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JP2013015632A - Polarization conversion element and image display apparatus using the same - Google Patents

Polarization conversion element and image display apparatus using the same Download PDF

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JP2013015632A
JP2013015632A JP2011147426A JP2011147426A JP2013015632A JP 2013015632 A JP2013015632 A JP 2013015632A JP 2011147426 A JP2011147426 A JP 2011147426A JP 2011147426 A JP2011147426 A JP 2011147426A JP 2013015632 A JP2013015632 A JP 2013015632A
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Japan
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polarization
light
liquid crystal
image display
conversion element
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Hisashi Yamauchi
悠 山内
Kazuhiro Inoko
和宏 猪子
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Canon Inc
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Abstract

【課題】 画像表示装置が表示する画像の解像度を向上させること
【解決手段】 上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、
入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光に選択的に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を出射した第1偏光の光を透過し、第2偏光の光を反射する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子を透過した第1偏光の光が入射する第1の光変調素子と、
前記偏光分離素子を反射した第2偏光の光が入射する第2の光変調素子を有する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED To improve the resolution of an image displayed by an image display device. To solve the above problems, an image display device of the present invention comprises:
A polarization conversion element that selectively converts the polarization of incident light into first polarization or second polarization;
A polarization separation element that transmits the first polarized light emitted from the polarization conversion element and reflects the second polarized light;
A first light modulation element on which light of the first polarization transmitted through the polarization separation element is incident;
A second light modulation element on which the second polarized light reflected by the polarization separation element is incident;
[Selection] Figure 1

Description

本発明は偏光変換素子およびそれを用いた画像表示装置に関し、特に立体視するための視差画像を表示可能な画像表示装置とそれに用いる偏光変換素子に関するものである。   The present invention relates to a polarization conversion element and an image display apparatus using the same, and more particularly to an image display apparatus capable of displaying a parallax image for stereoscopic viewing and a polarization conversion element used therefor.

従来、立体視が可能な画像表示装置の技術として、特許文献1には、RGBの色光を合成するプリズムと投射レンズとの間に、投射光の偏光方向を0度と90度の間で切換える液晶セルを配置する構成が開示されている。特許文献2には、RGBの色光を合成するプリズムと投射レンズとの間に、投射光の偏光方向を右回りの円偏光と左回りの円偏光の間で切換える液晶セルを配置する構成が開示されている。   Conventionally, as a technology of an image display apparatus capable of stereoscopic viewing, Patent Document 1 discloses that the polarization direction of projection light is switched between 0 degrees and 90 degrees between a prism that synthesizes RGB color light and a projection lens. A configuration in which a liquid crystal cell is arranged is disclosed. Patent Document 2 discloses a configuration in which a liquid crystal cell that switches the polarization direction of projection light between clockwise circular polarization and counterclockwise circular polarization is disposed between a prism that synthesizes RGB color light and a projection lens. Has been.

特開2005−065055号公報JP-A-2005-065055 特開2005―115276号公報JP-A-2005-115276

しかし、特許文献1、2に記載の発明では、結像性能に対して敏感に影響を与えてしまう投射光路中に液晶セルを配置しているため、投射画像の解像度が低下してしまう。   However, in the inventions described in Patent Documents 1 and 2, since the liquid crystal cell is disposed in the projection optical path that sensitively affects the imaging performance, the resolution of the projected image is lowered.

本発明は、解像度の低下を抑えた画像を表示することが可能な偏光変換素子およびそれを用いた画像表示装置を提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a polarization conversion element capable of displaying an image with reduced resolution and an image display apparatus using the polarization conversion element.

上記課題を解決するために本発明の画像表示装置は、
入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光に選択的に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を出射した第1偏光の光を透過し、第2偏光の光を反射する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子を透過した第1偏光の光が入射する第1の光変調素子と、
前記偏光分離素子を反射した第2偏光の光が入射する第2の光変調素子を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, an image display device according to the present invention provides:
A polarization conversion element that selectively converts the polarization of incident light into first polarization or second polarization;
A polarization separation element that transmits the first polarized light emitted from the polarization conversion element and reflects the second polarized light;
A first light modulation element on which light of the first polarization transmitted through the polarization separation element is incident;
It has the 2nd light modulation element in which the light of the 2nd polarization reflected from the polarization separation element enters.

また、入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光に選択的に変換する偏光変換素子は、本発明の一側面を構成する。   In addition, a polarization conversion element that selectively converts the polarization of incident light into the first polarization or the second polarization constitutes one aspect of the present invention.

また、投射光学系が取り外し可能に装着される画像表示装置も本発明の一側面を構成する。   An image display device to which the projection optical system is detachably mounted also constitutes one aspect of the present invention.

