偏光光がＰ偏光光に変換されて反射され、Ｐ偏光光として再び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧに入射され、ここを透過して特定波長域偏光変換素子１１２ｂに入射される。
【００７２】
Ｐ偏光光に変換されたＲ光は色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧを透過し、１／４λ波長板１０６ｃを透過した後、Ｒ光用の反射型液晶表示素子１０７Ｒに入射され、この液晶表示素子１０７ＲでＰ偏光光がＳ偏光光に変換されて反射され、Ｓ偏光光として出射される。Ｓ偏光光であるＲ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧで反射されて特定波長域偏光変換素子１１２ｂに入射される。特定波長域偏光変換素子１１２ｂではＲ光のＳ偏光光をＰ偏光光に変換し、Ｇ光はＰ偏光光のまま透過する。Ｐ偏光光であるＲ光、Ｇ光は、コントラストの劣化を防ぐため偏光板１０３ｃでＲ光、Ｇ光に含まれているＰ偏光光成分が除去された後、色合成用の偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム）１０５ＲＧＢに入射される。Ｐ偏光光であるＲ光及びＧ光は偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢを透過し、Ｓ偏光光であるＢ光は偏光ビームスプリッタ（もしくはダイクロイックプリズム）１０５ＲＧＢで反射されて投射レンズ（図示せず）に入射される。Ｂ光に混入されているＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射せずにここを透過するので、Ｐ偏光光成分は投射レンズに入射されない。
【００７３】
図８の実施例においては、色分離ミラー１０２に入射される光はＳ偏光光に変換されているが、Ｐ偏光光に変換された光を用いるように構成してもてもよい。また、特定波長域偏光変換素子１１２ａはＲ光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換しているが、Ｇ光をＰ偏光光に変換するように構成してもよい。
色調整膜１０４としては、例えば、誘電体多層膜を直接偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムに蒸着したもの、誘電体多層膜を偏光板や１／２波長板に貼り付けたガラス板等に蒸着して偏光ビームスプリッタやダイクロイックミラーダイクロイックミラーに張り付けたもの、カラーフィルム、又は色付きガラス等のカラーフィルタ等であり、要はある特定の波長域の透過率を下げることができるものならばなんでも適用できる。
【００７４】
本実施例において、全反射プリズム１０８は必ずしも必要ではなく、色合成用偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢのＢ光の出射面に対向して配置してもよい。但し、本実施例のように全反射プリズム１０８を設けることによって、各Ｒ、Ｇ、Ｂ光の光路の高さを揃えることができるため、各色光の効率がよく、かつ、コントラストを好適にすることができる。
【００７５】
以下、本発明による光学エンジンの第９の実施例について、図９を用いて説明する。
図９は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第９の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。図において、光源（図示せず）からの光は偏光ビームスプリッタプリズムと１／２波長板との組み合わせ構成に代表される偏光変換素子（図示せず）を通して、Ｐ偏光光はＳ偏光光に変換され、Ｓ偏光光はそのままＳ偏光光として出射される。
【００７６】
図9において、Ｇ光は色分離ミラー１０２を透過して偏光板１０３ａでＳ偏光光成分に含まれているＰ偏光光が取り除かれ、偏光変換素子１１５でＰ偏光光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過し、全反射ミラー１０８で反射され、１／４λ波長板１０６ａを通してＧ光用の液晶表示素子１０７Ｇに入射される。液晶表示素子１０７Ｇに入射されたＧ光はここでＳ偏光光に変換され、再び１／４λ波長板１０６ａを透過した後、全反射プリズム１０８で反射され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。Ｇ光はＳ偏光光であるため今度は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射される。
【００７７】
Ｓ偏光光であるＲ光及びＢ光は偏光板１０３ｂを透過した後、反射プリズム１１０で反射され、特定波長域偏光変換素子１１２ａを透過する。特定波長域偏光変換素子１１２ａはＢ光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換し、Ｒ光はその偏光が変換されずに、Ｓ偏光光のまま透過され、Ｂ光及びＲ光は色分離及び合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｂ光はＰ偏光光なので、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、１／４λ波長板１０６ｂを透過してＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂに入射され、ここでＳ偏光光に変換されて反射され、再び１／４λ波長板１０６ｂを通して偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射され、ここで反射される。Ｒ光はＳ偏光光なので、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射され、１／４λ波長板１０６ｃを通してＲ光用の液晶表示素子１０５ＲＢに入射され、ここで、Ｐ偏光光に変換された後、再び１／λ波長板１０６ｃをとうかして偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｒ光はＰ偏光光なので、今度は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過する。偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢから出射されたＲ光とＢ光は特定波長域偏光変換素子１１２ｂに入射される。特定波長域偏光変換素子１１２ｂはＳ偏光光であるＢ光をＰ偏光光に変換し、Ｐ偏光光であるＲ光を偏光変換することなくそのまま透過させる。特定波長域偏光変換素子１１２ｂを透過したＲ光及びＢ光は色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。Ｒ光とＢ光は共にＰ偏光光であるので、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過し、特定波長域偏光変換素子１１２ｃに入射される。特定波長域偏光変換素子１１２ｃはＧ光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換する。従って、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＰ偏光光として偏光板１０３ｃを透過して投射レンズ（図示せず）に入射される。Ｒ光、Ｂ光の偏光方向はこれに限るものではなく、Ｒ光がＰ偏光に、Ｇ光がＳ偏光のまま偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射してもよい。
【００７８】
図１０は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１０の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。
図において、図８の第８の実施例と比較して、偏光変換素子（図示せず）によって、偏光方向がＳ偏光光に変換されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を特定波長域偏光変換素子１１２ｄに入射させ、ここで、Ｂ光をＰ偏光光に変換している点、色分離ミラー１０２の代わりに色分離用の偏光ビームスプリッタ１１１を設けている点、反射ミラー１０９の代わりに全反射プリズム１１０を設けている点が主に異なる。
【００７９】
Ｂ光は特定波長域偏光変換素子１１２ｄでＳ偏光光からＰ偏光光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１１１を透過し、色調整膜１０４、偏光板１０３（偏光板により整流する場合の一例）を透過し、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。それ以降のＢ光は図８の実施例と同様な経路を経て偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢから出射される。Ｓ偏光光であるＲ光及びＧ光は全反射ミラー１１０で反射された後、偏光板１０３ｂに入射される。その後のＲ光及びＢ光は図８の実施例と同様に処理され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢから出射される。偏光板１０３ａは特定波長域偏光変換素子１１２ｄの位置に設けてもよく、偏光板、蒸着偏光板、偏光分離シート等を特定波長域偏光変換素子１１２ｄと共にプリズム１１１に貼り付けてもよい。さらに、この場合はプリズム１１１、１１０、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ、全反射プリズム１０８をすべて貼り付けることができ、組立性を向上することができる。また、光軸の調整も容易である。
【００８０】
図１１は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１１の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。
本実施例においては、偏光変換素子（図示せず）によって、光源ユニット（図示せず）からの光の内、Ｐ偏光光は偏光変換素子をそのまま透過され、Ｓ偏光光はＰ偏光光に変換される。特定波長域偏光変換素子１１２ｄでＧ光のみがＳ偏光光に変換されて分離用の偏光ビームスプリッタ１１１に入射され、Ｓ偏光光であるＧ光のみがここで反射され、更に、全反射プリズム１０８で反射され、１／４λ波長板１０６ａを通してＧ光用の液晶表示素子１０７Ｇに入射され、Ｐ偏光光として偏光ビームスプリッタ１１１に入射される。Ｇ光はＰ偏光光であるため、今度は偏光ビームスプリッタ１１１を透過し、更に偏光板１０３ａ、色合成用偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過して投射レンズ（図示せず）に入射される。Ｂ光及びＲ光はＰ偏光光であるため、この色分離用の偏光ビームスプリッタ１１１、偏光板１０３ｂを透過して、特定波長域偏光変換素子１１２ａに入射される。特定波長域偏光変換素子１１２ａでＲ光はＳ偏光光に変換され、Ｂ光は偏光されずにＰ偏光光のまま色分離合成用（又は検光用）の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｒ光はＳ偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射されて１／４λ波長板１０６ｂを通してＲ光用の液晶表示素子１０７Ｒに入射され、Ｐ偏光光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過する。Ｂ光はＰ偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、１／４λ波長板１０６ｃを通してＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂに入射される。ここで、Ｓ偏光光に変換され、今度はＳ偏光光であるために偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射されて、特定波長域偏光変換素子１1２ｂに入射される。ここで、Ｒ光はＳ偏光光に変換され、Ｂ光は偏光が変換されＳ偏光光のままここを透過し偏光板１０３ｃを通して全反射プリズム１１７で反射され、合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。Ｒ光及びＢ光はＳ偏光光であるために、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射され、投射レンズ（図示せず）に入射される。本実施例において、偏光板１０３ａはなくてもよく、その場合は全反射プリズム１０８、偏光ビームスプリッタ１１１、１０５ＲＧＢ、全反射プリズム１１７をすべて貼り合わせることができる。
【００８１】
図１２は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１２の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。
図の実施例は図１０の実施例と比較して、特定波長域偏光変換素子１１２ｄを設ける代わりに、偏光変換素子１１５を設けている点、偏光ビームスプリッタ１１１の代わりにダイクロイックプリズム１１１ｂが設けられている点、液晶表示素子１０７の配置が異なる点が相違する。なお、色調整膜１０４は図示されていないが、図１０や図８と同様な位置等適宜設けてもよい。
【００８２】
本実施例では、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＳ偏光光であるとして説明する。Ｇ光はダイクロイックプリズム１１１ｂ、偏光板１０３ａを透過して偏光変換素子１１５でＰ偏光光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過して、全反射プリズム１０８で反射され、１／４λ波長板１０６ａを通して、Ｇ光用の液晶表示素子１０７Ｇに入射される。その後は図１０のＢ光と同様な経路を経て再び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射され、ここで反射される。
【００８３】
一方、Ｒ光とＢ光はダイクロイックプリズム１１１ｂで反射されて全反射プリズム１１０で反射され、偏光板１０３ｂを透過し、特定波長域偏光変換素子１１２ａで、Ｂ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換され、Ｒ光は偏光方向が偏光されずに色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｐ偏光光であるＢ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、１／４λ波長板１０６ｃを透過し、Ｂ光用の液晶表示素子１０７ＢでＳ偏光光として反射される。Ｂ光はさらに偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射されて、特定波長域偏光変換素子１１２ｂによりＰ偏光光に変換され、偏光板１０３ｃを透過した後偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過する。Ｒ光はＳ偏光光なので、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射され、１／４λ波長板１０６ｂを透過してＲ光用の液晶表示素子１０７ＲでＰ偏光光として反射され、検光子である偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、特定波長域偏光変換素子１１２ｂはそのままの偏光で透過して、偏光板１０３ｃで偏光整流された後、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過する。Ｒ光、Ｂ光及びＧ光の内、Ｇ光は特定波長域偏光変換素子１１２ｃでＰ偏光光に変化される。このため、Ｒ光、Ｂ光及びＧ光は共にＰ偏光光として偏光板１０３ｄを通して偏光整流された後投射レンズ（図示せず）に入力される。従って、偏光板１０３ｃを無くして偏光板１０３ｄにてＲ光、Ｇ光、Ｂ光の全ての出射光の偏光整流を行ってもよい。この場合、出射偏光方向は全ての光でそろえられる。更に、偏光板１０３ｃを冷却しなくてもよく、構造上も簡単になり、バックフォーカス距離も短くなり光学的に有利である。
【００８４】
図１３は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１３の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。
図１３に示す実施例は図１１に示す実施例と比較して、分離用の偏光ビームスプリッタ１０５の出射面に特定波長域偏光変換素子１１２ｃが設けられ、さらに、図１１で、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢと全反射プリズム１１７間に設けられていた偏光板１０３ｃが特定波長域偏光変換素子１１２ｃの出射面に設けられ、偏光ビームスプリッタ１１１と偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に設けられていた偏光板１０３ｃが取り除からた点が異なる。
【００８５】
Ｇ光は図１１の場合と同じ経路を経て液晶表示素子１０７Ｇで反射された後、偏光ビームスプリッタ１１１及び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢをＰ偏光光として透過する。Ｒ光、Ｇ光も図１１の場合と同様にそれぞれ液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂで反射された後、特定波長域偏光変換素子１１２ｂでＲ光はＰ偏光光からＳ偏光光に変換され、Ｒ光及びＢ光はＳ偏光光として全反射プリズム１１７で反射され、さらに偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射される。その後、特定波長域偏光変換素子１１２ｃによって、Ｇ光のみがＰ偏光光からＳ偏光光に変換され、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＳ偏光光として偏光板１０３ｃを通して投射レンズ（図示せず）に入射される。更に、偏光板１０３ｂ、特定波長域偏光変換素子１１２ｂは除いても色分離合成用として十分に機能する。また、偏光ビームスプリッタの大きさは偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢが一番大きく、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢが一番小さく、偏光ビームスプリッタ１１１がこれらの中間の大きさになるようにすると、照明系から色分離合成系に入射する光をテレセントリックにしても液晶表示素子に入射された光が偏光ビームスプリッタや全反射プリズムよってケラレることを防止することができる。
【００８６】
図１４は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１4の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。
図１４の実施例を図８の実施例と比較すると、図１４の実施例では、色分離ミラー１０２と色合成偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ間にコンデンサレンズ１１９ａが設けられており、色分離ミラー１０２と反射ミラー１０９間にコンデンサレンズ１１９ｂを設けた点が異なる。従って、Ｇ光、Ｒ光及びＢ光の反射及び透過経路は同じである。
図１４は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１４の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。
図１５の実施例は図９の実施例と比較して、色分離ミラー１０２の入射側にコンデンサレンズ１１９が設けられている点が異なる。Ｇ光、Ｒ光及びＢ光の反射及び透過経路は図９の場合と同じである。
【００８７】
以下、図８から図１５の実施例の作用効果について説明する。
図８、１０、１４の液晶表示素子１０７Ｂ、図９、１１、１２１３、１５における液晶表示素子１０７Ｇは必ずしも全反射プリズム１０８で反射させる必要はなく、直接色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢや偏光ビームスプリッタ１１１に対向して取り付けてもよい。
【００８８】
図８〜１５の本実施例では、色分離ミラー１０２、偏光ビームスプリッタ１１１、色分離ダイクロイックプリズム１１１ｂ等の色分離手段と、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ等の色分離合成手段、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで示される色合成手段によって構成することができる。従って、軽量、低コストでしかも簡単にＲＧＢの色分離、合成ができる。
【００８９】
また、全ての実施例において、反射ミラー１０９、全反射プリズム１１０、１１７等の第１の反射手段と、全反射プリズム１０８等の第２の反射手段とを備えることによって、Ｒ光、Ｂ光及びＧ光の光路長を同じにすることができる。また、このように構成することによって、軽量、低コストとすることができると共に、種々の配置を構成することができる。即ち、矩形プリズムブロックよりも光学光路長の同じ三角プリズムの方が、同一硝材なら略半分の軽量化と、それによる材料費の削減が図れる。
【００９０】
これらの反射ミラー１０９、全反射プリズム１１０、１１７及び全反射プリズム１０８等の反射手段はアルミ、銀蒸着ミラー、反射プリズム又はミラー蒸着プリズム等を用いることができる。これによって、反射効率を向上させ、小型軽量化を達成することができる。
又は、これら反射手段としては誘電体多層膜を施したダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを採用することができる。これによって、不要光をカットし、色調整が可能となる。さらに、この反射手段に色調整膜１０４を用いることにより、より精細に色調整を行うことができる。
【００９１】
また、本発明による図８〜１０等の実施例においては、分離ミラー１０２、偏光ビームスプリッタ１１１、色分離ダイクロイックプリズム１１１ｂ等の色分離手段によりＲ光、Ｇ光及びＢ光の内、第１〜第３の光に分離され、第１と第２の光は反射ミラー１０９、全反射プリズム１１０、１１７等の第１の反射手段により光軸方向を、例えば略直角方向に曲げられ、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ等の色分離合成手段に入射される。この色分離合成手段に入射した光は第１の光と第２の光に分離され、互いに略直角に配された、それぞれの色の光に対応するライトバルブである映像表示素子に入射され、これら映像表示素子で反射された第１の光及び第２の光は色合成手段に入射される。第３の光は色分離手段で分離された後、この第３の光の出射光軸方向に配置された偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで構成される色合成手段をその光軸方向に通過して、第２の反射手段により、例えば略直角方向に曲げられ、第３の光用のライトバルブである映像表示素子に入射され、それぞれの色の光に対応したライトバルブである映像表示素子を反射した後、この映像表示素子から出射された映像光は、色合成手段において第１、第２の光と合成される。従って、本実施例においては、第１〜第３の光である例えば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色の効率とコントラスト比を最適とすることができる。
【００９２】
また、本発明の実施例においては、照明光学系にてＳ偏光光あるいはＰ偏光光に統一された偏光光は、色分離手段によりＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分離された光の内、第１、第２の２色光は第１の反射手段により光軸方向を略直角方向に曲げられ、特定波長域偏光変換素子により第１、第２の２色光の内、第１の光は偏光方向を第２の光の偏光方向と異なる方向、例えば第１の光がＳ偏光光ならば第２の色光はＰ偏光光に偏光変換された後、色分離合成手段に入射される。この色分離合成手段に入射された光は第１、第２の光に分離され、互いに略直角に配された、それぞれの色光に対応するライトバルブである映像表示素子に入射される。色分離手段で分離された残りの第３の光は色分離手段で分離された後、第３の光の出射光軸方向に配置された偏光変換素子、例えば偏光変換素子１１５、１／２λ波長板などにより偏光方向が変換され、例えばＳ偏光方向をＰ偏光方向に変換され（図８参照）、この偏光変換素子の出射側に配置された色合成手段、例えば偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを第３の光の光軸方向に通過し、さらに、第３の光は第２の反射手段により略直角方向に曲げられ、この第３の光の色に対応するライトバルブである映像表示素子に入射される。この場合、第２の反射手段を用いずに、単に色合成手段の出射光軸方向に、光学媒質、例えば硝材あるいは空気などを介して、この色のライトバルブである映像表示素子に入射してもよい。それぞれの色のライトバルブである映像表示素子で反射される。これらの映像表示素子から出射された映像光の内、第１の光はＰ偏光光で映像表示素子から出射され、第２の色光はＳ偏光光で映像表示素子から出射され、それぞれ、色分離合成手段、例えば偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ、１０５ＲＧにより色合成、あるいは黒表示などは検光されて、この色分離合成手段の入射光軸とは直交方向に出射される。その後、その出射光軸に配された特定波長域偏光変換素子（例えば、特定波長域偏光変換素子１１２ｂ）により、Ｓ偏光光である第２の色光はＰ偏光光に変換されて、第１の色光であるＰ偏光光と偏光方向を揃えられて色合成手段に入射される。一方、第３の光は映像表示素子を反射した後、入射光がＰ偏光光ならば出射光はＳ偏光光になるように映像表示素子で偏光方向が変換され、第２の反射手段を介して色合成手段に入射される。第３の光はその後色合成手段で反射されて第１、第２のＰ偏光光である光と合成されて、第３の光の色合成手段への入射光軸とは別の出射光軸から出射される。また、色分離手段に入射される光がＰ偏光光の場合は前述の第３の光の偏光変換素子１１５、１／２λ波長板は必要ではなく、Ｐ偏光光のまま色分離手段を透過し、第２の反射手段に入る。第１の光と第の光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光に分離する必要がるため、前述と同様に特定波長域偏光変換素子を色分離合成手段の入射出射光路上に必要となる。この場合は第３の光用の偏光変換素子が減り低コスト化できる。
【００９３】
本実施例においては、第８の実施例に示すように、第１の色分離手段はＲ光とＧ光とを反射させ、Ｂ光を透過させてもよい。全反射プリズム１０８の光の入射位置に色分離合成プリズムを配置することによって、Ｒ光とＢ光を透過させ、Ｂ光を反射させる構成としてもよい。また、図１１の実施例の様に、Ｒ光とＢ光とを透過させ、Ｇ光を反射させてもよい。また、この構成において、Ｒ光とＧ光とを透過させ、Ｂ光を反射させてもよい。
同様に、色分離手段は図９に示すように、Ｒ光、Ｂ光を反射させ、Ｇ光を透過させてもよい。もしくは、全反射プリズム１０８の光の入射位置に色分離合成プリズムを配置することによって、Ｒ光とＢ光を透過させ、Ｇ光を反射させる構成でもよい。
【００９４】
また、色分離手段はＧ光とＢ光を反射させ、Ｒ光を透過させる構成、もしくはＧ光とＢ光とを透過させ、Ｒ光を反射させる構成でもよい。
