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WO2004005999A1 - 投写型表示装置 - Google Patents

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WO2004005999A1
WO2004005999A1 PCT/JP2003/004858 JP0304858W WO2004005999A1 WO 2004005999 A1 WO2004005999 A1 WO 2004005999A1 JP 0304858 W JP0304858 W JP 0304858W WO 2004005999 A1 WO2004005999 A1 WO 2004005999A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
birefringent plate
light
birefringent
axis
projected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2003/004858
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takaaki Tanaka
Atsushi Hatakeyama
Shigekazu Yamagishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to US10/515,244 priority Critical patent/US7365721B2/en
Priority to EP03717601A priority patent/EP1621919A4/en
Publication of WO2004005999A1 publication Critical patent/WO2004005999A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3152—Modulator illumination systems for shaping the light beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H04N5/7416—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal
    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3167—Modulator illumination systems for polarizing the light beam

Definitions

  • the present invention relates to a projection display device that irradiates an image formed on a light valve with illumination light and enlarges and projects the image on a screen by a projection lens.
  • a projection display device that illuminates light from a light source to a small light valve that forms an image corresponding to a video signal and enlarges and projects the optical image on a screen with a projection lens Used.
  • a light-transmitting liquid crystal light valve that modulates light using polarized light is widely and practically used as an active-matrix type light valve.
  • a transmissive liquid crystal light valve is a liquid crystal cell in which a nematic liquid crystal whose orientation is twisted 90 degrees is sealed between two glass substrates facing each other, and two transmissive axes are arranged on both sides of the nematic liquid crystal. It is composed of a single film.
  • the projection display device using such a transmissive liquid crystal light valve has made it possible to reduce the size of the device and to obtain a high-luminance, high-quality, large-screen image.
  • a transmissive liquid crystal light valve when a light valve having a fixed pixel structure is used, the pixel grid of the projected image is conspicuous, and the image quality is degraded.
  • the aperture ratio which is the ratio of the effective pixel area to the pixel area, is as low as 40% to 70% compared to a reflective light valve.
  • a pixel grid which is an effective part wiring or TFT (Thin Film Transistor) part
  • the larger the angle of view to be observed the larger the projected screen size or the shorter the observation distance
  • a pixel separation optical element that combines a birefringent element and a quarter-wave plate that eliminates polarization by separating incident light into ordinary light
  • a method of disposing a pixel between a valve and a projection lens to separate pixels of a projected image in two or more directions for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 01-38334, 1 1 1 1 6 7 10 5 Reference.
  • FIG. 9 shows a schematic configuration of a conventional projection display device.
  • a conventional projection display device illuminates the light condensed by a light source 1, a condenser lens 2 for condensing light from the light source 1, and a condenser lens 2, and responds to a video signal.
  • Liquid crystal light valve 3 for forming a transparent image Liquid crystal light valve 3 for forming a transparent image, first 1Z4 wavelength plate 4 for converting linearly polarized light emitted from liquid crystal light valve 3 to circularly polarized light, and first 1/4 wavelength plate 4
  • a first birefringent plate 5 that spatially separates the light converted into circularly polarized light into two light beams and converts the light into linearly polarized light that is orthogonal to each other, and each of the two spatially separated straight lines
  • a second birefringent plate 6 that converts polarized light into circularly polarized light and a light that is converted into circularly polarized light by the second 1Z four-wavelength plate 6 are converted into a first birefringent plate 5.
  • the second birefringent plate 7 separates into linearly polarized light in the direction orthogonal to It is constituted by the projection lens 8 for enlarging and projecting the separated light onto a screen.
  • the pixels of the projected image are spatially separated into four, and the pixel grid, which is an ineffective portion of the pixels, is made inconspicuous.
  • the spatial pixel separation pattern of the projected image to make the pixel grid less noticeable is a parallel two-point separation pattern that separates two lights in the horizontal or vertical direction, and a diagonal two that separates two lights in the oblique direction.
  • Point separation pattern, oblique A diagonal four-point separation pattern that separates the light into four light beams, a square four-point separation pattern that separates the light into four light beams in the horizontal and vertical directions, and the like can be considered. If the aperture ratio is low and the ineffective portion of the pixel is large, as in the case of a transmissive liquid crystal light valve, the two-point separation pattern cannot cover the ineffective portion of the pixel sufficiently. Cannot be made less noticeable.
  • a square four-point separation pattern is the most suitable as a spatial pixel separation pattern of the projected image to make the pixel grid less noticeable. Since the light emitted from the liquid crystal light valve is linearly polarized light, conventionally, as shown in FIG. 6, a first 1Z four-wave plate 4, a first birefringent plate 5, and a second 1Z By using the four-wavelength plate 6 and the second birefringent plate 7, a square four-point separation pattern was obtained.
  • the birefringent plate quartz, which is a uniaxial optical crystal having low internal light absorption and excellent in uniformity, is used, and as the 14-wave plate, quartz or a stretched film is used.
  • the configuration using four crystals or two crystals and two stretched films has a problem that the cost is high. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems in the related art, and it is an object of the present invention to provide an inexpensive projection display device capable of making a pixel grid, which is an ineffective portion of a pixel of a light valve, less noticeable. With the goal.
  • the configuration of the projection display device includes a light source, a light valve illuminated with light from the light source, and forming an image according to a video signal;
  • the angle between the first birefringent plate and the optical axis is n X 45 ° (n is an integer other than 0), and
  • the optical axis of the second birefringent plate projected on the incident surface of the second birefringent plate is orthogonal to the optical axis of the first birefringent plate projected on the incident surface of the first birefringent plate.
  • the optical axis of the third birefringent plate projected on the incident surface of the third birefringent plate is in a horizontal direction or a vertical direction.
  • the light valve includes three light valves respectively corresponding to blue, green, and red primary color lights,
  • Color separation optical means for separating white light from the light source into light of each color of blue, green, and red, and illuminating the light of each color of blue, green, and red to the three light valves, respectively;
  • the projection display device further includes an illumination optical unit that collects the light from the light source and illuminates the illuminated area.
  • the birefringent plate is disposed between the light valve and the projection lens. Further, in the configuration of the projection display device of the present invention, it is preferable that the birefringent plate is disposed on an emission side of the projection lens.
  • the first to the material of the third birefringent plate crystal and even good preferable sapphire or L i N b 0 3.
  • the first to third birefringent plates are bonded by an adhesive.
  • the light valve is a transmissive liquid crystal light valve having a fixed pixel structure.
  • the light valve is a reflective liquid crystal light valve having a fixed pixel structure.
  • the pixel separation pattern by the birefringent element is a square four-point separation pattern.
  • the polarization direction of the light from the light valve is a horizontal direction or a vertical direction.
  • the light valve is a transmissive liquid crystal light valve, and the birefringent element fixes the light from the liquid crystal light valve to the liquid crystal light valve. It is preferable that the light is separated into four points in the horizontal and vertical directions at 40% to 50% of the pixel pitch.
  • the light valve is a reflective liquid crystal light valve
  • the birefringent element fixes light from the liquid crystal light valve to the liquid crystal light valve. It is preferable that the light is separated into four points in the horizontal and vertical directions at 10% to 30% of the pixel pitch.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration and operation of the birefringent element according to the embodiment of the present invention.
  • 3A to 3D are conceptual diagrams showing the operation of separating a pixel pattern into four squares according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a combination of optical axes projected on the incident surfaces of the first to third birefringent plates for obtaining a square four-point separation pattern in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the appearance of a pixel grid of a projected image showing the effect of the present invention (FIG. 5A shows a case where no birefringent element is arranged, and FIG. 5B shows a case where a birefringent element is arranged).
  • FIG. 5A shows a case where no birefringent element is arranged
  • FIG. 5B shows a case where a birefringent element is arranged.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a conventional projection display device.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
  • the projection display device includes a light source and a light source.
  • the transmission type liquid crystal light valve 39 that forms the projected image
  • the projection lens 44 that enlarges and projects the image on the liquid crystal light valve 39 onto the screen.
  • a birefringent element 43 for spatially separating the light from the liquid crystal light valve 39.
  • the transmissive liquid crystal light valve 39 has a fixed pixel structure.
  • the liquid crystal light valve 39 is of an active matrix type, in which a liquid crystal that changes the polarization state of incident light by controlling a voltage applied to a pixel according to a video signal, and transmission axes on both sides thereof.
  • the light is modulated to form an image by a combination of two polarizing films arranged orthogonally to each other.
  • reference numeral 31 denotes a parabolic mirror for condensing light emitted from the discharge lamp 30, and converts the light into substantially parallel light; 37, a reflection mirror; and 38, a field lens.
  • As the discharge lamp 30, for example, an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, or the like is used.
  • the illumination optical means 36 includes a first lens array plate 32 composed of a plurality of lenses arranged in order from the discharge lamp 30 side to the reflection mirror 37 side, and a second lens array plate also composed of a plurality of lenses. , A condenser lens 34, and a reflection mirror 35.
  • the first lens array plate 32 divides the incident light beam into a number of light beams, and the split many light beams converge on the second lens array plate 33.
  • the lens of the first lens array plate 32 has an opening shape similar to that of the liquid crystal light valve 39.
  • the power of the lenses of the second lens array plate 33 is determined such that the first lens array plate 32 and the liquid crystal light valve 39 have a substantially conjugate relationship.
  • the condenser lens 3 4 This is a lens for superimposing and illuminating the light emitted from each lens of the second lens array plate 33 onto the liquid crystal light valve 39.
