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JP2008026538A - Optical device and projector including the same - Google Patents

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JP2008026538A
JP2008026538A JP2006198049A JP2006198049A JP2008026538A JP 2008026538 A JP2008026538 A JP 2008026538A JP 2006198049 A JP2006198049 A JP 2006198049A JP 2006198049 A JP2006198049 A JP 2006198049A JP 2008026538 A JP2008026538 A JP 2008026538A
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liquid crystal
optical
incident
light
axis
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JP2006198049A
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Takashi Endo
隆史 遠藤
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device in which an optical element for compensation is installed at low cost and with space savings, and with which excellent contrast and viewing angle characteristics are ensured. <P>SOLUTION: An indicatrix RIE11 of an end EP1 in the vicinity of an incident side surface is oriented to an intermediate direction between the x-axis and the y-axis with a certain inclined state, and an indicatrix RIE12 of an end EP2 in the vicinity of a light emitting side surface is oriented to an intermediate direction between the x-axis and the y-axis with an inclined state similar to that of the indicatrix RIE11. An approximate indicatrix RIE3 corresponds to a positive uniaxial material which is an average of both of the indicatrix RIE11 and the indicatrix RIE12. The retardation produced by the approximate indicatrix RIE3 is compensated with an optical compensation plate 84. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、画像形成用の光学装置に関し、さらに、当該光学装置を組み込んだプロジェクタに関する。   The present invention relates to an optical device for image formation, and further relates to a projector incorporating the optical device.

従来の液晶プロジェクタとして、ツイストネマティック型の液晶パネルを用い、液晶パネルと入射偏光板や射出偏光板との間に、ラビング方向に向くとともに入射面に対して所定角だけ傾いた光学軸を有する補償用光学素子を配置しているものがある(特許文献1参照)。このような液晶プロジェクタでは、液晶パネルに近接して配置される補償用光学素子の光学軸や厚さの調整によって液晶のプレチルトを補償することができ、コントラストや視野角を改善することができる。
特開2004−198650号公報
As a conventional liquid crystal projector, a twisted nematic type liquid crystal panel is used, and the compensation between the liquid crystal panel and the incident polarizing plate and the outgoing polarizing plate has an optical axis that is oriented in the rubbing direction and tilted by a predetermined angle with respect to the incident surface. Some optical elements are arranged (see Patent Document 1). In such a liquid crystal projector, the pretilt of the liquid crystal can be compensated for by adjusting the optical axis and thickness of the compensating optical element arranged close to the liquid crystal panel, and the contrast and viewing angle can be improved.
JP 2004-198650 A

しかし、上記のような液晶プロジェクタでは、液晶パネルの入射側と射出側との双方に一枚ずつもしくは片側に二枚補償用光学素子を配置して液晶層の両表面に形成されるプレチルトに起因する位相ずれを補償しているので、補償用光学素子によるコスト増加が大きく、補償用光学素子を取り付けるための空間確保が容易でなく取付部材や工程が複雑となる。   However, in the liquid crystal projector as described above, it is caused by the pretilt formed on both surfaces of the liquid crystal layer by arranging one piece of compensation optical element on both the incident side and the exit side of the liquid crystal panel or on one side. Since the phase shift is compensated, the cost of the compensation optical element is greatly increased, it is not easy to secure a space for attaching the compensation optical element, and the attachment member and the process are complicated.

そこで、本発明は、低コストかつ省スペースで補償用光学素子を組み込むことができ、良好なコントラストや視野角特性を確保することができる光変調装置すなわち光学装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a light modulation device, that is, an optical device, which can incorporate a compensation optical element at low cost and save space and can ensure good contrast and viewing angle characteristics.

上記課題を解決するため、本発明に係る光学装置は、(a)ツイストネマティックモードで動作する液晶を含むとともに、入射面及び射出面に隣接する液晶の光軸が当該入射面及び射出面に対して所定のプレチルト角だけ傾斜配向する液晶セルと、(b)液晶セルの入射側及び射出側のいずれか一方に配置され、負の一様な光学軸を有する一軸性結晶で形成されるとともに、入射面に隣接する液晶の傾斜配向方向に対応する第1ラビング方向と射出面に隣接する液晶の傾斜配向方向に対応する第2ラビング方向とに対してそれぞれゼロでない角度をなす所定の中間方向を光学軸の配向方位とする一種類の光学補償素子と、(c)液晶セル及び光学補償部材を挟むように配置される一対の偏光素子とを備える。   In order to solve the above problems, an optical device according to the present invention includes (a) a liquid crystal that operates in a twisted nematic mode, and the optical axis of the liquid crystal adjacent to the incident surface and the emission surface is relative to the incident surface and the emission surface. A liquid crystal cell that is tilt-aligned by a predetermined pretilt angle, and (b) disposed on either the incident side or the exit side of the liquid crystal cell, and formed of a uniaxial crystal having a negative uniform optical axis, A predetermined intermediate direction that forms a non-zero angle with respect to the first rubbing direction corresponding to the tilt alignment direction of the liquid crystal adjacent to the incident surface and the second rubbing direction corresponding to the tilt alignment direction of the liquid crystal adjacent to the exit surface. One type of optical compensation element having an orientation orientation of the optical axis, and (c) a pair of polarizing elements arranged so as to sandwich the liquid crystal cell and the optical compensation member.

上記光学装置では、液晶セルにおいて入射面及び射出面に隣接する液晶の光軸が入射面の法線に対して所定のプレチルト角だけ傾斜配向しているが、入射側及び射出側のいずれか一方に配置される光学補償素子が、入射側の第1ラビング方向と射出側の第2ラビング方向とに対してそれぞれゼロでない角度をなす所定の中間方向を光学軸の配向方位とする負の一軸性結晶で形成されるので、上記所定の中間方向の調整によって、液晶の入射側及び射出側に形成された各プレチルトによって生じる正面方向に関する像光のリタデーションを近似的に相殺又は低減することができる。これにより、例えば電界が印可されるオン時に液晶セルの正面方向において黒が浮き上がって画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。   In the above optical device, the optical axis of the liquid crystal adjacent to the entrance surface and the exit surface in the liquid crystal cell is inclined with respect to the normal of the entrance surface by a predetermined pretilt angle, but either the entrance side or the exit side. Negative uniaxiality in which the optical compensator arranged in the optical axis is a predetermined intermediate direction that forms a non-zero angle with respect to the first rubbing direction on the incident side and the second rubbing direction on the exit side, respectively. Since it is formed of crystals, the adjustment of the predetermined intermediate direction can approximately cancel or reduce the retardation of the image light in the front direction caused by each pretilt formed on the incident side and the emission side of the liquid crystal. Thereby, for example, it is possible to suppress a phenomenon in which black rises in the front direction of the liquid crystal cell when the electric field is applied and the contrast of the image is lowered.

なお、ツイストネマティック型の液晶セルのオフ状態(すなわち電圧無印可状態)において、入射面及び射出面に隣接する液晶の光軸が入射面の法線に対して傾斜配向する結果として、液晶に所謂プレチルトが生じてしまう。このような入射面と出射面付近の液晶のプレチルトは、液晶セルがオン状態になってもほぼ同じ状態に維持される。本発明では、光学補償素子による補償の対象がオン状態の液晶である場合、このオン状態で入射面及び射出面に隣接する液晶に残存する平均的チルト状態をプレチルトと呼ぶものとし、補償の対象がオフ状態の液晶である場合、このオフ状態で入射面及び射出面に隣接する液晶に残存する平均的チルト状態をプレチルトと呼ぶものとする。   In addition, in the off-state of the twisted nematic liquid crystal cell (that is, the state in which no voltage is applied), the liquid crystal adjacent to the entrance surface and the exit surface is tilted with respect to the normal to the entrance surface. Pretilt occurs. Such a pretilt of the liquid crystal near the entrance surface and the exit surface is maintained in substantially the same state even when the liquid crystal cell is turned on. In the present invention, when an object to be compensated by the optical compensation element is an on-state liquid crystal, an average tilt state remaining in the liquid crystal adjacent to the entrance surface and the exit surface in the on state is referred to as a pretilt, and the compensation object Is an off-state liquid crystal, the average tilt state remaining in the liquid crystal adjacent to the entrance surface and the exit surface in this off state is referred to as pre-tilt.

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記光学装置において、光学補償素子の光学軸が、液晶セルの互いに平行な入射面及び射出面の法線方向に対して所定の傾斜角だけ傾斜している。この場合、正面方向に対して傾いた方向に関してもプレチルトの影響を補償することができるので、視野角特性に偏りが発生することを一定範囲で抑制することができる   According to a specific aspect or aspect of the present invention, in the optical device, the optical axis of the optical compensation element has a predetermined inclination angle with respect to the normal direction of the incident surface and the exit surface parallel to each other of the liquid crystal cell. Just tilted. In this case, since the influence of the pretilt can be compensated for the direction inclined with respect to the front direction, it is possible to suppress the occurrence of bias in the viewing angle characteristics within a certain range.

本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、液晶セルの入射面及び射出面に平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線に対して光学軸を傾斜させた平板素子である。この場合、光学補償素子が液晶セル等に対して平行に配置されるので光学補償素子を簡易に安定した状態で精密に固定することができる。   In yet another aspect of the present invention, the optical compensation element has an incident plane and an emission plane parallel to the incident surface and the emission surface of the liquid crystal cell, and the optical axis is inclined with respect to the normal line of the incident plane and the emission plane. Flat plate element. In this case, since the optical compensation element is arranged in parallel to the liquid crystal cell or the like, the optical compensation element can be simply and accurately fixed in a stable state.

本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、液晶セルの入射面及び射出面に対して傾斜した互いに平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線方向に光学軸が存在する平板素子を含む。この場合、光学補償素子の光学軸を入射平面等に垂直な方向に設定することができ、光学補償素子の加工や製作が比較的容易となる。   In yet another aspect of the present invention, the optical compensation element has an entrance plane and an exit plane parallel to each other that are inclined with respect to the entrance plane and the exit plane of the liquid crystal cell, and is in the normal direction of the entrance plane and the exit plane. It includes a flat element with an optical axis. In this case, the optical axis of the optical compensation element can be set in a direction perpendicular to the incident plane and the like, and the processing and production of the optical compensation element are relatively easy.

本発明のさらに別の態様では、光学補償素子が、液晶セル中における液晶のうち入射面及び射出面の近傍に存在する液晶に起因するリタデーションを実効的にキャンセルするような厚さを有する。この場合、液晶セルの正面方向だけでなくその近傍を含めた範囲でリタデーションを効果的に低減することができ、光学装置によって形成される像の画質を高めることができる。   In yet another aspect of the present invention, the optical compensation element has a thickness that effectively cancels the retardation caused by the liquid crystal present in the vicinity of the entrance surface and the exit surface of the liquid crystal in the liquid crystal cell. In this case, the retardation can be effectively reduced not only in the front direction of the liquid crystal cell but also in the range including the vicinity thereof, and the image quality of the image formed by the optical device can be improved.

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記光学装置において、光学補償素子が、液晶セルの射出面側に配置されている。この場合、光束調整用のマイクロレンズアレイを入射側に配置しても、コントラストや視野角特性の改善に関して十分な効果が得られる。   According to a specific aspect or aspect of the present invention, in the optical device, the optical compensation element is disposed on the emission surface side of the liquid crystal cell. In this case, even if the microlens array for adjusting the luminous flux is arranged on the incident side, a sufficient effect can be obtained with respect to improvement in contrast and viewing angle characteristics.