また、本発明の実施例において、色分離手段はダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムで構成される。
色分離合成手段と色合成手段は、偏光分離合成素子である偏光ビームスプリッタで構成される。
【００９５】
本実施例おいては、第１の色分離手段と色分離合成手段の間に、特定波長域偏光変換素子を配置する。また、第１の色分離手段と色合成手段の間、及び色分離合成手段と色合成手段の間に、特定波長偏光変換素子を配した構成としているために、Ｒ、Ｇ、Ｂ各光の効率とコントラスト比が向上する。
また、これらの構成において、第１の色分離手段と色合成手段の間、及び色分離合成手段と色合成手段の間に、偏光板（又は、偏光整流素子）を配置することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光のコントラスト比を向上させることができる。
【００９６】
色分離合成手段は、入射する２色にその透過効率あるいは反射効率が最適となるように光学特性のピーク値をとる。例えばＲ光及びＧ光の色分離合成に特性を特化させた偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧである構成、もしくは、Ｒ光及びＢ光の色分離合成に特性を特化させた偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ、もしくはＧ光とＢ光の色分離合成に特性を特化させた偏光ビームスプリッタ構成でもよい。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光の効率とコントラスト比を向上させることができる。
【００９７】
色分離合成手段と色合成手段は偏光分離及び検光素子である。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光のコントラスト比を向上させることができる。
色分離合成手段と色合成手段は、色分離合成手段のサイズを色合成手段のサイズより大きくすることによって、光のケラレをなくすことができる。
本実施例において、色合成手段は互いに略直交方向から入射するＰ偏光光である２色（ＢＧ光、またはＲＢ光、またはＲＧ光）の光と、Ｓ偏光光である１色（Ｒ光、またはＧ光、またはＢ光）の光を合成して、Ｐ偏光光軸方向に３色を出射する構成としてもよい。
本実施例において、色合成手段の光軸は投射手段の光軸と平行であるが、光軸はシフトしていてもよい。
【００９８】
図９に示す本実施例においては、反射ミラー部を全反射プリズム１０８、１１０としたので、光路長をＲ光、Ｇ光及びＢ光でそろえることができると共に、バックフォーカスを短縮化することができる。
また、全反射プリズム１０８と色合成プリズムや偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢとを接着することによって、組立て精度の誤差を低減することができる。
【００９９】
また、Ｇ光用の液晶表示素子１０７Ｇからの出射光をＳ偏光光とし、かつＲ光用の液晶表示素子１０７Ｒからの出射光をＰ偏光光とし、Ｂ光用の液晶表示素子１０７Ｂからの出射光をＳ偏光光とすることによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光の効率とコントラスト比を向上させることができる。
【０１００】
図１1の実施例において、特定波長域偏光変換１１２ｄを透過した後、色分離手段である偏光ビームスプリッタ１１１で色分離され、第１、第２の光色は色分離合成手段（例えば、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ）を通して、第１、第２の光に対応する液晶表示素子に入出射され、色分離合成手段にて合成されて、入射とは別の直交光軸から出射され、ミラー（全反射ミラー１１７）を介して色合成手段に入射される。第３の光はミラー（全反射ミラー１０８）を介して第３の光に対応する液晶表示素子に入出射され、色分離手段を通過し、色合成手段に入射される。その後、色合成手段にて第１、第２、第３の光は合成される。第１〜第３の光の出射する出射方向は、偏光板１０３、又は特定波長域偏光変換素子１１２の場所に１／２λ波長板を挿入すれば、照明光軸と直交方向にも、平行方向にも出射できる。
【０１０１】
図１２の実施例では、図１に示すダイクロイックミラー１０２をダイクロイックプリズム１１１ｂに置き換えている。これによって、液晶表示素子までの入射光路の実行長を短くでき、拡散光を抑えることができる。特に、ダイクロイックプリズム１１１ｂの入射前に、例えば図１５に示すようにコンデンサレンズ１１９を入れて、テレセントリック系にすると、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラー、偏光板における光線角度に対する特性変化を最小限に抑えることができ、更に拡散光によるプリズム内面反射等の悪影響を低減できる。
【０１０２】
また、図１３に示す実施例のように、ＰＢＳ１０５ＲＧＢと偏光ビームスプリッタ１１１のプリズム面を貼り合わせ、偏光ビームスプリッタ１１１と全反射ミラー１０８の面を貼り合わせると、組立て精度が向上し、位置精度が出し易い。
【０１０３】
図１４に示すように、コンデンサレンズ１１９ａ、１１９ｂを各光路上に入れることによって、テレセントリック系にすると、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラー、偏光板における光線角度に対する特性変化を最小限に抑えることができ、更に拡散光によるプリズム内面反射等の悪影響を低減できる。
【０１０４】
また、図１５に示すように、第１の色分離手段の前にコンデンサレンズ１１９を設けることによって、テレセントリック系にすると、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラー、偏光板における光線角度に対する特性変化を最小限に抑えることができ、更に拡散光によるプリズム内面反射等の悪影響を低減できる。
【０１０５】
図８の実施例においては、色調整膜１０４としては、例えば、誘電体多層膜を直接偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムに蒸着したもの、誘電体多層膜を偏光板、特定波長域偏光変換素子、１／２λ波長板や１／４λ波長板を貼り付けたガラスに蒸着して偏光ビームスプリッタやダイクロイックミラーダイクロイックミラーに貼り付けたもの、カラーフィルム、又は色付きガラス等のカラーフィルタ等であり、要はある特定の波長域の透過率を下げることができるものならばなんでも適用できる。
【０１０６】
本実施例において、全反射プリズム１０８は必ずしも必要ではなく、色合成用偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢのＢ光の出射面に対向して配置してもよい。但し、本実施例のように全反射プリズム１０８を設けることによって、各Ｒ、Ｇ、Ｂ光の光路の高さを揃えることができるため、色むらを無くすことができる。
【０１０７】
また、本実施例によれば、１個の色分離ミラー１０２と、偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム）１０５ＲＧ等の色分離合成用手段、偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム）１０５ＲＧＢ等の色合成用手段によって光学エンジンを構成することができるので、軽量、低コストでＲ光、Ｇ光、Ｂ光を分離することができる。
【０１０８】
図８、１０、１４の実施例において、色調整膜１０４で光の波長を低下させる波長帯域を選択することによって、色調整を行うことができると共に、色の再現性を良好にすることができる。例えば、色調整膜１０４ａ、１０４ｂで透過率を低下させる波長帯域を選択して、イエローの波長領域とシアンの波長領域の透過率を低下させて良好な色を得るようにしてもよい。また、明るくする場合、イエロー成分を多くしてもよい。この場合、ホワイトバランスを保つために、シアンをカットするように色調整膜１０４で調整することができる。
【０１０９】
図８の実施例において、色調整膜１０４ａは偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢのＢ光の入射面に設けられているが、図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ１１１のＢ光の出射面に設けてもよい。図８において、色調整膜１０４ｂは色分離合成用（検光用）の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧのＲ光及びＢ光の入射面に設けられているが、図１０に示すように、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧのＲ光およびＢ光の出射面に設けてもよいし、色合成用の偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢのＲ光およびＢ光の入射面に設けてもよい。すなわち、色調整膜１０４は検光用の偏光ビームスプリッタ及び色合成用偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムの光の入射面又は出射面に設けても同様な効果を得ることができる。
【０１１０】
図９の実施例において、ダイクロイックミラー等の色分離ミラー１０２と特定波長域偏光変換素子１１２ａ、１１２ｂを調整して、色調整を行なうことができる。しかしながら、以下に示す実施例は図９だけではなく他の実施例にも応用できる。
【０１１１】
この場合の一例について、図１６を用いて説明する。
【０１１２】
図１６は光の透過率を示す分光特性図であり、横軸は波長Ｗを、縦軸は光の出力Ｐを示す。図１６（ａ）は、図９の色分離ミラー１０２の出力特性曲線Ｐ０を示しており、例えば、半値で略５００ｎｍ〜略６００ｎｍの間の光が透過しないように構成されているとする。この色分離ミラー１０２を透過した光の内、図１０（ｂ）に示すように、略６００ｎｍより波長が長いＳ１以下の光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換し、波長Ｓ１以上の波長の光はＳ偏光光のままで透過させるように、特定波長域偏光変換素子１１２ａの特性曲線Ｐ１を構成する。この光は液晶表示素子１０７Ｂ、１０７Ｒで反射されて偏光が変換され、Ｓ１までの波長の光はＳ偏光光に変換され、Ｓ１以上の波長の光はＰ偏光光に変換される。図１０（ｃ）に示すように、波長Ｓ２以下の光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換し、波長がＳ１以上の光の偏光方向を変えずＰ偏光光のままとするような特性曲線Ｐ２を持つ特定波長域偏光変換素子１１２ｂを通過させると、波長Ｓ２〜Ｓ１まではＳ偏光光のままなので、この領域の光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射されるので、投写レンズには入射されない。このようにして、波長Ｓ１〜Ｓ２の光をカットすることができる。
【０１１３】
このようにして、反射ミラー１１０と特定波長域偏光変換素子１１２ａ、１１２ｂの組み合わせによって、波長の特定領域の透過率を変えることができる。本実施例において、略６００ｎｍを略５８０ｎｍにすることにより、黄色を排除することができる。
同様にして、特定波長域偏光変換素子１１２と色調整膜１０４の構成を変えて、明るさを改善することができる。例えば、輝線光を入れて明るさ向上を狙う時には、色調整膜１０４の半値と特定波長域偏光変換素子１１２の半値を組み合わせて５００ｎｍ近傍の光、例えば、５００ｎｍ〜５１５ｎｍの光をカットして輝線光５８０ｎｍ近傍の光を入れて明るさ向上とホワイトバランスの改善を行うことができる。
【０１１４】
また、ダイクロイックミラー１０２と色調整膜１０４の組み合わせによって、同様な効果を得ることができる。本実施例において、ダイクロイックミラー１０２、全反射ミラー１１０はダイクロイックプリズムに置き換えることができる。このため、上述の説明において、ダイクロイックミラー１０２や全反射ミラー１１０をダイクロイックプリズムに読み替えることができる。
【０１１５】
図８、図９の実施例において、偏光板１０３ｂは偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧの近傍に設けられ、偏光板１０３ｃは偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの近傍に設けられている。これら偏光板１０３を近傍の偏光ビームスプリッタに貼り付けると、界面が削減され、光透過率を上げることができる。また、偏光ビームスプリッタ１０５は放熱効果が大きく、偏光板１０３の熱を吸収するため、偏光板１０３の冷却性をたかめることができる。
なお、図８、図９等の光学エンジンをダイクロイックプリズムで構成することができる。この場合、ダイクロイックプリズムに偏光板１０３を貼り付けてもよい。この場合、偏光板１０３をフィルムで構成すると好適である。
【０１１６】
図８、図９等の実施例において、色分離ミラー１０２、例えばダイクロイックミラーの入射面に色調整膜を設ける場合、例えば、誘電体多層膜を蒸着する場合、光の入射角が大きい部分の厚さを厚くし、光の入射角が小さい部分の厚さが薄くなるように、膜厚を変えると、半値の波長の値がシフトして、出射光の色及び色ムラを調整することができる。
また、図８、図９等に示す光学エンジンをダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムで構成する場合、すなわち、色分離ミラー１０２をダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムで構成し、偏光ビームスプリッタ１０５の代わりにダイクロイックプリズムを設ける場合、色調整膜をこれらの入射面に厚さを変えて設けると同様な効果を得ることができる。
【０１１７】
図８、図９等の実施例において、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、１０５ＲＢと色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの硝材を変えると好適である。例えば、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、１０５ＲＢには、例えば、ＰＢＨ５３Ｗ等の複屈折量が少ない硝材を選択し、合成偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢには、例えばＢＫ７等の軽くて低コストの硝材を選択することによって、性能の最適化、低コスト化、低重量化が達成できる。
色分離ミラー１０２をダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタで構成し、偏光ビームスプリッタ１０５をダイクロイックプリズムで置き換える場合も同様に適用できる。この場合、分離用のダイクロイックプリズムを合成用の偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムと同様に、軽く、低コストの硝材を使ってもよい。
【０１１８】
図８、図９等において、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、１０５ＲＢの容積をＶ１とし、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの容積をＶ２とした場合、Ｖ１をＶ２より小さくし、上述したように硝材を選択すると、使用特性に合わせて性能の最適化が可能であり、また、低コスト硝材を使用でき、重量も低減できる。変形例として、色分離ミラー１０２として、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを使い、偏光ビームスプリッタ１０５の代わりにダイクロイックプリズムを使用する場合にも適用できる。特に色分離用及び色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢやダイクロイックプリズムの大きさを大きくすると、入出射光線がケラレないようにすることができる。この場合、硝材の透過効率、あるいは反射率などの使用目的に対して、偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムの硝材を変えることにより、性能向上、コストの軽減、比重の軽い硝材を利用して軽量化を狙える。例えば、検光偏光ビームスプリッタは高屈折で光り弾性定数の０．５×１０-12Ｎ／ｍ2、大きさ□３２及び応力を５．３×１０4以Ｐａ以下である硝材で消光比を良好にするが、色分離用や色合成用のダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタは比重が軽く、誘電体多層膜も含めて総合的な透過効率の良い硝材を用いれば、光線のケラレ防止で体積を大きくした場合にも、性能向上と軽量化及び低コスト化を狙える。
【０１１９】
次に、図１７を用いて、液晶表示素子を偏光ビームスプリッタ１０５に取り付ける場合の例について説明する。
【０１２０】
図１７（ａ）、（ｂ）は偏光ビームスプリッタへの液晶表示素子の取り付け方の実施例を示す一部断面平面図である。図１７（ａ）において、液晶表示素子１０７Ｇは枠１０７に液晶材１３２が封入され、その両側にカバーガラス１３３ａ、１３３ｂが設けられている。この液晶表示素子１０７Ｇの位置を調整後、枠１３０部分を接着剤１３４ａ、１３４ｂで直接偏光ビームスプリッタ１０５Ｇに接着されている。接着剤としては例えば、ＵＶ接着剤や熱硬化接着剤などを用いて硬化させても良い。
本実施例において、カバーガラス１３３ａと偏光ビームスプリッタ１０５Ｇを接着剤で接着または固定してもよい。
【０１２１】
図１７（ｂ）は他の実施例を示すもので、本実施例においては調整板１３４が設けられており、この調整板１３４が偏光ビームスプリッタ１０５Ｇに接着剤１３４で接着される。液晶表示素子１０７Ｇは偏光ビームスプリッタ１０５Ｇに対して位置が調整された後、枠１３０が調整板１３４に接着または固定される。また、カバーガラス１３３ａと偏光ビームスプリッタ１０５Ｇとの間にシリコンオイルあるいは接着剤等を用いて空気層を無くすことができる。
本実施例によれば、偏光ビームスプリッタ１０５Ｇと液晶表示素子１０７Ｇ間の界面を低減させることができるため、光利用効率を上げることができる。
なお、図１７の実施例では、偏光ビームスプリッタ１０５ＧとＧ光用の液晶表示素子を例にとって説明したが、Ｒ光、Ｂ光用の液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂについても同様に偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに直接取り付けることによって、同様な効果を得ることができる。
【０１２２】
次に、図１８を用いて、偏光ビームスプリッタの組立について説明する。
図１８（ａ）は偏光ビームスプリッタの一実施例を示す斜視図であり、図１８（ｂ）は偏光ビームスプリッタの組立構造部の一実施例を示す斜視図である。本実施例において、図８に示す色分離ミラー１０２、全反射ミラー１１０を偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムとした、４個のプリズムを使用した構成として示している。
【０１２３】
図１８（ａ）において、１５１は色分離用の偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムであり、貼り合わせ面に段差を設けるために、高さの長い三角柱のプリズム１５１Ｈと短い三角柱のプリズム１５１Ｌとから構成されている。１５２はＧ光用の偏光ビームスプリッタであり、貼り合わせ面に段差を設けるために、長い三角柱のプリズム１５２Ｈと短い三角柱のプリズム１５２Ｌとから構成されている。１５３はＲ光およびＢ光用の偏光ビームスプリッタであり、貼り合わせ面に段差を設けるために、長い三角柱のプリズム１５３Ｈと短い三角柱のプリズム１５３Ｌとから構成されている。光は色分離用の偏光ビームスプリッタ１５１もしくはダイクロイックプリズムで色分離され、Ｇ光は偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１５２で反射されてＧ光用液晶表示素子１０７Ｇに入射され、液晶表示素子１０７Ｇで反射されたＧ光は色合成用の偏光ビームスプリッタ１５４で反射されて投射レンズ（図示せず）に入射される。偏光ビームスプリッタ１５１で分離されたＲ光およびＢ光は偏光ビームスプリッタ１５３で分離されて、それぞれ液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂに入射される。液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂで反射されたＲ光、Ｂ光は色合成用の偏光ビームスプリッタ１５４を透過して投射レンズ（図示せず）に入射される。各偏光ビームスプリッタ間の隙間には偏光板、１／２λ波長板、特定波長域偏光変換素子等が挿入される。長い三角柱のプリズムと短い三角柱のプリズムの組み合わせによって、偏光ビームスプリッタ１５１〜１５４の上下にはそれぞれ段部１５５が設けられている。図１８（ｂ）において、１５７は組立構造部であり、長い三角柱のプリズム１５１Ｈ〜１５４Ｈを載置する台部１５８Ｈ〜１６１Ｈ及び短い三角柱のプリズム１５１Ｌ〜１５４Ｌを載置する台部１５８Ｌ〜１６１Ｌが設けられている。なお、この組立構造部１５７に設けられている突起部１６３は位置決めのために使用される。
【０１２４】
図１８（ａ）の偏光ビームスプリッタを組立構造部１５７に組み立てるには、長い三角柱のプリズム１５１Ｈ〜１５４Ｈの底部を台部１５８Ｈ〜１６１Ｈに位置決め用の突起部１６３に接するように配置し、短い三角柱のプリズム１５１Ｌ〜１５４Ｌを台部１５８Ｌ〜１５８Ｌに位置決め用の突起部１６３に接するように配置する。各偏光ビームスプリッタ１５１〜１５４の間には溝が施されており、偏光板や特定波長域偏光変換素子等が配置される。このとき、バネやフォーム等で位置決めされると精度良く配置できる。
【０１２５】
本実施例においては、偏光ビームスプリッタ１５１〜１５４に段部を設け、この段部で位置決めを行っているために、偏光ビームスプリッタの誘電体多層膜の面が基準面となり、組立精度が向上し、したがって、性能も向上する。
また、図より明らかなように、本実施例においては、色分離用の偏光ビームスプリッタ１５１は光の入射側のプリズム１５１Ｈの面積を広くし、出射側偏光ビームスプリッタ、すなわち色合成用の偏光ビームスプリッタの出射側のプリズム１５４Ｈの面積を広くしている。光は液晶表示素子に到達するまでは、先に行くに従って光の透過面積を小さくする方が好適であり、液晶表示素子から出射された光は先に行くにしたがって透過面積が大きくなるように設定して光のケラレを防ぐようにすると好適である。本実施例ではこの様な効果を達成することができる。
なお、図１８において、一部の偏光ビームスプリッタをダイクロイックプリズムで構成する場合においても同様な効果を得られることは言うまでもない。
【０１２６】
次に、１／４λ波長板の調整機構について、図１９を用いて説明する。
図１９は１／４λ波長板の取付を説明するための側面図である。図において、１６０は例えば、図８の１／４λ波長板１０６ｂの取付板であり、偏光ビームスプリッタ１５２からの光が透過するための窓が設けられている。１／４λ波長板１０６ｂは軸１６１に固定されている。軸１６１は取付板１６０に回転可能に取り付けられており、液晶表示素子１０７Ｇとの光の偏光軸が合うように調整され、調整後取付板１６０に固定される。１／４λ波長板１０６ｂの回転軸の中心はプリズム１５２Ｌの上面に合わせて位置決めされている。すなわち、１／４λ波長板１０６ｂは偏光ビームスプリッタ１５２の上面あるい下面、もしくは出射側あるいは左右の面を基準としている。したがって、液晶表示素子交換時も基準が一定であり、もとの位置が明確なため、調整手順を明確にすることができる。上記の実施例は他の１／４λ波長板の取付にも適用できることは言うまでもない。
【０１２７】
図８、図９等において、各偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、１０５ＲＢ、１０５ＲＧＢには光の透過又は反射に寄与しない面があるが、これらの面での光の乱反射を防ぐために、これら光の透過又は反射に使用しない面をすりガラスにしたり、黒く塗りつぶすと好適である。偏光ビームスプリッタをダイクロイックプリズムに置き換えた場合も同様である。
【０１２８】
図８を参照すると、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射するＢ光はＳ偏光光であり、ＲＧ光はＰ偏光光であり、かつＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂからの出射光軸と色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの出射光軸は直角になるように配置されている。色合成用の偏光ビームスプリッタＲＧＢの代わりに、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることができる。
【０１２９】
図８に示す色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの代わりにダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いた場合、色合成用のダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズム内で、反射光として他の光と合成される光はＳ偏光光の方が効率がよく、逆に透過光として合成される光はＰ偏光光の方が効率がよい。すなわち、反射光がＳ偏光光の場合は、ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムに設けられた誘電体多層膜の反射帯域幅が広くなり、帯域シフト等による膜特性の影響を受け難い。また、透過光がＰ偏光光の場合には、 ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムに設けられた誘電体多層膜の透過帯域幅が広くなり、帯域シフト等による膜特性の影響を受け難い。従って、Ｂ光はＳ偏光で反射光とし、 ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムを透過するＲＧ光をＰ偏光として合成し、 ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムによって反射される光軸方向に出射するように構成すると効率がよい。
一方、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを用いる場合は、Ｂ光用の液晶表示素子１０７Ｂからの光を偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射させ、ＲＧ光と合成して出射するように構成した場合、当然ながら反射光をＳ偏光光とし、透過光をＰ偏光光とする必要がある。
【０１３０】
図９においては、色合成手段である偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射されるＧ光はＳ偏光光であり、ＲＢ光はＰ偏光光であり、かつ、Ｇ光用の液晶表示素子１０７Ｇからの出射光と平行になるように出射手段である偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの出射光軸が設けられる。
また、図９を参照すると、Ｒ光用の液晶表示素子１０７ＲとＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂは略直角に配置され、Ｒ光及びＢ光を分離合成する分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢの入射光軸と出射光軸とは略直角であり、この出射光軸と略平行に投射レンズ１１３が配置されるように構成されている。