  • the birefringent element 43 includes a first birefringent plate 40, which is arranged in order from the liquid crystal light valve 39 side to the projection lens 44 side, and into which light from the liquid crystal light valve 39 enters, and a first birefringent plate 40.
  • the light from the liquid crystal light valve 39 is spatially separated into four points in the horizontal and vertical directions.
  • the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 are bonded with an ultraviolet-curing or thermosetting adhesive.
  • the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 are bonded using an adhesive having a small difference in refractive index from the first and third birefringent plates. Loss can be reduced.
  • the size of the main plane of the birefringent element 43 is 22 mm ⁇ 24 mm.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration and operation of the birefringent element
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing the operation of square four-point separation of a pixel pattern.
  • quartz which is a uniaxial optical crystal
  • Quartz is a highly uniform optical crystal that does not absorb light in the visible light castle.
  • the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 have the separation amount per unit thickness.
  • the angle between the principal plane and its optical axis is set to 45 ° so that is maximized.
  • Fig. 2 shows the polarization of light, the direction of light separation, and the appearance of the separation pattern, using a single pixel pattern as an example of incident light.
  • the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 show the directions of the optical axes projected on the incident surface, respectively.
  • the light (incident light) from the liquid crystal light valve 39 is a linearly polarized light in the horizontal direction, that is, in the 0 ° direction.
  • the first birefringent plate 40 is projected onto the incident surface.
  • the first birefringent plate 40 is configured such that the optical axis is in a 45 ° direction with respect to the + X axis. Therefore, the angle between the polarization direction of the light (incident light) from the liquid crystal light valve 39 and the optical axis of the first birefringent plate 40 projected on the incident surface of the first birefringent plate 40 is 45 °.
  • the light incident on the first birefringent plate 40 is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray according to the polarization.
  • polarized light orthogonal to the optical axis of the first birefringent plate 40 projected on the incident surface of the first birefringent plate 40 becomes an ordinary ray, and parallel polarized light becomes an extraordinary ray.
  • the light incident on the first birefringent plate 40 is ⁇ 45 with reference to the + X axis. 4-5 with linear polarization of direction.
  • the pixel pattern is separated into two points in the 45 ° direction with respect to the + x axis (see Figs. 3A and 3B). The amount of light separation is determined by the thickness of the birefringent plate.
  • the thickness of the birefringent plate is t
  • the angle between the principal plane of the birefringent plate and its optical axis is 0,
  • the extraordinary ray refractive index is ne
  • the ordinary ray refractive index is n.
  • the first complex is set so that the amount of light separation in the 45 ° direction with respect to the + x axis is (2 ⁇ 25)% of the pixel pitch (see FIG. 3B).
  • a refraction plate 40 is formed.
  • the second birefringent plate 41 is oriented such that the optical axis of the second birefringent plate 41 projected on the incident surface is at a 45 ° angle with respect to the + x axis (first birefringent plate 41).
  • the first birefringent plate 40 is configured to be orthogonal to the optical axis of the first birefringent plate 40 projected onto the incident surface of the refracting plate 40.
  • the incident light of the linearly polarized light in the direction of + 45 ° with respect to the + x axis becomes only an extraordinary ray, and is separated in the direction of 45 ° with the + x axis as the reference.
  • the second light is separated such that the amount of light separation in the ⁇ 45 ° direction with respect to the + x axis is (> ⁇ 2 ⁇ 25)% of the pixel pitch (see FIG. 3C).
  • the birefringent plate 41 of FIG. + The incident light of the linearly polarized light in the direction of 45 ° with respect to the ⁇ ⁇ axis is transmitted through the second birefringent plate 41 without being separated.
  • the pixel pattern after passing through the second birefringent plate 41 becomes a vertically separated pattern (see FIG. 3C). In this case, the vertical separation is 50% of the pixel pitch.
  • the respective lights separated by the second birefringent plate 41 are incident on the third birefringent plate 42.
  • the third birefringent plate 42 is configured such that the optical axis of the third birefringent plate 42 projected on its incident surface is oriented at 180 ° with respect to the + ⁇ axis.
  • the light incident on the third birefringent plate 42 is linearly polarized light in the direction of 45 ° with respect to the + ⁇ axis and linearly polarized light in the direction of ⁇ 45 °, and is separated into an ordinary ray and an extraordinary ray, respectively. (See Figure 3D).
  • the amount of light separation in the horizontal direction is
  • the third birefringent plate 42 is configured so as to be 50% of the edge (see FIG. 3D).
  • Light emitted from the discharge lamp 30 is collected by the parabolic mirror 31 and converted into substantially parallel light.
  • the light converted into the substantially parallel light enters the first lens array plate 32.
  • the light beam that has entered the first lens array plate 32 is split into a large number of light beams and converges on the second lens array plate 33.
  • the light emitted from each lens of the second lens array plate 33 passes through the condenser lens 34, is sequentially reflected by the reflection mirrors 35, 37, and further passes through the field lens 38, and then passes through the liquid crystal light valve. It is superimposed on 39.
  • the light transmitted through the liquid crystal light valve 39 is incident on a birefringent element 43 composed of first to third birefringent plates 40, 41, and 42, and is subjected to the first to third birefringent plates 40. After being separated into four squares in the horizontal and vertical directions at 50% of the pixel pitch by the action of,, and, they are enlarged and projected on the screen by the projection lens. As a result, the image on the liquid crystal light valve 39 is projected on the screen in a state where the pixel grid is not conspicuous.
  • FIG. 4 shows a combination of optical axes projected onto the entrance planes of the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 to obtain four square separation patterns. Any combination of the optical axes shown in FIG. 4 may be used. Therefore, the birefringent element 43 can be manufactured with the cheapest combination in processing the birefringent plate.
  • Figure 5 shows the appearance of the pixel grid of the projected image.
  • Figure 5A shows the birefringent element 4 3
  • FIG. 5B shows a state of the pixel grid of the projected image when no arrangement is made
  • FIG. 5B shows an aspect of the pixel lattice of the projected image when the birefringent element 43 is arranged.
  • the pixel is separated into four square points in the horizontal and vertical directions, and the pixel grid becomes inconspicuous. Therefore, using the projection display device of the present embodiment makes it possible to obtain a smooth and natural projected image.
  • the first to third pixel separation optical elements that spatially separate light into four square points are provided. Since the birefringent element 43 composed of the birefringent plates 40, 41, and 42 is used, a projection display device that can obtain a smooth high-quality image can be provided at low cost.
  • the polarization direction of the light incident on the birefringent element 43 is the horizontal direction, that is, the 0 ° direction has been described as an example.
  • the polarization direction is vertical, ie 90.
  • the birefringent element 43 it is possible to separate the pixel pattern into four square points in the horizontal and vertical directions.
  • the birefringent element 43 is disposed between the liquid crystal light valve 39 and the projection lens 44 as an example, but as shown in FIG.
  • the birefringent element 43 may be arranged on the exit side of the projection lens 44 (between the projection lens 44 and the screen).
  • the incident angles at the center and the periphery of the birefringent element 43 are different, and the separation pattern is square separation at the center of the screen and slightly at the periphery. Although it is a diamond-shaped separation, it has the effect of making the pixel grid less noticeable.
  • the birefringent element 43 is arranged on the exit side of the projection lens 44, the birefringent element 43 can be easily attached and detached. Therefore, the angle of view divided by the type of projected image (moving image, still image)
  • the birefringent element 43 is arranged or arranged according to No, the convenience of switching becomes higher.
  • the case where the horizontal and vertical separation amounts of the pixel pattern are each 50% of the pixel pitch has been described as an example, but a transmissive liquid crystal light valve 39 is used.
  • the amount of separation of the pixel pattern in the horizontal and vertical directions may be 40 to 60% of the pixel pitch.
  • the separation amount is less than 40% of the pixel pitch, it is difficult to make the pixel grid sufficiently inconspicuous, and when the separation amount is larger than 60% of the pixel pitch, the resolution is greatly reduced. As a result, the image quality is degraded.
  • the case where a relatively inexpensive crystal is used as the material of the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 has been described as an example.
  • a uniaxial optical crystal such as sapphire may be used. Since sapphire is excellent in heat dissipation, if sapphire is used as the material of the first to third birefringent plates 40, 41, and 42, the thermal reliability of the adhesive used to bond them will be improved. It can also be done.
  • the first to third birefringent plate 4 0, 4 1, 4 2 materials may be used L i N b 0 3.
  • LiNbO3 has a higher refractive index than quartz and has an extraordinary ray refractive index and an ordinary ray refractive index of 2.20 and 2.23, respectively. For this reason, the thickness of the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 can be reduced to about 1/6 compared to the case of crystal, and the liquid crystal light valve 39 and the projection lens When the birefringent element 43 is arranged between the projection lens 44 and the projection lens 44, the change of the back focus position of the projection lens 44 becomes small. Therefore, the back focus position of the projection lens 44 with or without the birefringent element 43 can be adjusted by the focus adjustment of the projection lens 44.
  • first to third birefringent plates 40, 41, and 42 are small, even if the arrangement space between the liquid crystal light valve 39 and the projection lens 44 is extremely small, Between the LCD light valve 39 and the projection lens 44 The folding element 43 can be easily arranged. Further, the first to third birefringent plates 40, 41, and 42 are not limited to those using optical crystals, and may be, for example, liquid crystals.
  • a transmissive liquid crystal light valve is used as the light valve.
  • a reflective liquid crystal light valve having a fixed pixel structure is used as the light valve. There may be.
  • a projection type display device using a reflection type liquid crystal light valve will be described with reference to FIG.