本発明は、照明光路において偏光方向を選択的に変換して出射させる偏光変換素子、又はそれを用いて偏光変換を行うことにより、解像度の高い画像を表示可能な画像表示装置を提供することができる。   The present invention provides a polarization conversion element that selectively changes the direction of polarization in an illumination optical path and emits it, or an image display device that can display a high-resolution image by performing polarization conversion using the polarization conversion element. it can.

本発明の実施形態1の構成図Configuration diagram of Embodiment 1 of the present invention 本発明のPBSアレイの拡大図Enlarged view of the PBS array of the present invention 本発明の液晶素子の正面図Front view of the liquid crystal element of the present invention 本発明の偏光変換素子においてP偏光に偏光変換された場合の光路図Optical path diagram when polarized light is converted to P-polarized light in the polarization conversion element of the present invention 本発明の偏光変換素子においてS偏光に偏光変換された場合の光路図Optical path diagram when polarized light is converted to S-polarized light in the polarization conversion element of the present invention 本発明の実施形態1における偏光状態の切換えの説明図Explanatory drawing of switching of the polarization state in Embodiment 1 of the present invention 本発明のPBSアレイの他の形態の拡大図Enlarged view of another form of PBS array of the present invention 本発明の実施形態2の構成図Configuration diagram of Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施形態2における偏光状態の切換えの説明図Explanatory drawing of the switching of the polarization state in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施形態3の構成図Configuration diagram of Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施形態3における偏光状態の切換えの説明図Explanatory drawing of the switching of the polarization state in Embodiment 3 of this invention

(実施形態1)
図1に本発明の実施形態1の画像投射装置の構成図を示す。光源1から発せられた光は、リフレクタ2で反射され、第1のフライアイレンズ3で複数の光束に分割され、第2のフライアイレンズ4とPBSアレイ5の近傍に複数の光源像を形成する。光源像を形成する複数の光束は、PBSアレイ5、液晶素子6(位相変換素子)を通過することにより、所定の偏光状態に変換される。そして、液晶素子6を通過した光束は、コンデンサレンズ7、偏光分離素子8を介して反射型の画像表示素子9(第1の光変調素子)、あるいは、反射型の画像表示素子10(第2の光変調素子)を均一に照明する。画像表示素子9、10のいずれを照明するかは、PBSアレイ5と液晶素子6によって変換される偏光状態によって変わる。以下、PBSアレイ5と液晶素子6を含めて、偏光変換素子と称する。光源1からコンデンサレンズ7までを、照明光学系とする。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of an image projection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The light emitted from the light source 1 is reflected by the reflector 2 and divided into a plurality of light beams by the first fly-eye lens 3 to form a plurality of light source images in the vicinity of the second fly-eye lens 4 and the PBS array 5. To do. The plurality of light beams forming the light source image are converted into a predetermined polarization state by passing through the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 (phase conversion element). Then, the light beam that has passed through the liquid crystal element 6 passes through the condenser lens 7 and the polarization separation element 8 to reflect the image display element 9 (first light modulation element) or the image display element 10 (second image). The light modulation element) is uniformly illuminated. Which of the image display elements 9 and 10 is illuminated depends on the polarization state converted by the PBS array 5 and the liquid crystal element 6. Hereinafter, the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 are collectively referred to as a polarization conversion element. The illumination optical system is from the light source 1 to the condenser lens 7.

画像表示素子9、10に入射し、その偏光状態が変えられた光は、再び偏光分離素子8に入射し、投射レンズ11(投射光学系)側に向かう光と、光源1側に戻る光とに分離される。投射レンズ11側に向かう光を画像光とすると、画像光は、投射レンズ11によって拡大され、スクリーン上(被投射面)に投射される。投射レンズ11は、画像表示装置本体に対して取り外しが可能である。   Light that has entered the image display elements 9 and 10 and whose polarization state has been changed is incident on the polarization separation element 8 again, and is directed toward the projection lens 11 (projection optical system), and returned to the light source 1 side. Separated. If the light toward the projection lens 11 is image light, the image light is magnified by the projection lens 11 and projected onto the screen (projected surface). The projection lens 11 can be detached from the image display apparatus main body.

PBSアレイ5は、図2に示すように複数のPBS21(偏光分離面)と遮光板22で構成される。複数のPBS21は、偏光変換素子の入射面に対して略45度に傾斜しており、図2のx軸方向(特定の方向)に配列されている。   The PBS array 5 is composed of a plurality of PBSs 21 (polarization separation surfaces) and a light shielding plate 22 as shown in FIG. The plurality of PBSs 21 are inclined at approximately 45 degrees with respect to the incident surface of the polarization conversion element, and are arranged in the x-axis direction (specific direction) in FIG.