本発明のさらに別の態様では、液晶セルが、少なくとも入射側にマイクロレンズアレイを備える。この場合、液晶セルに入射させる光束の角度調整が可能になる。   In yet another aspect of the present invention, the liquid crystal cell includes a microlens array at least on the incident side. In this case, the angle of the light beam incident on the liquid crystal cell can be adjusted.

本発明に係るプロジェクタは、(a)上述した光変調用の光学装置と、(b)光学装置を照明する照明装置と、(c)光学装置によって形成された画像を投射する投射レンズとを備える。   A projector according to the present invention includes (a) the optical device for light modulation described above, (b) an illumination device that illuminates the optical device, and (c) a projection lens that projects an image formed by the optical device. .

上記プロジェクタにおいては、上述の光学装置を備えており、例えばオン時に液晶セルの正面方向において黒が浮き上がって画像のコントラストが低下する現象を抑えることができる。これにより、省スペースでコスト増加を抑えつつ液晶セルによる調光すなわち光変調の精度を向上させることができるので、簡単な構造でありながら高品位の画像を投射できるプロジェクタを提供することができる。   The projector includes the above-described optical device, and can suppress, for example, a phenomenon in which black rises in the front direction of the liquid crystal cell and the contrast of the image decreases when the projector is turned on. As a result, it is possible to improve the dimming, that is, the accuracy of light modulation by the liquid crystal cell while saving space and suppressing an increase in cost. Therefore, it is possible to provide a projector that can project a high-quality image with a simple structure.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る光学装置である液晶ライトバルブ(光変調装置)の構造を説明する拡大断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view illustrating the structure of a liquid crystal light valve (light modulation device) that is an optical device according to a first embodiment of the present invention.

図示の液晶ライトバルブ31において、入射側の偏光板である第1偏光フィルタ31bと、射出側の偏光板である第2偏光フィルタ31cとは、クロスニコルを構成する。これら第1及び第2偏光フィルタ31b,31cの間に挟まれた偏光変調部31aは、入射光の偏光方向を、入力信号に応じて画素単位で変化させる液晶パネルである。   In the illustrated liquid crystal light valve 31, the first polarizing filter 31b, which is an incident-side polarizing plate, and the second polarizing filter 31c, which is an exit-side polarizing plate, form crossed Nicols. The polarization modulator 31a sandwiched between the first and second polarizing filters 31b and 31c is a liquid crystal panel that changes the polarization direction of incident light in units of pixels in accordance with an input signal.

偏光変調部31aは、ツイストネマティックモードで動作する液晶(すなわちツイストネマティック型の液晶)で構成される液晶層71を挟んで、入射側に透明な第1基板72aと、射出側に透明な第2基板72bとを備える。さらに、偏光変調部31aは、入射側の第1基板72aの外側に入射側カバー74aを備え、射出側の第2基板72bの外側に射出側カバー74bを備える。なお、図示を省略しているが、第1基板72aには、後述する液晶セル(画素)に対応して配置される例えば微小レンズからなるマイクロレンズアレイが埋め込むように形成されている。   The polarization modulation unit 31a sandwiches a liquid crystal layer 71 composed of liquid crystal operating in a twisted nematic mode (that is, twisted nematic liquid crystal), and a transparent first substrate 72a on the incident side and a second transparent on the emission side. And a substrate 72b. Further, the polarization modulator 31a includes an incident side cover 74a outside the incident side first substrate 72a, and includes an emission side cover 74b outside the second substrate 72b on the emission side. Although not shown, the first substrate 72a is formed so as to embed a microlens array composed of, for example, microlenses arranged corresponding to liquid crystal cells (pixels) described later.

第1基板72aの液晶層71側の面上には、透明な共通電極75が設けられており、その上には、例えば配向膜76が形成されている。一方、第2基板72bの液晶層71側の面上には、マトリクス状に配置された複数の透明画素電極77と、各透明画素電極77に電気的に接続されている薄膜トランジスタ(不図示)とが設けられており、その上には、例えば配向膜78が形成されている。ここで、第1及び第2基板72a,72bと、これらに挟まれた液晶層71と、電極75,77とは、入射光の偏光状態を変化させるための液晶セルとなっている。また、液晶セルを構成する各画素は、1つの画素電極77と、共通電極75と、これらの間に挟まれた液晶層71とを含む。なお、第1基板72aと共通電極75との間には、各画素を区分するように格子状のブラックマトリックス79が設けられている。   A transparent common electrode 75 is provided on the surface of the first substrate 72a on the liquid crystal layer 71 side, and an alignment film 76 is formed thereon, for example. On the other hand, on the surface of the second substrate 72b on the liquid crystal layer 71 side, there are a plurality of transparent pixel electrodes 77 arranged in a matrix and thin film transistors (not shown) electrically connected to the transparent pixel electrodes 77. And an alignment film 78 is formed thereon, for example. Here, the first and second substrates 72a and 72b, the liquid crystal layer 71 sandwiched therebetween, and the electrodes 75 and 77 form a liquid crystal cell for changing the polarization state of incident light. Each pixel constituting the liquid crystal cell includes one pixel electrode 77, a common electrode 75, and a liquid crystal layer 71 sandwiched therebetween. A grid-like black matrix 79 is provided between the first substrate 72a and the common electrode 75 so as to partition each pixel.

ここで、配向膜76,78は、液晶層71を構成する液晶性化合物を必要な方向に配列させるためのものである。配向膜76は、これに接する液晶性化合物を第1ラビング方向(X軸方向)に配向させ、配向膜78は、これに接する液晶性化合物を第2ラビング方向(Y軸方向)に配向させる。液晶層71に電圧が印加されないオフ状態において、配向膜76は、液晶性化合物の光学軸を第1偏光フィルタ31bの偏光面であるXZ面を含んだ方向に配向させる役割を有し、配向膜78は、液晶性化合物の光学軸を第2偏光フィルタ31cの偏光面であるYZ面を含んだ方向に配向させる役割を有する。結果的に、液晶層71中の液晶性化合物の光学軸は、第1基板72aから第2基板72bにかけて徐々にねじれるように配置される。つまり、第1及び第2基板72a,72bすなわち配向膜76,78に隣接して液晶層71の両端側に配置される一組の液晶性化合物の光学軸は、XY平面上に投影した場合、互いに例えば90°のツイスト角をなす。これにより、一対の偏光フィルタ31b,31cの間に挟まれた液晶層71をノーマリオンモードで動作させることになり、電圧非印加のオフ状態で最大透過状態(光オン状態)を確保することができる。なお、後に詳述するが、液晶層71の両端側すなわち配向膜76,78の近傍位置において、液晶性化合物の光学軸は、XY平面すなわち配向膜76,78に対向する入射面や出射面に平行になっておらず、かかる入射面や出射面に対して一定のプレチルト角だけ傾いた状態で配置されている。   Here, the alignment films 76 and 78 are for aligning the liquid crystal compounds constituting the liquid crystal layer 71 in a necessary direction. The alignment film 76 aligns the liquid crystalline compound in contact with the first rubbing direction (X-axis direction), and the alignment film 78 aligns the liquid crystalline compound in contact with the second rubbing direction (Y-axis direction). In the off state where no voltage is applied to the liquid crystal layer 71, the alignment film 76 has a role of aligning the optical axis of the liquid crystalline compound in a direction including the XZ plane which is the polarization plane of the first polarizing filter 31b. 78 has a role of aligning the optical axis of the liquid crystalline compound in a direction including the YZ plane which is the polarization plane of the second polarizing filter 31c. As a result, the optical axis of the liquid crystal compound in the liquid crystal layer 71 is arranged so as to be gradually twisted from the first substrate 72a to the second substrate 72b. That is, when the optical axes of a pair of liquid crystal compounds disposed on both ends of the liquid crystal layer 71 adjacent to the first and second substrates 72a and 72b, that is, the alignment films 76 and 78, are projected on the XY plane, For example, they form a twist angle of 90 °. As a result, the liquid crystal layer 71 sandwiched between the pair of polarizing filters 31b and 31c is operated in a normally-on mode, and a maximum transmission state (light-on state) can be secured in an off state in which no voltage is applied. it can. As will be described in detail later, at the both ends of the liquid crystal layer 71, that is, in the vicinity of the alignment films 76 and 78, the optical axis of the liquid crystalline compound is on the XY plane, that is, the incident surface and the output surface facing the alignment films 76 and 78. They are not parallel and are arranged in a state inclined by a certain pretilt angle with respect to the incident surface and the exit surface.

一方、液晶層71に電圧が印加されたオン状態すなわち遮光状態(光オフ状態)において、配向膜76,78から離れた位置にある液晶性化合物の光学軸は、第1基板72aの法線に平行な方向(具体的にはZ方向)に配向する。しかしながら、液晶層71の両端側すなわち配向膜76,78の近傍において、液晶性化合物の光学軸は、略元のままに維持されている。つまり、両端側における液晶性化合物の光学軸は、第1及び第2偏光フィルタ31b,31cの偏光面に沿ったX方向やY方向に配向されているが、XY面すなわち配向膜76,78に対向する入射面や出射面に水平になっておらず、入射面や出射面に対して一定のチルト角だけ傾いた状態に維持されている。なお、液晶層71に電圧が印加されていないオフ状態と電圧が印加されたオン状態とにおいて、配向膜76,78の近傍位置に存在する液晶性化合物の光学軸は、多少変動するがXY面に対して傾いた傾斜状態に維持される。よって、オン状態すなわち遮光状態の液晶層71に対する光学的補償を目的とする場合、このような傾斜状態に対応する傾斜角もプレチルト角と呼ぶものとする。   On the other hand, in the ON state where the voltage is applied to the liquid crystal layer 71, that is, in the light shielding state (light OFF state), the optical axis of the liquid crystalline compound located away from the alignment films 76 and 78 is at the normal line of the first substrate 72a. Oriented in a parallel direction (specifically, the Z direction). However, the optical axis of the liquid crystalline compound is maintained substantially at the both ends of the liquid crystal layer 71, that is, in the vicinity of the alignment films 76 and 78. In other words, the optical axes of the liquid crystal compounds on both end sides are aligned in the X direction and the Y direction along the polarization planes of the first and second polarizing filters 31b and 31c, but on the XY plane, that is, the alignment films 76 and 78. It is not horizontal to the opposite entrance and exit surfaces, but is maintained in a state tilted by a fixed tilt angle with respect to the entrance and exit surfaces. Note that, in the off state where no voltage is applied to the liquid crystal layer 71 and the on state where a voltage is applied, the optical axis of the liquid crystalline compound existing in the vicinity of the alignment films 76 and 78 varies somewhat, but the XY plane. It is maintained in an inclined state inclined with respect to. Therefore, when the objective is optical compensation for the liquid crystal layer 71 in the on state, that is, the light shielding state, the tilt angle corresponding to such a tilt state is also referred to as a pretilt angle.

この偏光変調部31aにおいて、射出側カバー74bの射出面すなわち第2偏光フィルタ31cに対向する一方の平坦面には、例えば1〜200μm程度の厚さを有する薄い光学補償板84が貼り付けられている。ここで、光学補償板84は、光学接着剤によって入射側カバー74aの射出側の平坦面上に貼り付けられて光学補償素子OCを構成しており、このような光学補償素子OCは、第2基板72bの射出面上に光学接着剤によって貼り付けられる。   In this polarization modulator 31a, a thin optical compensator 84 having a thickness of, for example, about 1 to 200 μm is attached to the exit surface of the exit side cover 74b, that is, one flat surface facing the second polarization filter 31c. Yes. Here, the optical compensation plate 84 is affixed on the flat surface on the exit side of the incident side cover 74a with an optical adhesive to constitute the optical compensation element OC. It is affixed by the optical adhesive on the injection | emission surface of the board | substrate 72b.