  • the projection display device of the present embodiment includes a discharge lamp 100 as a light source, and illumination optical means for condensing light from the discharge lamp 100 and illuminating the illuminated area. 107, the light from the discharge lamp 100 is illuminated, and a reflective liquid crystal light valve 109 that forms an image according to the video signal; and the image on the liquid crystal light valve 109 is screened.
  • a birefringent lens that is placed between the projection lens 110, which magnifies and projects upward, and the liquid crystal light valve 109, and the projection lens 110, and spatially separates the light from the liquid crystal light valve 109 Folding element 1 14.
  • the reflective liquid crystal light valve 109 forms blue, green, and red color filters for each pixel.
  • the reflection-type liquid crystal light valve 109 is of an active matrix type and includes a liquid crystal layer and a reflection film, and a 45-degree twisted nematic liquid crystal is used for the liquid crystal layer.
  • the birefringence of the liquid crystal changes by controlling the voltage applied to the pixel according to the video signal.
  • Light entering the reflective liquid crystal light valve 109 passes through the liquid crystal, is reflected by the reflective film, and passes through the liquid crystal again.
  • the polarization state changes from P-polarized light to S-polarized light due to the birefringence of the liquid crystal. After the change, the light is emitted from the reflective liquid crystal light valve 109.
  • a parabolic mirror for condensing the emitted light and converting it into almost parallel light, 106 is for condensing the light illuminated on the liquid crystal light valve 109 to the projection lens 110
  • Reference numeral 108 denotes a field grating, and a wire grating polarization splitter that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light with respect to the incident surface.
  • the wire-aligning polarized light separating element 108 uses a metal such as aluminum on a glass substrate to form a metal grating with a period (100 to 150 nm) that is sufficiently small with respect to the wavelength of the incident light.
  • the wire grating polarization splitter 108 has a smaller change in transmittance and reflectance with respect to the incident angle than a thin-film polarization splitting prism using the Bruce's angle, and can perform polarization separation with high efficiency.
  • the discharge lamp 100 for example, an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp or the like is used.
  • the illumination optical means 107 is composed of a first lens array plate 102 made up of a plurality of lenses arranged in order from the discharge lamp 100 side to the wire grating polarization separation element 108 side.
  • a second lens array plate 103 also including a plurality of lenses, a condenser lens 104 and a reflection mirror 105 are provided.
  • the configuration of the illumination optical means 107 is the same as that of the illumination optical means 36 in the above-described first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the birefringent element 114 is a first birefringent plate, which is arranged in order from the liquid crystal light valve 109 to the projection lens 110 side and receives light from the liquid crystal light valve 109.
  • 1 1 1, 2nd birefringent plate 1 1 2 to which light from the first birefringent plate 1 1 1 is incident, and 3rd to which light from the second birefringent plate 1 1 2 is incident It is composed of a birefringent plate 113.
  • the configuration of the birefringent element 114 is almost the same as the birefringent element 43 in the first embodiment. Therefore, the detailed description is omitted.
  • Light emitted from the discharge lamp 100 is condensed by the parabolic mirror 101 and converted into substantially parallel light.
  • the light converted into the substantially parallel light enters the first lens array plate 102.
  • the light beam incident on the first lens array plate 102 is split into a large number of light beams and converges on the second lens array plate 103.
  • Light emitted from each lens of the second lens array plate 103 passes through the capacitor lens 104, is reflected by the reflection mirror 105, and further passes through the field lens 106.
  • the light transmitted through the field lens 106 enters the wire grating polarization separation element 108, and the P-polarized light passes through the entrance surface of the wire-grating polarization separation element 108, and is transmitted as S-polarized light.
  • the P-polarized light transmitted through the wire grating polarization separation element 108 enters the reflection type liquid crystal light valve 109.
  • the light incident on the reflective liquid crystal light valve 109 passes through the liquid crystal, is reflected by the reflective film, and passes through the liquid crystal again, causing the polarization state to change from P-polarized light to S-polarized light due to the birefringence of the liquid crystal. After that, the light is emitted from the reflective liquid crystal light valve 109.
  • the S-polarized light emitted from the reflective liquid crystal light valve 109 is reflected by the wire grating polarization separating element 108 and the first to third birefringent plates 1 1 1 1 1 1 1 2 1 After entering the birefringent element 1 14 consisting of 3 and being separated into four squares in the horizontal and vertical directions by the action of the first to third birefringent plates 1 1 1, 1 1 2 and 1 1 3
  • the image is enlarged and projected on the screen by the projection lens 110.
  • the P-polarized light whose polarization state is not changed by the reflective liquid crystal light valve 109 passes through the wire grating polarization splitter 108 and then returns to the illumination optical means 107 side. In this way, the reflection
  • the optical image formed as a change in the polarization state of the light by the liquid crystal light valve 109 is enlarged and projected on a screen to form a full-color projected image.
  • the reflection type liquid crystal light valve has a high aperture ratio of about 90% and a small ineffective pixel area. For this reason, the pixel grid of the projected image is less conspicuous than when a transmissive liquid crystal light valve is used, but is somewhat conspicuous depending on the angle of view. Therefore, in a projection display device using a reflective liquid crystal light valve, a smoother high-quality image can be obtained by disposing the birefringent element.
  • the reflection-type liquid crystal light valve does not decrease the aperture ratio even if it is miniaturized as compared with the transmission-type liquid crystal light valve, so that the number of pixels can be increased.
  • a reflective liquid crystal light valve it is appropriate that the horizontal and vertical separation amounts of the pixel pattern are each about 10 to 30% of the pixel pitch.
  • a smoother high-quality image can be obtained by providing a birefringent element.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to the third embodiment of the present invention.
  • the projection display device includes a discharge lamp 50 as a light source, and illumination optics for condensing light from the discharge lamp 50 and illuminating the illuminated area.
  • the white light from the discharge lamp 50 is separated into blue, green, and red light, and the blue, green, and red light is divided into the three liquid crystal light valves 68, 69, 7 0 each Receiving the light of blue, green, and red from the three liquid crystal light valves 68, 69, and 70 and combining the light of each color of blue, green, and red.
  • Dichroic prism 73 which is a color synthesizing optical means
  • a projection lens 78 which enlarges and projects the image on the LCD light valves 68, 69, 70 onto the screen
  • a dichroic prism 73 and a projection lens And a birefringent element 77 for spatially separating the light from the liquid crystal light valves 68, 69, and 70.
  • the three transmissive liquid crystal light valves 68, 69, and 70 have a fixed pixel structure.
  • These three liquid crystal light valves 68, 69, and 70 are of an active matrix type, and change the polarization state of incident light by controlling the voltage applied to the pixels according to the video signal.
  • reference numeral 51 denotes a parabolic mirror for condensing the light emitted from the discharge lamp 30 and converts the light into substantially parallel light; 60, 61, and 62 indicate reflection mirrors; , 64 denotes a relay lens, and 65, 66, 67 denotes a field lens.
  • the discharge lamp 50 for example, an ultra-high pressure mercury lamp, a xenon lamp, or the like is used.
  • the illumination optical means 56 includes a first lens array plate 52 composed of a plurality of lenses arranged in order from the discharge lamp 50 side to the color separation optical means 59 side, and a first lens array plate 52 also composed of a plurality of lenses. It comprises a second lens array plate 53, a capacitor lens 54, and a reflection mirror 55.
  • the configuration of the illumination optical means 56 is the same as that of the illumination optical means 36 in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the color separation optical means 59 includes a red transmitting dichroic mirror 57 and a green reflecting dichroic mirror 58.
  • the dichroic prism 73 which is a color synthesizing optical means, includes a red reflecting dichroic mirror 71 and a blue reflecting dichroic mirror 72.
  • the birefringent elements 77 are arranged in order from the liquid crystal light valves 68, 69, 70 toward the projection lens 78, and receive light from the liquid crystal light valves 68, 69, 70.
  • the configuration of the birefringent element 77 is the same as that of the birefringent element 43 in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • Light emitted from the discharge lamp 50 is collected by the parabolic mirror 51 and converted into substantially parallel light.
  • the light converted into the substantially parallel light enters the first lens array plate 52.
  • the light beam incident on the first lens array plate 52 is split into a large number of light beams and converges on the second lens array plate 53.
  • Light emitted from each lens of the second lens array plate 53 passes through the condenser lens 54, is reflected by the reflection mirror 55, and then enters the color separation optical means 59.
  • the light incident on the color separation optical means 59 is separated into light of each color of blue, green and red by a dichroic mirror 57 transmitting red light and a dichroic mirror 58 reflecting green light.
  • the green light passes through the field lens 65 and then enters the liquid crystal light valve 68 corresponding to green.
  • the red light is reflected by the reflection mirror 60, passes through the field lens 66, and then enters the liquid crystal light valve 69 corresponding to red.
  • the blue light passes through the relay lenses 63, 64 and the field lens 67 while being reflected by the reflection mirrors 61 and 62, and then enters the liquid crystal light valve 70 corresponding to blue.
  • LCD light bar The light of each color that has passed through the lubes 68, 69, 70 enters the dichroic prism 73, which is a color combining optical means, and the red and blue colors of the dichroic mirror reflect red light, respectively.
  • FIG. 8 shows the direction of polarization of light emitted from the liquid crystal light valves 68, 69, and 70. That is, horizontal polarization is used for green light, and vertical polarization is used for red and blue light. This is because, in the dichroic mirrors 71 and 72, the use of P-polarized light for green transmitted light and S-polarized light for red and blue reflected light gives higher reflectance and transmittance. This is because characteristics can be obtained.