液晶素子6は、PBSアレイ5の出射側、つまり、コンデンサレンズ7側に配置される。言い換えれば、光源側から画像表示素子側に向かって順に、PBSアレイ5、液晶素子6が配置される。偏光変換素子5は、光源1から発せられた光の偏光状態をP偏光(第1偏光)あるいはS偏光(第2偏光)に変換可能な素子である。さらに、P偏光、S偏光いずれの偏光に揃えるかを選択的に制御することができる。尚、本明細書において、P偏光、S偏光は、偏光分離素子8の偏光分離面を基準にして定義している。   The liquid crystal element 6 is disposed on the exit side of the PBS array 5, that is, on the condenser lens 7 side. In other words, the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 are arranged in order from the light source side to the image display element side. The polarization conversion element 5 is an element that can convert the polarization state of light emitted from the light source 1 into P-polarization (first polarization) or S-polarization (second polarization). Furthermore, it is possible to selectively control whether the polarization is P polarization or S polarization. In this specification, P-polarized light and S-polarized light are defined with reference to the polarization separation surface of the polarization separation element 8.

液晶素子6は、複数の液晶セルを有し、コンデンサレンズ7の光軸を法線とする面を正面とした場合、図3のように短冊状の液晶セル23(第1の液晶セル)、液晶セル24(第2の液晶セル)がx軸方向に沿って(特定の方向に沿って)、交互に配列されている。PBS21で分離された偏光光のうち、S偏光の光が通過する光路上に液晶セル23が、P偏光の光が通過する光路上に液晶セル24が配置される。また、短冊状(長方形)の液晶セル23、24の短辺方向がx軸方向と平行になるよう配置されている。   The liquid crystal element 6 has a plurality of liquid crystal cells, and when the front surface is a surface having the optical axis of the condenser lens 7 as a normal line, a strip-shaped liquid crystal cell 23 (first liquid crystal cell) as shown in FIG. The liquid crystal cells 24 (second liquid crystal cells) are alternately arranged along the x-axis direction (along a specific direction). Of the polarized light separated by the PBS 21, a liquid crystal cell 23 is disposed on an optical path through which S-polarized light passes, and a liquid crystal cell 24 is disposed on an optical path through which P-polarized light passes. Further, the short side directions of the strip-shaped (rectangular) liquid crystal cells 23 and 24 are arranged in parallel with the x-axis direction.

液晶素子6は、電圧を印加することにより、入射光に与える位相差を制御可能な素子であり、入射光の位相を変化させることができる。以下、液晶素子6が、入射光に与える位相差を制御する手段を制御手段と称する。PBSアレイ5と液晶素子6を通過する非偏光光をP偏光の光に揃えたい場合、図3に示す液晶セル23の入射光に与える位相差が、λ/2になるような電圧を液晶セル23に印加する。一方、液晶セル24が入射光に与える位相差が、ゼロになるような電圧を液晶セル24に印加する。あるいは、液晶セル24の電圧無印加状態において、入射光に対して与える位相差がゼロの場合には、電圧を印加しない。   The liquid crystal element 6 is an element that can control the phase difference applied to incident light by applying a voltage, and can change the phase of the incident light. Hereinafter, means for controlling the phase difference given to the incident light by the liquid crystal element 6 is referred to as control means. When unpolarized light passing through the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 is to be aligned with P-polarized light, a voltage is applied so that the phase difference given to the incident light of the liquid crystal cell 23 shown in FIG. 23 is applied. On the other hand, a voltage is applied to the liquid crystal cell 24 so that the phase difference given to the incident light by the liquid crystal cell 24 becomes zero. Alternatively, in the state where no voltage is applied to the liquid crystal cell 24, when the phase difference applied to the incident light is zero, no voltage is applied.

これにより、図4に示すようにPBSアレイ5と液晶素子6を通過した非偏光光は、P偏光の光に偏光変換され、偏光分離素子8を透過し、画像表示素子10を照明する。画像表示素子10で偏光状態が変えられた光のうち、S偏光成分は、偏光分離素子8により反射され、画像光として投射レンズ11に導かれる。そして、投射レンズ11により拡大され、スクリーン上に投射される。   As a result, as shown in FIG. 4, the non-polarized light that has passed through the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 is converted into P-polarized light, passes through the polarization separation element 8, and illuminates the image display element 10. Of the light whose polarization state has been changed by the image display element 10, the S-polarized component is reflected by the polarization separation element 8 and guided to the projection lens 11 as image light. Then, it is magnified by the projection lens 11 and projected onto the screen.