光学補償板84は、光入射端面と光射出端面とが平行な平板素子であり、透明な負の一軸性結晶で形成される。光学補償板84の光学軸は、XZ面に対してもYZ面に対しても一定の角をなすとともに、Z軸に対して所定の傾斜角をなすように配置されている。つまり、光学補償板84の光学軸は、X軸とY軸の中間方向、すなわち第1偏光フィルタ31bの偏光面に沿ったX方向に対してゼロでない角度をなすとともに第2偏光フィルタ31cの偏光面に沿ったY方向に対してゼロでない角度をなす中間方向を、その配向方位としている。   The optical compensator 84 is a flat plate element in which the light incident end face and the light exit end face are parallel, and is formed of a transparent negative uniaxial crystal. The optical axis of the optical compensator 84 is arranged so as to form a fixed angle with respect to the XZ plane and the YZ plane, and to form a predetermined inclination angle with respect to the Z axis. That is, the optical axis of the optical compensation plate 84 forms a non-zero angle with respect to the intermediate direction between the X axis and the Y axis, that is, the X direction along the polarization plane of the first polarizing filter 31b, and the polarization of the second polarizing filter 31c. The orientation direction is an intermediate direction that forms a non-zero angle with respect to the Y direction along the plane.

図2は、オン状態における液晶層71の屈折率と光学補償板84の屈折率とを説明する側方断面の概念図である。また、図3(a)は、液晶層71の屈折率を概念的に説明する斜視図であり、図3(b)は、液晶層71の入出射端における屈折率の近似を説明する斜視図であり、図3(c)は、液晶層71における屈折率のさらなる近似を説明する斜視図である。なお、以上の図2等において、液晶層71の入射面71a及び射出面71bと、光学補償板84の入射平面84a及び射出平面84bとは、互いに全て平行になっている。   FIG. 2 is a conceptual side sectional view for explaining the refractive index of the liquid crystal layer 71 and the refractive index of the optical compensator 84 in the ON state. 3A is a perspective view conceptually illustrating the refractive index of the liquid crystal layer 71, and FIG. 3B is a perspective view illustrating approximation of the refractive index at the incident / exit end of the liquid crystal layer 71. FIG. 3C is a perspective view for explaining a further approximation of the refractive index in the liquid crystal layer 71. 2 and the like, the incident surface 71a and the emission surface 71b of the liquid crystal layer 71 and the incident plane 84a and the emission plane 84b of the optical compensation plate 84 are all parallel to each other.

図2に示すオン状態の液晶層71において、液晶性化合物の屈折率楕円体RIE1の長軸すなわち光学軸OA1は、Z軸に対して概ね平行に配置されており入射面71a及び射出面71bに対して概ね垂直になっている。しかしながら、入射面71a及び射出面71bに近い位置において、屈折率楕円体RIE1の光学軸OA1は、Z軸に対してある程度傾いた状態となっており、入射面と出射面それぞれに極めて近い液晶性化合物は電圧を印加する前のチルト角と等しく、一般的に入射面との角度は10度未満程度である。さらに液晶層中心部に向かうにしたがって液晶性化合物の光学軸は急激に入射面法線方向に平行になる角度に近づく。   In the liquid crystal layer 71 in the ON state shown in FIG. 2, the major axis of the refractive index ellipsoid RIE1 of the liquid crystalline compound, that is, the optical axis OA1 is arranged substantially parallel to the Z axis, and is incident on the incident surface 71a and the emission surface 71b. It is generally perpendicular to it. However, at a position close to the entrance surface 71a and the exit surface 71b, the optical axis OA1 of the refractive index ellipsoid RIE1 is inclined to some extent with respect to the Z axis, and the liquid crystal properties are extremely close to the entrance surface and the exit surface. The compound is equal to the tilt angle before the voltage is applied, and generally the angle with respect to the incident surface is less than about 10 degrees. Further, the optical axis of the liquid crystalline compound abruptly approaches an angle that is parallel to the normal direction of the incident surface as it goes toward the center of the liquid crystal layer.

一方、光学補償板84において、これを構成する負の一軸性結晶の屈折率楕円体RIE2の短軸すなわち光学軸OA2は、Z軸を含みXZ平面とYZ平面とに略同じ角度で傾いた平面に存在し、Z軸に対してあまり大きくない一定の傾き角を有している。より詳細に説明すると、屈折率楕円体RIE2の傾き方向すなわち配向方位は、第1及び第2偏光フィルタ31b,31cの偏光面の中間方向になっており、この配向方位は、X方向に対して約45°をなすとともにY方向に対しても約45°をなしている。   On the other hand, in the optical compensator 84, the minor axis of the refractive index ellipsoid RIE2 of the negative uniaxial crystal composing the optical compensator 84, that is, the optical axis OA2, is a plane including the Z axis and inclined at substantially the same angle between the XZ plane and the YZ plane. And has a constant tilt angle that is not so large with respect to the Z-axis. More specifically, the tilt direction of the refractive index ellipsoid RIE2, that is, the orientation direction is an intermediate direction between the polarization planes of the first and second polarizing filters 31b and 31c. The angle is about 45 ° and about 45 ° with respect to the Y direction.

ここで、図3(a)〜(c)を参照して、液晶層71の屈折率異方性の近似的処理について説明する。図3(a)に示すように、液晶層71のうち電界に素直に応答する中央部分CPでは、液晶性化合物の屈折率楕円体RIE10がZ軸に沿った状態になっており、Z軸に沿って進行する正面光束に対して複屈折作用を与えない。しかしながら、液晶層71のうち入射面71aに近い端部分EP1では、液晶性化合物の屈折率楕円体RIE111,RIE112がZ軸に対してプレチルト角だけ傾いた状態になっており、Z軸に沿って進行する正面光束に対して複屈折作用を与える。なお、入射面71aにより近い屈折率楕円体RIE111は、入射面71aに対して比較的小さな傾斜状態でX軸方向に配向する長軸を有し、入射面71aから相対的に離れた屈折率楕円体RIE112は、入射面71aに対して比較的大きな傾斜状態でX軸とY軸の中間方向に配向する。同様に、液晶層71のうち射出面71bに近い端部分EP2でも、液晶性化合物の屈折率楕円体RIE121,RIE122がZ軸に対してプレチルト角だけ傾いた状態になっており、Z軸に沿って進行する正面光束に対して複屈折作用を与える。なお、射出面71bにより近い屈折率楕円体RIE121は、射出面71bに対して比較的小さな傾斜状態でY軸方向に配向する長軸を有し、射出面71bから相対的に離れた屈折率楕円体RIE122は、射出面71bに対して比較的大きな傾斜状態でX軸とY軸の中間方向に配向する。   Here, with reference to FIGS. 3A to 3C, an approximate process of the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer 71 will be described. As shown in FIG. 3A, in the central portion CP of the liquid crystal layer 71 that responds straightly to an electric field, the refractive index ellipsoid RIE10 of the liquid crystalline compound is in a state along the Z axis, Birefringence action is not given to the front light beam traveling along. However, in the end portion EP1 of the liquid crystal layer 71 close to the incident surface 71a, the refractive index ellipsoids RIE111 and RIE112 of the liquid crystal compound are inclined by a pretilt angle with respect to the Z axis, and along the Z axis. A birefringence action is given to the traveling front beam. The refractive index ellipsoid RIE111 closer to the incident surface 71a has a major axis oriented in the X-axis direction with a relatively small inclination with respect to the incident surface 71a, and is a refractive index ellipse relatively far from the incident surface 71a. The body RIE 112 is oriented in an intermediate direction between the X axis and the Y axis with a relatively large inclination with respect to the incident surface 71a. Similarly, in the end portion EP2 of the liquid crystal layer 71 close to the exit surface 71b, the refractive index ellipsoids RIE121 and RIE122 of the liquid crystal compound are inclined by a pretilt angle with respect to the Z axis, and along the Z axis. Birefringence action is given to the front light flux that travels. Note that the refractive index ellipsoid RIE121 closer to the exit surface 71b has a long axis oriented in the Y-axis direction with a relatively small inclination with respect to the exit surface 71b, and is a refractive index ellipse relatively far from the exit surface 71b. The body RIE 122 is oriented in the intermediate direction between the X axis and the Y axis with a relatively large inclination with respect to the emission surface 71b.

ここで、図3(b)を参照して、図3(a)に示す液晶層71の屈折率の近似について考える。図3(b)に示す液晶層71の入射側の端部分EP1において、液晶性化合物の平均的な屈折率を近似的に表す屈折率楕円体RIE11は、図3(a)に示す屈折率楕円体RIE111,RIE112を厚みに応じて平均化したものである。同様に、図3(b)に示す液晶層71の射出側の端部分EP2において、液晶性化合物の平均的な屈折率を近似的に表す屈折率楕円体RIE12は、図3(a)に示す屈折率楕円体RIE121,RIE122を厚みに応じて平均化したものである。結果的に、入射側の表面近傍である端部分EP1の屈折率楕円体RIE11は、ある傾斜状態でX軸とY軸の中間方向であるがX軸方向寄りに配向し、射出側の表面近傍である端部分EP2の屈折率楕円体RIE12は、屈折率楕円体RIE11と同様の傾斜状態でX軸とY軸の中間方向であるがY軸方向寄りに配向する。なお、以上の説明では、上下の端部分EP1,EP2において2段階で屈折率が変化するように説明しているが、実際は連続的に多段階で屈折率が変化しており、両屈折率楕円体RIE11,RIE12のサイズや傾斜量等は、液晶層71の既知の特性を前提として、シミュレーションや実験等に基づいて近似的に決定される。   Here, the approximation of the refractive index of the liquid crystal layer 71 shown in FIG. 3A will be considered with reference to FIG. The refractive index ellipsoid RIE11 approximately representing the average refractive index of the liquid crystalline compound in the incident side end portion EP1 of the liquid crystal layer 71 shown in FIG. 3B is a refractive index ellipse shown in FIG. The bodies RIE111 and RIE112 are averaged according to the thickness. Similarly, the refractive index ellipsoid RIE12 that approximately represents the average refractive index of the liquid crystal compound in the emission-side end portion EP2 of the liquid crystal layer 71 shown in FIG. 3B is shown in FIG. The refractive index ellipsoids RIE121 and RIE122 are averaged according to the thickness. As a result, the refractive index ellipsoid RIE11 of the end portion EP1 that is in the vicinity of the surface on the incident side is oriented in the intermediate direction between the X axis and the Y axis but closer to the X axis direction in a certain inclined state, and near the surface on the exit side. The refractive index ellipsoid RIE12 of the end portion EP2 is oriented in the middle direction between the X axis and the Y axis but closer to the Y axis direction in the same inclined state as the refractive index ellipsoid RIE11. In the above description, the upper and lower end portions EP1 and EP2 are described so that the refractive index changes in two steps. However, in actuality, the refractive index changes continuously in multiple steps, and both refractive index ellipses. The sizes, inclination amounts, and the like of the bodies RIE11 and RIE12 are approximately determined based on simulations, experiments, and the like on the assumption of the known characteristics of the liquid crystal layer 71.

