JP2000162592A - Projection type picture display device - Google Patents
Projection type picture display deviceInfo
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- JP2000162592A JP2000162592A JP10335581A JP33558198A JP2000162592A JP 2000162592 A JP2000162592 A JP 2000162592A JP 10335581 A JP10335581 A JP 10335581A JP 33558198 A JP33558198 A JP 33558198A JP 2000162592 A JP2000162592 A JP 2000162592A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を変
調して投射することにより画像を表示する投射型画像表
示装置に関し、より詳しくは、光源からの光を複数の光
源像として一旦結像させ、これらの光源像の光をマイク
ロレンズアレイで変調用の液晶パネルの各画素に結像さ
せる投射型画像表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type image display apparatus for displaying an image by modulating and projecting light from a light source, and more particularly, to temporarily form light from a light source as a plurality of light source images. The present invention relates to a projection type image display device in which light of these light source images is formed by a microlens array on each pixel of a modulation liquid crystal panel.
【0002】[0002]
【従来の技術】光源からの光を変調して投射することに
より画像を表示する投射型画像表示装置が、投射テレビ
やデータプロジェクタとして利用されている。一般に、
光の変調は液晶パネルによって行われる。液晶パネルは
2次元に配列された多数の画素を有しており、入射した
光を各画素で偏光変換して、変換後の光に偏光の強度分
布の変化をもたらすことにより光の変調を行う。各画素
の偏光変換は画像信号に応じて個別に制御され、画素ご
とに偏光変換の程度が異なることにより画素間で変換後
の偏光の量に差が生じる。量に差が生じた偏光をスクリ
ーンに投射することで、輝度に差のある像すなわち画像
が表示される。2. Description of the Related Art A projection type image display apparatus which displays an image by modulating and projecting light from a light source is used as a projection television or a data projector. In general,
The light is modulated by a liquid crystal panel. A liquid crystal panel has a large number of pixels arranged two-dimensionally, and performs polarization modulation of incident light at each pixel, thereby modulating light by causing a change in the intensity distribution of polarized light to the converted light. . The polarization conversion of each pixel is individually controlled in accordance with the image signal, and the degree of polarization conversion differs for each pixel, which causes a difference in the amount of polarized light after conversion between pixels. By projecting the polarized light having the difference in amount on the screen, an image having a difference in luminance, that is, an image is displayed.
【0003】投射型画像表示装置は、明るくしかも明る
さにむらのない画像を表示することが望ましい。ところ
が、液晶パネルが変調する光は偏光面が一定方向の偏光
成分であり、偏光面がこれに垂直な偏光成分は投射に利
用されない。このため、偏光面が無秩序な光を発する光
源からそのまま液晶パネルに光を与えると、光源の能力
の半分の明るさの画像しか表示できないことになる。ま
た、一般に、発光部が略点状のランプとリフレクタで光
源を構成し、ランプの発する光をリフレクタで反射して
集光するようにしているため、光源からの光に光束の中
央部と周辺部で強度差が生じ易い。この光束をそのまま
液晶パネルに導くと、液晶パネルが受ける光の量にパネ
ル上の部位間で差が生じることになり、表示する画像の
明るさにむらが生じる結果となる。It is desirable that the projection type image display device displays an image which is bright and has no unevenness in brightness. However, the light modulated by the liquid crystal panel is a polarization component having a polarization plane having a fixed direction, and a polarization component having a polarization plane perpendicular thereto is not used for projection. For this reason, if light is directly applied to the liquid crystal panel from a light source that emits light with a disordered plane of polarization, only an image with half the brightness of the light source can be displayed. Also, in general, the light source is composed of a substantially point-shaped lamp and a reflector, and the light emitted from the lamp is reflected and condensed by the reflector. The difference in strength tends to occur in the part. If this light flux is guided to the liquid crystal panel as it is, a difference occurs in the amount of light received by the liquid crystal panel between the portions on the panel, and the brightness of the displayed image becomes uneven.