本実施例において、分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢの代わりに、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることができることは言うまでもない。
光学エンジンを図８、９等に示すように構成することによって、図１４に示すような映像表示装置が得られる。
【０１３１】
図２０は本発明による映像表示装置の一実施例を示す概略斜視図である。図において、光学系を透視して示している。図において、１７１は照明光学系であり、１７２は図８、９に示すような光学エンジンである。照明光学系１７１から光の分離合成ユニット１７２に入射された光の光軸は略直角に曲げられて光の分離合成ユニット１７２から出射される。この光は投射レンズ１１８を通してキャビネットの背面に設けられた反射ミラー１７４で反射されてスクリーン１７５に投射される。この場合、分離合成ユニット１７２と投射レンズ１１８の光軸をシフトさせて背面の反射ミラー１７４への入射角度を変化させてもよい。
これによりミラーサイズを小さくし、また、セットの奥行き方向サイズを小さくできる。また、この場合、検光プリズムと色合成プリズムの光軸をシフトしてもよい。さらには投射レンズ１１８の光軸と色合成プリズムの光軸を段階的にシフトしてもよい。
【０１３２】
図２１は光学系の他の実施例を示す斜視図である。図は図１４と比較して、光軸を変換するためのミラー１７６が設けられている点が異なる。本実施例ではミラー１７６を設けることによって、直接スクリーンに映像を投射することができる。
図２０及び図２１の実施例においては光学系をコンパクトに配置することができる。
【０１３３】
図８において、反射ミラー１０９に直接偏光変換素子１０１からＲ光、Ｂ光及びＧ光を入射し、Ｇ光及びＢ光を反射ミラー１０９を透過させ、Ｂ光を反射させ、このＢ光を偏光ビームスプリッタで反射させてＢ光用の液晶表示素子に入射させ、 Ｂ光用の液晶表示素子からの光を合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射させ、これを透過して出射させ、一方Ｇ光及びＲ光をそれぞれＲ光及びＢＧ光用の液晶表示素子に入射させ、ここから出射された光を合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射させて、出射させることによって、色分離ミラーとして働くミラー１０９に入射される光軸と、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢから投写レンズに出射される光軸は略平行になるように構成することができる。なお、この場合、偏光ビームスプリッタをダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに置き換えることができることは当業者ならば当然のことである。
【０１３４】
上述した光学エンジンを用いた映像表示装置について、図２２を用いて説明する。
【０１３５】
図２２は本発明による映像表示装置の他の実施例を示す概略斜視図である。図において、照明光学系１７１から光学エンジン１７８に入射する光の入射軸と光学エンジン１７８から出射される光軸とは略平行になっており、光学エンジン１７９から出射された光は反射ミラー１７９で反射されて投写レンズ１１８に入射され、キャビネット１７３の背面に設けられた反射ミラー１７４で反射されてスクリーン１７５に投射される。
【０１３６】
本実施例においては、投写レンズのバックフォーカスを短くすることができるので、投射レンズの枚数を低減して小型化することができる。
図２３は光学系の更に他の実施例を示す斜視図である。図においては反射ミラー１７９を使用しない配置例である。図２２の実施例と比較して、映像表示装置は縦方向に多少長くなるが、横方向に短くすることができる。
図２０及び図２２において、投射レンズからの出射光をキャビネット１７３の背面に設けられた反射ミラー１７４によってスクリーン１７５に投射する場合、スクリーン１７５に一体にレンズ、例えばフレネルレンズを設けて広がりのある光を略平行にするとセットの小型化を達成することができる。
【０１３７】
図１において、液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの前に配置されたコンデンサレンズ３０を投射レンズ２０と一体と考え、投射レンズ２０の絞り面近傍に第一合成焦点位置が存在するように構成すると、偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢ、色合成ミラー１９を通過する光束を絞ることができるため、これらを小型にすることができる。特に色合成ミラー１９の代わりに、色合成偏光ビームスプリッタ又はダイクロイックプリズムを用いた場合には、プリズムが軽くなり、安価になる効果が得られる。
【０１３８】
図８または図９等において、色分離ミラー１０２の代わりにダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラーを用い、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの代わりに、ダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーを用いた場合、色分離ダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラーの半値波長と色合成ダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラーの半値波長とを異なる値とすることにより、不要光を排除し、色純度を向上させることができる。例えば、入射のダイクロ特性、すなわちバンドパスフィルタの低域半値波長を５００ｎｍ、高域半値波長５９０ｎｍとし、出射プリズムのダイクロ特性の低域半値波長を５１０ｎｍ、高域半値波長５８０ｎｍと規定すると、５００ｎｍ〜５１０ｎｍのシアンと５８０ｎｍ〜５９０ｎｍの間の黄色光を排除することができる。この組み合わせは特定波長域偏光変換素子とダイクロイックの組み合わせでも可能であり、さらには特定波長域偏光変換素子と偏光ビームスプリッタの組み合わせでも可能である。カットする光は近紫光、近赤外光であっても良く、組み合わせは十である。
【０１３９】
図８、９等の実施例において、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ間に冷却流路を設けると、特定波長偏光変換素子１１２や偏光板１０３の直接冷却を行えるため、冷却効率が良い。
偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの光の入射面または偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に冷却媒体の吹き出し口を設けることによって、特定波長偏光変換素子１１２や偏光板１０３の直接冷却を行えるため、冷却効率が良い。
偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの光の入射面または偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に冷却媒体の入出射口を同時に設けることによって、冷却媒体の流量を増やし、直接冷却を行えるので、さらに冷却効率が良い。
上記の冷却方式において、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの光の入射面または偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に設けられた偏光板１０３を直接冷却することによって、偏光板１０３を直接冷却でき、冷却を高効率で実現、性能向上もできる。
【０１４０】
本発明によれば、小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。また、色分離手段を偏光ビームスプリッタと特定波長域偏光変換素子の組合せで行っているので、角度依存性にともなう影響が少なく、色性能の設計が容易になる。したがって、小型、高輝度、高画質の光学エンジンまたは投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。
【０１４１】
【発明の効果】
本発明によれば、小型、軽量化を達成でき、性能向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投射型液晶表示装置の第１の実施例を示す概略の平面図である。
【図２】本発明による投射型液晶表示装置の第２の実施例を示す概略の平面図である。
【図３】本発明による投射型液晶表示装置の第３の実施例を示す概略の平面図である。
【図４】本発明による投射型液晶表示装置の第４の実施例を示す概略の平面図である。
【図５】本発明による投射型液晶表示装置の第５の実施例を示す概略の平面図である。
【図６】本発明による投射型液晶表示装置の第６の実施例を示す概略の平面図である。
【図７】本発明による投射型液晶表示装置の第７の実施例を示す概略の平面図である。
【図８】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第８の実施例を示す概略の平面図である。
【図９】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第９の実施例を示す概略の平面図である。
【図１０】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１０の実施例を示す概略の平面図である。
【図１１】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１１の実施例を示す概略の平面図である。
【図１２】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１２の実施例を示す概略の平面図である。
【図１３】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１３の実施例を示す概略の平面図である。
【図１４】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１４の実施例を示す概略の平面図である。
【図１５】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１６の実施例を示す概略の平面図である。
【図１６】光の透過率を示す特性図である。
【図１７】偏光ビームスプリッタへの液晶表示素子の取り付け方の実施例を示す一部断面平面図である。
【図１８】偏光ビームスプリッタ及びその組立ベース具の一実施例を示す斜視図である。
【図１９】１／４λ波長板の取付を説明するための側面図である。
【図２０】本発明による映像表示装置の一実施例を示す概略斜視図である。
【図２１】光学系の他の実施例を示す斜視図である。
【図２２】本発明による映像表示装置の他の実施例を示す概略斜視図である。
【図２３】光学系の更に他の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…光源、２Ｇ、２Ｒ、２Ｂ、１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ…反射型液晶表示素子、５…リフレクタ、６…第一アレイレンズ、７…第二アレイレンズ、８…偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）、１０…コンデンサレンズ、１１…反射ミラー、１３…ダイクロイックミラー、１４…入射偏光板、１６…Ｇ用偏光ビームスプリッタ、Ｒ−Ｂ用偏光ビームスプリッタ、１７、１１２ａ、１１２ｂ…特定波長選択偏光変換素子、２０…投射レンズ、２２…光学部材、２３…プリズム硝材、２５…誘電体多層膜、１０１…偏光変換素子、１０２…色分離ミラー、１０３…偏光板、１０５ＲＧ、１０５ＲＢ、１０５ＲＧＢ…偏光ビームスプリッタ、１０６…１／４λ波長板、１０９…反射ミラー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device for projecting an image on a screen using a light valve element such as a liquid crystal panel or a reflective liquid crystal display device, for example, a liquid crystal projector device, a reflective video display projector device, a liquid crystal television, a projection type The present invention relates to a video display device such as a display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There is known a projection display apparatus such as a liquid crystal projector that projects light on a light valve element such as a light bulb by irradiating light from a light source such as a light bulb.
This type of video display device adjusts light from a light source by changing it to light and dark for each pixel with a light valve element, and projects it onto a screen or the like. For example, a twisted nematic (TN) type liquid crystal display element, which is a typical example of a liquid crystal display element, has a polarization direction before and after a liquid crystal cell formed by injecting liquid crystal between a pair of transparent substrates having a transparent electrode film. The two polarizing plates are arranged so that they are different from each other by 90 °. By combining the action of rotating the polarization plane by the electro-optic effect of the liquid crystal and the selection of the polarizing component of the polarizing plate, Image information is displayed by controlling the amount of transmitted light. In recent years, in such a transmissive or reflective video display element, the element itself has been miniaturized and the performance such as resolution has been rapidly improved.
[0003]
For this reason, the display device using the light valve element such as the video display element has been improved in size and performance, and not only performs video display by a video signal as in the prior art, but also as an image output device of a personal computer. A projection-type image display device has also been newly proposed. This type of projection-type image display device is particularly required to be small in size and to obtain bright images at every corner of the screen. However, the conventional projection-type video display device has a problem that it is large-sized or has insufficient performance such as brightness and image quality of the finally obtained image.
[0004]
For example, miniaturization of the light valve element, that is, the liquid crystal display element itself, is effective for miniaturization of the entire liquid crystal display device. The ratio of the luminous flux on the liquid crystal display element to the total luminous flux emitted from the light source (hereinafter referred to as light utilization efficiency) is reduced because the illuminated area by the illumination means for all luminous flux is reduced, and Problems such as a dark screen periphery occur. Furthermore, since the liquid crystal display element can use only polarized light in one direction, about half of the light from the light source that emits randomly polarized light is not used. As an optical system for irradiating a liquid crystal display element with randomly polarized light from a light source aligned in one direction of polarization, a polarization conversion element such as a polarizing beam splitter as disclosed in JP-A-4-63318 is used. In some cases, random polarized light emitted from a light source is separated into P-polarized light and S-polarized light and synthesized using a prism.
[0005]
In addition, in this case, in the conventional optical system, particularly in the illumination optical system using the reflective liquid crystal display device, the polarizing beam splitter and the reflective liquid crystal display element are combined to turn on and off the image and the gradation. The light is analyzed by changing the polarization direction according to the expression, and then the image is projected onto the screen by the projection lens. In this case, color unevenness and contrast reduction become a problem due to the polarization beam splitter.
That is, since the characteristics of the transmittance of the P-polarized light and the reflectance of the S-polarized light with respect to the incident angle of light change, the transmittance and reflectance unevenness of the polarizing beam splitter occur with respect to the light at a predetermined angle of the illumination optical system. . As a result, the image quality projected on the screen is degraded.
[0006]
A transparent material sandwiching a PB film as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 09-054213 has an absolute value of photoelastic coefficient of 1.5 × 10 5.-8 cm2Some use a polarizing beam splitter made of a glass material having a / N or less to reduce the birefringence in the polarizing beam splitter glass material and improve the contrast on the screen.
However, in the present invention, the polarizing beam splitter glass material itself is heavy (approximately twice or more as compared with the conventional one) and the cost is increased, so it is desired to reduce the number of use. However, other than the embodiment of the present invention, the general optical system uses three polarization beam splitters for each of RGB three reflective panels, so that the size, weight and cost of the optical system can be reduced. Is not considered.
[0007]
In an optical system using a reflective liquid crystal display element, etc., a dichroic prism or dichroic mirror with a dichroic coat applied to the color separation / combination system is used, and light is emitted depending on the polarization direction when entering and exiting the color separation / combination system. Is changing the direction. It is known that the characteristics of a dichroic coat change depending on the polarization direction of incident light. That is, there is a difference in the wavelength band to be separated between P-polarized light and S-polarized light. More specifically, on the dichroic blue reflecting surface, the half-value wavelength of the P-polarized incident light is lower than that of the S-polarized incident light. In this case, light incident as S-polarized light is separated into reflected light and transmitted light according to the S-polarized half-value wavelength λs of the blue reflective coating surface. When the image information is white, the light is converted into P-polarized light by the blue reflective liquid crystal display element and re-incident on the blue reflective coating surface. This time, the light is separated into reflected light and transmitted light according to the P-polarized half-value wavelength λp. At this time, there is a wavelength band that is transmitted without being reflected because the half-value wavelength is lower. Since the light in the transmitted wavelength band cannot be used in the video display device, the light of the half-value wavelength difference is lost, and the brightness is reduced and the color performance is deteriorated. The same thing happens on the red reflecting surface.