  • the light emitted from the dichroic prism 73 enters a birefringent element 77 composed of first to third birefringent plates 74, 75, and 76, and the first to third birefringent plates 7 4 After being separated into four square points in the horizontal and vertical directions at 50% of the pixel pitch by the action of, 75, and 76, they are enlarged and projected on the screen by the projection lens 78. Therefore, by using the projection display device of the present embodiment, it is possible to project a composite image of the images of the respective colors on the liquid crystal light valves 68, 69, and 70 on the screen with the pixel grid not being noticeable. Becomes possible.
  • liquid crystal light valves corresponding to the lights of blue, green, and red, and the light from the light source is efficiently and uniformly illuminated to each liquid crystal light valve. Since the illumination optical means is used, a bright and high-resolution projected image can be obtained.
  • the illumination optical means for uniformly illuminating the light from the light source to the light valve is configured by using two lens array plates, but by using a rod lens and a condenser lens.
  • the illumination optical means may be configured.

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Abstract

ライトバルブの画素の非有効部である画素格子を目立ちにくくすることが可能な安価な投写型表示装置である。本投写型表示装置は、透過型の液晶ライトバルブ（３９）からの光を空間的に分離する複屈折素子（４３）を備える。複屈折素子（４３）を、液晶ライトバルブ（３９）からの光が入射する第１の複屈折板（４０）と、第１の複屈折板（４０）からの光が入射する第２の複屈折板（４１）と、第２の複屈折板（４１）からの光が入射する第３の複屈折板（４２）とにより構成する。第１の複屈折板（４０）に入射する光の偏光方向と、第１の複屈折板（４０）の入射面に射影した第１の複屈折板（４０）の光学軸とのなす角度はｎ×４５°（ｎは０を除く整数）である。第２の複屈折板（４１）の入射面に射影した第２の複屈折板（４１）の光学軸は、第１の複屈折板（４０）の入射面に射影した第１の複屈折板（４０）の光学軸と直交する方向にある。第３の複屈折板（４２）の入射面に射影した第３の複屈折板（４２）の光学軸は、水平方向又は垂直方向にある

Description

明 細 書 投写型表示装置 技術分野
本発明は、 ライ トバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、 投写 レンズによってスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。 背景技術
大画面の画像を得るために、 映像信号に応じた画像を形成する小型の ライ トバルブに、 光源からの光を照明し、 投写レンズによってその光学 像をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置が用いられている。 こ の場合、 ライ 卜バルブとしては、 アクティブマトリクス方式であって、 偏光を利用して光を変調する透過型の液晶ライトバルブが広く実用的に 用いられている。 透過型の液晶ライ トバルブは、 対向する 2枚のガラス 基板間に、 配向方向が 9 0度捩れたネマチック液晶を封入した液晶セル と、 その両側に透過軸が互いに直交するように配置された 2枚の镉光フ イルムとにより構成されている。 そして、 このような透過型の液晶ライ トバルブを用いた投写型表示装置により、 装置の小型化が可能になると 共に、 高輝度で高画質の大画面の画像を得ることが可能となってきた。 しかし、 固定画素構造を有するライトバルブを用いる場合には、 投写像 の画素格子が目立ち、画像品位が劣化するという問題が指摘されている。 特に、 透過型の液晶ライ トバルブの場合には、 反射型のライ トバルブに 比べて、 画素面積に対する有効画素面積の比である開口率が 4 0 %〜 7 0 %と低いために、 画素の非有効部 （配線や T F T (Th i n F i l m Trans i s t or) 部） である画素格子が顕著に目立つという問題がある。 そして、 この場合、 観察する画角が大きいほど （投写画面サイズが大きくなる、 又は、 観察距離が短い） 、 その画素格子がより顕著に目立ってしまう。
この画素格子を目立ちにくくするために、 入射する光線を常光線と異 常光線とに分離すると複屈折素子と偏光を解消する 1 / 4波長板とを組 み合わせた画素分離光学素子を、 ライ トバルブと投写レンズとの間に配 置し、 投写像の画素を 2つ以上の方向に分離させるという手法が提案さ れている （例えば、 実開平 0 1— 3 8 3 4号公報、 特開平 1 1 一 1 6 7 1 0 5号公報参照） 。
図 9に、従来の投写型表示装置の概略構成を示す。図 9に示すように、 従来の投写型表示装置は、 光源 1と、 光源 1からの光を集光するコンデ ンサレンズ 2と、コンデンサレンズ 2によって集光された光が照明され、 映像信号に応じた画像を形成する液晶ライ トバルブ 3と、 液晶ライトバ ルブ 3から出射される直線偏光の光を円偏光に変換する第 1の 1 Z 4波 長板 4と、 第 1の 1ノ 4波長板 4によって円偏光に変換された光を空間 的に 2つの光に分離し、 かつ、 互いに直交する直線偏光に変換する第 1 の複屈折板 5と、 空間的に 2つに分離されたそれぞれの直線偏光の光を 円偏光に変換する第 2の 1ノ 4波長板 6と、 第 2の 1 Z 4波長板 6によ つて円偏光に変換されたそれぞれの光を、 第 1の複屈折板 5による場合 とは直交する方向の直線偏光に分離する第 2の複屈折板 7と、 第 2の複 屈折板 7によって分離された光をスクリーン上に拡大投写する投写レン ズ 8とにより構成されている。 そして、 以上のような構成により、 投写 像の画素を空間的に 4つに分離して、 画素の非有効部である画素格子が 目立ちにくくされている。
画素格子を目立ちにくくするための投写像の空間的な画素分離パター ンとしては、 水平方向又は垂直方向の 2つの光に分離する平行 2点分離 パターン、 斜め方向の 2つの光に分離する斜め 2点分離パターン、 斜め 方向の 4つの光に分離する斜め 4点分離パターン、 水平方向及び垂直方 向の 4つの光に分離する正方 4点分離パターン等が考えられる。 透過型 の液晶ライトバルブのように、 開口率が低く、 画素の非有効部が大きい 場合、 2点分離パターンでは、 画素の非有効部を十分に覆うことができ ないために、十分に画素格子を目立ちにくくすることはできない。また、 斜め 4点分離パターンでは、 縦線又は横線の表示がギザギザして画像品 位が低下してしまう。 従って、 画素格子を目立ちにくくするための投写 像の空間的な画素分離パターンとしては、 正方 4点分離パターンが最も 適している。 液晶ライ トバルブからの出射光は直線偏光であるため、 従 来においては、 図 6に示すように、 第 1の 1 Z 4波長板 4と、 第 1の複 屈折板 5、 第 2の 1 Z 4波長板 6、 第 2の複屈折板 7とを利用して、 正 方 4点分離パターンが得られていた。 この場合、 複屈折板としては、 内 部での光吸収が小さく、 均一性に優れた一軸性光学結晶である水晶が用 いられ、 1 4波長板としては、 水晶や延伸フィルムが用いられる。 しかし、 4枚の水晶又は、 2枚の水晶と 2枚の延伸フィルムを用いる 構成では、 コストが高くなるという問題があった。 発明の開示
本発明は、 従来技術における前記課題を解決するためになされたもの であり、 ライ トバルブの画素の非有効部である画素格子を目立ちにくく することが可能な安価な投写型表示装置を提供することを目的とする。 前記目的を達成するため、 本発明に係る投写型表示装置の構成は、 光 源と、 前記光源からの光が照明され、 映像信号に応じた画像を形成する ライトバルブと、 前記ライ トバルブ上の画像をスクリーン上に拡大投写 する投写レンズと、 前記ライトバルブからの光を空間的に分離する複屈 折素子とを備え、 前記複屈折素子が、 前記ライ 卜バルブからの光が入射する第 1の複屈 折板と、 前記第 1の複屈折板からの光が入射する第 2の複屈折板と、 前 記第 2の複屈折板からの光が入射する第 3の複屈折板とからなり、 前記第 1の複屈折板に入射する光の偏光方向と、 前記第 1の複屈折板 の入射面に射影した前記第 1の複屈折板の光学軸とのなす角度が n X 4 5 ° ( nは 0を除く整数） であり、
前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸 が、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した前記第 1の複屈折板の光学 軸と直交する方向にあり、
前記第 3の複屈折板の入射面に射影した前記第 3の複屈折板の光学軸 が、 水平方向又は垂直方向にあることを特徴とする。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記ライ 卜バ ルブが、 青、 緑、 赤の三原色光にそれぞれ対応する 3つのライトバルブ からなり、
前記光源からの白色光を青、緑、赤の各色の光に分離し、 当該青、緑、 赤の各色の光を前記 3つのライ トバルブにそれぞれ照明する色分離光学 手段と、