【0004】光源が発する光をより多く変調して投射す
るために、偏光面が無秩序な光を偏光分離して偏光面が
垂直な2つの偏光とし、その一方を偏光変換して両者の
偏光面を一致させて、液晶パネルに導くことが行われて
いる。このようにすると、光源が発する全ての光が変調
に利用されることになり、画像の明るさは倍増する。通
常、偏光分離は、偏光面が互いに垂直な偏光成分の一方
を透過させ他方を反射する偏光ビームスプリッタ(PB
S)によって行われ、偏光変換は、偏光面を90゜回転
させる1/2波長板によって行われる。In order to further modulate and project the light emitted from the light source, the light whose polarization plane is disordered is polarized and separated into two polarized lights whose polarization planes are perpendicular to each other. Are led to a liquid crystal panel. In this case, all light emitted from the light source is used for modulation, and the brightness of the image is doubled. Generally, polarization separation is performed by a polarization beam splitter (PB) that transmits one of polarization components whose polarization planes are perpendicular to each other and reflects the other.
The polarization conversion is performed by a half-wave plate that rotates the plane of polarization by 90 °.
【0005】液晶パネルに与える光の強度分布を均一に
するために、インテグレータを備えて、光源からの光を
複数の光源像として一旦結像させ、各光源像の光を液晶
パネルの全面に入射させることも行われている。インテ
グレータは2つのレンズアレイで構成され、光源からの
光を第1のレンズアレイの各レンズセルで第2のレンズ
アレイの対応するレンズセル上に結像させ、その複数の
光源像の光をそれぞれ液晶パネルの全面に導く。これに
より、液晶パネルのどの部位にも、光源からの光束の中
央部の光と周辺部の光とが混じり合って与えられること
になる。その結果、液晶パネルの受光量に部位間の差が
なくなって、均一な明るさの画像が表示される。[0005] In order to make the intensity distribution of light applied to the liquid crystal panel uniform, an integrator is provided to temporarily form light from a light source as a plurality of light source images, and the light of each light source image is incident on the entire surface of the liquid crystal panel. It is also performed. The integrator is composed of two lens arrays, and forms light from the light source on each lens cell of the first lens array on a corresponding lens cell of the second lens array, and separates the light of the plurality of light source images respectively. Guide to the entire surface of the liquid crystal panel. Thus, the light of the central part and the light of the peripheral part of the light beam from the light source are mixed and applied to any part of the liquid crystal panel. As a result, there is no difference between the portions in the amount of light received by the liquid crystal panel, and an image with uniform brightness is displayed.
【0006】インテグレータにPBSアレイと1/2波
長板を組み込んで、光の強度の均一化と偏光変換とを一
度に行うようにした構成も用いられている。[0006] There is also used a configuration in which a PBS array and a half-wave plate are incorporated in an integrator so that light intensity uniformization and polarization conversion are performed at once.
【0007】液晶パネルでは、隣合う画素の光が混合す
るのを防止するために画素を仕切る必要があり、また、
各画素を駆動するためにTFT等の回路部品が備えられ
る。これらの仕切りや回路部品が設けられた部位はブラ
ックマトリクスと呼ばれ、各画素はブラックマトリクス
で囲まれている。光はブラックマトリクスには入射せ
ず、または入射しても出射せず、ブラックマトリクスに
入射する光を投射に用いることはできない。これも画像
の明るさの向上を妨げる原因となっている。In a liquid crystal panel, it is necessary to partition pixels in order to prevent light from adjacent pixels from being mixed.
A circuit component such as a TFT is provided to drive each pixel. The part where these partitions and circuit components are provided is called a black matrix, and each pixel is surrounded by the black matrix. Light does not enter the black matrix, or does not exit when it enters, and light incident on the black matrix cannot be used for projection. This also hinders the improvement of the brightness of the image.