[0008]
Therefore, it is impossible to use light corresponding to the shift of the wavelength band. As a result, the video display device has a problem of a decrease in light utilization efficiency and a decrease in chromaticity performance.
In addition, contrast is one of the important performances of an image display device, but in order to improve contrast, between the illumination system and the polarizing beam splitter, and / or between the polarizing beam splitter and the projection lens, Inserting a polarizing plate is effective, but in the conventional configuration, all red, green, and blue light passes through the polarizing plate, resulting in an increase in the temperature of the polarizing plate, a decrease in contrast, and polarization. There was a problem such as burning of the board.
From the above, it is necessary to take measures from the viewpoint of reducing the size, weight, and cost of the optical system and the projection type video display device itself while maintaining the brightness and image quality of the video display device.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior arts, there is a problem of a method for realizing size reduction, weight reduction, and cost reduction of the device itself while ensuring the brightness and image quality performance of the video display device. That is, in order to ensure brightness, improve contrast, reduce the size of the device itself, reduce weight, and reduce costs, improve the light efficiency of the dichroic prism, which is a polarization beam splitter and color separation / combination means, and enter and exit the reflective panel. In order to achieve this, it is necessary to devise a method for efficient arrangement of each of them.
[0010]
An object of the present invention is to provide a video display technique that can ensure brightness and high image quality performance at a small size and low cost with respect to the above-described problems in the prior art.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  One aspect of the present invention is:A color separation unit that separates illumination light into first and second light and third light, a color separation / combination unit that performs color separation / combination of the first light and the second light, and The first and second reflective liquid crystal display elements, which are arranged substantially at right angles in the vicinity of the color separation / combination unit and into which each of the first and second lights separated by the color separation unit is incident; A third reflective liquid crystal display element on which three light beams enter, and the first, second and third light beams emitted from the first, second and third reflective liquid crystal display elements. A color combining unit, and the third light is transmitted through the color combining unit and is incident on the third reflective liquid crystal display element. A first specific wavelength band polarization conversion element arranged on the incident side and converting the polarization direction of the first light, and arranged on the emission side of the color separation / synthesis unit It is, and has a second designated wavelength conversion element for converting the polarization direction of the first light.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings using some examples.
[0037]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a projection type liquid crystal display device according to the present invention. The embodiment of FIG. 1 uses a reflective liquid crystal display element 2 as a liquid crystal light valve for a total of three corresponding to three so-called three primary colors R (red), G (green), and B (blue). 3 shows a three-plate projection display device.
In FIG. 1, the projection type liquid crystal display device has a light source 1, which is a white lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a mercury xenon lamp, or a halogen lamp. The light source 1 includes at least one reflecting surface mirror 5 having a circular or polygonal exit aperture, and light emitted from the light source 1 passes through a liquid crystal display element 2 that is a light valve element and travels toward a projection lens 3, and is then screen 4. Is projected to.
[0038]
Light emitted from the light bulb of the light source 1 is collected by an elliptical, parabolic, or aspherical reflector 5 and is provided in a plurality of rectangular frames having substantially the same size as the exit aperture of the reflecting mirror reflector 5. Consists of a condensing lens, condenses the light emitted from the lamp unit, is incident on the first array lens 6 for forming a plurality of secondary light source images, and further comprises a plurality of condensing lenses, It passes through the second array lens 7 which is disposed in the vicinity of the plurality of secondary light source images and forms the individual lens images of the first array lens 6 on the liquid crystal display element 2. The emitted light is incident on a row of rhombus prisms of approximately ½ size of each lens width arranged so as to conform to the lateral pitch of each lens optical axis of the second array lens 7. The prism surface is provided with a polarizing beam splitter 8. The incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarizing beam splitter 8. The P-polarized light passes through the polarization beam splitter 8 as it is, and the polarization direction is rotated by 90 ° by the λ / 2 wavelength plate 9 provided on the exit surface of the prism, and is converted into S-polarized light and emitted. . On the other hand, the S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 8, reflected once again in the original optical axis direction in the adjacent rhomboid prism, and then emitted as S-polarized light. The emitted light is incident on the collimator lens 10.
[0039]
In a projection type liquid crystal display device using a conventional reflective liquid crystal display element, the amount of reflected light is reduced by about half because only one direction of polarized light is reflected by the combination of the incident polarizing plate and the reflective liquid crystal display element. However, since the polarization beam splitter 8 is used, the polarization direction of the randomly polarized light emitted from the light source 1 is aligned and incident on the reflective liquid crystal display element 2, so that it is ideally twice that of a conventional projection liquid crystal display device. Can be obtained. The array lenses 6 and 7 act so that individual images of the lens cells overlap the liquid crystal display element 2 and uniform image quality is obtained.
[0040]
The collimator lens 10 has at least one configuration, has a positive refractive power, and has a function of further condensing the S-polarized light. The light that has passed through the collimator lens 10 is reflected by the mirrors 11 and 12. The optical axis direction is converted by 90 ° in a predetermined direction. Thereafter, the light passes through the condenser lens 30 and irradiates the three reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B of each color RGB. First, the color separation mirror 13 or a color separation prism (not shown) The light is divided into R and B light and is incident on polarization beam splitters 16G and 16RB which are polarization separation / combination elements dedicated to the respective colors. That is, the G light is incident on the G-dedicated polarization beam splitter 16G according to the present invention, and is then S-polarized light, so that it is reflected toward the G-dedicated reflective liquid crystal display element 2G side and irradiates this panel. Further, the B light and the R light pass through the B-R light-dedicated polarizing plate 14, enter the RB-dedicated polarizing beam splitter 16RB according to the present invention, and then change the polarization direction only in a specific wavelength region. For example, the B light, which is the P-polarized light whose polarization has been converted, is converted from the S-polarized light to the P-polarized light after passing through the element 17. The beam passes through the beam splitter 16RB and irradiates the B-type reflective liquid crystal display element 2B. On the other hand, since the R light is S-polarized light, it is reflected by the RB-dedicated polarization beam splitter 16RB, and then irradiates the R-dedicated reflective liquid crystal display element 2R. Of course, the above example is one specific example, and the embodiment is not limited to this. R may be converted into P-polarized light, and apart from this, the polarized light of the original illumination system is P-polarized light. There is also a configuration in which one RGB color is converted to S-polarized light and the remaining two colors are P-polarized light. In addition, an RB-dedicated incident polarizing plate 14 and a G-dedicated incident polarizing plate 15 that transmit S-polarized light are arranged on the incident side of the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B dedicated to each color, and the degree of polarization of each color is increased. It is also possible to enhance the color purity by attaching the polarizing plate 14 to glass and applying a color adjusting film on the opposite side. Thereafter, the polarization is converted by the reflection type image display element 2 dedicated to each color, the light again enters the polarization beam splitters 16G and 16RB dedicated to each color, the S-polarized light is reflected, and the P-polarized light is transmitted.
[0041]
The reflective image display element 2 is provided with a number of liquid crystal display units corresponding to the pixels to be displayed (for example, 1024 horizontal pixels by 768 vertical pixels). Then, the polarization angle of each pixel of the liquid crystal display element 2 changes according to a signal driven from the outside, and finally light having a direction perpendicular to the incident polarization direction is emitted, and the light having the same polarization direction is polarized. The light is analyzed by the splitter 2. The amount of light passing through the polarizing beam splitter and the amount of light detected by the light having the polarized light at an intermediate angle are determined by the degree of polarization of the polarizing beam splitter 2. In this way, an image according to a signal input from the outside is projected. At this time, the polarization conversion elements of the G-dedicated polarization beam splitter 16G and the RB-dedicated polarization beam splitter 16RB according to the present invention have the polarization direction incident when the reflective image display elements 2R, 2G, and 2B perform black display. It is equivalent to light and is returned to the light source side as it is along the incident optical path. However, the detection efficiency, which is the degree of polarization and the extinction ratio of the polarizing beam splitter, slightly affects the performance, and slightly leaked or disturbed polarized light passes through the polarizing beam splitter and is emitted from the color synthesizing mirror 19 or the color on the output side. The light passes through the combining prism and is irradiated to the projection lens 20 side, and a slight brightness is detected on the screen during black display. As a result, the contrast performance may deteriorate.
[0042]
Naturally, the dielectric multilayer film constituting the polarization conversion element and the color separation / combination prism has the transmission efficiency or the reflection efficiency of the P-polarized light and the transmission efficiency of the S-polarized light with respect to light of a specific wavelength band incident thereon. Alternatively, the reflection efficiency, or the transmission efficiency or reflection efficiency for circularly polarized light has a peak value, and the dielectric multilayer film for exclusive use in a limited wavelength range is applied, for example, the G in the wavelength band from about 500 nm to about 600 nm. Dedicated G-polarized beam splitter 16G with an optimum dielectric multilayer film dedicated to light, dedicated to R light and B light in two or more wavelength bands from near 400 nm to near 500 nm and from near 600 nm to near 700 nm RB-specific polarization beam splitter 16RB with optimal dielectric multilayer coating applied to the dielectric multilayer coating It becomes easy, and transmission efficiency and the reflection efficiency, and even improved over conventional the test light efficiency. Therefore, it is possible to provide a reflective liquid crystal display device that realizes highly accurate color reproducibility, high brightness, high efficiency contrast, and the like. Furthermore, an image with higher uniformity and high color purity can be displayed by adding an inclined film, that is, a film in which the thickness of the dielectric multilayer film is changed depending on the incident angle of light.
[0043]
The light emitted from the polarization beam splitter 16RB is converted in the polarization direction of one of the R light and B light by the specific wavelength region polarization conversion element 18, and both the R light and B light are converted into, for example, S polarized light and applied to the dichroic mirror 19. Incident.
[0044]
Thereafter, the light of each color of RGB as the image is color-synthesized again by a color synthesis mirror 19 such as a dichroic mirror or a dichroic prism (not shown), and the light is a projection means (for example, a projection lens) such as a zoom lens. Pass through 20 and reach the screen. Images formed on the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B by the projection means 20 are enlarged and projected on a screen to function as a display device. In the reflection type liquid crystal display device using the three reflection type liquid crystal display elements, a power source 21 drives a lamp and a panel.
[0045]
Therefore, in the conventional reflection type liquid crystal display device, the light of the light source is separated into RGB three-color light by at least one or more color separation prisms or color separation mirrors, and then each RGB color is separated by at least three or more polarization beam splitters. Since the light was analyzed, and the three colors were synthesized by the color synthesis prism, and then the image was projected onto the screen by the projection lens, the overall device tends to be large, heavy, and expensive. It was. The configuration using two polarizing beamsplitters dedicated for G and RB according to the present invention can achieve a reduction in size and weight, and also can freely control color purity, further improve color unevenness and improve performance. It can be realized at the same time. Therefore, a compact, high-brightness, high-quality projection-type image display device can be realized. Furthermore, since the number of parts can be reduced, cost reduction can be achieved.
[0046]
FIG. 2 is a schematic plan view showing a second embodiment according to the present invention.
The light is emitted from the reflection type image display elements 2R, 2G, and 2B, for example, the reflection type liquid crystal display element, the reflection type ferroelectric image display element, the driving micromirror image display element, or the like, and is output by the polarization beam splitter 16G and the polarization beam splitter 16RB. Light of each color of RGB, which is an image analyzed by a certain polarization separation / combination element, is color-combined again by the dichroic dichroic prism 19a, and the light passes through the projection means 20 such as a zoom lens, and is then screened. To reach. The images formed on the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B by the projection unit 20 are enlarged and projected on the screen to function as a display device. The prism 19a of the present invention has a size larger than that of the polarizing beam splitter so that light rays do not vignett, and has a configuration different from that of the polarizing beam splitter in order to reduce the overall configuration. . In addition, since the inclined film or the like can be set independently by dichroic coating, an image with high uniform color purity can be provided.
[0047]
Further, according to the configuration of the present invention, an optical element such as the dichroic prism 19a is provided on the housing with a support portion for the corner chamfered portion 29 and the like, and the corner chamfered portion 29 of the optical element is supported on the optical element, thereby allowing Such an optical element can be easily held and positioned, the assembling time in mass production can be shortened, and the cost of the entire projection display apparatus can be reduced. Further, by this chamfered portion 29, another optical member, for example, a lens or other optical element, which is generated in a space margin, is arranged, and mutual interference is avoided in the case of high density arrangement, and miniaturization can be achieved.
[0048]
FIG. 3 is a plan view showing a third embodiment according to the present invention.
The illumination light passes through the condenser lens 30 and irradiates the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B of three colors RGB, first, the polarization direction of light in a predetermined wavelength band by the specific wavelength band polarization conversion element 28. Convert. In this case, if the illumination light is S-polarized light, it is converted to P-polarized light and separated into each color light by the broadband polarization beam splitter 16RGB. For example, when the polarized light of the G light is converted by the specific wavelength range polarization conversion element 28, the polarization beam splitter 16RGB divides the light into G light, R light, and B light, and a polarized light beam that is a polarization separation / combination element dedicated to each color. The light enters the splitters 16G and 16RB. That is, the G light is converted into the polarization direction of the P-polarized light into the S-polarized light by the specific wavelength band polarization conversion element 27 and is incident on the G-dedicated polarization beam splitter 16G. The liquid crystal display element 2G is irradiated by being reflected toward the 2G side. Further, the B light and the R light pass through the B-R light-dedicated polarizing plate 14, enter the RB-dedicated polarization beam splitter 16RB, and then pass through the specific wavelength region polarization conversion element 17 that converts the polarization direction only in the specific wavelength region. Then, the polarization of either the B light or the R light is converted from S polarized light to P polarized light. For example, the B light that is P polarized light whose polarization has been converted is transmitted to the RB dedicated polarization beam splitter 16RB. Pass through and irradiate the B-type reflective liquid crystal display element 2B. On the other hand, since the R light is S-polarized light, it is reflected by the RB-dedicated polarization beam splitter 16RB, and then irradiates the R-dedicated reflective liquid crystal display element 2R.
[0049]
Of course, the above example is one specific example, and the embodiment is not limited to this. R light may be converted into P polarized light, and the polarized light of the original illumination system may be converted into P polarized light. In this case, the configuration also holds when one color of RGB is converted to S-polarized light and the remaining two colors are P-polarized light. Further, an RB-dedicated incident polarizing plate 14 and a G-dedicated incident polarizing plate 15 that transmit S-polarized light are disposed on the incident side of the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B dedicated to each color, and the degree of polarization and / or color of each color is arranged. It is also possible to increase the purity. Thereafter, the polarization is converted by the reflection type image display element 2 dedicated to each color, the light again enters the polarization beam splitters 16G and 16RB dedicated to each color, the S-polarized light is reflected, and the P-polarized light is transmitted.
[0050]
The reflective image display element 2 is provided with a number of liquid crystal display units corresponding to the pixels to be displayed (for example, 1024 horizontal pixels by 768 vertical pixels). Then, the polarization angle of each pixel of the liquid crystal display element 2 changes according to a signal driven from the outside, and finally light having a direction perpendicular to the incident polarization direction is emitted, and the light having the same polarization direction is polarized. The light is analyzed by the splitter 16. The amount of light passing through the polarization beam splitter 16 and the amount of light detected by the light having polarization at an intermediate angle are determined by the relationship with the degree of polarization of the polarization beam splitter 16. In this way, an image according to a signal input from the outside is projected. At this time, the polarization conversion elements that are the G-dedicated polarization beam splitter 16G and the RB-dedicated polarization beam splitter 16RB have the same polarization direction as that of the incident light when the reflective image display elements 2R, 2G, and 2B perform black display. It is returned to the light source side along the incident optical path as it is. Thereafter, the light of each color of RGB, which is an image, is color-combined again by the dichroic mirror 19 or a dichroic prism (not shown), and the light passes through the projection means 20 such as a zoom lens and reaches the screen. . Images formed on the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B by the projection means 20 are enlarged and projected on a screen to function as a display device. In the reflection type liquid crystal display device using the three reflection type liquid crystal display elements, a power source 21 drives a lamp and a panel.
[0051]
Therefore, in the conventional reflection type liquid crystal display device, the light of the light source is separated into RGB three-color light by at least one or more color separation prisms or color separation mirrors, and then each RGB color is separated by at least three or more polarization beam splitters. Since the light was analyzed, and the three colors were synthesized by the color synthesis prism, and then the image was projected onto the screen by the projection lens, the overall device tends to be large, heavy, and expensive. It was. The configuration using two polarizing beamsplitters dedicated for G and RB according to the present invention can achieve miniaturization and weight reduction, and further can control color purity freely, further improve color unevenness and improve performance. It can be realized at the same time. In addition, since the color separation means is a combination of a polarization beam splitter and a specific wavelength region polarization conversion element, the influence of the angle dependency is small, so that the design of color performance is facilitated. Therefore, a compact, high-brightness, high-quality projection-type image display device can be realized. Furthermore, since the number of parts can be reduced, cost reduction can be achieved.
[0052]
FIG. 4 is a plan view showing a fourth embodiment of the present invention.
In addition to the effects of the embodiment of FIG. 3, RGB is an image that is emitted from the reflective image display elements 2R, 2G, and 2B and analyzed by the polarization beam splitter / combining element that is the polarization beam splitter 16G and the polarization beam splitter 16RB. The light of each color is color synthesized again by the dichroic prism 19a, and the light passes through the projection means 20 and reaches the screen. The images formed on the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B by the projection unit 20 are enlarged and projected on the screen to function as a display device. The prism 19a of the present invention has a size larger than that of the polarizing beam splitter so that light rays do not vignett, and has a configuration different from that of the polarizing beam splitter in order to reduce the overall configuration. . In addition, since the inclined film or the like can be set independently by dichroic coating, an image with high uniform color purity can be displayed.
[0053]
Further, according to the configuration of the present invention, an optical element such as the dichroic prism 19a is provided on the housing with a support portion for the corner chamfered portion 29 and the like, and the corner chamfered portion 29 of the optical element is supported on the optical element, thereby allowing Such an optical element can be easily held and positioned, the assembling time in mass production can be shortened, and the cost of the entire projection display apparatus can be reduced. In addition, by this chamfered portion 29, another optical member generated and a polarization beam splitter 16RGB which is a polarization separation / combination element are disposed in a space margin, and avoiding mutual interference when arranged at high density, miniaturization is achieved. it can. FIG. 5 is a plan view showing a fifth embodiment of the image display apparatus according to the present invention, and particularly shows the configuration of the optical system.
[0054]
In FIG. 5, the video display device is provided with a light source unit including a light source 1 and a reflective reflector 2, and light emitted from the light source unit passes through a polarization rectifying element 31, for example, a polarizing plate or a polarizing beam splitter (PBS), The light rectified as P-polarized light is separated into G light (green light), R light (red light) and B light (blue light) by the green separation mirror 13. The separated G light is incident on the polarization beam splitter 16G, incident light that is P-polarized light is transmitted, is incident on the reflective liquid crystal display element 2G that is an image display element, and is subjected to polarization conversion corresponding to the image signal and reflected. Then, it enters the polarization beam splitter 16G again. The polarizing beam splitter 16G analyzes the incident light according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2G, that is, reflects only the S-polarized component generated by the polarization conversion of the incident light. And get a video.