前記 3つのライ トバルブからの青、緑、赤の各色の光を受け、当該青、 緑、 赤の各色の光を合成する色合成光学手段とをさらに備えているのが 好ましい。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記光源から の光を集光し、 被照明領域に照明する照明光学手段をさらに備えている のが好ましい。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記複屈折板 が、 前記ライトバルブと前記投写レンズとの間に配置されているのが好 ましい。 また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記複屈折板 が、 前記投写レンズの出射側に配置されているのが好ましい。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記第 1〜第 3の複屈折板の材料が水晶、 サファイア又は L i N b 0 3 であるのが好 ましい。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記第 1〜第 3の複屈折板が接着剤によって貼合されているのが好ましい。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記ライ トバ ルブが固定画素構造を有する透過型の液晶ライトバルブであるのが ¾ ^ま しい。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記ライ トバ ルブが固定画素構造を有する反射型の液晶ライトバルブであるのが好ま しい。
また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記複屈折素 子による画素分離パターンが正方 4点分離パターンであるのが好ましい。 また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記ライトバ ルブからの光の偏光方向が水平方向又は垂直方向であるのが好ましい。 また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記ライトバ ルブが透過型の液晶ライ トバルブであって、 前記複屈折素子は、 前記液 晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバルブの固定画素ピッチの 4 0 %〜 5 0 %で水平方向及び垂直方向の 4点に分離するのが好ましい。 また、 前記本発明の投写型表示装置の構成においては、 前記ライトバ ルブが反射型の液晶ライ トバルブであって、 前記複屈折素子は、 前記液 晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバルブの固定画素ピッチの 1 0 %〜 3 0 %で水平方向及び垂直方向の 4点に分離するのが好ましい。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の第 1の実施の形態における投写型表示装置を示す概略 構成図、
図 2は本発明の実施の形態における複屈折素子の構成とその動作を示 す分解斜視図、
図 3 A〜Dは本発明の実施の形態における画素パターンの正方 4点分 離の動作を示す概念図、
図 4は本発明の実施の形態における正方 4点の分離パターンを得るた めの、 第 1〜第 3の複屈折板の入射面に射影した光学軸の組合せを示す 図、
図 5は本発明の効果を示す投写像の画素格子の様相を示す図 （図 5 A は複屈折素子を配置しない場合、 図 5 Bは複屈折素子を配置した場合） 図 6は本発明の第 1の実施の形態における他の投写型表示装置を示す 概略構成図、
図 7は本発明の第 2の実施の形態における投写型表示装置を示す概略 構成図、
図 8は本発明の第 3の実施の形態における投写型表示装置を示す概略 構成図、
図 9は従来の投写型表示装置を示す概略構成図 発明を実施するための最良の形態
以下、 実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
[第 1の実施の形態]
図 1は本発明の第 1の実施の形態における投写型表示装置を示す概略 構成図である。
図 1に示すように、 本実施の形態における投写型表示装置は、 光源と しての放電ランプ 3 0と、 放電ランプ 3 0からの光を集光し、 被照明領 域に照明する照明光学手段 3 6と、放電ランプ 3 0からの光が照明され、 映像信号に応じた画像を形成する透過型の液晶ライ トバルブ 3 9と、 液 晶ライトバルブ 3 9上の画像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズ 4 4と、 液晶ライトバルブ 3 9と投写レンズ 4 4との間に配置され、 液 晶ライ卜バルブ 3 9からの光を空間的に分離する複屈折素子 4 3とを備 えている。 ここで、 透過型の液晶ライトバルブ 3 9は、 固定画素構造を 有している。 また、 この液晶ライ トバルブ 3 9は、 アクティブマトリツ クス方式であって、 映像信号に応じた画素への印加電圧の制御によって 入射する光の偏光状態を変化させる液晶と、 その両側に透過軸が互いに 直交するように配置された 2枚の偏光フィルムとの組合せにより、 光を 変調して画像を形成する。 尚、 図 1中、 3 1は放電ランプ 3 0から放射 される光を集光し、 略平行光に変換するための放物面鏡、 3 7は反射ミ ラー、 3 8はフィールドレンズをそれぞれ示している。 また、 放電ラン プ 3 0としては、 例えば、 超高圧水銀ランプ、 キセノンランプ等が用い られる。
照明光学手段 3 6は、 放電ランプ 3 0側から反射ミラー 3 7側に向か つて順に配置された、 複数のレンズからなる第 1のレンズアレイ板 3 2 と、 同じく複数のレンズからなる第 2のレンズアレイ板 3 3と、 コンデ ンサレンズ 3 4と、 反射ミラ一 3 5とにより構成されている。 ここで、 第 1のレンズアレイ板 3 2は、 入射した光束を多数の光束に分割し、 分 割された多数の光束は第 2のレンズアレイ板 3 3に収束する。 また、 第 1のレンズアレイ板 3 2のレンズは、 液晶ライ トバルブ 3 9と相似形の 開口形状を有している。 また、 第 2のレンズアレイ板 3 3のレンズは、 第 1のレンズアレイ板 3 2と液晶ライトバルブ 3 9とが略共役関係とな るように、 パワーが決められている。 また、 コンデンサレンズ 3 4は、 第 2のレンズアレイ板 3 3の各レンズから出射する光を液晶ライトバル ブ 3 9上に重畳照明するためのレンズである。 以上のような構成の照明 光学手段 3 6を用いることにより、 集光した放電ランプ 3 0からの光を 液晶ライトバルブ 3 9上に高効率で均一に照明することができる。 複屈折素子 4 3は、 液晶ライ トバルブ 3 9側から投写レンズ 4 4側に 向かって順に配置された、 液晶ライトバルブ 3 9からの光が入射する第 1の複屈折板 4 0と、 第 1の複屈折板 4 0からの光が入射する第 2の複 屈折板 4 1と、 第 2の複屈折板 4 1からの光が入射する第 3の複屈折板 4 2とにより構成されており、 液晶ライ トバルブ 3 9からの光を、 水平 方向及び垂直方向の 4点に空間的に分離する。 ここで、 第 1〜第 3の複 屈折板 4 0、 4 1、 4 2は、 紫外線硬化タイプ又は熱硬化タイプの接着 剤によって貼合されている。 このように、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1、 4 2を、 これらとの屈折率差の小さい接着剤を用いて貼合するよ うにしたので、 それぞれの界面での光損失を低減することができる。 ま た、 複屈折素子 4 3の主平面のサイズは、 2 2 mm X 2 4 mmである。 以下、 複屈折素子の構成とその動作について詳細に説明する。 図 2は 複屈折素子の構成とその動作を示す分解斜視図、 図 3は画素パターンの 正方 4点分離の動作を示す概念図である。
複屈折素子 4 3を構成している第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1、 4 2の材料としては、 一軸性光学結晶である水晶が用いられている。 水晶 は、 可視光城での光吸収がなく、 かつ、 均一性の高い光学結晶である。 第 1〜第 3の複屈折板 4 0 , 4 1 , 4 2の材料として水晶を用いる場合、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1、 4 2は、 単位厚み当たりの分離量が 最大となるように、 主平面とその光学軸とのなす角度が 4 5 ° となるよ うに構成される。 図 2には、 入射光として、 1つの画素パターンを例に 挙げて、 光の偏光、 光の分離方向や分離パターンの様相を示している。 尚、 第 1〜第 3の複屈折板 40、 4 1、 42には、 それぞれ入射面に射 影した光学軸の方向を示している。 また、 ここでは、 液晶ライトバルブ 3 9からの光 （入射光） を、 水平方向すなわち 0 ° 方向の直線偏光とし ている。
図 2に示すように、 第 1の複屈折板 40の入射面に水平方向を X軸と する二次元直交座標を設けたとき、 第 1の複屈折板 40は、 その入射面 に射影した当該第 1の複屈折板 4 0の光学軸が + X軸を基準として 4 5 ° 方向となるように構成されている。 従って、 液晶ライトバルブ 3 9 からの光 （入射光） の偏光方向と、 第 1の複屈折板 40の入射面に射影 した当該第 1の複屈折板 40の光学軸とのなす角度は 4 5 ° となる。 第 1の複屈折板 4 0に入射した光は、 偏光に応じて常光線と異常光線とに 分離される。 すなわち、 第 1の複屈折板 4 0の入射面に射影した当該第 1の複屈折板 4 0の光学軸と直交する偏光は常光線となり、 平行な偏光 は異常光線となる。 このため、 第 1の複屈折板 4 0に入射した光は、 + X軸を基準として— 4 5。 方向の直線偏光と 4 5。 方向の直線偏光とに 分離され、 画素パターンは + x軸を基準として 4 5 ° 方向に 2点分離さ れる （図 3 A、 B参照） 。 光の分離量は、 複屈折板の厚みで決まる。 ここで、 複屈折板の厚みを t、 複屈折板の主平面とその光学軸とのな す角度を 0、 異常光線屈折率を n e 、 常光線屈折率を n。 としたとき、 光の分離量 dは下記 （数 1 ) で表記される。
[数 1 ]
d = ( n e 2— n 0 2 ) t · s in (9 cos θ / (n e 2sin2 Θ + n0 2cos2 Θ) 従って、 本実施の形態のように複屈折板の主平面とその光学軸とのな す角度が 4 5 ° の場合、 光の分離量 dは下記 （数 2) で表記される。
[数 2]
d = (n e 2 - n。2) t / (n e 2 + n。2) 尚、 本実施の形態のように複屈折板の材料として水晶を用いる場合に は、 ne = 1. 5 5 53、 n。 = l . 546 2である。
本実施の形態においては、 この + x軸を基準とした 45 ° 方向の光の 分離量が画素ピッチの （ "2 X 2 5) %となるように （図 3 B参照） 、 第 1の複屈折板 40が構成されている。