PBSアレイ5と液晶素子6を通過する非偏光光をS偏光の光に揃えたい場合、図3に示す液晶セル24の入射光に与える位相差が、λ/2になるような電圧を液晶セル24に印加する。一方、液晶セル23は、入射光に対して位相差を付与しないようにする。これにより、図5に示すようにPBSアレイ5と液晶素子6を通過した非偏光光は、S偏光の光に偏光変換され、偏光分離素子8により反射され、画像表示素子9を照明する。画像表示素子9で偏光状態が変えられた光のうち、P偏光成分は、偏光分離素子8を透過し、画像光として投射レンズ11に導かれる。そして、投射レンズ11により拡大されスクリーン上に投射される。   When unpolarized light passing through the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 is to be aligned with S-polarized light, a voltage is applied so that the phase difference given to the incident light of the liquid crystal cell 24 shown in FIG. 24. On the other hand, the liquid crystal cell 23 does not give a phase difference to the incident light. As a result, as shown in FIG. 5, the unpolarized light that has passed through the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 is converted into S-polarized light, reflected by the polarization separation element 8, and illuminates the image display element 9. Of the light whose polarization state has been changed by the image display element 9, the P-polarized component passes through the polarization separation element 8 and is guided to the projection lens 11 as image light. Then, it is enlarged by the projection lens 11 and projected onto the screen.

以上のように、液晶素子6をPBSアレイ5の出射側に配置する。そして、制御手段が、液晶素子6の液晶セル23、24が入射光に与える位相差を制御することにより、選択的に偏光変換素子を出射する偏光光の偏光状態を切換えることができ、スクリーン上に投射される光の偏光状態を制御することができる。   As described above, the liquid crystal element 6 is arranged on the emission side of the PBS array 5. Then, the control means controls the phase difference given to the incident light by the liquid crystal cells 23 and 24 of the liquid crystal element 6 to selectively switch the polarization state of the polarized light emitted from the polarization conversion element. It is possible to control the polarization state of the light projected on the screen.

偏光制御により偏光変換される偏光状態が、所定のタイミングでP偏光の光、S偏光の光と切換わるように制御することで、照明光は交互に画像表示素子9、10を照明する。図6にその一例を示す。t1、t2、t3・・・t6は、偏光状態が切換わるタイミングの表を示す。   The illumination light illuminates the image display elements 9 and 10 alternately by controlling so that the polarization state converted by polarization control is switched between P-polarized light and S-polarized light at a predetermined timing. An example is shown in FIG. t1, t2, t3... t6 indicate a table of timings at which the polarization state is switched.

画像表示素子9により変調され、投射レンズ11を介して投射された画像を右眼用の画像(視差画像)とし、画像表示素子10により変調され、投射レンズ11を介して投射された画像を左眼用の画像(視差画像)とする。この画像を観察者が偏光眼鏡を介して観察することで、立体的な画像(映像)を見ることができる。   An image modulated by the image display element 9 and projected via the projection lens 11 is used as an image for the right eye (parallax image), and an image modulated by the image display element 10 and projected via the projection lens 11 is left. Let it be an image for an eye (parallax image). A viewer can see a three-dimensional image (video) by observing this image through polarized glasses.

上記説明のとおり、本発明は、結像性能に敏感に影響を与えてしまう投射光路中に液晶素子等を配置していないので、解像度(解像感)の高い画像(映像)を投射できる。   As described above, according to the present invention, since a liquid crystal element or the like is not arranged in the projection optical path that sensitively affects the imaging performance, an image (video) with a high resolution (resolution) can be projected.

投射光路とは、本実施形態においては、画像表示素子9、10と投射面との間であり、照明光路とは、光源1から偏光分離素子8までの光路である。画像表示素子と投射面は、互いに共役な関係にあり、画像表示素子で形成された像が投射面に結像されるので、投射光路中に液晶素子等を配置してしまうと、収差による影響が直接、投射画像のぼけとして現れてしまう。これに対して、照明光は画像表示素子を照明することが目的なので、本発明のように照明光路中に液晶素子6を配置しても、解像度は低下しない。   In this embodiment, the projection optical path is between the image display elements 9 and 10 and the projection surface, and the illumination optical path is an optical path from the light source 1 to the polarization separation element 8. The image display element and the projection surface are conjugated with each other, and an image formed by the image display element is formed on the projection surface. Therefore, if a liquid crystal element or the like is placed in the projection optical path, the influence of aberrations Appears directly as a blur in the projected image. On the other hand, since the illumination light is intended to illuminate the image display element, even if the liquid crystal element 6 is arranged in the illumination optical path as in the present invention, the resolution is not lowered.

また、2D画像を投射する場合は、偏光変換素子で偏光変換を行わずに非偏光光を出射させ、その非偏光光によって画像表示素子9、10両方を照明する。このとき、画像表示素子9、10は、同じ画像信号に基づいて入射光を変調する。これにより、照明光が、各画像表示素子に与えるエネルギーが、1つの画像表示素子を照明する場合に比べ分散されるので、画像表示素子を長期に亘って使用することができる。   When a 2D image is projected, non-polarized light is emitted without performing polarization conversion by the polarization conversion element, and both the image display elements 9 and 10 are illuminated by the non-polarized light. At this time, the image display elements 9 and 10 modulate incident light based on the same image signal. Thereby, since the energy which illumination light gives to each image display element is disperse | distributed compared with the case where one image display element is illuminated, an image display element can be used over a long period of time.