[0055]
The R light and B light separated by the green separation mirror 13 are converted into only S light by the specific wavelength region polarization conversion element 17 for converting the polarization direction of the specific wavelength region, and are incident on the polarization beam splitter 16RB. The The R light that is S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 16RB and enters the reflective liquid crystal display element 2R. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2R undergoes polarization conversion according to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarization beam splitter 16RB. In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2R to obtain an image. The B light passes through the polarization beam splitter 16RB as P-polarized light and enters the reflective liquid crystal display element 2B. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2B undergoes polarization conversion according to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarization beam splitter 16RB. In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2B to obtain an image.
[0056]
Although not shown in the figure, only the B light may be converted into S-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 17 that converts the polarization direction of the specific wavelength region. At this time, the polarization-converted B light becomes S-polarized light and enters the polarization beam splitter 16RB. The B light that is S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 16RB and is incident on the reflective display element 2B. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2B undergoes polarization conversion corresponding to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarization beam splitter 16RB. In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2B, and an image is obtained. The R light passes through the polarization beam splitter as P-polarized light, and is incident on the reflective liquid crystal display element 2R. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2R undergoes polarization conversion corresponding to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarization beam splitter 16RB.
In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2R to obtain an image.
[0057]
The obtained red, blue, and green images are synthesized by a color synthesis unit 19, for example, a dichroic mirror or a dichroic prism, and projected by a projection lens 20. At this time, if necessary, a specific wavelength region polarization conversion element 18 for converting the polarization direction of the specific wavelength region may be inserted on the exit side of the polarization beam splitter 16RB to align the polarization directions of the R light and the B light. Further, at this time, the polarizing screen can be used by setting the wavelength range for polarization conversion of the specific wavelength range polarization conversion element 18 so that the polarization directions of all the R light, G light, and B light are aligned.
[0058]
Alternatively, a polarization conversion element 32 that converts S-polarized light into P-polarized light is arranged for the light detected by the polarization beam splitter 16G in the optical path of G light, and P is applied to the color composition means 19 such as a color composition mirror. Polarized light in a specific wavelength range that changes the polarization direction of a specific wavelength range so that the polarization direction of one or both of R light and B light becomes S-polarized light in the red and B optical paths. The polarization conversion wavelength band of the conversion element 18 is set. Accordingly, it becomes possible to widen the transmission band of G light and to broaden the reflection band of one or both of R light and B light by the polarization characteristics of the dichroic mirror or dichroic coat which is the color synthesizing means 19.
[0059]
Furthermore, polarization rectifying elements 33, 34, and 35 such as polarizing plates may be arranged on the incident side and / or the exit side of the polarizing beam splitter 16G and / or the polarizing beam splitter 16RB. At this time, the polarization rectifying element 33 arranged before the incidence of the polarization beam splitter 16RB in the red and B optical paths is arranged before the incidence of the optical element 17 for converting the polarization direction of the specific wavelength region. Further, the polarization rectifying element 35 disposed after the incidence of the polarization beam splitter 16RB in the red and B light optical paths is disposed after the emission of the specific wavelength region polarization conversion element 18 that converts the polarization direction of the specific wavelength region.
The configuration using two polarization beam splitters according to the present invention can achieve a reduction in size and weight, and can further freely control color purity and further improve color unevenness.
[0060]
FIG. 6 is a plan view showing a sixth embodiment of the video display apparatus according to the present invention, which shows the structure of the optical system.
In FIG. 6, the video display device includes a light source unit including a light source 1 and a reflective reflector 5, and the light source 1 is a white lamp. The light emitted from the light source unit passes through a polarization rectifying element 8 such as a polarizing plate, for example, a polarizing plate or a polarization conversion element (polarizing beam splitter), and the light rectified as S-polarized light is G light by the green separation mirror 13. Are separated into R light and B light.
The separated G light is incident on the polarization beam splitter 16G, incident light that is S-polarized light is reflected, is incident on the reflective liquid crystal display element 2G that is an image display element, and is reflected by polarization conversion in accordance with the image signal. Then, it enters the polarization beam splitter 16G again. The polarization beam splitter 16G analyzes the incident light according to the polarization conversion amount received by the reflective liquid crystal display element 2G, that is, only the P-polarized component generated by the polarization conversion of the incident light. Reflect and get an image.
[0061]
The R light and B light separated by the green separation mirror 13 are converted into only P light by the specific wavelength region polarization conversion element 17 for converting the polarization direction of the specific wavelength region, and are incident on the polarization beam splitter 16RB. The R light, which is P-polarized light, is transmitted by the polarization beam splitter 16RB and is incident on the reflective liquid crystal display element 2R. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2R undergoes polarization conversion corresponding to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarization beam splitter 16RB. In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2R to obtain an image. The B light is reflected by the polarization beam splitter 16RB as S-polarized light and enters the reflective liquid crystal display element 2B. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2B undergoes polarization conversion corresponding to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarizing beam splitter 16RB. In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2B, and an image is obtained. Although not shown in the drawing, only the B light may be converted into P-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 17 that converts the polarization direction of the specific wavelength region. At this time, the polarization-converted B light becomes P-polarized light and enters the polarization beam splitter 16RB. The polarization beam splitter 16RB transmits the B light, which is P-polarized light, and enters the reflective liquid crystal display element 2B. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2B undergoes polarization conversion corresponding to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarizing beam splitter 16RB. In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2B, and an image is obtained. Further, the R light is reflected as S-polarized light by the polarization beam splitter 16RB and is incident on the reflective liquid crystal display element 2R. The light incident on the reflective liquid crystal display element 2R undergoes polarization conversion corresponding to the video signal, is reflected, and is incident again on the polarization beam splitter 16RB. In the polarization beam splitter 16RB, light is analyzed according to the amount of polarization conversion received by the reflective liquid crystal display element 2R to obtain an image.
[0062]
The obtained red, blue and green images are synthesized by a color synthesis means 19 such as a dichroic mirror or a dichroic prism and projected by a projection lens 20. At this time, if necessary, a specific wavelength region polarization conversion element 18 for converting the polarization direction of the specific wavelength region is inserted on the exit side of the polarization beam splitter 16RB, and the polarization directions of all the R light, G light, and B light are converted. By setting the wavelength range for polarization conversion of the specific wavelength range polarization conversion element 18 so as to be uniform, it is possible to use a polarizing screen.
[0063]
Alternatively, at this time, in the optical paths of the R light and the B light, the specific wavelength region polarization conversion element that converts the polarization direction of the specific wavelength region so that the polarization direction of one or both of the R light and the B light becomes S polarized light. 18 polarization conversion wavelength bands are set. As a result, the G light transmission band can be widened and the R light and B light reflection bands can be widened by the polarization characteristics of the dichroic mirror or dichroic coat as the color synthesizing means 19.
[0064]
Furthermore, the polarization rectifying elements 33, 34, and 35 may be disposed on the incident side or the exit side of the polarizing beam splitter 16G and the polarizing beam splitter 16RB. At this time, the polarization rectifying element 33 arranged before the incidence of the polarization beam splitter 16RB in the optical path of red and B light is arranged before the incidence of the specific wavelength band polarization conversion element 17 for converting the polarization direction of the specific wavelength band. In addition, the polarization rectifying element 35 disposed after the incidence of the polarization beam splitter 16RB in the optical path of the R light and the B light is disposed on the light exit side of the specific wavelength region polarization conversion element 18 that converts the polarization direction of the specific wavelength region.
The configuration using two polarization beam splitters according to the present invention can achieve a reduction in size and weight, and can further freely control color purity and further improve color unevenness.
[0065]
FIG. 7 is a plan view showing a seventh embodiment of the projection display apparatus according to the present invention. In the embodiment of FIG. 7, the reflection type liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B as liquid crystal light valves are summed up corresponding to the three primary colors R (red), G (green), and B (blue). A three-plate projection display device using three sheets is shown.
In the projection type liquid crystal display device of FIG. 7, the light source 1 is a white lamp.
The light emitted from the light source 1 is reflected by at least one reflecting surface mirror 5 having a circular or polygonal exit aperture, passes through the liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B, which are light valve elements, toward the projection lens 20, and the screen. Is projected to.
[0066]
Between the polarizing beam splitter 8 and the reflective liquid crystal display element 2, a dichroic mirror 13 which is a color separation means that transmits or reflects only the G light out of the three primary colors R light, G light, and B light, or A dichroic prism or the like is disposed and separated from other R light and B light. The G light separated by the dichroic mirror 13 is transmitted or reflected by the polarization beam splitter 16G and is incident on the liquid crystal display element 2G. At this time, polarizing plates 15 and 29 having a polarization rectifying action on the G light may be arranged on the incident side and / or on the exit side of the polarizing beam splitter 16G. The light incident on the liquid crystal display element 2G is modulated and reflected as readout light and emitted, and the modulated light is detected by the polarization beam splitter 16G. Further, the R light and B light separated from the G light pass through a specific wavelength band polarization conversion element 17 that performs polarization conversion only on a band of a specific wavelength that is approximately 510 nm to 580 nm or less, and R light, or The polarization of any one of the B lights changes, and the polarization directions of the R and B lights are orthogonal. Thereafter, the light enters the polarization beam splitter 16RB, and the R light and B light having different polarization directions are separated and enter the respective liquid crystal display elements 2R and 2B. At this time, a polarizing plate 14 having a polarization rectifying function may be disposed on the incident side of the specific wavelength band polarization conversion element 17. In addition, a specific wavelength region polarization conversion element 18 that performs polarization conversion only on a band of a specific wavelength that is greater than or less than a specific wavelength of approximately 510 nm to 580 nm may be disposed on the output side of the polarization beam splitter 28RB. Further, at this time, a polarizing plate 29 having a polarization rectifying action may be disposed on the emission side of the specific wavelength region polarization conversion element 18.
[0067]
The light incident on the liquid crystal display elements 2R and 2B is modulated and reflected by the liquid crystal display elements corresponding to the respective colors as readout light, and is reflected and emitted, and the modulated lights of the respective colors are respectively analyzed by the polarization beam splitter 16RB. The The detected R light, G light, and B light are combined by a dichroic mirror 19 or a dichroic prism that is a color combining filter, pass through the projection means 20, and reach the screen. At this time, the specific wavelength region polarization conversion element 18 is set so that light in the optical path that passes through the color synthesis filter becomes P-polarized light and light in the optical path that reflects the color synthesis filter becomes S-polarized light. Thus, the transmission and reflection bands of the color synthesis filter are widened, and a highly efficient optical system can be realized. The image formed on the liquid crystal display element 2 by the projection means 20 is enlarged and projected on the screen and functions as a display device. Further, since the polarizing plate is provided at the entrance and exit of the polarizing beam splitter, the contrast can be improved.
[0068]
The configuration using two polarizing beam splitters according to the present invention can achieve a reduction in size and weight, and can further freely control color purity, further improve color unevenness and the like, and can simultaneously improve performance. Therefore, a compact, high-brightness, high-quality projection-type image display device can be realized. Furthermore, since the number of parts can be reduced, cost reduction can be achieved.
[0069]
Hereinafter, an eighth embodiment of the optical engine according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic plan view showing an eighth embodiment of the optical engine used in the video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light. In the figure, light from a light source (not shown) is converted into S-polarized light through a polarization conversion element 101 typified by a combination of a polarizing beam splitter prism and a half-wave plate, and S-polarized light. The light is emitted as S-polarized light as it is.
As the polarization conversion element 101, an element that converts S-polarized light into P-polarized light may be used. In this embodiment, a case where P-polarized light is converted to S-polarized light by the polarization conversion element 101 will be described as an example.
[0070]
Of the S-polarized light transmitted through the polarization conversion element 101, the B light is transmitted through the color separation mirror 102 such as a dichroic mirror, and the polarization conversion element such as the polarizing plate 103a and the 1 / 2λ wavelength plate (polarization specific wavelength region polarization conversion). 115 may pass through the color adjustment film 104a and enter the polarization beam splitter 105RGB. The polarizing plate 103a is used to remove P-polarized light mixed in addition to S-polarized light which is the original light. Details of the color adjustment film 104a will be described later. The B light, which is S-polarized light, is converted into P-polarized light by the polarization conversion element 115, then passes through the polarization beam splitter 105RGB and enters the total reflection prism 108, where it is reflected. The B light reflected by the total reflection prism 108 is incident on the reflective liquid crystal display element 107B through the quarter-wave plate, and the P-polarized light is converted into S-polarized light by the liquid crystal display element 107B, and is reflected by the total reflection prism 108 again. After that, the light is incident on a color combining polarization beam splitter (or dichroic prism) 105RGB, reflected there, and emitted to a projection lens (not shown). The ¼λ wavelength plate 106a is used mainly for aligning the polarization axis of the liquid crystal display element 107B with the polarization axis of the polarization beam splitter 105RGB and the illumination optical system.
[0071]
The R light and G light, which are S-polarized light reflected by the color separation mirror 102, are reflected by the reflection mirror 109, and enter the specific wavelength band polarization conversion element 112a through the polarizing plate 103b for removing the S-polarized light. Here, the R light is converted from S-polarized light to P-polarized light, and the G light remains as S-polarized light, passes through the color adjustment film 104b, and enters the polarization beam splitter 105RG for color separation / synthesis. The G light, which is S-polarized light, is reflected by the polarization beam splitter 105RG, passes through the ¼λ wavelength plate 106b, and is incident on the reflective liquid crystal display element 107G for G light, and the S-polarized light is reflected by the liquid crystal display element 107G. The light is converted into P-polarized light, reflected, and again incident on the polarization beam splitter 105RG as P-polarized light, passes therethrough, and enters the specific wavelength band polarization conversion element 112b.
[0072]
The R light converted into the P-polarized light is transmitted through the polarization beam splitter 105RG for color separation / synthesis, transmitted through the ¼λ wavelength plate 106c, and then incident on the reflective liquid crystal display element 107R for R light. P-polarized light is converted to S-polarized light by the display element 107R, reflected, and emitted as S-polarized light. The R light, which is S-polarized light, is reflected by the polarization beam splitter 105RG and is incident on the specific wavelength region polarization conversion element 112b. The specific wavelength region polarization conversion element 112b converts the S-polarized light of the R light into P-polarized light, and transmits the G light as P-polarized light. R light and G light, which are P-polarized light, are removed from the P-polarized light component contained in the R light and G light by the polarizing plate 103c in order to prevent the deterioration of contrast, and then the polarization beam splitter for color synthesis ( (Or dichroic prism) 105 RGB. R light and G light, which are P-polarized light, are transmitted through the polarizing beam splitter (or dichroic prism 105RGB), and B light, which is S-polarized light, is reflected by the polarizing beam splitter (or dichroic prism) 105RGB to be a projection lens (not shown). The P-polarized light component mixed in the B light is not reflected by the polarizing beam splitter 105RGB but is transmitted therethrough, so that the P-polarized light component is not incident on the projection lens.
[0073]
In the embodiment of FIG. 8, the light incident on the color separation mirror 102 is converted to S-polarized light, but it may be configured to use light converted to P-polarized light. The specific wavelength region polarization conversion element 112a converts R light from S polarized light to P polarized light, but may be configured to convert G light to P polarized light.
As the color adjustment film 104, for example, a dielectric multilayer film is directly deposited on a polarizing beam splitter or a dichroic prism, or a dielectric multilayer film is deposited on a polarizing plate or a glass plate attached to a half-wave plate. A polarizing beam splitter, a dichroic mirror attached to a dichroic mirror, a color filter such as a color film or colored glass, and the like can be applied as long as it can reduce the transmittance in a specific wavelength region.
[0074]
In the present embodiment, the total reflection prism 108 is not necessarily required, and may be disposed to face the B light emission surface of the color combining polarization beam splitter 105RGB. However, by providing the total reflection prism 108 as in the present embodiment, the height of the optical path of each R, G, B light can be made uniform, so that the efficiency of each color light is good and the contrast is made suitable. be able to.
[0075]
The ninth embodiment of the optical engine according to the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 9 is a schematic plan view showing a ninth embodiment of the optical engine used in the video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light. In the figure, light from a light source (not shown) is converted into S-polarized light through a polarization conversion element (not shown) represented by a combination of a polarizing beam splitter prism and a half-wave plate. The S-polarized light is emitted as S-polarized light as it is.
[0076]
In FIG. 9, the G light is transmitted through the color separation mirror 102, P-polarized light contained in the S-polarized light component is removed by the polarizing plate 103a, converted into P-polarized light by the polarization conversion element 115, and then polarized. The light passes through the beam splitter 105RGB, is reflected by the total reflection mirror 108, and enters the liquid crystal display element 107G for G light through the ¼λ wavelength plate 106a. The G light incident on the liquid crystal display element 107G is converted into S-polarized light here, passes through the ¼λ wavelength plate 106a again, is reflected by the total reflection prism 108, and enters the polarization beam splitter 105RGB. Since the G light is S-polarized light, it is now reflected by the polarizing beam splitter 105RGB.
[0077]
The R light and B light, which are S-polarized light, pass through the polarizing plate 103b, are reflected by the reflecting prism 110, and pass through the specific wavelength region polarization conversion element 112a. The specific wavelength region polarization conversion element 112a converts the B light from S-polarized light to P-polarized light, and the R light is transmitted as S-polarized light without being converted, and the B light and R light are separated by color separation and The light is incident on the combining polarization beam splitter 105RB. Since the B light is P-polarized light, it is transmitted through the polarization beam splitter 105RB, is transmitted through the ¼λ wavelength plate 106b, and is incident on the B-light liquid crystal display element 107B, where it is converted into S-polarized light and reflected. The light again enters the polarization beam splitter 105RB through the quarter-wave plate 106b and is reflected there. Since the R light is S-polarized light, it is reflected by the polarization beam splitter 105RB, and enters the liquid crystal display element 105RB for R light through the ¼λ wavelength plate 106c. The light enters the polarizing beam splitter 105RB through the λ wave plate 106c. Since the R light is P-polarized light, it now passes through the polarizing beam splitter 105RB. The R light and B light emitted from the polarization beam splitter 105RB enter the specific wavelength band polarization conversion element 112b. The specific wavelength region polarization conversion element 112b converts the B light, which is S-polarized light, into P-polarized light, and transmits the R light, which is P-polarized light, without being subjected to polarization conversion. The R light and B light transmitted through the specific wavelength region polarization conversion element 112b are incident on the color combining polarization beam splitter 105RGB. Since both the R light and the B light are P-polarized light, they pass through the polarization beam splitter 105RGB and enter the specific wavelength band polarization conversion element 112c. The specific wavelength region polarization conversion element 112c converts the G light from S-polarized light to P-polarized light. Accordingly, R light, G light, and B light are transmitted as P-polarized light through the polarizing plate 103c and are incident on a projection lens (not shown). The polarization directions of the R light and the B light are not limited to this, and the R light may be incident on the polarization beam splitter 105RB as P polarization and the G light as S polarization.