第 1の複屈折板 40によって分離されたそれぞれの光は、 第 2の複屈 折板 4 1に入射する。 第 2の複屈折板 4 1は、 その入射面に射影した当 該第 2の複屈折板 4 1の光学軸が、 + x軸を基準として一 45 ° 方向と なるように （第 1の複屈折板 40の入射面に射影した当該第 1の複屈折 板 40の光学軸と直交するように） 構成されている。 + x軸を基準とし て一 45 ° 方向の直線偏光の入射光は異常光線だけとなり、 +x軸を基 準として一 4 5 ° 方向に分離する。 本実施の形態においては、 この +x 軸を基準とした— 4 5 ° 方向の光の分離量が画素ピッチの （>Γ2 X 2 5) %となるように （図 3 C参照） 、 第 2の複屈折板 4 1が構成されて いる。 + χ軸を基準として 45 ° 方向の直線偏光の入射光は、 分離され ずに第 2の複屈折板 41をそのまま透過する。 これにより、 第 2の複屈 折板 4 1を透過した後の画素パターンは、 垂直方向に 2つに分離された パターンとなる （図 3 C参照） 。 この場合の垂直方向の分離量は、 画素 ピッチの 50 %になる。
第 2の複屈折板 4 1によって分離されたそれぞれの光は、 第 3の複屈 折板 42に入射する。 第 3の複屈折板 42は、 その入射面に射影した当 該第 3の複屈折板 42の光学軸が、 + χ軸を基準として 1 80° 方向と なるように構成されている。 第 3の複屈折板 42に入射する光は、 + χ 軸を基準として 45 ° 方向の直線偏光と— 45 ° 方向の直線偏光であり、 それぞれ常光線と異常光線とに分離されて、 水平方向に分離される （図 3 D参照） 。 本実施の形態においては、 水平方向の光の分離量が画素ピ ツチの 5 0 %となるように （図 3 D参照） 、 第 3の複屈折板 4 2が構成 されている。
以上のようにして、複屈折素子 4 3に入射する 1つの画素パターンが、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1、 4 2を順次透過した後に、 水平方向 及び垂直方向の正方 4点に分離される。
次に、 上記した本実施の形態の投写型表示装置の動作について、 図 1 を参照しながら説明する。
放電ランプ 3 0から放射された光は、放物面鏡 3 1によって集光され、 略平行光に変換される。 略平行光に変換された光は、 第 1のレンズァレ ィ板 3 2に入射する。 第 1のレンズアレイ板 3 2に入射した光束は、 多 数の光束に分割されて、 第 2のレンズアレイ板 3 3に収束する。 第 2の レンズアレイ板 3 3の各レンズから出射した光は、 コンデンサレンズ 3 4を透過し、 反射ミラー 3 5、 3 7で順次反射され、 さらにフィールド レンズ 3 8を透過した後、 液晶ライトバルブ 3 9上に重畳照明される。 液晶ライトバルブ 3 9を透過した光は、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1、 4 2からなる複屈折素子 4 3に入射し、第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1 , 4 2の作用によって画素ピッチの 5 0 %で水平方向及び垂直方向 の正方 4点に分離された後、 投写レンズ 4 4によってスクリーン上に拡 大投写される。 これにより、 液晶ライ 卜バルブ 3 9上の画像が、 画素格 子の目立たない状態でスクリーン上に映し出される。
図 4に、 正方 4点の分離パターンを得るための、 第 1〜第 3の複屈折 板 4 0、 4 1 、 4 2の入射面に射影した光学軸の組合せを示す。 図 4に 示した光学軸の組合せであれば、 いずれの組合せであってもよい。 従つ て、 複屈折板の加工上、 最も安価な組合せで複屈折素子 4 3を作製する ことができる。
図 5に、 投写像の画素格子の様相を示す。 図 5 Aは複屈折素子 4 3を 配置しない場合の投写像の画素格子の様相を示しており、 図 5 Bは複屈 折素子 4 3を配置した場合の投写像の画素格子の様相を示している。 図 5に示すように、 複屈折素子 4 3を配置することにより、 画素が水平方 向及び垂直方向の正方 4点に分離され、 画素格子が目立たなくなつてい る。 従って、 本実施の形態の投写型表示装置を用いれば、 滑らかで自然 な投写像を得ることが可能となる。
以上のように、 本実施の形態によれば、 投写像の画素格子を目立たな くするために、 光を空間的に正方 4点に分離する画素分離光学素子とし て、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1、 4 2からなる複屈折素子 4 3を 用いているので、 滑らかな高品位画像を得ることのできる投写型表示装 置を安価に提供することができる。
尚、 本実施の形態においては、 複屈折素子 4 3に入射する光の偏光方 向が水平方向すなわち 0 ° 方向の場合を例に挙げて説明したが、 複屈折 素子 4 3に入射する光の偏光方向が垂直方向すなわち 9 0 。 方向の場合 も同様に、 複屈折素子 4 3を配置することによって画素パターンを水平 方向及び垂直方向の正方 4点に分離することができる。
また、 本実施の形態においては、 複屈折素子 4 3が液晶ライ トバルブ 3 9と投写レンズ 4 4との間に配置されている場合を例に挙げて説明し たが、図 6に示すように、複屈折素子 4 3を投写レンズ 4 4の出射側（投 写レンズ 4 4とスクリーンとの間） に配置してもよい。 複屈折素子 4 3 を投写レンズ 4 4の出射側に配置すると、 複屈折素子 4 3の中心部と周 辺部での入射角が異なり、分離パターンがスクリーン中央部で正方分離、 周辺部でやや菱形分離となるが、 画素格子を目立ちにくくする効果はあ る。 また、 複屈折素子 4 3を投写レンズ 4 4の出射側に配置するように すれば、 複屈折素子 4 3の着脱が容易となるために、 画角ゃ投写画像の 種類 （動画、 静止画） に応じて、 複屈折素子 4 3を配置する又は配置し ない、 という切り替えの利便性が高くなる。
また、 本実施の形態においては、 画素パターンの水平方向及び垂直方 向の分離量がそれぞれ画素ピッチの 5 0 %である場合を例に挙げて説明 したが、 透過型の液晶ライトバルブ 3 9を用いる場合の、 画素パターン の水平方向及び垂直方向の分離量はそれぞれ画素ピッチの 4 0〜 6 0 % であればよい。 分離量が画素ピッチの 4 0 %未満の場合には、 画素格子 を十分に目立ちにくくすることが困難となり、 また、 分離量が画素ピッ チの 6 0 %よりも大きくなると、 解像力の低下が大きくなつて、 画像品 位の低下を招いてしまう。
また、 本実施の形態においては、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1 、 4 2の材料として、 比較的安価な水晶を用いた場合を例に挙げて説明し たが、 他の一軸性光学結晶、 例えば、 サファイアを用いてもよい。 サフ アイァは放熱性に優れているため、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1 、 4 2の材料としてサファイアを用いれば、 これらを貼合する接着剤の熱 的信頼性を向上させることもできる。また、第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1 , 4 2の材料としては、 L i N b 0 3 を用いてもよい。 L i N b O 3 は水晶に比べて屈折率が高く、 異常光線屈折率及び常光線屈折率はそ れぞれ 2 . 2 0、 2 . 2 3である。 このため、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1 、 4 2の厚みを、 水晶の場合に比べて 1 / 6程度に薄くするこ とができ、 液晶ライトバルブ 3 9と投写レンズ 4 4との間に複屈折素子 4 3を配置した場合に、 投写レンズ 4 4のバックフォーカス位置の変化 が小さくなる。 従って、 複屈折素子 4 3の有、 無での投写レンズ 4 4の バックフォーカス位置調整が投写レンズ 4 4のフォーカス調整で対応で きる。 また、 第 1〜第 3の複屈折板 4 0、 4 1 、 4 2の厚みが薄いと、 液晶ライ トバルブ 3 9と投写レンズ 4 4との間の配置空間が非常に狭い 場合であっても、 液晶ライ トバルブ 3 9と投写レンズ 4 4との間に複屈 折素子 4 3を容易に配置することができる。 また、 第 1〜第 3の複屈折 板 4 0、 4 1、 4 2は、 光学結晶を用いたものに限定されるものではな く、 例えば、 液晶を用いたものであってもよい。
[第 2の実施の形態]
上記第 1の実施の形態においては、 ライトバルブとして透過型の液晶 ライトバルブを用いた場合を例に挙げて説明したが、 ライトバルブとし ては固定画素構造を有する反射型の液晶ライ卜バルブであってもよい。 以下、 反射型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置について、 図 7を参照しながら説明する。
図 7に示すように、 本実施の形態の投写型表示装置は、 光源としての 放電ランプ 1 0 0と、 放電ランプ 1 0 0からの光を集光し、 被照明領域 に照明する照明光学手段 1 0 7と、 放電ランプ 1 0 0からの光が照明さ れ、 映像信号に応じた画像を形成する反射型の液晶ライ 卜バルブ 1 0 9 と、 液晶ライトバルブ 1 0 9上の画像をスクリーン上に拡大投写する投 写レンズ 1 1 0と、 液晶ライ 卜バルブ 1 0 9と投写レンズ 1 1 0との間 に配置され、 液晶ライ トバルブ 1 0 9からの光を空間的に分離する複屈 折素子 1 1 4とを備えている。 ここで、 反射型の液晶ライトバルブ 1 0 9は、 画素ごとに青、 緑、 赤のカラーフィル夕を形成している。 また、 反射型の液晶ライトバルブ 1 0 9は、 ァクティブマトリクス方式であつ て、 液晶層と反射膜とを備えており、 液晶層には 4 5度ッイストネマチ ック液晶が用いられている。 反射型の液晶ライ トバルブ 1 0 9において は、 映像信号に応じた画素への印加電圧の制御によって液晶の複屈折が 変化する。 反射型の液晶ライ トバルブ 1 0 9に入射した光は、 液晶を透 過し、 反射膜で反射され、 再び液晶を透過する過程で、 液晶の複屈折に より偏光状態が P偏光から S偏光に変化した後、 反射型の液晶ライ トバ ルブ 1 0 9から出射する。 尚、 図 7中、 1 0 1は放電ランプ 1 0 0から 放射される光を集光し、 略平行光に変換するための放物面鏡、 1 0 6は 液晶ライトバルブ 1 0 9上に照明される光を投写レンズ 1 1 0に集光す るためのフィールドレンズ、 1 0 8はその入射面に対して P偏光となる 光を透過し、 S偏光となる光を反射するワイヤーグレーティング偏光分 離素子をそれぞれ示している。 ワイヤ一ダレ一ティング偏光分離素子 1 0 8は、 ガラス基板上に、 アルミニウムなどの金属を用いて、 入射光の 波長に対して十分小さい周期 （ 1 0 0〜 1 5 0 n m) の金属格子を形成 したものであり、 グレーティング周期方向と垂直に振動する電界成分の 光を反射し、 平行に振動する電界成分の光を透過する。 ワイヤーグレー ティング偏光分離素子 1 0 8は、 ブリュース夕一角を利用した薄膜の偏 光分離プリズムよりも入射角に対する透過率、 反射率の変化が小さく、 高い効率で偏光分離を行うことができる。 また、 放電ランプ 1 0 0とし ては、 例えば、 超高圧水銀ランプ、 キセノンランプ等が用いられる。 照明光学手段 1 0 7は、 放電ランプ 1 0 0側からワイヤーグレーティ ング偏光分離素子 1 0 8側に向かって順に配置された、 複数のレンズか らなる第 1のレンズアレイ板 1 0 2と、 同じく複数のレンズからなる第 2のレンズアレイ板 1 0 3と、 コンデンサレンズ 1 0 4と、 反射ミラー 1 0 5とにより構成されている。 この照明光学手段 1 0 7の構成は、 上 記第 1の実施の形態における照明光学手段 3 6と同じであるため、 その 詳細な説明は省略する。