また、2D画像を投射する場合の他の形態として、3D画像投射時と同じように、偏光変換素子で、入射光をP偏光の光、S偏光の光、交互に偏光変換を行う。そして、画像表示素子9、10は、同じ画像信号に基づいて入射光を変調する。このように、所定のタイミングで出射させる偏光光の状態を切換えることで、照明光を異なる画像表示素子に入射させることができる。これにより、画像表示素子の焼き付きを低減させることができる。   As another form when projecting a 2D image, similarly to the case of projecting a 3D image, the polarization conversion element alternately converts the incident light into P-polarized light and S-polarized light. The image display elements 9 and 10 modulate incident light based on the same image signal. As described above, the illumination light can be incident on different image display elements by switching the state of the polarized light emitted at a predetermined timing. Thereby, the burn-in of the image display element can be reduced.

さらに、光源1としてレーザー光源を用いた場合には、偏光変換素子を出射する光束の偏光方向を時間ごとに異ならせることで、スクリーン上を照明する投射光の偏光方向を異ならせることが可能となる。この結果、スクリーン上に発生するスペックルノイズの低減も可能となる。以上の、2D画像投射する場合におけるメリットは、以下の実施形態においても同様に得ることができる。   Furthermore, when a laser light source is used as the light source 1, it is possible to vary the polarization direction of the projection light that illuminates the screen by varying the polarization direction of the light beam emitted from the polarization conversion element with time. Become. As a result, the speckle noise generated on the screen can be reduced. The above-described advantages in the case of projecting a 2D image can be similarly obtained in the following embodiments.

実施形態1では図2、図3のようにPBSアレイ5と液晶セル23、24を有する液晶素子6が一体的に構成された偏光変換素子について説明した。しかし、これに限られず、図7に示すように、遮光板25と位相差板26を有する一般的なPBSアレイ(偏光変換素子)の後段(コンデンサレンズ側)に別体として液晶素子を配置しても同様の機能を得ることができる。   In the first embodiment, the polarization conversion element in which the liquid crystal element 6 having the PBS array 5 and the liquid crystal cells 23 and 24 is integrally formed as shown in FIGS. 2 and 3 has been described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 7, a liquid crystal element is disposed as a separate body at the rear stage (condenser lens side) of a general PBS array (polarization conversion element) having a light shielding plate 25 and a phase difference plate 26. However, the same function can be obtained.

(実施形態2)
図8に本発明の実施形態2の構成図を示す。実施形態1と異なる点は、ダイクロイックミラー38を用いて色分離を行う点であり、光源1からコンデンサレンズ7までは実施形態1と同じである。
(Embodiment 2)
FIG. 8 shows a configuration diagram of Embodiment 2 of the present invention. The difference from the first embodiment is that color separation is performed using a dichroic mirror 38, and the light source 1 to the condenser lens 7 are the same as in the first embodiment.

ダイクロイックミラー38は、G光(緑の波長帯域の光、第1色光)を透過、B光(青の波長帯域の光、第2色光)とR光(赤の波長帯域の光、第3色光)を反射させる特性を有する。ダイクロイックミラー38で反射された光は、波長選択性位相板39でR光のみ、その偏光方向が略90度回転され第1の偏光分離素子40(偏光ビームスプリッタ)で、B光とR光は分離される。その後、画像表示素子42、画像表示素子41で偏光状態が変えられた光のうち、画像光は、第1の偏光分離素子40、合成プリズム43(色合成素子、光路合成素子)を介して投射レンズ11でスクリーンに拡大投射される。合成プリズム43は、G光に関しては偏光方向に関わらず反射させ、R光とB光に関しては偏光方向に関わらず透過させる特性を有する。   The dichroic mirror 38 transmits G light (green wavelength band light, first color light), B light (blue wavelength band light, second color light) and R light (red wavelength band light, third color light). ) Is reflected. The light reflected by the dichroic mirror 38 is only R light by the wavelength-selective phase plate 39, the polarization direction of which is rotated by approximately 90 degrees, and the B light and R light are rotated by the first polarization separation element 40 (polarization beam splitter). To be separated. Thereafter, among the light whose polarization state has been changed by the image display element 42 and the image display element 41, the image light is projected through the first polarization separation element 40 and the synthesis prism 43 (color synthesis element, optical path synthesis element). The image is enlarged and projected on the screen by the lens 11. The combining prism 43 has a characteristic of reflecting G light regardless of the polarization direction and transmitting R light and B light regardless of the polarization direction.