[0078]
FIG. 10 is a schematic plan view showing a tenth embodiment of the optical engine used in the video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light.
In the figure, compared to the eighth embodiment of FIG. 8, the R, G, and B lights whose polarization directions are converted to S-polarized light by a polarization conversion element (not shown) are subjected to polarization conversion in a specific wavelength range. The incident light is incident on the element 112d, where the B light is converted into P polarized light, the color separation polarizing beam splitter 111 is provided in place of the color separation mirror 102, and the reflection mirror 109 is replaced with all of them. The main difference is that the reflecting prism 110 is provided.
[0079]
The B light is converted from S-polarized light to P-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 112d, and then transmitted through the polarization beam splitter 111, and the color adjustment film 104 and the polarizing plate 103 (an example of rectification by the polarizing plate). And enters the polarization beam splitter 105RGB for color synthesis. The B light thereafter is emitted from the polarization beam splitter 105RGB through the same path as in the embodiment of FIG. The R light and G light, which are S-polarized light, are reflected by the total reflection mirror 110 and then enter the polarizing plate 103b. The subsequent R light and B light are processed in the same manner as in the embodiment of FIG. 8, and are emitted from the polarizing beam splitter 105RGB. The polarizing plate 103a may be provided at the position of the specific wavelength region polarization conversion element 112d, and a polarizing plate, a vapor deposition polarizing plate, a polarization separation sheet, or the like may be attached to the prism 111 together with the specific wavelength region polarization conversion element 112d. Further, in this case, the prisms 111 and 110, the polarization beam splitter 105RGB, and the total reflection prism 108 can all be attached, and the assemblability can be improved. Also, the adjustment of the optical axis is easy.
[0080]
FIG. 11 is a schematic plan view showing an eleventh embodiment of the optical engine used in the video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light.
In the present embodiment, of the light from the light source unit (not shown), the P-polarized light is transmitted through the polarization conversion element as it is, and the S-polarized light is converted to P-polarized light by the polarization conversion element (not shown). Is done. Only the G light is converted into S-polarized light by the specific wavelength range polarization conversion element 112d and is incident on the polarization beam splitter 111 for separation. Only the G light that is S-polarized light is reflected here, and the total reflection prism 108 is further reflected. And enters the liquid crystal display element 107G for G light through the ¼λ wavelength plate 106a, and enters the polarization beam splitter 111 as P-polarized light. Since the G light is P-polarized light, it is transmitted through the polarizing beam splitter 111, and further transmitted through the polarizing plate 103a and the color combining polarizing beam splitter 105RGB and is incident on a projection lens (not shown). Since the B light and the R light are P-polarized light, they pass through the polarization beam splitter 111 and the polarizing plate 103b for color separation, and enter the specific wavelength region polarization conversion element 112a. The R light is converted into S-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 112a, and the B light is not polarized but is incident on the polarization beam splitter 105RB for color separation / combination (or detection) as P-polarized light. Since the R light is S-polarized light, it is reflected by the polarization beam splitter 105RB, enters the liquid crystal display element 107R for R light through the ¼λ wavelength plate 106b, is converted to P-polarized light, and passes through the polarization beam splitter 105RB. To do. Since the B light is P-polarized light, it passes through the polarizing beam splitter 105RB and enters the liquid crystal display element 107B for B light through the ¼λ wavelength plate 106c. Here, the light is converted into S-polarized light, and this time, since it is S-polarized light, it is reflected by the polarization beam splitter 105RB and is incident on the specific wavelength region polarization conversion element 11b. Here, the R light is converted into S-polarized light, the B light is converted into polarized light, passes through the S-polarized light as it is, is reflected by the total reflection prism 117 through the polarizing plate 103c, and is incident on the combining polarization beam splitter 105RGB. Is done. Since the R light and the B light are S-polarized light, they are reflected by the polarization beam splitter 105RGB and enter a projection lens (not shown). In this embodiment, the polarizing plate 103a is not necessary, and in that case, the total reflection prism 108, the polarization beam splitters 111 and 105RGB, and the total reflection prism 117 can be bonded together.
[0081]
FIG. 12 is a schematic plan view showing a twelfth embodiment of the optical engine used in the video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light.
Compared with the embodiment of FIG. 10, the embodiment of the figure is provided with a polarization conversion element 115 instead of providing the specific wavelength region polarization conversion element 112 d, and a dichroic prism 111 b is provided instead of the polarization beam splitter 111. However, the arrangement of the liquid crystal display element 107 is different. Note that the color adjustment film 104 is not illustrated, but may be provided as appropriate, for example, at the same position as in FIGS.
[0082]
In the present embodiment, description will be made assuming that R light, G light, and B light are S-polarized light. The G light passes through the dichroic prism 111b and the polarizing plate 103a, is converted into P-polarized light by the polarization conversion element 115, passes through the polarization beam splitter 105RGB, is reflected by the total reflection prism 108, and passes through the 1 / 4λ wavelength plate 106a. , Is incident on the liquid crystal display element 107G for G light. Thereafter, the light enters the polarization beam splitter 105RGB again through the same path as the B light in FIG. 10, and is reflected there.
[0083]
On the other hand, the R light and the B light are reflected by the dichroic prism 111b, reflected by the total reflection prism 110, transmitted through the polarizing plate 103b, and the B light is changed from S-polarized light to P-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 112a. The converted R light is not polarized in the polarization direction and enters the polarization beam splitter 105RB for color separation / synthesis. The B light that is P-polarized light is transmitted through the polarization beam splitter 105RB, is transmitted through the ¼λ wavelength plate 106c, and is reflected as S-polarized light by the liquid crystal display element 107B for B light. The B light is further reflected by the polarization beam splitter 105RB, converted into P-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 112b, passes through the polarizing plate 103c, and then passes through the polarization beam splitter 105RGB. Since the R light is S-polarized light, it is reflected by the polarization beam splitter 105RB for color separation / combination, passes through the quarter-wave plate 106b, is reflected as P-polarized light by the liquid crystal display element 107R for R light, and is analyzed by the analyzer. The light passes through a certain polarization beam splitter 105RB, the specific wavelength region polarization conversion element 112b passes through the polarized light as it is, is rectified by the polarization plate 103c, and then passes through the polarization beam splitter 105RGB. Of the R light, B light, and G light, the G light is changed to P-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 112c. For this reason, R light, B light, and G light are all polarized and rectified through the polarizing plate 103d as P-polarized light and then input to a projection lens (not shown). Accordingly, the polarizing plate 103c may be eliminated, and the polarization rectification of all the emitted light of R light, G light, and B light may be performed by the polarizing plate 103d. In this case, the outgoing polarization direction is aligned with all the light. Further, it is not necessary to cool the polarizing plate 103c, the structure is simplified, and the back focus distance is shortened, which is optically advantageous.
[0084]
FIG. 13 is a schematic plan view showing a thirteenth embodiment of an optical engine used in a video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light.
Compared with the embodiment shown in FIG. 11, the embodiment shown in FIG. 13 is provided with a specific wavelength region polarization conversion element 112c on the exit surface of the polarizing beam splitter 105 for separation. Further, in FIG. The polarizing plate 103c provided between the total reflection prism 117 is provided on the exit surface of the specific wavelength region polarization conversion element 112c, and the polarizing plate 103c provided between the polarization beam splitter 111 and the polarization beam splitter 105RGB is removed. The difference is different.
[0085]
The G light is reflected by the liquid crystal display element 107G through the same path as in FIG. 11, and then passes through the polarizing beam splitter 111 and the polarizing beam splitter 105RGB as P-polarized light. Similarly to the case of FIG. 11, the R light and the G light are reflected by the liquid crystal display elements 107R and 107B, respectively, and then the R light is converted from P-polarized light to S-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 112b. And B light are reflected by the total reflection prism 117 as S-polarized light and further reflected by the polarization beam splitter 105RGB. Thereafter, only the G light is converted from P-polarized light to S-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element 112c, and the R light, G light, and B light are projected as a S-polarized light through the polarizing plate 103c (not shown). Is incident on. Furthermore, even if the polarizing plate 103b and the specific wavelength region polarization conversion element 112b are removed, the color separation and combination function sufficiently. The size of the polarizing beam splitter is the largest for the polarizing beam splitter 105RGB, the smallest for the polarizing beam splitter 105RB, and the size of the polarizing beam splitter 111 is between these. Even if the light incident on the system is telecentric, it is possible to prevent the light incident on the liquid crystal display element from being vignetted by the polarizing beam splitter or the total reflection prism.
[0086]
FIG. 14 is a schematic plan view showing a 14th embodiment of an optical engine used in a video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light.
Compared with the embodiment of FIG. 8, the condenser lens 119a is provided between the color separation mirror 102 and the color combining polarization beam splitter 105RGB in the embodiment of FIG. The difference is that a condenser lens 119 b is provided between the mirrors 109. Therefore, the reflection and transmission paths of G light, R light, and B light are the same.
FIG. 14 is a schematic plan view showing a fourteenth embodiment of the optical engine used in the video display apparatus according to the present invention. The light is indicated by a solid line and a dotted line, the solid line indicates S-polarized light, and the dotted line indicates P-polarized light.
The embodiment of FIG. 15 differs from the embodiment of FIG. 9 in that a condenser lens 119 is provided on the incident side of the color separation mirror 102. The reflection and transmission paths of G light, R light, and B light are the same as those in FIG.
[0087]
Hereinafter, the function and effect of the embodiment of FIGS. 8 to 15 will be described.
The liquid crystal display element 107B in FIGS. 8, 10, and 14 and the liquid crystal display element 107G in FIGS. 9, 11, 1213, and 15 do not necessarily have to be reflected by the total reflection prism 108, but the direct color composition polarization beam splitter 105RGB or polarization beam. You may attach facing the splitter 111. FIG.
[0088]
8 to 15, the color separation means such as the color separation mirror 102, the polarization beam splitter 111, and the color separation dichroic prism 111b, and the color separation such as the polarization beam splitter 105RG and the polarization beam splitter 105RB for color separation / combination. It can be configured by combining means and color combining means indicated by a color combining polarizing beam splitter 105RGB. Therefore, RGB color separation and composition can be easily performed at a low weight and at a low cost.
[0089]
In all the embodiments, the first reflection unit such as the reflection mirror 109 and the total reflection prisms 110 and 117 and the second reflection unit such as the total reflection prism 108 are provided, so that the R light, the B light, and the like. The optical path length of G light can be made the same. Moreover, by comprising in this way, while being able to make it lightweight and low cost, various arrangement | positioning can be comprised. That is, the triangular prism having the same optical path length than the rectangular prism block can be reduced in weight by about half if the same glass material is used, thereby reducing the material cost.
[0090]
As the reflection means such as the reflection mirror 109, the total reflection prisms 110 and 117, and the total reflection prism 108, aluminum, a silver vapor deposition mirror, a reflection prism, a mirror vapor deposition prism, or the like can be used. As a result, the reflection efficiency can be improved, and a reduction in size and weight can be achieved.
Alternatively, a dichroic mirror or a dichroic prism provided with a dielectric multilayer film can be used as the reflecting means. Thus, unnecessary light is cut and color adjustment is possible. Further, by using the color adjusting film 104 for the reflecting means, color adjustment can be performed more finely.
[0091]
8 to 10 according to the present invention, among the R light, G light, and B light by the color separation means such as the separation mirror 102, the polarization beam splitter 111, the color separation dichroic prism 111b, etc. The first and second lights are separated into the third light, and the optical axis direction is bent, for example, in a substantially right angle direction by the first reflecting means such as the reflection mirror 109 and the total reflection prisms 110 and 117, and the polarization beam splitter. The light is incident on color separation / combination means such as 105RG and polarization beam splitter 105RB. The light incident on the color separation / combination means is separated into the first light and the second light, and is incident on an image display element that is a light valve corresponding to each color light, which is arranged substantially at right angles to each other. The first light and the second light reflected by these video display elements are incident on the color synthesizing means. After the third light is separated by the color separation means, it passes through the color composition means constituted by the polarization beam splitter 105RGB arranged in the direction of the emission optical axis of the third light in the direction of the optical axis, For example, after being bent in a substantially right angle direction by the reflecting means 2 and entering the image display element that is the light valve for the third light, the image display element that is the light valve corresponding to the light of each color is reflected. The image light emitted from the image display element is combined with the first and second lights by the color combining means. Therefore, in this embodiment, the efficiency and contrast ratio of each color of the first to third lights, for example, R light, G light, and B light, can be optimized.
[0092]
In the embodiment of the present invention, the polarized light unified into S-polarized light or P-polarized light in the illumination optical system is the light separated into R light, G light, and B light by the color separation means. The first and second two-color light beams are bent in the direction substantially perpendicular to the optical axis direction by the first reflecting means, and the first light of the first and second two-color light beams is polarized by the specific wavelength band polarization conversion element. If the direction is different from the polarization direction of the second light, for example, if the first light is S-polarized light, the second color light is converted into P-polarized light and then incident on the color separation / combination means. The light incident on the color separation / combination means is separated into first and second lights, and is incident on video display elements, which are light valves corresponding to the respective color lights, arranged substantially at right angles to each other. The remaining third light separated by the color separation means is separated by the color separation means, and then the polarization conversion element, for example, the polarization conversion element 115, 1 / 2λ wavelength, disposed in the direction of the third light emission optical axis. The polarization direction is converted by a plate or the like, for example, the S-polarization direction is converted to the P-polarization direction (see FIG. 8), and the color synthesizing means, for example, the polarization beam splitter 105RGB disposed on the output side of the polarization conversion element is The light passes in the direction of the optical axis, and the third light is bent in a substantially right angle direction by the second reflecting means, and is incident on an image display element that is a light valve corresponding to the color of the third light. . In this case, without using the second reflecting means, it simply enters the image display element, which is a light valve of this color, in the direction of the outgoing optical axis of the color synthesizing means via an optical medium such as glass material or air. Also good. The light is reflected by the image display element which is a light valve of each color. Of the image light emitted from these image display elements, the first light is emitted from the image display element as P-polarized light, and the second color light is emitted from the image display element as S-polarized light, respectively. Color synthesis or black display or the like is analyzed by a synthesis unit, for example, polarization beam splitters 105RB and 105RG, and emitted in a direction orthogonal to the incident optical axis of the color separation and synthesis unit. Thereafter, the second color light, which is S-polarized light, is converted into P-polarized light by the specific wavelength region polarization conversion element (for example, the specific wavelength region polarization conversion element 112b) arranged on the output optical axis, The polarization direction is aligned with that of the P-polarized light, which is color light, and is incident on the color combining means. On the other hand, after the third light is reflected from the image display element, if the incident light is P-polarized light, the polarization direction is converted by the image display element so that the outgoing light becomes S-polarized light, and the light is transmitted through the second reflecting means. Is incident on the color composition means. The third light is then reflected by the color synthesizing means and synthesized with the light that is the first and second P-polarized light, and the outgoing optical axis is different from the incident optical axis of the third light to the color synthesizing means. It is emitted from. In addition, when the light incident on the color separation means is P-polarized light, the third light polarization conversion element 115 and the 1 / 2λ wavelength plate described above are not necessary and the P-polarized light is transmitted through the color separation means. And enters the second reflecting means. Since the first light and the first light need to be separated into P-polarized light and S-polarized light, respectively, a specific wavelength region polarization conversion element is required on the incident / exit optical path of the color separation / combination means as described above. In this case, the number of polarization conversion elements for the third light can be reduced and the cost can be reduced.
[0093]
In the present embodiment, as shown in the eighth embodiment, the first color separation unit may reflect the R light and the G light and transmit the B light. A color separation / combination prism may be disposed at the light incident position of the total reflection prism 108 to transmit the R light and the B light and reflect the B light. Further, as in the embodiment of FIG. 11, R light and B light may be transmitted and G light may be reflected. In this configuration, R light and G light may be transmitted and B light may be reflected.
Similarly, as shown in FIG. 9, the color separation unit may reflect R light and B light and transmit G light. Alternatively, the color separation / combination prism may be arranged at the light incident position of the total reflection prism 108 to transmit the R light and the B light and reflect the G light.
[0094]
Further, the color separation unit may be configured to reflect G light and B light and transmit R light, or to transmit G light and B light and reflect R light.
In the embodiment of the present invention, the color separation means is constituted by a dichroic mirror or a dichroic prism.
The color separation / synthesis means and the color synthesis means are configured by a polarization beam splitter which is a polarization separation / synthesis element.
[0095]
In this embodiment, a specific wavelength region polarization conversion element is disposed between the first color separation unit and the color separation / synthesis unit. In addition, since the specific wavelength polarization conversion element is arranged between the first color separation unit and the color synthesis unit, and between the color separation and synthesis unit and the color synthesis unit, each of the R, G, and B lights Efficiency and contrast ratio are improved.
Further, in these configurations, by disposing a polarizing plate (or a polarization rectifying element) between the first color separation unit and the color synthesis unit and between the color separation and synthesis unit and the color synthesis unit, R, The contrast ratio of each color light of G and B can be improved.
[0096]
The color separation / combination means takes the peak value of the optical characteristics so that the transmission efficiency or reflection efficiency is optimal for the two incident colors. For example, a configuration that is a polarization beam splitter 105RG specialized in characteristics for color separation / combination of R light and G light, or a polarization beam splitter 105RB specialized in characteristics for color separation / synthesis of R light and B light, or G A polarization beam splitter configuration in which characteristics are specialized for color separation and combination of light and B light may be used. Thereby, the efficiency and contrast ratio of each color light of R, G, and B can be improved.
[0097]
The color separation / synthesis unit and the color synthesis unit are polarization separation / analysis elements. Thereby, the contrast ratio of each color light of R, G, and B can be improved.
The color separation / synthesis means and the color synthesis means can eliminate light vignetting by making the size of the color separation / synthesis means larger than the size of the color synthesis means.
In this embodiment, the color synthesizing means has two colors (BG light, RB light, or RG light) that are P-polarized light incident from substantially orthogonal directions, and one color that is S-polarized light (R light, Alternatively, G light or B light) may be combined to emit three colors in the direction of the P-polarized light axis.
In this embodiment, the optical axis of the color synthesizing means is parallel to the optical axis of the projection means, but the optical axis may be shifted.
[0098]
In the present embodiment shown in FIG. 9, since the reflection mirror portion is made of total reflection prisms 108 and 110, the optical path length can be made uniform with R light, G light and B light, and the back focus can be shortened. it can.
Further, by bonding the total reflection prism 108 to the color synthesis prism or the polarization beam splitter 105RGB, it is possible to reduce an error in assembly accuracy.