複屈折素子 1 1 4は、 液晶ライ 卜バルブ 1 0 9側から投写レンズ 1 1 0側に向かって順に配置された、 液晶ライ トバルブ 1 0 9からの光が入 射する第 1の複屈折板 1 1 1と、 第 1の複屈折板 1 1 1からの光が入射 する第 2の複屈折板 1 1 2と、 第 2の複屈折板 1 1 2からの光が入射す る第 3の複屈折板 1 1 3とにより構成されている。 この複屈折素子 1 1 4の構成は、 上記第 1の実施の形態における複屈折素子 4 3とほぼ同じ であるため、 その詳細な説明は省略する。
次に、 上記した本実施の形態の投写型表示装置の動作について、 図 7 を参照しながら説明する。
放電ランプ 1 0 0から放射された光は、 放物面鏡 1 0 1によって集光 され、 略平行光に変換される。 略平行光に変換された光は、 第 1のレン ズアレイ板 1 0 2に入射する。 第 1のレンズアレイ板 1 0 2に入射した 光束は、 多数の光束に分割されて、 第 2のレンズアレイ板 1 0 3に収束 する。 第 2のレンズアレイ板 1 0 3の各レンズから出射した光は、 コン デンサレンズ 1 0 4を透過し、 反射ミラ一 1 0 5で反射され、 さらにフ ィ一ルドレンズ 1 0 6を透過する。 フィールドレンズ 1 0 6を透過した 光は、 ワイヤーグレーティング偏光分離素子 1 0 8に入射し、 ワイヤ一 グレーティング偏光分離素子 1 0 8の入射面に対して P偏光となる光は 透過し、 S偏光となる光は反射されて、 直交する 2つの偏光に分離され る。 ワイヤーグレーティング偏光分離素子 1 0 8を透過した P偏光は、 反射型の液晶ライ トバルブ 1 0 9に入射する。 反射型の液晶ライ トバル ブ 1 0 9に入射した光は、 液晶を透過し、 反射膜で反射され、 再び液晶 を透過する過程で、 液晶の複屈折により偏光状態が P偏光から S偏光に 変化した後、 反射型の液晶ライトバルブ 1 0 9から出射する。 反射型の 液晶ライ トバルブ 1 0 9から出射した S偏光の光は、 ワイヤーグレーテ イング偏光分離素子 1 0 8で反射し、 第 1〜第 3の複屈折板 1 1 1 、 1 1 2 , 1 1 3からなる複屈折素子 1 1 4に入射し、 第 1〜第 3の複屈折 板 1 1 1 、 1 1 2、 1 1 3の作用によって水平方向及び垂直方向の正方 4点に分離された後、 投写レンズ 1 1 0によってスクリーン上に拡大投 写される。 一方、 反射型の液晶ライ トバルブ 1 0 9によって偏光状態が 変化されない P偏光の光は、 ワイヤーグレーティング偏光分離素子 1 0 8を透過した後、 照明光学手段 1 0 7側に戻る。 このようにして、 反射 型の液晶ライトバルブ 1 0 9で光の偏光状態の変化として形成される光 学像がスクリーン上に拡大投写され、 フルカラーの投写画像が形成され る。
尚、 反射型の液晶ライトバルブは、 開口率が 9 0 %程度と高く、 非有 効画素面積が小さい。 このため、 投写像の画素格子は、 透過型の液晶ラ ィ トバルブを用いた場合よりも目立ちにくいが、 画角によってはやや目 立ってしまう。 従って、 反射型の液晶ライ トバルブを用いた投写型表示 装置においては、 複屈折素子を配置することによって、 より滑らかな高 品位画像を得ることが可能となる。また、反射型の液晶ライトバルブは、 透過型の液晶ライトバルブに比べて、 小型化しても開口率が低下するこ とはないので、 画素数を増やすことが可能となる。 また、 反射型の液晶 ライトバルブを用いる場合の、 画素パターンの水平方向及び垂直方向の 分離量はそれぞれ画素ピッチの 1 0〜 3 0 %程度が適している。
また、 固定画素構造を有するライ トバルブとして、 ミラ一偏向型ライ トバルブを用いた投写型表示装置においても、 複屈折素子を備えること によって、 より滑らかな高品位画像を得ることが可能となる。
[第 3の実施の形態]
図 8は本発明の第 3の実施の形態における投写型表示装置を示す概略 構成図である。
図 8に示すように、 本実施の形態における投写型表示装置は、 光源と しての放電ランプ 5 0と、 放電ランプ 5 0からの光を集光し、 被照明領 域に照明する照明光学手段 5 6と、放電ランプ 5 0からの光が照明され、 映像信号に応じた画像を形成する青、 緑、 赤の三原色光にそれぞれ対応 する 3つの透過型の液晶ライトバルブ 6 8、 6 9、 7 0と、 放電ランプ 5 0からの白色光を青、 緑、 赤の各色の光に分離し、 当該青、 緑、 赤の 各色の光を前記 3つの液晶ライトバルブ 6 8、 6 9、 7 0にそれぞれ照 明する色分離光学手段 5 9と、前記 3つの液晶ライ トバルブ 6 8、 6 9、 7 0からの青、 緑、 赤の各色の光を受け、 当該青、 緑、 赤の各色の光を 合成する色合成光学手段であるダイクロイツクプリズム 7 3と、 液晶ラ イトバルブ 6 8、 6 9、 7 0上の画像をスクリーン上に拡大投写する投 写レンズ 7 8と、 ダイクロイツクプリズム 7 3と投写レンズ 7 8との間 に配置され、 液晶ライトバルブ 6 8、 6 9、 7 0からの光を空間的に分 離する複屈折素子 7 7とを備えている。 ここで、 3つの透過型の液晶ラ イ トバルブ 6 8、 6 9、 7 0は、 固定画素構造を有している。 また、 こ れら 3つの液晶ライ トバルブ 6 8、 6 9、 7 0は、 アクティブマトリツ クス方式であって、 映像信号に応じた画素への印加電圧の制御によって 入射する光の偏光状態を変化させる液晶と、 その両側に透過軸が互いに 直交するように配置された 2枚の偏光フィルムとの組合せにより、 光を 変調して、 それぞれ青、 緑、 赤の画像を形成する。 尚、 図 8中、 5 1は 放電ランプ 3 0から放射される光を集光し、 略平行光に変換するための 放物面鏡、 6 0、 6 1、 6 2は反射ミラー、 6 3、 6 4はリレーレンズ、 6 5、 6 6、 6 7はフィールドレンズをそれぞれ示している。 また、 放 電ランプ 5 0としては、 例えば、 超高圧水銀ランプ、 キセノンランプ等 が用いられる。
照明光学手段 5 6は、 放電ランプ 5 0側から色分離光学手段 5 9側に 向かって順に配置された、 複数のレンズからなる第 1のレンズアレイ板 5 2と、 同じく複数のレンズからなる第 2のレンズアレイ板 5 3と、 コ ンデンサレンズ 5 4と、 反射ミラー 5 5とにより構成されている。 この 照明光学手段 5 6の構成は、 上記第 1の実施の形態における照明光学手 段 3 6と同じであるため、 その詳細な説明は省略する。
色分離光学手段 5 9は、 赤透過のダイクロイツクミラー 5 7と緑反射 のダイクロイツクミラー 5 8とにより構成されている。 色合成光学手段であるダイクロイツクプリズム 7 3は、 赤反射のダイ クロイツクミラー 7 1と青反射のダイクロイツクミラー 7 2とにより構 成されている。
複屈折素子 7 7は、 液晶ライ トバルブ 6 8、 6 9、 7 0側から投写レ ンズ 7 8側に向かって順に配置された、 液晶ライトバルブ 6 8、 6 9、 7 0からの光が入射する第 1の複屈折板 7 4と、 第 1の複屈折板 7 4か らの光が入射する第 2の複屈折板 7 5と、 第 2の複屈折板 7 5からの光 が入射する第 3の複屈折板 7 6とにより構成されている。 この複屈折素 子 7 7の構成は、 上記第 1の実施の形態における複屈折素子 4 3と同じ であるため、 その詳細な説明は省略する。
次に、 上記した本実施の形態の投写型表示装置の動作について、 図 8 を参照しながら説明する。
放電ランプ 5 0から放射された光は、放物面鏡 5 1によって集光され、 略平行光に変換される。 略平行光に変換された光は、 第 1のレンズァレ ィ板 5 2に入射する。 第 1のレンズアレイ板 5 2に入射した光束は、 多 数の光束に分割されて、 第 2のレンズアレイ板 5 3に収束する。 第 2の レンズアレイ板 5 3の各レンズから出射した光は、 コンデンサレンズ 5 4を透過し、 反射ミラー 5 5で反射された後、 色分離光学手段 5 9に入 射する。 色分離光学手段 5 9に入射した光は、 赤透過のダイクロイツク ミラー 5 7と緑反射のダイクロイツクミラー 5 8とにより、 青、 緑、 赤 の各色の光に分離される。 緑の光は、 フィールドレンズ 6 5を透過した 後、 緑に対応する液晶ライトバルブ 6 8に入射する。 赤の光は、 反射ミ ラー 6 0で反射し、 フィールドレンズ 6 6を透過した後、 赤に対応する 液晶ライトバルブ 6 9に入射する。 青の光は、 反射ミラ一 6 1 、 6 2で 反射されながらリレーレンズ 6 3、 6 4、 フィールドレンズ 6 7を透過 した後、 青に対応する液晶ライ トバルブ 7 0に入射する。 液晶ライ トバ ルブ 6 8、 6 9、 7 0を透過した各色の光は、 色合成光学手段であるダ ィクロイツクプリズム 7 3に入射し、 赤、 青の各色の光がそれぞれ赤反 射のダイクロイツクミラー 7 1、 青反射のダイクロイツクミラー 7 2で 反射して、緑の光と合成される。 尚、 図 8中に、液晶ライトバルブ 6 8、 6 9、 7 0から出射した光の偏光の方向を示している。 すなわち、 緑の 光については水平方向の偏光を用い、 赤、 青の各色の光については垂直 方向の偏光を用いている。 これは、 ダイクロイツクミラー 7 1 、 7 2に おいては、 緑の透過光については P偏光、 赤、 青の反射光については S 偏光を用いた方が、 高い反射率及び透過率となる分光特性が得られるか らである。 ダイクロイツクプリズム 7 3から出射した光は、 第 1〜第 3 の複屈折板 7 4、 7 5、 7 6からなる複屈折素子 7 7に入射し、 第 1 〜 第 3の複屈折板 7 4、 7 5、 7 6の作用によって画素ピッチの 5 0 %で 水平方向及び垂直方向の正方 4点に分離された後、 投写レンズ 7 8によ つてスクリーン上に拡大投写される。 従って、 本実施の形態の投写型表 示装置を用いれば、 液晶ライトバルブ 6 8、 6 9、 7 0上の各色の画像 の合成画像を、 画素格子の目立たない状態でスクリーン上に映し出すこ とが可能となる。
以上のように、 本実施の形態によれば、 青、 緑、 赤の各色の光に対応 する 3つの液晶ライトバルブと、 光源からの光を効率良く、 均一に各液 晶ライトバルブに照明する照明光学手段を用いているため、 明るく、 解 像度の高い投写画像を得ることができる。
尚、 上記各実施の形態においては、 光源からの光をライトバルブに均 一に照明する照明光学手段を、 2枚のレンズアレイ板を用いて構成して いるが、 ロッ ドレンズとコンデンサレンズを用いて照明光学手段を構成 してもよい。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明によれば、 3枚の複屈折板を用いて構成した複 屈折素子を備えることにより、 投写像の画素格子を目立たなくして、 滑 らかな高品位画像を得ることのできる投写型表示装置を安価に提供する ことができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 光源と、 前記光源からの光が照明され、 映像信号に応じた画像 を形成するライ トバルブと、 前記ライ トバルブ上の画像をスクリーン上 に拡大投写する投写レンズと、 前記ライ トバルブからの光を空間的に分 離する複屈折素子とを備え、