【0008】液晶パネルの前面にマイクロレンズアレイ
を配置して、インテグレータからの光をブラックマトリ
クスを避けて画素の開口のみに入射させることにより、
光の利用効率を高めて、表示する画像の明るさを向上さ
せることが、例えば、特開平9−318904号公報、
特開平10−111472号公報に提案されている。マ
イクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズセルに
は隣合う複数の光源像からの光が入射し、各マイクロレ
ンズセルはそれらの光を隣合う複数の画素上に結像させ
る。1つの画素には複数のマイクロレンズセルを介して
複数の光源像の光が与えられることになり、全ての画素
の受光量は略均一になる。A microlens array is arranged on the front surface of the liquid crystal panel, and light from the integrator is made to enter only the pixel openings avoiding the black matrix.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-318904 discloses a method of improving the brightness of an image to be displayed by increasing light use efficiency.
It is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-111472. Light from a plurality of adjacent light source images is incident on each microlens cell constituting the microlens array, and each microlens cell focuses the light on a plurality of adjacent pixels. One pixel is provided with light of a plurality of light source images via a plurality of microlens cells, and the light reception amounts of all the pixels are substantially uniform.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】通常、液晶パネルは、
縦横の長さの比が3:4、9:16等の長方形である。
液晶パネルの画素は、精細度、カラー画像を構成する3
色光の重なり具合等の表示画像の質を考慮して配列さ
れ、このため、縦方向と横方向の画素の配列ピッチの比
は液晶パネルの縦横の長さの比に一致しない。Generally, a liquid crystal panel is
It is a rectangle having a length / width ratio of 3: 4, 9:16, or the like.
The pixels of the liquid crystal panel are used for forming a definition and color image.
The pixels are arranged in consideration of the quality of the displayed image such as the degree of overlap of the color lights, and therefore, the ratio of the arrangement pitch of the pixels in the vertical direction and the horizontal direction does not match the ratio of the vertical and horizontal lengths of the liquid crystal panel.
【0010】光源からの光を無駄なく液晶パネルの全面
に導くためには、インテグレータの第1レンズアレイの
レンズセルを液晶パネルと略相似な形状にする必要があ
り、第1レンズアレイのレンズセルの縦横の比は液晶パ
ネルの縦横の比に略等しく設定される。したがって、第
1レンズアレイのレンズセルの縦横の配列ピッチの比は
液晶パネルの縦横の長さの比に等しくなる。一方、マイ
クロレンズセルはインテグレータによって形成された光
源像を各画素上に結像させる必要があり、換言すれば、
液晶パネル上での光源像の分布は画素の分布に一致しな
ければならない。In order to guide the light from the light source to the entire surface of the liquid crystal panel without waste, it is necessary to make the lens cells of the first lens array of the integrator substantially similar in shape to the liquid crystal panel. Is set substantially equal to the aspect ratio of the liquid crystal panel. Therefore, the ratio of the vertical and horizontal arrangement pitch of the lens cells of the first lens array becomes equal to the ratio of the vertical and horizontal length of the liquid crystal panel. On the other hand, the micro lens cell needs to form a light source image formed by the integrator on each pixel, in other words,
The distribution of the light source image on the liquid crystal panel must match the distribution of the pixels.
【0011】ところが、第1レンズアレイのレンズセル
の縦横の配列ピッチの比は液晶パネルの画素の縦横の配
列ピッチの比に等しくないから、第1レンズアレイの各
レンズセルの光軸をアレイ面に垂直にしてその光軸上に
光源からの光を結像させるようにしたのでは、形成され
る光源像の分布は画素の分布に一致しないことになる。
そこで、特開平9−318904号公報や特開平10−
111472号公報では、第1レンズアレイの各レンズ
セルを偏心させることにより、各レンズセルを透過する
光の結像位置を偏らせて、光源像の分布を画素の分布に
一致させるようにしている。マイクロレンズアレイは、
こうして形成された光源像を、分布に変化をもたらすこ
となく液晶パネル上で再結像させる。However, since the ratio of the vertical and horizontal arrangement pitches of the lens cells of the first lens array is not equal to the ratio of the vertical and horizontal arrangement pitches of the pixels of the liquid crystal panel, the optical axis of each lens cell of the first lens array is set to the array surface. If the light from the light source is focused on the optical axis so as to be perpendicular to the optical axis, the distribution of the formed light source image does not match the distribution of the pixels.