[0099]
The light emitted from the liquid crystal display element 107G for G light is S-polarized light, the light emitted from the liquid crystal display element 107R for R light is P-polarized light, and the light emitted from the liquid crystal display element 107B for B light is emitted. By making the incident light S-polarized light, the efficiency and contrast ratio of each color light of R, G, and B can be improved.
[0100]
In the embodiment shown in FIG. 11, after passing through the specific wavelength region polarization conversion 112d, the color is separated by the polarization beam splitter 111 which is the color separation means, and the first and second light colors are separated by the color separation / combination means (for example, the polarization beam). Through the splitter 105RG), the light is input / exited to the liquid crystal display element corresponding to the first and second light, synthesized by the color separation / synthesis means, and emitted from the orthogonal optical axis different from the incident, and the mirror (total reflection mirror) 117) through the color composition means. The third light enters / exits the liquid crystal display element corresponding to the third light through the mirror (total reflection mirror 108), passes through the color separation unit, and enters the color synthesis unit. Thereafter, the first, second and third lights are synthesized by the color synthesizing means. The first to third light exit directions are parallel to both the direction orthogonal to the illumination optical axis if a 1 / 2λ wavelength plate is inserted in place of the polarizing plate 103 or the specific wavelength region polarization conversion element 112. Can also be emitted.
[0101]
In the embodiment of FIG. 12, the dichroic mirror 102 shown in FIG. 1 is replaced with a dichroic prism 111b. Thereby, the effective length of the incident optical path to the liquid crystal display element can be shortened, and the diffused light can be suppressed. In particular, if a condenser lens 119 is inserted as shown in FIG. 15 before entering the dichroic prism 111b to make a telecentric system, for example, the change in characteristics with respect to the light beam angle in the polarizing beam splitter, dichroic prism, dichroic mirror, and polarizing plate is minimized. In addition, adverse effects such as reflection on the inner surface of the prism due to diffused light can be reduced.
[0102]
Further, as in the embodiment shown in FIG. 13, when the PBS 105RGB and the prism surface of the polarization beam splitter 111 are bonded together, and the polarization beam splitter 111 and the total reflection mirror 108 are bonded together, the assembly accuracy is improved and the position accuracy is improved. Easy to put out.
[0103]
As shown in FIG. 14, when a telecentric system is formed by inserting condenser lenses 119a and 119b on each optical path, the characteristic change with respect to the light beam angle in the polarizing beam splitter, dichroic prism, dichroic mirror, and polarizing plate is minimized. In addition, adverse effects such as internal reflection of the prism due to diffused light can be reduced.
[0104]
Further, as shown in FIG. 15, when a telecentric system is provided by providing a condenser lens 119 in front of the first color separation means, the characteristic change with respect to the light beam angle in the polarizing beam splitter, dichroic prism, dichroic mirror, and polarizing plate is changed. It can be suppressed to the minimum, and adverse effects such as reflection of the inner surface of the prism due to diffused light can be reduced.
[0105]
In the embodiment of FIG. 8, as the color adjustment film 104, for example, a dielectric multilayer film is directly deposited on a polarization beam splitter or a dichroic prism, the dielectric multilayer film is a polarizing plate, a specific wavelength region polarization conversion element, 1 / 2λ wavelength plate or 1 / 4λ wavelength plate attached to a polarizing beam splitter, dichroic mirror, dichroic mirror, color film, or color filter such as colored glass. Any device that can reduce the transmittance in a specific wavelength range can be applied.
[0106]
In the present embodiment, the total reflection prism 108 is not necessarily required, and may be disposed to face the B light emission surface of the color combining polarization beam splitter 105RGB. However, by providing the total reflection prism 108 as in the present embodiment, the height of the optical path of each R, G, B light can be made uniform, so that uneven color can be eliminated.
[0107]
Further, according to this embodiment, one color separation mirror 102, color separation / combination means such as a polarization beam splitter (or dichroic prism) 105RG, and color composition means such as a polarization beam splitter (or dichroic prism) 105RGB. Since the optical engine can be configured by R, R light, G light, and B light can be separated at a light weight and low cost.
[0108]
8, 10, and 14, color selection can be performed and color reproducibility can be improved by selecting a wavelength band for reducing the wavelength of light by the color adjustment film 104. . For example, the color adjustment films 104a and 104b may be used to select a wavelength band in which the transmittance is reduced, and the transmittance in the yellow wavelength region and the cyan wavelength region may be reduced to obtain a good color. Moreover, when making it bright, you may increase a yellow component. In this case, in order to maintain white balance, the color adjustment film 104 can be adjusted to cut cyan.
[0109]
In the embodiment of FIG. 8, the color adjustment film 104a is provided on the B light incident surface of the polarizing beam splitter 105RGB, but may also be provided on the B light exit surface of the polarizing beam splitter 111 as shown in FIG. Good. In FIG. 8, the color adjustment film 104b is provided on the R light and B light incident surfaces of the polarizing beam splitter 105RG for color separation / synthesis (analysis). As shown in FIG. The polarizing beam splitter 105RG may be provided on the R light and B light exit surfaces, or may be provided on the R light and B light incident surfaces of the color combining polarizing beam splitter or dichroic prism 105RGB. That is, the same effect can be obtained even if the color adjustment film 104 is provided on the light incident surface or the light exit surface of the analyzing polarization beam splitter, the color combining polarization beam splitter, or the dichroic prism.
[0110]
In the embodiment of FIG. 9, color adjustment can be performed by adjusting the color separation mirror 102 such as a dichroic mirror and the specific wavelength range polarization conversion elements 112a and 112b. However, the embodiment described below can be applied not only to FIG. 9 but also to other embodiments.
[0111]
An example of this case will be described with reference to FIG.
[0112]
FIG. 16 is a spectral characteristic diagram showing the light transmittance. The horizontal axis represents the wavelength W, and the vertical axis represents the light output P. FIG. 16A shows the output characteristic curve P0 of the color separation mirror 102 of FIG. 9, and it is assumed that, for example, it is configured not to transmit light having a half value between approximately 500 nm and approximately 600 nm. Of the light transmitted through the color separation mirror 102, as shown in FIG. 10 (b), light of S1 or less having a wavelength longer than about 600 nm is converted from S-polarized light to P-polarized light, The characteristic curve P1 of the specific wavelength region polarization conversion element 112a is configured so that the light is transmitted as it is as the S-polarized light. This light is reflected by the liquid crystal display elements 107B and 107R to change the polarization, light having a wavelength up to S1 is converted to S-polarized light, and light having a wavelength longer than S1 is converted to P-polarized light. As shown in FIG. 10 (c), the characteristic curve is such that light having a wavelength of S2 or less is converted from S-polarized light to P-polarized light, and the polarization direction of the light having a wavelength of S1 or more is not changed but remains P-polarized light. When the light passes through the specific wavelength region polarization conversion element 112b having P2, the light from this region is reflected by the polarization beam splitter 105RGB because it remains as S-polarized light from the wavelength S2 to S1, and is not incident on the projection lens. In this way, light with wavelengths S1 and S2 can be cut.
[0113]
In this way, the transmittance of the specific region of the wavelength can be changed by the combination of the reflection mirror 110 and the specific wavelength region polarization conversion elements 112a and 112b. In this embodiment, yellow can be eliminated by setting approximately 600 nm to approximately 580 nm.
Similarly, the brightness can be improved by changing the configuration of the specific wavelength region polarization conversion element 112 and the color adjustment film 104. For example, when aiming to improve brightness by adding bright line light, the light of 500 nm to 515 nm, for example, light of 500 nm to 515 nm is cut by combining the half value of the color adjustment film 104 and the half value of the specific wavelength region polarization conversion element 112. Brightness and white balance can be improved by putting light in the vicinity of 580 nm.
[0114]
The same effect can be obtained by combining the dichroic mirror 102 and the color adjustment film 104. In this embodiment, the dichroic mirror 102 and the total reflection mirror 110 can be replaced with a dichroic prism. Therefore, in the above description, the dichroic mirror 102 and the total reflection mirror 110 can be read as a dichroic prism.
[0115]
8 and 9, the polarizing plate 103b is provided in the vicinity of the polarizing beam splitter 105RG, and the polarizing plate 103c is provided in the vicinity of the polarizing beam splitter 105RGB. When these polarizing plates 103 are attached to a nearby polarizing beam splitter, the interface is reduced and the light transmittance can be increased. In addition, the polarizing beam splitter 105 has a large heat radiation effect and absorbs heat from the polarizing plate 103, so that the cooling property of the polarizing plate 103 can be increased.
Note that the optical engine shown in FIGS. 8 and 9 can be formed of a dichroic prism. In this case, the polarizing plate 103 may be attached to the dichroic prism. In this case, the polarizing plate 103 is preferably formed of a film.
[0116]
In the embodiments of FIGS. 8 and 9, etc., when a color adjusting film is provided on the incident surface of the color separation mirror 102, for example, a dichroic mirror, for example, when a dielectric multilayer film is deposited, the thickness of the portion where the incident angle of light is large. When the film thickness is changed so that the thickness of the light incident angle is small and the thickness of the light incident angle is small, the half-wavelength value shifts and the color and color unevenness of the emitted light can be adjusted. .
When the optical engine shown in FIGS. 8 and 9 is configured by a dichroic mirror or a dichroic prism, that is, the color separation mirror 102 is configured by a dichroic mirror or a dichroic prism, and a dichroic prism is provided instead of the polarization beam splitter 105. In this case, the same effect can be obtained by providing the color adjusting film with a different thickness on these incident surfaces.
[0117]
In the embodiments of FIGS. 8, 9 and the like, it is preferable to change the glass materials of the polarization beam splitters 105RG and 105RB for color separation / synthesis and the polarization beam splitter 105RGB for color synthesis. For example, a glass material with a small amount of birefringence such as PBH53W is selected for the polarization beam splitters 105RG and 105RB for color separation / synthesis, and a light and low-cost glass material such as BK7 is used for the synthesis polarization beam splitter 105RGB. By selecting, performance optimization, cost reduction, and weight reduction can be achieved.
The same applies to the case where the color separation mirror 102 is constituted by a dichroic prism or a polarizing beam splitter and the polarizing beam splitter 105 is replaced by a dichroic prism. In this case, the separation dichroic prism may be made of a light and low-cost glass material, similar to the polarization beam splitter or dichroic prism for synthesis.
[0118]
In FIG. 8, FIG. 9, etc., when the volume of the polarization beam splitters 105RG and 105RB for color separation / combination is V1, and the volume of the polarization beam splitter 105RGB for color synthesis is V2, V1 is made smaller than V2 and is described above. Thus, when the glass material is selected, the performance can be optimized in accordance with the usage characteristics, the low-cost glass material can be used, and the weight can be reduced. As a modification, the present invention can also be applied to a case where a dichroic mirror or a dichroic prism is used as the color separation mirror 102 and a dichroic prism is used instead of the polarization beam splitter 105. In particular, if the size of the polarization beam splitter 105RGB or dichroic prism for color separation and color synthesis is increased, it is possible to prevent vignetting of incoming and outgoing light rays. In this case, by changing the glass material of the polarizing beam splitter or dichroic prism for the purpose of use such as the transmission efficiency or reflectance of the glass material, the performance can be improved, the cost can be reduced, and the weight can be reduced by using a glass material with a low specific gravity. Aim. For example, the analyzing polarization beam splitter has a high refraction and a light elastic constant of 0.5 × 10 10.-12N / m2, Size □ 32 and stress 5.3 × 10FourGlass materials with a pressure of Pa or less improve the extinction ratio, but dichroic prisms and polarizing beam splitters for color separation and color synthesis have a low specific gravity, and glass materials with good overall transmission efficiency, including dielectric multilayer films, are used. If used, even when the volume is increased to prevent vignetting, it is possible to improve performance, reduce weight, and reduce costs.
[0119]
Next, an example in which the liquid crystal display element is attached to the polarization beam splitter 105 will be described with reference to FIG.
[0120]
FIGS. 17A and 17B are partial cross-sectional plan views showing examples of how to attach the liquid crystal display element to the polarization beam splitter. In FIG. 17A, a liquid crystal display element 107G has a liquid crystal material 132 sealed in a frame 107, and cover glasses 133a and 133b are provided on both sides thereof. After adjusting the position of the liquid crystal display element 107G, the frame 130 is directly bonded to the polarizing beam splitter 105G with adhesives 134a and 134b. As the adhesive, for example, a UV adhesive or a thermosetting adhesive may be used for curing.
In this embodiment, the cover glass 133a and the polarizing beam splitter 105G may be bonded or fixed with an adhesive.
[0121]
FIG. 17B shows another embodiment. In this embodiment, an adjustment plate 134 is provided, and this adjustment plate 134 is bonded to the polarizing beam splitter 105G with an adhesive 134. After the position of the liquid crystal display element 107G is adjusted with respect to the polarization beam splitter 105G, the frame 130 is bonded or fixed to the adjustment plate 134. In addition, an air layer can be eliminated between the cover glass 133a and the polarizing beam splitter 105G using silicon oil or an adhesive.
According to the present embodiment, since the interface between the polarizing beam splitter 105G and the liquid crystal display element 107G can be reduced, the light utilization efficiency can be increased.
In the embodiment of FIG. 17, the polarizing beam splitter 105G and the liquid crystal display element for G light have been described as an example. However, the liquid crystal display elements 107R and 107B for R light and B light are similarly incorporated in the polarizing beam splitter 105RB. A similar effect can be obtained by direct attachment.
[0122]
Next, assembly of the polarization beam splitter will be described with reference to FIG.
FIG. 18A is a perspective view showing an embodiment of the polarizing beam splitter, and FIG. 18B is a perspective view showing an embodiment of the assembly structure portion of the polarizing beam splitter. In this embodiment, the color separation mirror 102 and the total reflection mirror 110 shown in FIG. 8 are used as polarization beam splitters or dichroic prisms, and four prisms are used.
[0123]
In FIG. 18A, reference numeral 151 denotes a polarization beam splitter or dichroic prism for color separation, which is composed of a triangular prism 151H having a long height and a prism 151L having a short triangular prism in order to provide a step on the bonding surface. ing. Reference numeral 152 denotes a polarization beam splitter for G light, which includes a long triangular prism 152H and a short triangular prism 152L in order to provide a step on the bonding surface. Reference numeral 153 denotes a polarization beam splitter for R light and B light, which is composed of a long triangular prism 153H and a short triangular prism 153L in order to provide a step on the bonding surface. The light is color-separated by the polarization beam splitter 151 or dichroic prism for color separation, and the G light is reflected by the polarization beam splitter or dichroic prism 152, is incident on the G light liquid crystal display element 107G, and is reflected by the liquid crystal display element 107G. The G light is reflected by the polarization beam splitter 154 for color synthesis and is incident on a projection lens (not shown). The R light and B light separated by the polarization beam splitter 151 are separated by the polarization beam splitter 153 and are incident on the liquid crystal display elements 107R and 107B, respectively. The R light and B light reflected by the liquid crystal display elements 107R and 107B are transmitted through the color combining polarization beam splitter 154 and incident on a projection lens (not shown). A polarizing plate, a 1 / 2λ wavelength plate, a specific wavelength band polarization conversion element, or the like is inserted in the gap between the polarizing beam splitters. Steps 155 are respectively provided above and below the polarization beam splitters 151 to 154 by a combination of a long triangular prism and a short triangular prism. In FIG. 18B, reference numeral 157 denotes an assembly structure portion, which is provided with base portions 158H to 161H on which long triangular prisms 151H to 154H are placed and base portions 158L to 161L on which short triangular prisms 151L to 154L are placed. It has been. In addition, the protrusion part 163 provided in this assembly structure part 157 is used for positioning.
[0124]
In order to assemble the polarizing beam splitter of FIG. 18 (a) into the assembly structure portion 157, the bottoms of the long triangular prisms 151H to 154H are arranged on the bases 158H to 161H so as to be in contact with the positioning projections 163, and a short triangular prism is formed. The prisms 151L to 154L are arranged on the bases 158L to 158L so as to be in contact with the positioning projections 163. A groove is provided between each of the polarization beam splitters 151 to 154, and a polarizing plate, a specific wavelength region polarization conversion element, and the like are disposed. At this time, if it is positioned by a spring, a foam or the like, it can be placed with high accuracy.
[0125]
In this embodiment, the polarizing beam splitters 151 to 154 are provided with stepped portions, and positioning is performed at these stepped portions. Therefore, the surface of the dielectric multilayer film of the polarizing beam splitter becomes the reference surface, and assembly accuracy is improved. Therefore, the performance is also improved.
Further, as is apparent from the figure, in this embodiment, the polarization beam splitter 151 for color separation widens the area of the prism 151H on the light incident side, and the output side polarization beam splitter, that is, the color combining polarization beam. The area of the prism 154H on the exit side of the splitter is increased. Until the light reaches the liquid crystal display element, it is preferable to reduce the light transmission area as it goes ahead, and the light emitted from the liquid crystal display element is set so that the transmission area increases as it goes ahead Thus, it is preferable to prevent light vignetting. In the present embodiment, such an effect can be achieved.
In FIG. 18, it goes without saying that the same effect can be obtained even when some of the polarization beam splitters are formed of dichroic prisms.
[0126]
Next, the adjustment mechanism of the quarter-wave plate will be described with reference to FIG.
FIG. 19 is a side view for explaining attachment of the quarter-wave plate. In the figure, reference numeral 160 denotes, for example, a mounting plate for the ¼λ wavelength plate 106b in FIG. 8, and is provided with a window through which light from the polarization beam splitter 152 is transmitted. The quarter-wave plate 106b is fixed to the shaft 161. The shaft 161 is rotatably attached to the attachment plate 160, adjusted so that the polarization axis of light with the liquid crystal display element 107 </ b> G is aligned, and fixed to the attachment plate 160 after adjustment. The center of the rotation axis of the quarter-wave plate 106b is positioned according to the upper surface of the prism 152L. That is, the ¼λ wavelength plate 106b is based on the upper surface or the lower surface of the polarizing beam splitter 152, the emission side, or the left and right surfaces. Accordingly, the reference is constant even when the liquid crystal display element is replaced, and the original position is clear, so that the adjustment procedure can be clarified. Needless to say, the above embodiment can be applied to mounting of other quarter-wave plates.
[0127]
8 and 9, etc., each of the polarization beam splitters 105RG, 105RB, and 105RGB has a surface that does not contribute to the transmission or reflection of light. In order to prevent irregular reflection of light on these surfaces, the transmission or reflection of these lights is not performed. It is preferable that the surface not used in the above is made of frosted glass or painted black. The same applies when the polarizing beam splitter is replaced with a dichroic prism.
[0128]
Referring to FIG. 8, the B light incident on the color combining polarization beam splitter 105RGB is S-polarized light, the RG light is P-polarized light, and the optical axis emitted from the B light liquid crystal display element 107B. The outgoing optical axes of the color combining polarization beam splitter 105RGB are arranged so as to be at right angles. A dichroic mirror or a dichroic prism can be used instead of the polarization beam splitter RGB for color synthesis.