次に、図3(c)を参照して、図3(b)に示す液晶層71の屈折率のさらなる近似について考える。図3(b)に示す液晶層71の端部分EP1,EP2は、分離して存在するが、近似的には単一の層と考えることもできる。よって、図3(b)に示す液晶層71の両端部分EP1,EP2を総合した屈折率、すなわち図3(c)に示す近似屈折率楕円体RIE3は、両屈折率楕円体RIE11,RIE12を平均化した正の一軸性材料に相当するものになっている。このような近似屈折率楕円体RIE3は、XY面に対して比較的大きな傾斜状態でX軸とY軸の中間方向DAに配向しており、近似屈折率楕円体RIE3の長軸すなわち光学軸OAC1は、中間方向DAに対して近似プレチルト角TAだけ傾斜した状態となる。この近似プレチルト角TAは、Z軸に対する垂直近似チルト角θ1に対応するものとなっている。また、近似屈折率楕円体RIE3が配向する中間方向DAは、X軸方向に対して角αを成しているものとする。この角αは液晶層71の対称性から約45°になっている。なお、図3(c)の近似屈折率楕円体RIE3は、端部分EP1,EP2の平均的な屈折率を表すとして説明しているが、液晶層71全体の平均的な屈折率を表すものとすることもできる。この場合、近似屈折率楕円体RIE3は、各部分EP1,EP2,CPによって形成されるものであり、図3(b)に示す屈折率楕円体RIE11,RIE12,RIE10を合成したものとなる。   Next, with reference to FIG. 3C, a further approximation of the refractive index of the liquid crystal layer 71 shown in FIG. 3B will be considered. The end portions EP1 and EP2 of the liquid crystal layer 71 shown in FIG. 3B exist separately, but can be considered to be approximately a single layer. Accordingly, the refractive index of the two end portions EP1 and EP2 of the liquid crystal layer 71 shown in FIG. 3B, that is, the approximate refractive index ellipsoid RIE3 shown in FIG. 3C is an average of both refractive index ellipsoids RIE11 and RIE12. It corresponds to a positive uniaxial material. Such an approximate refractive index ellipsoid RIE3 is oriented in an intermediate direction DA between the X axis and the Y axis with a relatively large inclination with respect to the XY plane, and the major axis of the approximate refractive index ellipsoid RIE3, that is, the optical axis OAC1. Is inclined by the approximate pretilt angle TA with respect to the intermediate direction DA. The approximate pretilt angle TA corresponds to the vertical approximate tilt angle θ1 with respect to the Z axis. In addition, it is assumed that the intermediate direction DA in which the approximate refractive index ellipsoid RIE3 is oriented forms an angle α with respect to the X-axis direction. This angle α is about 45 ° due to the symmetry of the liquid crystal layer 71. Note that the approximate refractive index ellipsoid RIE3 in FIG. 3C is described as representing the average refractive index of the end portions EP1 and EP2, but represents the average refractive index of the entire liquid crystal layer 71. You can also In this case, the approximate refractive index ellipsoid RIE3 is formed by the portions EP1, EP2 and CP, and is a composite of the refractive index ellipsoids RIE11, RIE12, and RIE10 shown in FIG.

図4(a)は、液晶層71の屈折率を説明するための側面図であり、図4(b)は、液晶層71の屈折率を説明する平面図である。また、図5(a)は、光学補償板84の屈折率を説明する側面図であり、図5(b)は、光学補償板84の屈折率を説明する平面図である。   4A is a side view for explaining the refractive index of the liquid crystal layer 71, and FIG. 4B is a plan view for explaining the refractive index of the liquid crystal layer 71. 5A is a side view for explaining the refractive index of the optical compensation plate 84, and FIG. 5B is a plan view for explaining the refractive index of the optical compensation plate 84. As shown in FIG.

まず、液晶層71について考えると、その近似屈折率楕円体RIE3は、図3(c)でも説明したように、正の一軸性材料に相当するものとなっており、屈折率を基準とする各軸方向の屈折率をnx,ny,nzとすると、近似的にnx=ny<nzの関係が成り立ち、屈折率nzの長軸に対応する光学軸OAC1が、液晶層71の入射面71aに法線方向から入射する光線(垂直入射光)の光路VPに対して、近似配向方向に垂直近似チルト角θ1だけ傾いた状態となっている。ここで、図4(a)に示すように正常屈折率がnで異常屈折率がnであり、つまりnx=ny=n,nx=nであり、図4(b)に示すように近似配向方向(垂直入射光の遅相軸方向)に振動する光の近似配向方向屈折率がnで進相軸方向に振動する光の垂直方向屈折率がnであるとすると、

Figure 2008026538
となっている。よって、垂直入射光に対する液晶層71のリタデーションRe1は、液晶層71の厚みをd1として、
Figure 2008026538
となる。同様に、光学補償板84について考えると、この光学補償板84は、負の一軸性結晶からなり、屈折率を基準とする各軸方向の屈折率をnx,ny,nzとすると、一般にnx=ny>nzの関係が成り立ち、屈折率nzの長軸短軸に対応する光学軸OA2が、光学補償板84の入射平面84aに法線方向から入射する光線(垂直入射光)の光路VPに対して、近似配向方向に傾斜角θ2=θ1だけ傾いた状態となっている。ここで、図5(a)に示すように正常屈折率がNで異常屈折率がNであり、図5(b)に示すように近似配向方向に対応する配向方位(垂直入射光の進相軸方向)に振動する光の近似配向方向屈折率がnで遅相軸方向に振動する光の垂直方向屈折率がnであるとすると、
Figure 2008026538
となっている。よって、垂直入射光に対する光学補償板84のリタデーションRe2は、光学補償板84の厚みをd2として、
Figure 2008026538
となる。ここで、液晶層71の近似屈折率nz(n)の長軸と光学補償板84の屈折率nz(N)の短軸とは平行に配置されており、それぞれの遅相軸及び進相軸は互いに入れ替わっている。したがって、垂直入射光に対するトータルのリタデーションREは、式(3)で与えられるRe1と、式(6)で与えられるRe2との差の絶対値で与えられる。つまり、Re1=Re2のとき、第1偏光フィルタ31bから射出された偏光と第2偏光フィルタ31cに入射する偏光は同一状態となり、垂直入射光に対する偏光フィルタ31cでの遮光が完全となり、液晶ライトバルブ31の透過及び遮光によって決定される画像のコントラストは最大となる。 First, considering the liquid crystal layer 71, the approximate refractive index ellipsoid RIE3 corresponds to a positive uniaxial material as described with reference to FIG. Assuming that the refractive index in the axial direction is nx, ny, nz, the relationship of nx = ny <nz is approximately established, and the optical axis OAC1 corresponding to the major axis of the refractive index nz is a modulus on the incident surface 71a of the liquid crystal layer 71. The optical path VP of light rays (vertical incident light) incident from the linear direction is inclined by the vertical approximate tilt angle θ1 in the approximate orientation direction. Here, an extraordinary refractive index n e with ordinary index as shown in FIG. 4 (a) is n o, that is nx = ny = n o, an nx = n e, shown in FIG. 4 (b) Thus, if the approximate orientation direction refractive index of light oscillating in the approximate orientation direction (slow axis direction of normal incident light) is n 2 and the vertical refractive index of light oscillating in the fast axis direction is n 1 ,
Figure 2008026538
It has become. Therefore, the retardation Re1 of the liquid crystal layer 71 with respect to the normal incident light is expressed as follows:
Figure 2008026538
It becomes. Similarly, when considering the optical compensator 84, the optical compensator 84 is made of a negative uniaxial crystal, and generally nx = ny, nz where the refractive index in each axial direction with respect to the refractive index is nx, ny, nz. The relationship of ny> nz holds, and the optical axis OA2 corresponding to the major axis and the minor axis of the refractive index nz is relative to the optical path VP of the light ray (vertical incident light) incident on the incident plane 84a of the optical compensator 84 from the normal direction. Thus, the tilt angle θ2 = θ1 in the approximate orientation direction. Here, ordinary refractive index as shown in FIG. 5 (a) is abnormal refractive index N e in N o, FIG. 5 (b) to the orientation direction corresponding to the approximate alignment direction, as shown (for normally incident light If the approximate orientation direction refractive index of light oscillating in the fast axis direction is n 4 and the vertical refractive index of light oscillating in the slow axis direction is n 3 ,
Figure 2008026538
It has become. Therefore, the retardation Re2 of the optical compensator 84 with respect to the normal incident light is set to d2 as the thickness of the optical compensator 84.
Figure 2008026538
It becomes. Here, the major axis of the approximate refractive index nz (n e ) of the liquid crystal layer 71 and the minor axis of the refractive index nz (N e ) of the optical compensator 84 are arranged in parallel, and the slow axis and the fast axis of each are arranged. The phase axes are interchanged. Therefore, the total retardation RE with respect to the normal incident light is given by the absolute value of the difference between Re1 given by Expression (3) and Re2 given by Expression (6). That is, when Re1 = Re2, the polarized light emitted from the first polarizing filter 31b and the polarized light incident on the second polarizing filter 31c are in the same state, and the light blocking by the polarizing filter 31c with respect to the vertically incident light becomes complete, and the liquid crystal light valve The contrast of the image determined by the transmission and shading of 31 is maximized.

以下では、液晶ライトバルブ31への入射光が角度分布を有する場合について考察する。まず、空気中から液晶ライトバルブ31に斜めに入射するある光束L1について考え、空気中での傾き角をη0とし、液晶層71中での傾き角をη1とし、光学補償板84中での傾き角をη2とする。この場合、液晶層71において、nとnとの差が小さいことからn≒nとなるので、空気中から液晶層71に傾き角η0で入射した光束については、以下の条件を満たすような光路をたどる。
sin(η0):sin(η1)=1:1/n
sin(η1)=sin(η0)/n … (7)
さらに、光学補償板84において、N≒Nとなるので、液晶層71中から光学補償板84に傾き角η1で入射した光束については、以下のようになる。
sin(η1):sin(η2)=1/n:1/N
sin(η2)=sin(η1)(n/N) … (8)
以上では、入射面71aに法線に対して傾き角η0で入射する光束について考えたが、入射光の傾斜の方向も問題となる。ここでは、近似配向方向すなわち中間方向DAを基準として傾斜方向を考えるものとして、上述の傾き角η0を極角とし、入射光束の方位角をφであるとする。この場合、液晶ライトバルブ31を通過する光束が液晶層71中の光学軸OAC1となす角w1と、同光束が光学補償板84中において光学軸OA2となす角w2とは、上記変数η0,φとこれらに基づいて得られるη1,η2とから幾何学的に求めることができる。このような斜め入射光が液晶層71と光学補償板84とを通過する際のリタデーションRe’は、次式