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-318904 and Japanese Patent Application Laid-Open
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 111472, each lens cell of the first lens array is decentered, so that the image forming position of light transmitted through each lens cell is deviated so that the distribution of the light source image matches the distribution of pixels. . The micro lens array is
The light source image thus formed is re-imaged on the liquid crystal panel without changing the distribution.
【0012】しかしながら、偏心したレンズセルの形成
は容易ではなく、所望の偏心度のレンズアレイを精度よ
く作製するにはかなりの時間を要する。このため、従来
の構成では、レンズアレイの製造効率の向上が困難であ
り、製造コストの上昇を招いている。しかも、2次元に
配列された光源像を形成する手段として、インテグレー
タに代わる簡素な構成の光学系を採用することはできな
いことになる。However, it is not easy to form an eccentric lens cell, and considerable time is required to accurately produce a lens array having a desired eccentricity. For this reason, in the conventional configuration, it is difficult to improve the manufacturing efficiency of the lens array, which causes an increase in manufacturing cost. In addition, an optical system having a simple configuration instead of the integrator cannot be adopted as means for forming the light source images arranged two-dimensionally.
【0013】また、上記の各公報の投射型画像表示装置
では液晶パネルとして透過型のものを使用しており、マ
イクロレンズアレイは反射型液晶パネルに適合するよう
に設定されてはいない。反射型液晶パネルでは入射光と
反射光が同一光路を通るから、画素上に光を結像させる
目的で液晶パネルの前面に配置されたマイクロレンズア
レイは、反射光を発散させる結果となる。この発散した
反射光をスクリーンに結像させるためにはきわめて大口
径の投射光学系が必要になり、従来のマイクロレンズア
レイを用いる構成では、反射型液晶パネルで変調した光
を投射して画像を表示することは、実際上不可能であ
る。Further, in the projection type image display devices disclosed in the above publications, a transmissive liquid crystal panel is used, and the microlens array is not set so as to be compatible with the reflective liquid crystal panel. In a reflective liquid crystal panel, incident light and reflected light pass through the same optical path, so that the microlens array arranged on the front surface of the liquid crystal panel for the purpose of imaging light on pixels results in divergence of reflected light. In order to form an image of the divergent reflected light on the screen, an extremely large-diameter projection optical system is required.In the configuration using the conventional microlens array, the light modulated by the reflective liquid crystal panel is projected to form an image. Display is practically impossible.
【0014】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、光源からの光を無駄なく変調して明るくしかも明
るさにむらのない画像を表示することが可能な簡素な構
成の投射型画像表示装置を提供することを目的とし、さ
らに、光を変調するための液晶パネルとして透過型と反
射型の双方を使用することができる投射型画像表示装置
を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a simple configuration in which a light from a light source can be modulated without waste and a bright and uniform image can be displayed. It is another object of the present invention to provide an image display device, and further to provide a projection type image display device capable of using both a transmission type and a reflection type as a liquid crystal panel for modulating light.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源と、光源からの光を結像させて2
次元に配列された複数の光源像を形成する光源像形成光
学系と、2次元に配列された多数の画素を有し、各画素
に入射する複数の光源像からの光を変調する液晶パネル
と、複数の光源像からの光を液晶パネルの画素上に結像
させる結像光学系と、液晶パネルによって変調された光
をスクリーンに投射する投射光学系を備える投射型画像
表示装置において、光源像形成光学系は、液晶パネルの
画素の分布を垂直な2方向に異なる比で拡大した分布と
なるように、複数の光源像を形成するものとし、結像光
学系は、焦点距離が異なり結像方向が直交する2つのシ
リンドリカルレンズアレイより成り、液晶パネルの画素
の分布に一致した分布となるように、複数の光源像から
の光を結像させるものとする。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a light source and a light source for forming an image.