ダイクロイックミラー38によって反射されたB光とR光のいずれが画像表示素子42、画像表示素子41を照明するかは、PBSアレイ5と液晶素子6(偏光変換素子)において、非偏光光がP偏光の光あるいはS偏光の光のどちらに偏光変換されたかに依存する。仮に、偏光変換素子により、P偏光の光に偏光変換された場合、R光は画像表示素子42に入射し、P偏光の画像光としてスクリーン上に投射される。このとき、B光は画像表示素子41に入射し、S偏光の画像光としてスクリーン上に投射される。一方で、偏光変換素子により、S偏光の光に偏光変換された場合は、画像表示素子41に入射し、S偏光の画像光としてスクリーン上に投射される。このとき、B光は、画像表示素子42に入射し、P偏光の画像光としてスクリーン上に投射される。実施形態2では、偏光変換される偏光方向によって、R光とB光が照明する画像表示素子が入れ替わる。   Which of B light and R light reflected by the dichroic mirror 38 illuminates the image display element 42 and the image display element 41 depends on whether the unpolarized light is P-polarized in the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 (polarization conversion element). Depending on whether the light is converted to S-polarized light or S-polarized light. If the polarized light is converted into P-polarized light by the polarization conversion element, the R light enters the image display element 42 and is projected on the screen as P-polarized image light. At this time, the B light enters the image display element 41 and is projected onto the screen as S-polarized image light. On the other hand, when the light is converted into S-polarized light by the polarization conversion element, the light is incident on the image display element 41 and is projected on the screen as S-polarized image light. At this time, the B light enters the image display element 42 and is projected onto the screen as P-polarized image light. In the second embodiment, the image display elements illuminated by the R light and the B light are switched depending on the polarization direction to which the polarization conversion is performed.

ダイクロイックミラー38を透過したG光についても同様であり、P偏光の光に偏光変換された場合は、画像表示素子47に入射し、S偏光の画像光としてスクリーン上に投射される。一方で、S偏光の光に偏光変換された場合は、画像表示素子46に入射し、P偏光の画像光としてスクリーン上に投射されることになる。   The same applies to the G light transmitted through the dichroic mirror 38. When the light is converted into P-polarized light, it is incident on the image display element 47 and projected onto the screen as S-polarized image light. On the other hand, when the light is converted to S-polarized light, it is incident on the image display element 46 and projected onto the screen as P-polarized image light.

ここで、右眼にはP偏光の画像光が入射し、左眼にはS偏光の画像光が入射すると仮定すると、画像表示素子42、46は右眼用に対応し、画像表示素子41、47は左眼用に対応することになる。図9に、偏光変換素子が、出射光の偏光状態を切換えるタイミングと各画像表示素子に入射する色光の関係表を示す。   Here, assuming that P-polarized image light is incident on the right eye and S-polarized image light is incident on the left eye, the image display elements 42 and 46 correspond to the right eye, and the image display elements 41, 47 corresponds to the left eye. FIG. 9 shows a relationship table between the timing at which the polarization conversion element switches the polarization state of the emitted light and the color light incident on each image display element.

(実施形態3)
図10に本発明の実施形態3の構成図を示す。光源1からコンデンサレンズ7までは実施形態1と同じである。R光とG光を透過し、B光を反射させる特性のダイクロイックミラー58を透過した光は、R光を透過し、G光を反射させるダイクロイックミラー59で分離される。ダイクロイックミラー59を透過したR光は、偏光分離素子60を介して、画像表示素子61または画像表示素子62を照明する。画像表示素子61あるいは62で反射された画像光は、クロスプリズム63で反射され、投射レンズ64を介してスクリーン上に拡大投射される。
(Embodiment 3)
FIG. 10 shows a configuration diagram of Embodiment 3 of the present invention. The steps from the light source 1 to the condenser lens 7 are the same as those in the first embodiment. The light transmitted through the dichroic mirror 58 that transmits R light and G light and reflects B light is separated by a dichroic mirror 59 that transmits R light and reflects G light. The R light transmitted through the dichroic mirror 59 illuminates the image display element 61 or the image display element 62 via the polarization separation element 60. The image light reflected by the image display element 61 or 62 is reflected by the cross prism 63 and enlarged and projected on the screen via the projection lens 64.

G光については、ダイクロイックミラー59で反射された後、偏光分離素子65を介して画像表示素子66または画像表示素子67を照明する。画像表示素子66、67により反射された画像光は、クロスプリズム63を透過して、投射レンズ64を介してスクリーン上に拡大投射される。   The G light is reflected by the dichroic mirror 59 and then illuminates the image display element 66 or the image display element 67 via the polarization separation element 65. The image light reflected by the image display elements 66 and 67 passes through the cross prism 63 and is enlarged and projected on the screen via the projection lens 64.