Figure 2008026538
で与えられる。上式でd1/cosη1は、傾斜した入射光の液晶層71における実効光路長であり、d2/cosη2は、傾斜した入射光の光学補償板84における実効光路長である。なお、以上では、光学補償板84と液晶層71とにおける遅相軸と進相軸との大小関係が垂直入射光と同様であるとしたが、これに該当しない場合もある。すなわち、液晶層71を垂直近似チルト角θ1に対応する傾き角η1よりも大きな傾斜角で通過する光束等については、上記式(9)中の符号の正負を適宜入れ替えることで、正確なリタデーションRe’を求めることができる。 Below, the case where the incident light to the liquid crystal light valve 31 has an angular distribution will be considered. First, consider a certain light flux L1 incident obliquely on the liquid crystal light valve 31 from the air. The inclination angle in the air is η0, the inclination angle in the liquid crystal layer 71 is η1, and the inclination in the optical compensator 84 is as follows. Let the angle be η2. In this case, in the liquid crystal layer 71, so since the difference between n o and n e is small becomes n o ≒ n e, for the light beam incident at an inclination angle η0 to the liquid crystal layer 71 from the air, the following conditions Follow a satisfying optical path.
sin (η0): sin (η1) = 1: 1 / n o
sin (η1) = sin (η0 ) / n o ... (7)
Further, since N o ≈N e in the optical compensator 84, the light flux that has entered the optical compensator 84 from the liquid crystal layer 71 at an inclination angle η 1 is as follows.
sin (η1): sin (η2) = 1 / n o : 1 / N o
sin (η2) = sin (η1 ) (n o / N o) ... (8)
In the above, the light beam incident on the incident surface 71a with the inclination angle η0 with respect to the normal line has been considered, but the direction of the incident light inclination is also a problem. Here, assuming that the tilt direction is considered with reference to the approximate orientation direction, that is, the intermediate direction DA, the tilt angle η0 is a polar angle, and the azimuth angle of the incident light beam is φ. In this case, the angle w1 formed by the light beam passing through the liquid crystal light valve 31 with the optical axis OAC1 in the liquid crystal layer 71 and the angle w2 formed by the light beam with the optical axis OA2 in the optical compensator 84 are the variables η0 and φ. And η1 and η2 obtained based on these values can be obtained geometrically. The retardation Re ′ when such obliquely incident light passes through the liquid crystal layer 71 and the optical compensator 84 is given by
Figure 2008026538
Given in. In the above equation, d1 / cos η1 is the effective optical path length of the tilted incident light in the liquid crystal layer 71, and d2 / cos η2 is the effective optical path length of the tilted incident light in the optical compensator 84. In the above, the magnitude relationship between the slow axis and the fast axis in the optical compensator 84 and the liquid crystal layer 71 is the same as that in the normal incident light, but this may not be the case. That is, for a light beam or the like that passes through the liquid crystal layer 71 at a tilt angle larger than the tilt angle η1 corresponding to the vertical approximate tilt angle θ1, an accurate retardation Re can be obtained by appropriately changing the sign of the formula (9). 'Can be asked.

結果的に、液晶ライトバルブ31と光学補償板84を通過する際のリタデーションRe’は、屈折率n,n,N,N,d1,d2が定数であり、値η1,η2,w1,w2が上記値η0,φによって決定されるパラメータであるので、以下のような関数f
Re’=f(η0,φ) … (10)
と考えて処理することができる。よって、上記式(10)に基づいて、全ての入射光線に関してリタデーションRe’を求めてこれらの総和が最小値になるように、光学補償板84の厚みd2を最適化することもでき、この場合、液晶ライトバルブ31の透過及び遮光によって決定される画像のコントラストは近似的に最大となる。例えばある一定のNAで液晶ライトバルブ31に垂直入射する光束の場合、開口角に対応するη0が0〜ηmaxとなり、方位角φが0〜360°となるので、以下の積分値

Figure 2008026538
がゼロに近づくように光学補償板84を設定する。ここで、W(η0,φ)は、入射光の角度分布によって与えられる重み関数である。図6(a)は、通過光のリタデーションRe’=f(η0,φ)と傾き角η0との一般的な関係を視覚的に説明したものであり、傾き角η0が0となる正面方向の光に対してリタデーションRe’が最も小さくなっているが、傾き角η0が増加するに従ってリタデーションRe’が徐々に増加する。また、図6(b)は、入射光の重み関数W(η0,φ)と傾き角η0との関係を視覚的に説明したものであり、傾き角η0が0となる正面方向の光の密度が最も高くなっており、これに伴って重み関数が最大値となっている。以上は例示であり、リタデーションRe’=f(η0,φ)の特性は、液晶層71と光学補償板84の光学特性によって定まり、W(η0,φ)は、光源の放射特性、均一化光学系の光学特性、液晶のマイクロレンズの特性等によって定まる。つまり、光学補償板84の屈折率楕円体RIE2や厚みd2を調節することで、様々なW(η0,φ)の照明装置に対してリタデーションRe’=f(η0,φ)の積分値を極小化することができ、液晶ライトバルブ31によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。 As a result, the retardation Re ′ when passing through the liquid crystal light valve 31 and the optical compensator 84 is such that the refractive indexes n o , n e , N o , N e , d 1 and d 2 are constants, and the values η 1, η 2 Since w1 and w2 are parameters determined by the above values η0 and φ, the following function f
Re ′ = f (η0, φ) (10)
Can be processed. Therefore, the thickness d2 of the optical compensator 84 can be optimized based on the above formula (10) so that the retardation Re ′ is obtained for all incident rays and the sum of these is minimized. The contrast of the image determined by the transmission and shading of the liquid crystal light valve 31 is approximately maximum. For example, in the case of a light beam perpendicularly incident on the liquid crystal light valve 31 with a certain NA, η0 corresponding to the opening angle is 0 to ηmax and the azimuth angle φ is 0 to 360 °.
Figure 2008026538
The optical compensator 84 is set so as to approach zero. Here, W (η0, φ) is a weighting function given by the angular distribution of incident light. FIG. 6A visually illustrates a general relationship between the retardation Re ′ = f (η0, φ) of the passing light and the inclination angle η0. The front direction in which the inclination angle η0 is 0 is illustrated in FIG. Although the retardation Re ′ is the smallest with respect to light, the retardation Re ′ gradually increases as the tilt angle η0 increases. FIG. 6B visually illustrates the relationship between the weighting function W (η0, φ) of the incident light and the tilt angle η0, and the light density in the front direction where the tilt angle η0 is zero. Is the highest, and accordingly, the weighting function has the maximum value. The above is an example, and the characteristic of retardation Re ′ = f (η0, φ) is determined by the optical characteristics of the liquid crystal layer 71 and the optical compensator 84, and W (η0, φ) is the emission characteristic of the light source and the homogenizing optics. It is determined by the optical characteristics of the system and the characteristics of the liquid crystal microlenses. That is, by adjusting the refractive index ellipsoid RIE2 and the thickness d2 of the optical compensator 84, the integral value of the retardation Re ′ = f (η0, φ) is minimized for various illumination devices of W (η0, φ). The contrast of the image formed by the liquid crystal light valve 31 can be maximized.

以上の式(11)によって表される積分値(合計リタデーション)は、高速演算を行うシミュレーションによって迅速に求めることができ、液晶層71の特性や光学補償板84の屈折率特性を入力することで、光学補償板84の厚みd2や傾斜角θ2を迅速に決定することができる。   The integral value (total retardation) represented by the above equation (11) can be quickly obtained by a simulation that performs high-speed calculation, and by inputting the characteristics of the liquid crystal layer 71 and the refractive index characteristics of the optical compensator 84. The thickness d2 and the inclination angle θ2 of the optical compensation plate 84 can be determined quickly.

具体的な実施例について説明すると、ツイストネマティック型の各種液晶層71に対して、光学補償板84としてサファイア結晶を用いた場合、厚みd2は、1〜100μm程度の範囲となった。特に一般的なツイストネマティック型の液晶層71を備える液晶ライトバルブ31に関してシミュレーションを行った結果では、光学補償板84の厚みd2=50μmが適切で、上記式(11)で与えられる積分値を最小値とできた。結果を図7のグラフに示す。このグラフで、縦軸はゲインを示し、横軸の「補償なし」は光学補償板84を設けなかった場合を示し、「サファイア補償」はサファイア結晶製の光学補償板84を設けた場合を示す。   A specific example will be described. When a sapphire crystal is used as the optical compensator 84 for the twisted nematic liquid crystal layer 71, the thickness d2 is in the range of about 1 to 100 μm. In particular, as a result of the simulation performed on the liquid crystal light valve 31 including the general twisted nematic liquid crystal layer 71, the thickness d2 = 50 μm of the optical compensator 84 is appropriate, and the integral value given by the above equation (11) is minimized. Value and could. The results are shown in the graph of FIG. In this graph, the vertical axis indicates the gain, the horizontal axis “no compensation” indicates the case where the optical compensation plate 84 is not provided, and “sapphire compensation” indicates the case where the optical compensation plate 84 made of sapphire crystal is provided. .

図8は、具体的な液晶ライトバルブ31に対応するデータでシミュレーションを行った結果を示す。図8(a)は、実施例の液晶ライトバルブ31の視野角特性を示し、図8(b)は、比較例の液晶ライトバルブの視野角特性を示す。比較例の液晶ライトバルブは、図7のグラフの「補償なし」に相当し、比較例の液晶ライトバルブは、同グラフの「サファイア補償」に相当する。両視野角特性において、等高線は、入射面の法線方向に対する傾斜角を意味する。図からも明らかなように、実施例の液晶ライトバルブ31の場合、視野角特性が入射面の法線方向に関して広い範囲で良好であり、液晶ライトバルブ31の正面方向のコントラストを著しく向上させていることが分かる。   FIG. 8 shows the result of simulation with data corresponding to a specific liquid crystal light valve 31. FIG. 8A shows the viewing angle characteristics of the liquid crystal light valve 31 of the example, and FIG. 8B shows the viewing angle characteristics of the liquid crystal light valve of the comparative example. The liquid crystal light valve of the comparative example corresponds to “no compensation” in the graph of FIG. 7, and the liquid crystal light valve of the comparative example corresponds to “sapphire compensation” of the graph. In both viewing angle characteristics, the contour line means an inclination angle with respect to the normal direction of the incident surface. As is apparent from the figure, in the case of the liquid crystal light valve 31 of the embodiment, the viewing angle characteristics are good in a wide range with respect to the normal direction of the incident surface, and the contrast in the front direction of the liquid crystal light valve 31 is remarkably improved. I understand that.