A light source image forming optical system that forms a plurality of light source images arranged in a two-dimensional manner, and a liquid crystal panel that has a large number of pixels arranged two-dimensionally and modulates light from the plurality of light source images incident on each pixel. In a projection type image display device including an imaging optical system that forms light from a plurality of light source images on pixels of a liquid crystal panel and a projection optical system that projects light modulated by the liquid crystal panel onto a screen, a light source image is formed. The forming optical system forms a plurality of light source images so that the distribution of the pixels of the liquid crystal panel is enlarged at different ratios in two perpendicular directions, and the imaging optical system has different focal lengths. It consists of two cylindrical lens arrays whose directions are orthogonal to each other, and forms light from a plurality of light source images so that the distribution coincides with the distribution of pixels of the liquid crystal panel.
【0016】この装置では、光源像形成光学系が形成す
る複数の光源像の分布が、液晶パネルの画素の分布と異
なる。すなわち、光源像形成光学系は光源像の分布を画
素の分布に一致させる機能を有しておらず、したがっ
て、それだけ簡素な構成となる。光源像形成光学系が形
成した光源像の光は結像光学系によって液晶パネル上に
再結像される。結像光学系は2つのシリンドリカルレン
ズアレイより成り、それらの焦点距離が異なり、また結
像方向が直交するため、液晶パネル上での光源像の分布
は光源像形成光学系が形成した光源像の分布から変化す
る。これにより、液晶パネル上での光源像の分布を画素
の分布に一致させることができる。In this device, the distribution of the plurality of light source images formed by the light source image forming optical system is different from the distribution of the pixels of the liquid crystal panel. That is, the light source image forming optical system does not have a function of making the distribution of the light source image coincide with the distribution of the pixels, and thus has a simpler configuration. The light of the light source image formed by the light source image forming optical system is re-imaged on the liquid crystal panel by the image forming optical system. Since the imaging optical system is composed of two cylindrical lens arrays and their focal lengths are different and the imaging directions are orthogonal, the distribution of the light source image on the liquid crystal panel is the same as that of the light source image formed by the light source image forming optical system. Vary from distribution. This makes it possible to make the distribution of the light source image on the liquid crystal panel coincide with the distribution of the pixels.
【0017】2つのシリンドリカルレンズの焦点距離を
変えることで、液晶パネル上の光源像の分布は自由に設
定することが可能である。このため、画素の分布が異な
る液晶パネルを使用する場合でも、結像光学系だけを別
のものに置き換えればよく、光源像形成光学系まで置き
換える必要はない。By changing the focal length of the two cylindrical lenses, the distribution of the light source image on the liquid crystal panel can be freely set. Therefore, even when a liquid crystal panel having a different pixel distribution is used, only the imaging optical system needs to be replaced with another one, and there is no need to replace the light source image forming optical system.
【0018】結像光学系の2つのシリンドリカルレンズ
アレイは、1つの媒質の表面と裏面に形成してもよい
し、屈折率の高い媒質に、レンズ面となる凹面の溝を有
する屈折率の低い2つの媒質を対向する方向から密着さ
せることによって形成してもよい。The two cylindrical lens arrays of the image forming optical system may be formed on the front and back surfaces of one medium, or a medium having a high refractive index and a low refractive index having a concave groove serving as a lens surface. It may be formed by bringing two media into close contact from opposite directions.