B光については、ダイクロイックミラー58で反射されたあと、ミラー68、リレーレンズ69、偏光分離素子70を介して画像表示素子71または画像表示素子72を照明する。画像表示素子で反射された画像光は、R光とG光と同様にクロスプリズム63により反射されて投射レンズ64を介してスクリーン上に拡大投射される。クロスプリズム63は、R光透過、G光透過、B光反射の第1色分離面と、R光反射、G光透過、B光透過の第2色分離面を有する。   The B light is reflected by the dichroic mirror 58 and then illuminates the image display element 71 or the image display element 72 via the mirror 68, the relay lens 69, and the polarization separation element 70. The image light reflected by the image display element is reflected by the cross prism 63 in the same manner as the R light and G light, and is enlarged and projected on the screen via the projection lens 64. The cross prism 63 has a first color separation surface for R light transmission, G light transmission, and B light reflection, and a second color separation surface for R light reflection, G light transmission, and B light transmission.

実施形態3も、実施形態2と同様に、コンデンサレンズ7と画像表示素子との間に配置された偏光分離素子に対して2つの画像表示素子が配置されている。2つの画像表示素子のいずれが照明されるかは、PBSアレイ5と液晶素子6(偏光変換素子)で偏光変換される偏光方向に依存する。図11に、偏光変換素子が、出射光の偏光状態を切換えるタイミングと各画像表示素子に入射する色光の関係表を示す。   In the third embodiment, similarly to the second embodiment, two image display elements are arranged with respect to the polarization separation element arranged between the condenser lens 7 and the image display element. Which of the two image display elements is illuminated depends on the polarization direction in which the polarization is converted by the PBS array 5 and the liquid crystal element 6 (polarization conversion element). FIG. 11 shows a relationship table between the timing at which the polarization conversion element switches the polarization state of the emitted light and the color light incident on each image display element.

他の実施形態として、PBSアレイ5によって分離されたP偏光の光とS偏光の光それぞれにλ/4の位相差を付与するように液晶素子6を制御することで、偏光変換素子を出射する光束の偏光方向を右回りの円偏光あるいは左回りの円偏光に揃えることができる。そして、液晶素子6の後段(コンデンサレンズ側)にλ/4板を配置することで、偏光変換素子に入射する光束の偏光方向をP偏光の光、あるいはS偏光の光に揃えられる。このようにして、時間毎に偏光変換素子を出射する光束の偏光状態を切換えても良い。   As another embodiment, the liquid crystal element 6 is controlled to give a phase difference of λ / 4 to each of the P-polarized light and the S-polarized light separated by the PBS array 5 to emit the polarization conversion element. The direction of polarization of the light beam can be aligned with clockwise circularly polarized light or counterclockwise circularly polarized light. Then, by arranging the λ / 4 plate at the subsequent stage (on the condenser lens side) of the liquid crystal element 6, the polarization direction of the light beam incident on the polarization conversion element can be aligned with P-polarized light or S-polarized light. In this way, the polarization state of the light beam emitted from the polarization conversion element may be switched every time.

尚、光源と光変調素子との間に配置され、入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光に選択的に変換する偏光変換素子も本発明の一側面を構成する。これにより、照明光路に偏光変換素子が配置されるので、より解像度の高い画像を表示することができる。この偏光変換素子が、実施形態1から3で説明したような構成要素を有する画像表示装置に用いられることにより、より好適な形態となる。上記構成要素とは、偏光変換素子を出射した第1偏光の光を透過し、第2偏光の光を反射する偏光分離素子と、前記偏光分離素子を透過した第1偏光の光が入射する第1の光変調素子と、前記偏光分離素子を反射した第2偏光の光が入射する第2の光変調素子である。   Note that a polarization conversion element that is disposed between the light source and the light modulation element and selectively converts the polarization of incident light into the first polarization or the second polarization also constitutes one aspect of the present invention. Thereby, since the polarization conversion element is disposed in the illumination optical path, an image with higher resolution can be displayed. When this polarization conversion element is used in an image display apparatus having the constituent elements described in the first to third embodiments, a more preferable form is obtained. The component includes a polarization separation element that transmits the first polarization light emitted from the polarization conversion element and reflects the second polarization light, and a first polarization light that is transmitted through the polarization separation element. And a second light modulation element on which the light of the second polarization reflected by the polarization separation element is incident.