以下、光学補償板84を備える光学補償素子OCの製造方法について説明する。まず、光学補償素子OCの構成要素となる、光学補償板84及び射出側カバー74bの材料を準備する。すなわち、光学補償板84の材料となるサファイアをなるべく薄く切り出して、屈折率楕円体RIE2の傾き方向(配向方位)と傾斜角(極角)θ2とが液晶層71の近似屈折率楕円体RIE3と同じになるようにする。次に、切り出したサファイア板の一対の対向する平面に対して研磨等の加工を施して表面を滑らかにする。次に、射出側カバー74bの材料となる、石英、白板ガラス等の透過率が高く複屈折性有しない平行平板状の支持基板を準備する。次に、洗浄後の支持基板上に紫外線硬化樹脂を介して洗浄後のサファイア板を貼り合わせた後、硬化によって固定する。その後、支持基板上のサファイア板を比較的粗い砥粒で研磨して、サファイア層が例えば60μm程度の光学補償板84になるようにする。この際、両面研磨等を用いるならば、リタデーションを計測することで、サファイア層である光学補償板84の厚みを判定することができ、片面研磨を用いるならば、マイクロゲージによってサファイア層である光学補償板84の厚みを判定することができる。なお、片面研磨であっても、貼り合わせる支持基板が透明で複屈折性の無いもの(例えば白板、石英)であれば、サファイア板を貼り合わせた状態でリタデーションによる厚さの計測も可能ある。研磨された面には細かい傷がつくので、光学補償板84と同程度の屈折率を有する接着材等で傷を埋め、或いは比較的細かい砥粒で再度研磨を行って、光学補償板84の表面を平滑化する。   Hereinafter, a method for manufacturing the optical compensation element OC including the optical compensation plate 84 will be described. First, materials for the optical compensation plate 84 and the emission side cover 74b, which are constituent elements of the optical compensation element OC, are prepared. That is, sapphire as a material of the optical compensator 84 is cut out as thin as possible, and the tilt direction (alignment orientation) and tilt angle (polar angle) θ2 of the refractive index ellipsoid RIE2 are the same as the approximate refractive index ellipsoid RIE3 of the liquid crystal layer 71. Try to be the same. Next, a process such as polishing is performed on a pair of opposed planes of the cut sapphire plate to smooth the surface. Next, a parallel plate-like support substrate having a high transmittance such as quartz or white glass, which is a material of the emission side cover 74b, and having no birefringence is prepared. Next, the cleaned sapphire plate is bonded to the cleaned support substrate via an ultraviolet curable resin, and then fixed by curing. Thereafter, the sapphire plate on the support substrate is polished with relatively coarse abrasive grains so that the sapphire layer becomes an optical compensation plate 84 of, for example, about 60 μm. At this time, if double-side polishing or the like is used, the thickness of the optical compensator 84 that is a sapphire layer can be determined by measuring retardation. If single-side polishing is used, an optical that is a sapphire layer using a micro gauge. The thickness of the compensation plate 84 can be determined. Note that even with single-side polishing, if the supporting substrate to be bonded is transparent and has no birefringence (for example, white plate or quartz), the thickness can be measured by retardation while the sapphire plate is bonded. Since the polished surface has fine scratches, the scratches are filled with an adhesive having a refractive index similar to that of the optical compensation plate 84, or polished again with relatively fine abrasive grains. Smooth the surface.

以上の第1実施形態において、光学補償板84を射出側カバー74bに取り付けているが、光学補償板84が一対の偏光フィルタ31b,31c間に配置されていれば一定の効果を達成することができるから、光学補償板84を例えば入射側カバー74aに取り付けることもできる。   In the first embodiment described above, the optical compensation plate 84 is attached to the emission side cover 74b. However, if the optical compensation plate 84 is disposed between the pair of polarizing filters 31b and 31c, a certain effect can be achieved. Therefore, the optical compensator 84 can be attached to the incident side cover 74a, for example.

〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態に係る光学装置である液晶ライトバルブについて説明する。第2実施形態の液晶ライトバルブは、第1実施形態の液晶ライトバルブを変形したものであり、特に説明しない部分は、第1実施形態と同様であり重複説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a liquid crystal light valve which is an optical device according to a second embodiment of the present invention will be described. The liquid crystal light valve of the second embodiment is a modification of the liquid crystal light valve of the first embodiment, and the portions that are not specifically described are the same as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.

図9は、第2実施形態の液晶ライトバルブに組み込まれる光学補償素子OCを説明する側方断面図である。この場合、液晶層71の入射面71aに対して光学補償素子OCを傾斜させて配置する。すなわち、液晶層71の入射面71aに対して垂直入射する光束の光路VPは、平板素子である光学補償板184の入射平面184aに対して傾斜して入射し、射出平面184bから同様の傾斜角で射出する。ここで、光学補償板184は、第1実施形態の場合と同様に、透明な負の一軸性結晶で形成された平板素子であるが、その光学軸OA2の方向が入射平面184aに垂直になるように加工されている。この光学補償板184は、ガラス等の等方性材料からなる透明板181に支持されており、全体としての光学補償素子OCは、不図示のホルダによって、液晶層71等を含む液晶パネルの本体側に固定されている。   FIG. 9 is a side sectional view for explaining the optical compensation element OC incorporated in the liquid crystal light valve of the second embodiment. In this case, the optical compensation element OC is inclined with respect to the incident surface 71a of the liquid crystal layer 71. That is, the optical path VP of the light beam perpendicularly incident on the incident surface 71a of the liquid crystal layer 71 is incident on the incident plane 184a of the optical compensator 184, which is a flat plate element, with a similar inclination angle from the emission plane 184b. Inject at. Here, the optical compensation plate 184 is a flat element formed of a transparent negative uniaxial crystal, as in the case of the first embodiment, but the direction of the optical axis OA2 is perpendicular to the incident plane 184a. It is processed as follows. The optical compensation plate 184 is supported by a transparent plate 181 made of an isotropic material such as glass. The optical compensation element OC as a whole is a main body of a liquid crystal panel including a liquid crystal layer 71 and the like by a holder (not shown). It is fixed on the side.

本実施形態では、光学補償板184において、屈折率楕円体RIE2の短軸すなわち光学軸OA2が、液晶層71に垂直入射する光束の光路VPに対して一定の傾斜角θ2を有している。この傾斜角θ2は、液晶層71に付与されている垂直近似チルト角θ1と略等しくなっている。ここで、光学補償板184の屈折率楕円体RIE2の短軸の傾斜角θ2と液晶層71の垂直近似チルト角θ1とが略等しいとしたのは、第1実施形態と同様に、光学補償板184と液晶層71との屈折率の差を考慮した場合、θ1とθ2とに若干の差が生じる場合があるからである。   In the present embodiment, in the optical compensator 184, the minor axis of the refractive index ellipsoid RIE2, that is, the optical axis OA2, has a constant inclination angle θ2 with respect to the optical path VP of the light beam perpendicularly incident on the liquid crystal layer 71. This tilt angle θ2 is substantially equal to the vertical approximate tilt angle θ1 given to the liquid crystal layer 71. Here, the reason why the minor axis tilt angle θ2 of the refractive index ellipsoid RIE2 of the optical compensation plate 184 and the vertical approximate tilt angle θ1 of the liquid crystal layer 71 are substantially equal are the same as in the first embodiment. This is because when a difference in refractive index between 184 and the liquid crystal layer 71 is taken into consideration, a slight difference may occur between θ1 and θ2.

以上のような光学補償板184は、3つの主屈折率の内ひとつが補償素子表面の法線方向に存在しているためサファイアのみならず、TAC等の延伸フィルムによって容易に形成することができる。延伸フィルムは、大量生産に向いている。   The optical compensation plate 184 as described above can be easily formed not only by sapphire but also by a stretched film such as TAC because one of the three main refractive indexes exists in the normal direction of the compensation element surface. . The stretched film is suitable for mass production.

本実施形態でも、光学補償素子OC中における光学補償板184の屈折率楕円体RIE2、厚みd2、傾き等を適宜調節することで、様々な照明装置に対して第1実施形態で説明したリタデーションRe’=f(η0,φ)の積分値を極小化することができるので、液晶ライトバルブ31によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。なお、本実施形態では、光学補償素子OCを液晶層71の前段に配置しているが、光学補償素子OCを液晶層71の後段に配置することもでき、同様の効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the retardation Re described in the first embodiment for various illumination devices by appropriately adjusting the refractive index ellipsoid RIE2, the thickness d2, the inclination, etc. of the optical compensation plate 184 in the optical compensation element OC. Since the integral value of '= f (η0, φ) can be minimized, the contrast of an image formed by the liquid crystal light valve 31 can be maximized. In the present embodiment, the optical compensation element OC is arranged at the front stage of the liquid crystal layer 71. However, the optical compensation element OC can be arranged at the rear stage of the liquid crystal layer 71, and the same effect can be obtained.

〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態に係る液晶装置である液晶ライトバルブ(光変調装置)について説明する。第3実施形態の液晶ライトバルブは、第2実施形態の液晶ライトバルブを変形したものであり、特に説明しない部分は、第2実施形態と同様であり重複説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a liquid crystal light valve (light modulation device) which is a liquid crystal device according to a third embodiment of the present invention will be described. The liquid crystal light valve of the third embodiment is a modification of the liquid crystal light valve of the second embodiment, and parts that are not specifically described are the same as those of the second embodiment, and redundant description is omitted.

図10は、第3実施形態の液晶ライトバルブに組み込まれる光学補償素子OCを説明する側方断面図である。この場合、光学補償素子OCは、その光学軸OA2の方向が入射平面184aに垂直になるように加工されている光学補償板184と、この光学補償板184を挟むように接合された一対の楔状プリズム281a,281bとを備える。ここで、楔状プリズム281a,281bの屈折率は、光学補償板184の屈折率と略等しいものとなっている。結果的に、液晶層71の入射面71aに対して垂直入射する光束VPは、光学補償素子OCの入射面285aに対して垂直入射するが、光学補償板184の入射平面184aに対しては、傾斜して入射する。   FIG. 10 is a side sectional view for explaining the optical compensation element OC incorporated in the liquid crystal light valve of the third embodiment. In this case, the optical compensation element OC has an optical compensation plate 184 processed so that the direction of the optical axis OA2 is perpendicular to the incident plane 184a, and a pair of wedges joined so as to sandwich the optical compensation plate 184. And prisms 281a and 281b. Here, the refractive indexes of the wedge-shaped prisms 281 a and 281 b are substantially equal to the refractive index of the optical compensation plate 184. As a result, the light beam VP perpendicularly incident on the incident surface 71a of the liquid crystal layer 71 is perpendicularly incident on the incident surface 285a of the optical compensation element OC, but the incident plane 184a of the optical compensation plate 184 is Incident at an angle.

本実施形態では、光学補償板184において、屈折率楕円体RIE2の短軸すなわち光学軸OA2は、液晶層71に垂直入射する光束VPに対して一定の傾斜角θ2を有している。この傾斜角θ2は、液晶層71に付与されている垂直近似チルト角θ1と等しくなっている。   In the present embodiment, in the optical compensator 184, the minor axis of the refractive index ellipsoid RIE2, that is, the optical axis OA2, has a constant inclination angle θ2 with respect to the light beam VP perpendicularly incident on the liquid crystal layer 71. The tilt angle θ2 is equal to the vertical approximate tilt angle θ1 given to the liquid crystal layer 71.

本実施形態でも、光学補償素子OC中における光学補償板184の屈折率楕円体RIE2、厚みd2、傾き等を適宜調節することで、様々な照明装置に対して第1実施形態で説明したリタデーションRe’=f(η0,φ)の積分値を極小化することができるので、液晶ライトバルブ31によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。なお、本実施形態では、光学補償素子OCを液晶層71の前段に配置しているが、光学補償素子OCを液晶層71の後段に配置することもできる。   Also in this embodiment, the retardation Re described in the first embodiment for various illumination devices by appropriately adjusting the refractive index ellipsoid RIE2, the thickness d2, the inclination, etc. of the optical compensation plate 184 in the optical compensation element OC. Since the integral value of '= f (η0, φ) can be minimized, the contrast of an image formed by the liquid crystal light valve 31 can be maximized. In the present embodiment, the optical compensation element OC is disposed in the previous stage of the liquid crystal layer 71. However, the optical compensation element OC may be disposed in the subsequent stage of the liquid crystal layer 71.

〔第4実施形態〕
図11は、図1に示す液晶ライトバルブ31等を組み込んだプロジェクタの光学系の構成を説明する図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of an optical system of a projector incorporating the liquid crystal light valve 31 shown in FIG.