【0019】2つのシリンドリカルレンズアレイは、複
屈折性を有する媒質をレンズ面の一方の側に備え、所定
の偏光成分のみにレンズとして作用するものとすること
ができる。このようにすると、反射型の液晶パネルとの
組み合わせが可能になる。2つのシリンドリカルレンズ
アレイを光源像形成光学系からの光に対してレンズ作用
を有する設定とすることで、反射型液晶パネル上での光
源像の分布を画素の分布に一致させるという結像光学系
の機能が確保される。その一方、2つのシリンドリカル
レンズアレイは偏光変換された光に対してはレンズ作用
をもたないことになり、結像光学系は反射型液晶パネル
からの反射光を直進させる。すなわち、反射型液晶パネ
ルによって変調された光は結像光学系によって発散光と
されることがなく、直接投射光学系によって投射するこ
とができる。The two cylindrical lens arrays may be provided with a birefringent medium on one side of the lens surface, and act as a lens only for a predetermined polarization component. In this case, a combination with a reflection type liquid crystal panel becomes possible. An imaging optical system in which the distribution of the light source image on the reflective liquid crystal panel matches the distribution of pixels by setting the two cylindrical lens arrays to have a lens function with respect to light from the light source image forming optical system. Function is secured. On the other hand, the two cylindrical lens arrays have no lens function with respect to the polarized light, and the imaging optical system causes the reflected light from the reflective liquid crystal panel to travel straight. That is, light modulated by the reflective liquid crystal panel is not converted into divergent light by the imaging optical system, but can be directly projected by the projection optical system.
【0020】光源像形成光学系は、液晶パネルと略相似
な形状のレンズセルが2次元に配列されたレンズアレイ
から成り、各レンズセルで光源からの光を結像させるこ
とにより複数の光源像を形成するものとすることができ
る。また、光源像形成光学系は、液晶パネルと略相似な
形状の断面を有する棒状部材から成り、棒状部材の端部
に結像した光源からの光を棒状部材の壁面で反射するこ
とにより複数の光源像を形成するものとすることもでき
る。The light source image forming optical system comprises a lens array in which lens cells substantially similar in shape to the liquid crystal panel are two-dimensionally arranged, and a plurality of light source images are formed by forming light from a light source in each lens cell. May be formed. Further, the light source image forming optical system is composed of a rod-shaped member having a cross section substantially similar in shape to the liquid crystal panel, and a plurality of light sources are formed by reflecting light from a light source imaged on the end of the rod-shaped member on the wall surface of the rod-shaped member. A light source image may be formed.
【0021】前者は従来のインテグレータと同様の構成
であり、後者はインテグレータと比べてきわめて簡単な
構成である。いずれの光源像形成光学系も、光源からの
光を受ける面が液晶パネルと略相似であるから、その面
を透過する光の全てを液晶パネルの全面に導くことは容
易である。したがって、光源からの光を損失なく液晶パ
ネルに与えることができるし、また、結像光学系に達す
るまでに光源像の分布が変化するのを避けることができ
る。The former has a configuration similar to that of the conventional integrator, and the latter has an extremely simple configuration as compared with the integrator. In any light source image forming optical system, the surface receiving light from the light source is substantially similar to the liquid crystal panel. Therefore, it is easy to guide all light transmitted through that surface to the entire surface of the liquid crystal panel. Therefore, the light from the light source can be given to the liquid crystal panel without loss, and the distribution of the light source image can be prevented from changing before reaching the imaging optical system.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】本発明の投射型画像表示装置(以
下、単に投射表示装置ともいう)の実施形態について、
図面を参照しながら説明する。第1の実施形態の投射型
画像表示装置1の光学系の全体構成を図1に示す。投射
表示装置1は、赤色(R)光、緑色(G)光、青色
(B)光を1つの液晶パネルによって変調する単板式の
カラー画像表示装置である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a projection type image display device (hereinafter, also simply referred to as a projection display device) of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall configuration of the optical system of the projection type image display device 1 according to the first embodiment. The projection display device 1 is a single-panel color image display device that modulates red (R) light, green (G) light, and blue (B) light with one liquid crystal panel.
【0023】投射表示装置1は、光源11、カライドス
コープ12、コンデンサレンズ13、リレー光学系1
4、PBSプリズムアレイ15、1/2波長板16、全
反射ミラー17、フィールドレンズ18、回折格子1
9、マイクロレンズアレイ20、透過型液晶パネル2
1、および投射光学系22を備えている。液晶パネル2
1は長辺と短辺の長さの比が4:3の長方形である。The projection display device 1 includes a light source 11, a kaleidoscope 12, a condenser lens 13, and a relay optical system 1.