1 光源
5 PBSアレイ
6 液晶素子
9、10 画像表示素子
1 Light source 5 PBS array 6 Liquid crystal element 9, 10 Image display element

Claims (9)

入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光に選択的に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子を出射した第1偏光の光を透過し、第2偏光の光を反射する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子を透過した第1偏光の光が入射する第1の光変調素子と、
前記偏光分離素子を反射した第2偏光の光が入射する第2の光変調素子を有することを特徴とする画像表示装置。
A polarization conversion element that selectively converts the polarization of incident light into first polarization or second polarization;
A polarization separation element that transmits the first polarized light emitted from the polarization conversion element and reflects the second polarized light;
A first light modulation element on which light of the first polarization transmitted through the polarization separation element is incident;
An image display device comprising: a second light modulation element on which light of the second polarization reflected by the polarization separation element is incident.
前記偏光変換素子は、偏光に応じて光を分離する偏光分離面と、
前記偏光分離面によって分離されたそれぞれの光の位相を変換する位相変換素子を有し、
前記位相変換素子によって変換される位相を変化させることによって、入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光へ選択的に変換することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
The polarization conversion element includes a polarization separation surface that separates light according to polarization, and
A phase conversion element that converts the phase of each light separated by the polarization separation surface;
The image display device according to claim 1, wherein the polarization of incident light is selectively converted into the first polarization or the second polarization by changing a phase converted by the phase conversion element.
前記位相変換素子は、入射光に対して付与する位相差を制御可能な液晶素子であり、
前記液晶素子は、前記偏光分離面により分離された前記第1偏光の光と前記第2偏光の光それぞれに対して異なる位相差を付与することを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
The phase conversion element is a liquid crystal element capable of controlling a phase difference applied to incident light,
The image display device according to claim 2, wherein the liquid crystal element gives different phase differences to the first polarized light and the second polarized light separated by the polarization separation surface. .
前記液晶素子は、第1の液晶セルと第2の液晶セルを有し、
前記第1の液晶セルと前記第2の液晶セルは、前記偏光変換素子の入射面に沿って交互に配置され、
前記第1の液晶セルは、前記偏光分離面によって分離された前記第1偏光の光の光路上に配置され、
前記第2の液晶セルは、前記偏光分離面によって分離された前記第2偏光の光の光路上に配置され、
前記偏光変換素子は、前記偏光変換素子を出射する光の偏光状態が、前記第1偏光になるよう制御する場合、前記第1の液晶セルが、入射光に付与する位相差がゼロになるよう制御し、前記第2の液晶セルが、入射光に付与する位相差がλ/2になるよう制御し、
前記偏光変換素子を出射する光の偏光状態が前記第2偏光になるよう制御する場合、前記第1の液晶セルが、入射光に付与する位相差がλ/2になるように制御し、前記第2の液晶セルが、入射光に付与する位相差がゼロになるよう制御することを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。
The liquid crystal element has a first liquid crystal cell and a second liquid crystal cell,
The first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell are alternately arranged along the incident surface of the polarization conversion element,
The first liquid crystal cell is disposed on an optical path of the light of the first polarization separated by the polarization separation surface,
The second liquid crystal cell is disposed on an optical path of the light of the second polarization separated by the polarization separation surface,
When the polarization conversion element controls the polarization state of the light emitted from the polarization conversion element to be the first polarization, the phase difference that the first liquid crystal cell imparts to the incident light becomes zero. The second liquid crystal cell controls the phase difference imparted to the incident light to be λ / 2,
When controlling the polarization state of the light emitted from the polarization conversion element to be the second polarization, the first liquid crystal cell is controlled so that the phase difference imparted to the incident light is λ / 2, The image display device according to claim 3, wherein the second liquid crystal cell controls the phase difference applied to incident light to be zero.
前記偏光変換素子は、入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光に交互に変換することを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項に記載の画像表示装置。   5. The image display device according to claim 1, wherein the polarization conversion element alternately converts the polarization of incident light into a first polarization or a second polarization. 6. 光源を有し、
前記光源がレーザー光源であることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項に記載の画像表示装置。
Having a light source,
The image display device according to claim 1, wherein the light source is a laser light source.
前記第1の光変調素子と前記第2の光変調素子は、同じ画像信号に基づいて、入射光を変調することを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 1, wherein the first light modulation element and the second light modulation element modulate incident light based on the same image signal. 前記第1の光変調素子、及び前記第2の光変調素子により変調された画像光を、投射面に投射する投射光学系を有することを特徴とする請求項1乃至7いずれか1項に記載の画像表示装置。   8. The projection optical system according to claim 1, further comprising a projection optical system that projects image light modulated by the first light modulation element and the second light modulation element onto a projection surface. 9. Image display device. 光源と光変調素子との間に配置され、入射した光の偏光を第1偏光または第2偏光に選択的に変換する偏光変換素子。   A polarization conversion element that is disposed between the light source and the light modulation element and selectively converts the polarization of incident light into the first polarization or the second polarization.
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