[0129]
When a dichroic mirror or dichroic prism is used in place of the color combining polarization beam splitter 105RGB shown in FIG. 8, the light combined with other light as reflected light is S in the color combining dichroic mirror or dichroic prism. Polarized light is more efficient, and conversely, light synthesized as transmitted light is more efficient with P-polarized light. That is, when the reflected light is S-polarized light, the reflection bandwidth of the dielectric multilayer film provided in the dichroic mirror or the dichroic prism is widened and is not easily affected by film characteristics due to band shift or the like. Further, when the transmitted light is P-polarized light, the transmission bandwidth of the dielectric multilayer film provided in the dichroic mirror or dichroic prism is widened and is not easily affected by the film characteristics due to band shift or the like. Therefore, the B light is reflected as S-polarized light, the RG light transmitted through the dichroic mirror or dichroic prism is combined as P-polarized light, and the light is emitted in the direction of the optical axis reflected by the dichroic mirror or dichroic prism. Good.
On the other hand, when the polarization beam splitter 105RGB for color synthesis is used, the light from the liquid crystal display element 107B for B light is reflected by the polarization beam splitter 105RGB, and is combined with the RG light and emitted. However, it is necessary that the reflected light is S-polarized light and the transmitted light is P-polarized light.
[0130]
In FIG. 9, the G light incident on the polarization beam splitter 105RGB which is the color synthesizing means is S-polarized light, the RB light is P-polarized light, and the emitted light from the liquid crystal display element 107G for G light. The output optical axis of the polarization beam splitter 105RGB serving as the output means is provided so as to be parallel to the output.
Referring to FIG. 9, the liquid crystal display element 107R for R light and the liquid crystal display element 107B for B light are arranged substantially at right angles, and the polarization beam splitter 105RB for separation / combination that separates and combines R light and B light. The incident optical axis and the outgoing optical axis are substantially perpendicular, and the projection lens 113 is arranged substantially parallel to the outgoing optical axis.
In this embodiment, it goes without saying that a dichroic mirror or a dichroic prism can be used instead of the polarization beam splitter 105RB for separation and synthesis.
By configuring the optical engine as shown in FIGS. 8 and 9, etc., an image display device as shown in FIG. 14 is obtained.
[0131]
FIG. 20 is a schematic perspective view showing an embodiment of a video display device according to the present invention. In the figure, the optical system is shown through. In the figure, reference numeral 171 denotes an illumination optical system, and reference numeral 172 denotes an optical engine as shown in FIGS. The optical axis of the light incident on the light separation / combination unit 172 from the illumination optical system 171 is bent at a substantially right angle and emitted from the light separation / combination unit 172. This light is reflected by the reflection mirror 174 provided on the back surface of the cabinet through the projection lens 118 and projected onto the screen 175. In this case, the angle of incidence on the back reflecting mirror 174 may be changed by shifting the optical axes of the separation / combination unit 172 and the projection lens 118.
As a result, the mirror size can be reduced, and the size of the set in the depth direction can be reduced. In this case, the optical axes of the analyzing prism and the color combining prism may be shifted. Furthermore, the optical axis of the projection lens 118 and the optical axis of the color synthesis prism may be shifted stepwise.
[0132]
FIG. 21 is a perspective view showing another embodiment of the optical system. The figure differs from FIG. 14 in that a mirror 176 for converting the optical axis is provided. In this embodiment, by providing the mirror 176, an image can be projected directly on the screen.
20 and FIG. 21, the optical system can be arranged in a compact manner.
[0133]
In FIG. 8, R light, B light, and G light are directly incident on the reflection mirror 109 from the polarization conversion element 101, the G light and B light are transmitted through the reflection mirror 109, the B light is reflected, and the B light is polarized. The light is reflected by the beam splitter and incident on the liquid crystal display element for B light, and the light from the liquid crystal display element for B light is incident on the polarizing beam splitter 105RGB for synthesis and transmitted and emitted, while the G light And R light are respectively incident on liquid crystal display elements for R light and BG light, and the light emitted from the liquid crystal display element is reflected by the combining polarization beam splitter 105RGB and emitted, whereby a mirror 109 serving as a color separation mirror is obtained. The optical axis incident on the optical axis and the optical axis output from the polarization beam splitter 105RGB to the projection lens can be configured to be substantially parallel. In this case, it is natural for those skilled in the art that the polarization beam splitter can be replaced with a dichroic mirror or a dichroic prism.
[0134]
An image display apparatus using the above-described optical engine will be described with reference to FIG.
[0135]
FIG. 22 is a schematic perspective view showing another embodiment of the video display device according to the present invention. In the drawing, the incident axis of light incident on the optical engine 178 from the illumination optical system 171 and the optical axis emitted from the optical engine 178 are substantially parallel, and the light emitted from the optical engine 179 is reflected by the reflection mirror 179. The light is reflected and incident on the projection lens 118, reflected by the reflection mirror 174 provided on the back surface of the cabinet 173, and projected onto the screen 175.
[0136]
In this embodiment, since the back focus of the projection lens can be shortened, the number of projection lenses can be reduced and the size can be reduced.
FIG. 23 is a perspective view showing still another embodiment of the optical system. In the drawing, an example of arrangement in which the reflection mirror 179 is not used is shown. Compared with the embodiment of FIG. 22, the video display device is slightly longer in the vertical direction, but can be shorter in the horizontal direction.
20 and 22, when the light emitted from the projection lens is projected onto the screen 175 by the reflection mirror 174 provided on the back surface of the cabinet 173, a light, such as a Fresnel lens, is provided on the screen 175 so as to spread the light. The size of the set can be reduced by making them substantially parallel.
[0137]
In FIG. 1, the condenser lens 30 disposed in front of the liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B is considered to be integrated with the projection lens 20, and is configured so that the first synthetic focal position exists in the vicinity of the diaphragm surface of the projection lens 20. Since the light beams passing through the polarization beam splitters 16G and 16RB and the color synthesis mirror 19 can be narrowed down, they can be reduced in size. In particular, when a color synthesis polarization beam splitter or a dichroic prism is used in place of the color synthesis mirror 19, the prism becomes lighter and the cost can be reduced.
[0138]
8 or 9, when a dichroic prism or dichroic mirror is used instead of the color separation mirror 102 and a dichroic prism or dichroic mirror is used instead of the polarization beam splitter 105 RGB, the half value of the color separation dichroic prism or dichroic mirror is used. By setting the wavelength and the half-value wavelength of the color synthesis dichroic prism or dichroic mirror to different values, unnecessary light can be eliminated and color purity can be improved. For example, if the incident dichroic characteristics, that is, the low-pass half-value wavelength of the bandpass filter is 500 nm and the high-pass half-wave wavelength 590 nm, and the low-pass half-value wavelength of the dichroic characteristics of the output prism is 510 nm and the high-pass half-value wavelength 580 nm 510 nm cyan and yellow light between 580 nm and 590 nm can be excluded. This combination can be a combination of a specific wavelength band polarization conversion element and a dichroic, and further can be a combination of a specific wavelength band polarization conversion element and a polarization beam splitter. The light to be cut may be near purple light or near infrared light, and there are ten combinations.
[0139]
In the embodiments of FIGS. 8 and 9 and the like, if a cooling flow path is provided between the polarizing beam splitter 105RG or 105RB and the polarizing beam splitter 105RGB, the specific wavelength polarization conversion element 112 and the polarizing plate 103 can be directly cooled. Is good.
Polarizing beam splitter 105RG or 105RB and polarizing beam splitter 105RGB light incident surface or by providing a cooling medium outlet between polarizing beam splitter 105RG or 105RB and polarizing beam splitter 105RGB, the specific wavelength polarization conversion element 112 or Since the polarizing plate 103 can be directly cooled, the cooling efficiency is good.
By simultaneously providing an entrance / exit of the cooling medium between the light incident surfaces of the polarizing beam splitter 105RG or 105RB and the polarizing beam splitter 105RGB or between the polarizing beam splitter 105RG or 105RB and the polarizing beam splitter 105RGB, the flow rate of the cooling medium can be reduced. Since it can be increased and directly cooled, the cooling efficiency is even better.
In the above cooling method, the polarization plane 103 provided between the polarizing beam splitter 105RG or 105RB and the polarizing beam splitter 105RGB or the polarizing beam splitter 105RG or 105RB and the polarizing beam splitter 105RGB is directly cooled. Thus, the polarizing plate 103 can be directly cooled, cooling can be realized with high efficiency, and performance can be improved.
[0140]
According to the present invention, it is possible to achieve a reduction in size and weight, and furthermore, color purity can be freely controlled, color unevenness and the like can be improved, and performance improvement can be realized simultaneously. In addition, since the color separation means is a combination of a polarization beam splitter and a specific wavelength region polarization conversion element, there is little influence due to angle dependency, and design of color performance is facilitated. Therefore, a compact, high-brightness, high-quality optical engine or projection-type image display device can be realized. Furthermore, since the number of parts can be reduced, cost reduction can be achieved.
[0141]
【The invention's effect】
According to the present invention, a reduction in size and weight can be achieved, and performance can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a projection type liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view showing a second embodiment of the projection type liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic plan view showing a third embodiment of the projection type liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a fourth embodiment of the projection type liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view showing a fifth embodiment of the projection type liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic plan view showing a sixth embodiment of the projection type liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a seventh embodiment of the projection-type liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic plan view showing an eighth embodiment of the optical engine used in the video display device according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic plan view showing a ninth embodiment of the optical engine used in the video display device according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic plan view showing a tenth embodiment of an optical engine used in an image display apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic plan view showing an eleventh embodiment of the optical engine used in the video display device according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic plan view showing a twelfth embodiment of an optical engine used in a video display device according to the present invention.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a thirteenth embodiment of an optical engine used in a video display device according to the present invention.
FIG. 14 is a schematic plan view showing a fourteenth embodiment of an optical engine used in a video display device according to the present invention.
FIG. 15 is a schematic plan view showing a sixteenth embodiment of an optical engine used in a video display device according to the present invention.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing light transmittance.
FIG. 17 is a partial cross-sectional plan view showing an example of how to attach a liquid crystal display element to a polarizing beam splitter.
FIG. 18 is a perspective view showing an embodiment of a polarizing beam splitter and its assembly base tool.
FIG. 19 is a side view for explaining attachment of a quarter-wave plate.
FIG. 20 is a schematic perspective view showing an embodiment of a video display device according to the present invention.
FIG. 21 is a perspective view showing another embodiment of the optical system.
FIG. 22 is a schematic perspective view showing another embodiment of the video display device according to the present invention.
FIG. 23 is a perspective view showing still another embodiment of the optical system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2G, 2R, 2B, 107R, 107G, 107B ... Reflective type liquid crystal display element, 5 ... Reflector, 6 ... First array lens, 7 ... Second array lens, 8 ... Polarizing beam splitter (PBS), 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS: Condenser lens, 11 ... Reflection mirror, 13 ... Dichroic mirror, 14 ... Incident polarizing plate, 16 ... G polarization beam splitter, RB polarization beam splitter, 17, 112a, 112b ... Specific wavelength selective polarization conversion element, 20 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Projection lens, 22 ... Optical member, 23 ... Prism glass material, 25 ... Dielectric multilayer film, 101 ... Polarization conversion element, 102 ... Color separation mirror, 103 ... Polarizing plate, 105RG, 105RB, 105RGB ... Polarization beam splitter, 106 ... 1 / 4λ wavelength plate, 109... Reflection mirror.

Claims (8)

照明光を第１及び第２の光と、第３の光とに色分離する色分離部と、
前記第１の光と前記第２の光の色分離合成を行う色分離合成部と、
前記色分離合成部の近傍に略直角に配置され、且つ前記色分離部で分離された第１及び第２の光の各々が入射する前記第１及び第２の反射型液晶表示素子と、
前記第３の光が入射する第３の反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２及び第３の反射型液晶表示素子から出射された前記第１、前記第２及び前記第３の光を合成する色合成部とを有し、
前記第３の光は、前記色合成部を透過して、前記第３の反射型液晶表示素子に入射する映像表示装置であって、
前記色分離合成部の入射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第１の特定波長域偏光変換素子と、
前記色分離合成部の出射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第２の特定波長域偏光変換素子とを有することを特徴とする映像表示装置。 A color separation unit that separates illumination light into first and second light and third light;
A color separation / synthesis unit that performs color separation / synthesis of the first light and the second light;
The first and second reflective liquid crystal display elements, which are arranged substantially at right angles in the vicinity of the color separation / combination unit and into which each of the first and second lights separated by the color separation unit is incident;
A third reflective liquid crystal display element on which the third light is incident;
A color synthesis unit that synthesizes the first, second, and third light emitted from the first, second, and third reflective liquid crystal display elements;
The third light is an image display device that is transmitted through the color combining unit and incident on the third reflective liquid crystal display element,
A first specific wavelength region polarization conversion element that is disposed on an incident side of the color separation / synthesis unit and converts a polarization direction of the first light;
An image display device comprising: a second specific wavelength region polarization conversion element that is disposed on an emission side of the color separation / synthesis unit and converts a polarization direction of the first light. 照明光を第１及び第２の光と、第３の光とに色分離する色分離部と、
前記第１の光と前記第２の光の色分離合成を行う色分離合成部と、
前記第１及び前記第２の光の光路上、且つ前記色分離部と前記色分離合成部との間に配置された第１の反射部と、
前記色分離合成部の近傍に略直角に配置され、且つ前記色分離部で分離された第１及び第２の光の各々が入射する前記第１及び第２の反射型液晶表示素子と、
前記第３の光が入射する第３の反射型液晶表示素子と、
前記第３の光の光路上、且つ前記色分離部と前記第３の反射型液晶表示素子との間に配置された第２の反射部と、
前記第１、第２及び第３の反射型液晶表示素子から出射された前記第１、前記第２及び前記第３の光を合成する色合成部とを有し、
前記第３の光は、前記色合成部を透過して、前記第３の反射型液晶表示素子に入射する映像表示装置であって、
前記色分離合成部の入射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第１の特定波長域偏光変換素子と、
前記色分離合成部の出射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第２の特定波長域偏光変換素子とを有することを特徴とする映像表示装置。 A color separation unit that separates illumination light into first and second light and third light;
A color separation / synthesis unit that performs color separation / synthesis of the first light and the second light;
A first reflection unit disposed on the optical path of the first and second light and between the color separation unit and the color separation synthesis unit;
The first and second reflective liquid crystal display elements, which are arranged substantially at right angles in the vicinity of the color separation / combination unit and into which each of the first and second lights separated by the color separation unit is incident;
A third reflective liquid crystal display element on which the third light is incident;
A second reflection portion disposed on the optical path of the third light and between the color separation portion and the third reflective liquid crystal display element;
A color synthesis unit that synthesizes the first, second, and third light emitted from the first, second, and third reflective liquid crystal display elements;
The third light is an image display device that is transmitted through the color combining unit and incident on the third reflective liquid crystal display element,
A first specific wavelength region polarization conversion element that is disposed on an incident side of the color separation / synthesis unit and converts a polarization direction of the first light;
An image display device comprising: a second specific wavelength region polarization conversion element that is disposed on an emission side of the color separation / synthesis unit and converts a polarization direction of the first light. 請求項１又は２記載の映像表示装置であって、
前記第３の光の光路上、且つ色分離部と前記第３の反射型液晶表示素子との間に、前記第３の光の偏光方向を統一する偏光変換素子を配置することを特徴とする映像表示装置。The video display device according to claim 1 or 2 ,
A polarization conversion element for unifying the polarization direction of the third light is disposed on the optical path of the third light and between the color separation unit and the third reflective liquid crystal display element. Video display device. 請求項２記載の映像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の反射部は、アルミ、銀蒸着ミラー、全反射プリズム、ミラー蒸着プリズム、ダイクロイックミラー及びダイクロイックプリズムの何れかであることを特徴とする映像表示装置。The video display device according to claim 2 ,
The image display device according to claim 1, wherein the first and second reflecting portions are any one of aluminum, a silver deposition mirror, a total reflection prism, a mirror deposition prism, a dichroic mirror, and a dichroic prism. 請求項１又は２記載の映像表示装置であって、
前記色分離合成部は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする映像表示装置。The video display device according to claim 1 or 2 ,
The video display device, wherein the color separation / synthesis unit is a polarization beam splitter. 請求項１又は２記載の映像表示装置であって、
前記色合成部は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする映像表示装置。The video display device according to claim 1 or 2 ,
The video display device, wherein the color synthesis unit is a polarization beam splitter. 請求項１又は２記載の映像表示装置であって、
前記第１及び前記第２の光の何れか一方はＧ光であって、
前記第１又は第２の反射型液晶表示素子で反射したＧ光は、前記色分離合成部と前記色合成部とを透過することを特徴とする映像表示装置。The video display device according to claim 1 or 2 ,
One of the first and second lights is G light,
The video display device, wherein the G light reflected by the first or second reflective liquid crystal display element is transmitted through the color separation / synthesis unit and the color synthesis unit. 偏光方向が略同一方向の照明光を第１及び第２の光と、第３の光とに分離する色分離部と、
略直角となるように配置された第１及び第２の反射型液晶表示素子と、
前記第３の光が入射する第３の反射型液晶表示素子と、
前記第１及び第２の光を反射する第１の反射部と、
前記第１の反射部で反射された前記第１の光の偏光方向を変換する第１の特定波長域偏光変換素子と、
前記第１の特定波長域偏光変換素子を透過した前記第１及び前記第２の光の色分離合成を行う色分離合成部と、
前記色分離合成部から出射した前記第１の光の偏光方向を変換する第２の特定波長域偏光変換素子と、
前記第３の光の偏光方向を変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を透過した第３の光を第３の反射型液晶表示素子に入射させる第２の反射部と、
前記第１、第２及び第３の光を色合成する色合成部とを有し、
前記第３の光は、前記色合成部を透過して、前記第３の反射型液晶表示素子に入射することを特徴とする映像表示装置。A color separation unit that separates illumination light having substantially the same polarization direction into first and second light and third light;
First and second reflective liquid crystal display elements arranged so as to be substantially perpendicular,
A third reflective liquid crystal display element on which the third light is incident;
A first reflecting portion for reflecting the first and second lights;
A first specific wavelength region polarization conversion element that converts a polarization direction of the first light reflected by the first reflection unit;
A color separation / synthesis unit that performs color separation / synthesis of the first and second lights transmitted through the first specific wavelength band polarization conversion element;
A second specific wavelength region polarization conversion element that converts the polarization direction of the first light emitted from the color separation / synthesis unit;
A polarization conversion element that converts a polarization direction of the third light;
A second reflecting portion for causing the third light transmitted through the polarization conversion element to enter the third reflective liquid crystal display element;
A color synthesis unit that performs color synthesis of the first, second, and third lights,
The video display device, wherein the third light is transmitted through the color synthesis unit and incident on the third reflective liquid crystal display element.
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