本プロジェクタ10は、光源光を発生する光源装置21と、光源装置21からの光源光を赤緑青の3色に分割する色分離光学系23と、色分離光学系23から射出された各色の照明光によって照明される光変調部25と、光変調部25からの各色の像光を合成するクロスダイクロイックプリズム27と、クロスダイクロイックプリズム27を経た像光をスクリーン(不図示)に投射するための投射光学系である投射レンズ29とを備える。このうち、光源装置21、色分離光学系23、光変調部25、及びクロスダイクロイックプリズム27は、スクリーンに投射すべき像光を形成する画像形成装置となっている。   The projector 10 includes a light source device 21 that generates light source light, a color separation optical system 23 that divides the light source light from the light source device 21 into three colors of red, green, and blue, and illumination of each color emitted from the color separation optical system 23. A light modulator 25 illuminated by light, a cross dichroic prism 27 that combines image light of each color from the light modulator 25, and a projection for projecting image light that has passed through the cross dichroic prism 27 onto a screen (not shown). And a projection lens 29 which is an optical system. Among these, the light source device 21, the color separation optical system 23, the light modulation unit 25, and the cross dichroic prism 27 are image forming apparatuses that form image light to be projected onto the screen.

以上のプロジェクタ10において、光源装置21は、光源ランプ21aと、凹レンズ21bと、一対のフライアイ光学系21d,21eと、偏光変換部材21gと、重畳レンズ21iとを備える。このうち、光源ランプ21aは、例えば高圧水銀ランプからなり、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡を備える。凹レンズ21bは、光源ランプ21aからの光源光を平行化する役割を有するが、省略することもできる。一対のフライアイ光学系21d,21eは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ21bを経た光源ランプ21aからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材21gは、フライアイ光学系21eから射出した光源光を例えば図11の紙面に垂直なS偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ21iは、偏光変換部材21gを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部25に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系21d,21eと重畳レンズ21iとを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系23を経て、光変調部25に設けられた各色の液晶パネル25a,25b,25cを均一に重畳照明する。   In the projector 10 described above, the light source device 21 includes a light source lamp 21a, a concave lens 21b, a pair of fly-eye optical systems 21d and 21e, a polarization conversion member 21g, and a superimposing lens 21i. Among these, the light source lamp 21a is composed of, for example, a high-pressure mercury lamp, and includes a concave mirror that collects the light source light and emits it forward. The concave lens 21b has a role of collimating the light source light from the light source lamp 21a, but may be omitted. The pair of fly-eye optical systems 21d and 21e is composed of a plurality of element lenses arranged in a matrix, and the light source light from the light source lamp 21a that has passed through the concave lens 21b is divided by these element lenses to be individually condensed and diverged. Let The polarization conversion member 21g converts the light source light emitted from the fly-eye optical system 21e into, for example, only the S-polarized component perpendicular to the paper surface of FIG. The superimposing lens 21i enables superimposing illumination on the light modulation devices of the respective colors provided in the light modulation unit 25 by appropriately converging the illumination light that has passed through the polarization conversion member 21g as a whole. That is, the illumination light that has passed through both the fly-eye optical systems 21d and 21e and the superimposing lens 21i passes through the color separation optical system 23 that will be described in detail below, and each color liquid crystal panel 25a, 25b, 25c is uniformly superimposed and illuminated.

色分離光学系23は、第1及び第2ダイクロイックミラー23a,23bと、補正光学系である3つのフィールドレンズ23f,23g,23hと、反射ミラー23j,23m,23n,23oとを備え、光源装置21とともに照明装置を構成する。ここで、第1ダイクロイックミラー23aは、赤緑青の3色のうち例えば赤光及び緑光を反射し青光を透過させる。また、第2ダイクロイックミラー23bは、入射した赤及び緑の2色のうち例えば緑光を反射し赤光を透過させる。この色分離光学系23において、光源装置21からの略白色の光源光は、反射ミラー23jで光路を折り曲げられて第1ダイクロイックミラー23aに入射する。第1ダイクロイックミラー23aを通過した青光は、例えばS偏光のまま、反射ミラー23mを経てフィールドレンズ23fに入射する。また、第1ダイクロイックミラー23aで反射されて第2ダイクロイックミラー23bでさらに反射された緑光は、例えばS偏光のままフィールドレンズ23gに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー23bを通過した赤光は、例えばS偏光のまま、レンズLL1,LL2及び反射ミラー23n,23oを経て、入射角度を調節するためのフィールドレンズ23hに入射する。レンズLL1,LL2及びフィールドレンズ23hは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第1レンズLL1の像を、第2レンズLL2を介してほぼそのままフィールドレンズ23hに伝達する機能を備えている。   The color separation optical system 23 includes first and second dichroic mirrors 23a and 23b, three field lenses 23f, 23g, and 23h that are correction optical systems, and reflection mirrors 23j, 23m, 23n, and 23o, and a light source device. 21 together with the illumination device. Here, the first dichroic mirror 23a reflects, for example, red light and green light among the three colors of red, green, and blue, and transmits blue light. In addition, the second dichroic mirror 23b reflects, for example, green light and transmits red light out of the two incident colors of red and green. In this color separation optical system 23, the substantially white light source light from the light source device 21 is incident on the first dichroic mirror 23a after the optical path is bent by the reflection mirror 23j. The blue light that has passed through the first dichroic mirror 23a enters the field lens 23f through the reflection mirror 23m, for example, as S-polarized light. Further, the green light reflected by the first dichroic mirror 23a and further reflected by the second dichroic mirror 23b is incident on the field lens 23g as S-polarized light, for example. Further, the red light that has passed through the second dichroic mirror 23b remains as S-polarized light, for example, and enters the field lens 23h for adjusting the incident angle via the lenses LL1 and LL2 and the reflecting mirrors 23n and 23o. The lenses LL1 and LL2 and the field lens 23h constitute a relay optical system. This relay optical system has a function of transmitting the image of the first lens LL1 almost directly to the field lens 23h via the second lens LL2.

光変調部25は、3つの液晶パネル25a,25b,25cと、各液晶パネル25a,25b,25cを挟むように配置される3組の偏光フィルタ25e,25f,25gとを備える。ここで、青光用の液晶パネル25aと、これを挟む一対の偏光フィルタ25e,25eとは、輝度変調後の像光のうち青光を画像情報に基づいて2次元的に輝度変調するための青色用の液晶ライトバルブを構成する。青色用の液晶ライトバルブは、図1に示す液晶ライトバルブ31と同様の構造を有しており、コントラスト向上のための光学補償素子OCすなわち光学補償板84等を組み込んでいる。同様に、緑光用の液晶パネル25bと、対応する偏光フィルタ25f,25fも、緑色用の液晶ライトバルブを構成し、赤光用の液晶パネル25cと、偏光フィルタ25g,25gも、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。そして、これら緑光及び赤色用の液晶ライトバルブも、図1に示す液晶ライトバルブ31と同様の構造を有している。   The light modulation unit 25 includes three liquid crystal panels 25a, 25b, and 25c, and three sets of polarizing filters 25e, 25f, and 25g arranged so as to sandwich the liquid crystal panels 25a, 25b, and 25c. Here, the liquid crystal panel 25a for blue light and the pair of polarizing filters 25e and 25e sandwiching the liquid crystal panel 25a are used for two-dimensionally modulating the blue light of the image light after the luminance modulation based on the image information. A liquid crystal light valve for blue is constructed. The blue liquid crystal light valve has the same structure as the liquid crystal light valve 31 shown in FIG. 1, and incorporates an optical compensation element OC, that is, an optical compensation plate 84 and the like for improving contrast. Similarly, the green light liquid crystal panel 25b and the corresponding polarizing filters 25f and 25f also constitute a green liquid crystal light valve, and the red light liquid crystal panel 25c and the polarizing filters 25g and 25g are also red liquid crystals. Configure the light valve. The green and red liquid crystal light valves also have the same structure as the liquid crystal light valve 31 shown in FIG.

青光用の第1液晶パネル25aには、色分離光学系23の第1ダイクロイックミラー23aを透過することによって分岐された青光が、フィールドレンズ23fを介して入射する。緑光用の第2液晶パネル25bには、色分離光学系23の第2ダイクロイックミラー23bで反射されることによって分岐された緑光が、フィールドレンズ23gを介して入射する。赤光用の第3液晶パネル25cには、第2ダイクロイックミラー23bを透過することによって分岐された赤光が、フィールドレンズ23hを介して入射する。各液晶パネル25a〜25cは、入射した照明光の空間的強度分布を画素単位で変調する非発光型の光変調装置であり、各液晶パネル25a〜25cにそれぞれ入射した3色の光は、各液晶パネル25a〜25cに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。その際、偏光フィルタ25e,25f,25gによって、各液晶パネル25a〜25cに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル25a〜25cから射出される変調光から所定の偏光方向の成分光が像光として取り出される。   The blue light branched by passing through the first dichroic mirror 23a of the color separation optical system 23 enters the first liquid crystal panel 25a for blue light through the field lens 23f. Green light branched by being reflected by the second dichroic mirror 23b of the color separation optical system 23 enters the second liquid crystal panel 25b for green light via the field lens 23g. The red light branched by passing through the second dichroic mirror 23b is incident on the third liquid crystal panel 25c for red light through the field lens 23h. Each of the liquid crystal panels 25a to 25c is a non-light emitting type light modulation device that modulates the spatial intensity distribution of incident illumination light in units of pixels, and the three colors of light incident on the liquid crystal panels 25a to 25c are respectively Modulation is performed according to a drive signal or an image signal input as an electrical signal to the liquid crystal panels 25a to 25c. At that time, the polarization filters 25e, 25f, and 25g adjust the polarization direction of the illumination light incident on the liquid crystal panels 25a to 25c, and have a predetermined polarization direction from the modulated light emitted from the liquid crystal panels 25a to 25c. Component light is extracted as image light.

クロスダイクロイックプリズム27は、光合成部材であり、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、X字状に交差する一対の誘電体多層膜27a,27bが形成されている。一方の第1誘電体多層膜27aは青色光を反射し、他方の第2誘電体多層膜27bは赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム27は、液晶パネル25aからの青光を第1誘電体多層膜27aで反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル25bからの緑光を第1及び第2誘電体多層膜27a,27bを介して直進・射出させ、液晶パネル25cからの赤光を第2誘電体多層膜27bで反射して進行方向左側に射出させる。   The cross dichroic prism 27 is a photosynthetic member, has a substantially square shape in plan view in which four right angle prisms are bonded together, and a pair of dielectric multilayer films that intersect in an X shape at the interface where the right angle prisms are bonded to each other. 27a and 27b are formed. One first dielectric multilayer film 27a reflects blue light, and the other second dielectric multilayer film 27b reflects red light. The cross dichroic prism 27 reflects the blue light from the liquid crystal panel 25a by the first dielectric multilayer film 27a and emits it to the right in the traveling direction, and the green light from the liquid crystal panel 25b to the first and second dielectric multilayer films 27a. , 27b, the red light from the liquid crystal panel 25c is reflected by the second dielectric multilayer film 27b and emitted to the left in the traveling direction.

投射レンズ29は、クロスダイクロイックプリズム27で合成されたカラーの像光を、所望の倍率でスクリーン(不図示)上に投射する。つまり、各液晶パネル25a〜25cに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に投射される。   The projection lens 29 projects the color image light synthesized by the cross dichroic prism 27 on a screen (not shown) at a desired magnification. That is, a color moving image or a color still image having a desired magnification corresponding to the drive signal or image signal input to each of the liquid crystal panels 25a to 25c is projected on the screen.

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。   Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. Such modifications are also possible.