前記複屈折素子が、 前記ライトバルブからの光が入射する第 1の複屈 折板と、 前記第 1の複屈折板からの光が入射する第 2の複屈折板と、 前 記第 2の複屈折板からの光が入射する第 3の複屈折板とからなり、 前記第 1の複屈折板に入射する光の偏光方向と、 前記第 1の複屈折板 の入射面に射影した前記第 1の複屈折板の光学軸とのなす角度が n X 4 5 ° ( nは 0を除く整数） であり、
前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸 が、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した前記第 1の複屈折板の光学 軸と直交する方向にあり、
前記第 3の複屈折板の入射面に射影した前記第 3の複屈折板の光学軸 が、 水平方向又は垂直方向にある投写型表示装置。
2 . 前記ライトバルブが、 青、 緑、 赤の三原色光にそれぞれ対応す る 3つのライトバルブからなり、
前記光源からの白色光を青、緑、赤の各色の光に分離し、 当該青、緑、 赤の各色の光を前記 3つのライ トバルブにそれぞれ照明する色分離光学 手段と、
前記 3つのライトバルブからの青、緑、赤の各色の光を受け、当該青、 緑、 赤の各色の光を合成する色合成光学手段とをさらに備えた請求項 1 に記載の投写型表示装置。
3 . 前記光源からの光を集光し、 被照明領域に照明する照明光学手 段をさらに備えた請求項 1に記載の投写型表示装置。
4 . 前記複屈折板が、 前記ライ トバルブと前記投写レンズとの間に 配置された請求項 1に記載の投写型表示装置。
5 . 前記複屈折板が、 前記投写レンズの出射側に配置された請求項 1に記載の投写型表示装置。
6 . 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする二 次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した前 記第 1の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 4 5 0 方向にあり、 前 記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として一 4 5 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入射面に 射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として 0 ° 又は 1 8 0 ° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
7 . 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする二 次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した前 記第 1の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として一 4 5 ° 方向にあり、 前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 4 5 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入射面に 射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として 0 ° 又は 1 8 0 ° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
8 . 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする二 次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した前 記第 1の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 4 5 ° 方向にあり、 前 記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として 1 3 5 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入射面に 射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 9 0 ° 又は — 9 0 ° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
9 . 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする二 次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した前 記第 1の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として一 4 5 0 方向にあり、 前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として一 1 3 5 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入射 面に射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として 9 0 ° 又は— 9 0 ° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
1 0 . 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする 二次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した 前記第 1の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 1 3 5 ° 方向にあり、 前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として一 1 3 5 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入射 面に射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として 0 ° 又 は 1 8 0 ° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
1 1 . 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする 二次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した 前記第 1の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として一 1 3 5 ° 方向にあ り、 前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学 軸が + x軸を基準として 1 3 5 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入 射面に射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として 0 ° 又は 1 8 0 ° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
1 2 . 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする 二次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した 前記第 1の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 1 3 5 ° 方向にあり、 前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 4 5 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入射面に 射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + x軸を基準として 90 ° 又は 一 90 ° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
1 3. 前記第 1〜第 3の複屈折板の入射面に水平方向を X軸とする 二次元直交座標を設けたとき、 前記第 1の複屈折板の入射面に射影した 前記第 1の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として一 1 3 5 ° 方向にあ り、 前記第 2の複屈折板の入射面に射影した前記第 2の複屈折板の光学 軸が + x軸を基準として— 45 ° 方向にあり、 前記第 3の複屈折板の入 射面に射影した前記第 3の複屈折板の光学軸が + X軸を基準として 9 0 ° 又は一 9 0° 方向にある請求項 1に記載の投写型表示装置。
14. 前記第 1〜第 3の複屈折板の材料が水晶である請求項 1に記 載の投写型表示装置。
1 5. 前記第 1〜第 3の複屈折板の材料がサファイアである請求項 1に記載の投写型表示装置。
1 6. 前記第 1〜第 3の複屈折板の材料が L i Nb〇3 である請求 項 1に記載の投写型表示装置。
1 7. 前記第 1〜第 3の複屈折板が接着剤によって貼合された請求 項 1に記載の投写型表示装置。
1 8. 前記ライトバルブが固定画素構造を有する透過型の液晶ライ トバルブである請求項 1に記載の投写型表示装置。
1 9. 前記ライトバルブが固定画素構造を有する反射型の液晶ライ トバルブである請求項 1に記載の投写型表示装置。
2 0. 前記複屈折板による画素分離パターンが正方 4点分離パター ンである請求項 1に記載の投写型表示装置。
2 1. 前記ライ トバルブからの光の偏光方向が水平方向又は垂直方 向である請求項 1に記載の投写型表示装置。
2 2. 前記ライトバルブが透過型の液晶ライトバルブであって、 前 記複屈折素子は、 前記液晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバル ブの固定画素ピッチの 4 0 %〜 5 0 %で水平方向及び垂直方向の 4点に 分離する請求項 1に記載の投写型表示装置。
2 3 . 前記ライ トバルブが反射型の液晶ライトバルブであって、 前 記複屈折素子は、 前記液晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバル ブの固定画素ピッチの 1 0 %〜 3 0 %で水平方向及び垂直方向の 4点に 分離する請求項 1に記載の投写型表示装置。
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