すなわち、上記実施形態では、光学補償板84としてサファイアやTACを用いた例について説明したが、サファイアやTAC以外の負の一軸性材料を用いることができる。具体的には、方解石、KDP(二水素カリウム)、ADP(リン酸二水素アンモニウム)等の無機材料を使用することができ、オレフィン系の各種有機材料を使用することができる。   That is, in the above-described embodiment, an example in which sapphire or TAC is used as the optical compensation plate 84 has been described. However, a negative uniaxial material other than sapphire or TAC can be used. Specifically, inorganic materials such as calcite, KDP (potassium dihydrogen), and ADP (ammonium dihydrogen phosphate) can be used, and various olefin organic materials can be used.

また、上記実施形態では、液晶層71に電圧が印加されたオン状態すなわち光オフ状態でリタデーションを補償してコントラストを向上させているが、液晶層71に電圧が印加されていないオフ状態すなわち光オン状態でリタデーションを補償することもできる。この場合も、オフ状態の液晶層71について近似屈折率楕円体RIE3を求め、透過輝度を高めることができる。   Further, in the above embodiment, the contrast is improved by compensating the retardation in the on state where the voltage is applied to the liquid crystal layer 71, that is, the light off state, but the off state where the voltage is not applied to the liquid crystal layer 71, that is, the light. Retardation can also be compensated for in the on state. Also in this case, the approximate refractive index ellipsoid RIE3 is obtained for the liquid crystal layer 71 in the off state, and the transmission luminance can be increased.

また、上記実施形態のプロジェクタ10では、光源装置21を、光源ランプ21a、一対のフライアイ光学系21d,21e、偏光変換部材21g、及び重畳レンズ21iで構成したが、フライアイ光学系21d,21e、偏光変換部材21g等については省略することができ、光源ランプ21aも、LED等の別光源に置き換えることができる。   In the projector 10 of the above-described embodiment, the light source device 21 includes the light source lamp 21a, the pair of fly's eye optical systems 21d and 21e, the polarization conversion member 21g, and the superimposing lens 21i, but the fly eye optical systems 21d and 21e. The polarization conversion member 21g and the like can be omitted, and the light source lamp 21a can be replaced with another light source such as an LED.

また、上記実施形態では、色分離光学系23を用いて照明光の色分離を行って、光変調部25において各色の変調を行った後に、クロスダイクロイックプリズム27において各色の像の合成を行っているが、単一の液晶パネルすなわち液晶ライトバルブ31によって画像を形成することもできる。   Further, in the above embodiment, the color separation optical system 23 is used to perform color separation of illumination light, the light modulation unit 25 modulates each color, and then the cross dichroic prism 27 synthesizes each color image. However, an image can also be formed by a single liquid crystal panel, that is, the liquid crystal light valve 31.

上記実施形態では、3つの液晶パネル25a〜25cを用いたプロジェクタ10の例のみを挙げたが、本発明は、1つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、2つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、4つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。   In the above embodiment, only the example of the projector 10 using the three liquid crystal panels 25a to 25c has been described. However, the present invention is a projector using only one liquid crystal panel, a projector using two liquid crystal panels, or The present invention can also be applied to a projector using four or more liquid crystal panels.

上記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。   In the above embodiment, only an example of a front type projector that projects from the direction of observing the screen is given, but the present invention is also applicable to a rear type projector that projects from the side opposite to the direction of observing the screen. Is possible.

第1実施形態に係る液晶ライトバルブの構造を説明する側方断面図である。It is a side sectional view explaining the structure of the liquid crystal light valve concerning a 1st embodiment. 液晶ライトバルブの液晶層と光学補償板との屈折率を説明する側方断面図である。It is a sectional side view explaining the refractive index of the liquid crystal layer and optical compensator of a liquid crystal light valve. (a)〜(b)は、液晶層の屈折率の近似を説明する斜視図である。(A)-(b) is a perspective view explaining the approximation of the refractive index of a liquid-crystal layer. (a)、(b)は、液晶層の屈折率を説明する側面図及び平面図である。(A), (b) is the side view and top view explaining the refractive index of a liquid crystal layer. (a)、(b)は、光学補償板の屈折率を説明する側面図及び平面図である。(A), (b) is the side view and top view explaining the refractive index of an optical compensation board. (a)、(b)は、リタデーションの傾き角依存性と、入射光の重み関数とを示す。(A), (b) shows the inclination angle dependency of retardation and the weight function of incident light. シミュレーションの結果を説明するグラフである。It is a graph explaining the result of simulation. (a)、(b)は、シミュレーションによる視野角について実施例と比較例を示す。(A), (b) shows an Example and a comparative example about the viewing angle by simulation. 第2実施形態の液晶ライトバルブを説明する側方断面図である。It is a sectional side view explaining the liquid crystal light valve of 2nd Embodiment. 第2実施形態の液晶ライトバルブを説明する側方断面図である。It is a sectional side view explaining the liquid crystal light valve of 2nd Embodiment. 図1の液晶ライトバルブを組み込んだプロジェクタの光学系を説明する図である。It is a figure explaining the optical system of the projector incorporating the liquid crystal light valve of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…プロジェクタ、 21…光源装置、 21g…偏光変換部材、 23…色分離光学系、 23a,23b…ダイクロイックミラー、 25…光変調部、 25a,25b,25c…液晶パネル、 25e,25f,25g…偏光フィルタ、 27…クロスダイクロイックプリズム、 27a,27b…誘電体多層膜、 29…投射レンズ、 31…液晶ライトバルブ、 31a…偏光変調部、 31b…第1偏光フィルタ、 31c…第2偏光フィルタ、 71…液晶層、 71a…入射面、 71b…射出面、 72a,72b…基板、 74a,74b…カバー、 75,77…電極、 76,78…配向膜、 77…透明画素電極、 84…光学補償板、 84a…入射平面、 84b…射出平面、 CP…中央部分、 DA…中間方向、 EP1,EP2…端部分、 OA1,OA2…光学軸、 OAC1…光学軸、 OC…光学補償素子、 RIE1,RIE2…屈折率楕円体、 RIE11,RIE12,RIE10…屈折率楕円体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Projector, 21 ... Light source device, 21g ... Polarization conversion member, 23 ... Color separation optical system, 23a, 23b ... Dichroic mirror, 25 ... Light modulation part, 25a, 25b, 25c ... Liquid crystal panel, 25e, 25f, 25g ... Polarizing filter, 27 ... Cross dichroic prism, 27a, 27b ... Dielectric multilayer film, 29 ... Projection lens, 31 ... Liquid crystal light valve, 31a ... Polarization modulator, 31b ... First polarizing filter, 31c ... Second polarizing filter, 71 ... liquid crystal layer, 71a ... incident surface, 71b ... exit surface, 72a, 72b ... substrate, 74a, 74b ... cover, 75, 77 ... electrode, 76, 78 ... alignment film, 77 ... transparent pixel electrode, 84 ... optical compensation plate 84a ... incidence plane, 84b ... emission plane, CP ... center part, DA ... middle direction, EP1, EP2 ... end part, A1, OA2 ... optical axis, OAC1 ... optical axis, OC ... optical compensation element, RIE1, RIE2 ... refractive index ellipsoid, RIE11, RIE12, RIE10 ... refractive index ellipsoid

Claims (8)

ツイストネマティックモードで動作する液晶を含むとともに、入射面及び射出面に隣接する液晶の光軸が当該入射面及び射出面に対して所定のプレチルト角だけ傾斜配向する液晶セルと、
前記液晶セルの入射側及び射出側のいずれか一方に配置され、負の一様な光学軸を有する一軸性結晶で形成されるとともに、前記入射面に隣接する液晶の傾斜配向方向に対応する第1ラビング方向と前記射出面に隣接する液晶の傾斜配向方向に対応する第2ラビング方向とに対してそれぞれゼロでない角度をなす所定の中間方向を前記光学軸の配向方位とする一種類の光学補償素子と、
前記液晶セル及び前記光学補償部材を挟むように配置される一対の偏光素子と
を備える光学装置。
A liquid crystal cell that includes a liquid crystal that operates in a twisted nematic mode, and in which the optical axis of the liquid crystal adjacent to the entrance surface and the exit surface is tilt-aligned by a predetermined pretilt angle with respect to the entrance surface and the exit surface;
The liquid crystal cell is disposed on one of the incident side and the emission side, is formed of a uniaxial crystal having a negative uniform optical axis, and corresponds to a tilt alignment direction of liquid crystal adjacent to the incident surface. One kind of optical compensation in which a predetermined intermediate direction that forms a non-zero angle with respect to one rubbing direction and a second rubbing direction corresponding to the tilt alignment direction of the liquid crystal adjacent to the exit surface is the alignment direction of the optical axis. Elements,
An optical apparatus comprising a pair of polarizing elements arranged so as to sandwich the liquid crystal cell and the optical compensation member.
前記光学補償素子の光学軸は、前記液晶セルの互いに平行な入射面及び射出面の法線方向に対して所定の傾斜角だけ傾斜している請求項1記載の光学装置。   The optical apparatus according to claim 1, wherein an optical axis of the optical compensation element is inclined by a predetermined inclination angle with respect to a normal direction of an incident surface and an emission surface parallel to each other of the liquid crystal cell. 前記光学補償素子は、前記液晶セルの入射面及び射出面に平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線に対して光学軸を傾斜させた平板素子である請求項2記載の光学装置。   The optical compensation element is a flat plate element having an incident plane and an emission plane parallel to the incident surface and the emission surface of the liquid crystal cell and having an optical axis inclined with respect to a normal line of the incident plane and the emission plane. Item 3. The optical device according to Item 2. 前記光学補償素子は、前記液晶セルの入射面及び射出面に対して傾斜した互いに平行な入射平面及び射出平面を有するとともに、当該入射平面及び射出平面の法線方向に光学軸が存在する平板素子を含む請求項2記載の光学装置。   The optical compensation element has a plane of incidence and an emission plane parallel to each other inclined with respect to the incidence plane and the emission plane of the liquid crystal cell, and an optical axis in the normal direction of the incidence plane and the emission plane. The optical device according to claim 2. 前記光学補償素子は、前記液晶セル中における液晶のうち入射面及び射出面の近傍に存在する液晶に起因するリタデーションを実効的にキャンセルするような厚さを有する請求項1から請求項4のいずれか一項記載の光学装置。   5. The thickness of the optical compensation element according to claim 1, wherein the optical compensation element has a thickness that effectively cancels retardation caused by liquid crystal present in the vicinity of an incident surface and an emission surface among liquid crystals in the liquid crystal cell. An optical device according to claim 1. 前記光学補償素子は、前記液晶セルの射出面側に配置されている請求項1から請求項5のいずれか一項記載の光学装置。   The optical apparatus according to claim 1, wherein the optical compensation element is disposed on an emission surface side of the liquid crystal cell. 前記液晶セルは、少なくとも入射側にマイクロレンズアレイを備える請求項6記載の光学装置。   The optical device according to claim 6, wherein the liquid crystal cell includes a microlens array at least on an incident side. 請求項1から請求項7のいずれか一項記載の光変調用の光学装置と、
前記光学装置を照明する照明装置と、
前記光学装置によって形成された画像を投射する投射レンズと
を備えるプロジェクタ。
An optical device for light modulation according to any one of claims 1 to 7,
An illumination device for illuminating the optical device;
A projector comprising: a projection lens that projects an image formed by the optical device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8294836B2 (en) 2007-12-06 2012-10-23 Seiko Epson Corporation Liquid crystal display device and projector
JP2010169851A (en) * 2009-01-22 2010-08-05 Seiko Epson Corp Liquid crystal display and projector

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