4, PBS prism array 15, half-wave plate 16, total reflection mirror 17, field lens 18, diffraction grating 1
9, micro lens array 20, transmission type liquid crystal panel 2
1 and a projection optical system 22. LCD panel 2
1 is a rectangle having a ratio of the length of the long side to the length of the short side of 4: 3.
【0024】光源11はメタルハライドランプ11aと
楕円面状のリフレクタ11bより成る。ランプ11a
は、偏光面が無秩序で可視領域の波長全体を含む白色光
を発する。ランプ11aはリフレクタ11bの第1焦点
上に配置されており、リフレクタ11bはランプ11a
が発する光を反射して第2焦点に集光させる。The light source 11 comprises a metal halide lamp 11a and an elliptical reflector 11b. Lamp 11a
Emits white light whose polarization plane is disordered and includes the entire wavelength in the visible region. The lamp 11a is disposed on a first focal point of the reflector 11b, and the reflector 11b is connected to the lamp 11a.
Is reflected and collected at the second focal point.
【0025】カライドスコープ12は液晶パネル21の
長辺と短辺に対応する方向の比が4:3の長方形の断面
を有している。カライドスコープ12の入射面12aは
リフレクタ11bの第2焦点上に位置しており、ランプ
11aと略共役である。ランプ11aの光は入射面12
aの中央に結像し、効率よくカライドスコープに入射す
る。カライドスコープ12に入射した光はカライドスコ
ープ12内で全反射を繰り返し、均一な光量分布になっ
て出射面12bから出射する。The kaleidoscope 12 has a rectangular cross section having a ratio of 4: 3 in a direction corresponding to the long side and the short side of the liquid crystal panel 21. The entrance surface 12a of the kaleidoscope 12 is located on the second focal point of the reflector 11b, and is substantially conjugate with the lamp 11a. The light from the lamp 11a
An image is formed at the center of a, and efficiently enters the kaleidoscope. The light that has entered the kaleidoscope 12 repeats total reflection within the kaleidoscope 12 and emerges from the exit surface 12b in a uniform light amount distribution.
【0026】コンデンサレンズ13はカライドスコープ
12の出射面12bに近接して配置されており、カライ
ドスコープ12から出射する光をリレー光学系14の瞳
面に結像させる。カライドスコープ12の入射面12a
とリレー光学系14の瞳面は略共役である。リレー光学
系14の瞳面上には、カライドスコープ12内での反射
回数に応じた位置に、複数の光源像が形成される。The condenser lens 13 is arranged close to the exit surface 12b of the kaleidoscope 12, and forms an image of the light emitted from the kaleidoscope 12 on the pupil plane of the relay optical system 14. Incident surface 12a of callide scope 12
And the pupil plane of the relay optical system 14 is substantially conjugate. A plurality of light source images are formed on the pupil plane of the relay optical system 14 at positions corresponding to the number of reflections in the kaleidoscope 12.
【0027】リレー光学系14は2つの凸レンズ14
a、14bより成り、入射側のレンズ14aはカライド
スコープ12からの光をレンズ14a、14bの間で平
行にする。光の平行度を高めるために、入射側のレンズ
14aには非球面レンズを用いている。カライドスコー
プ12の出射面12bと液晶パネル21はリレー光学系
14により略共役であり、また、カライドスコープ12
の断面は液晶パネル21と相似形であるため、液晶パネ
ル21には光が均一に効率よく導かれる。The relay optical system 14 has two convex lenses 14
The lens 14a on the incident side makes the light from the kaleidoscope 12 parallel between the lenses 14a and 14b. In order to increase the parallelism of light, an aspheric lens is used as the incident side lens 14a. The exit surface 12b of the kaleidoscope 12 and the liquid crystal panel 21 are substantially conjugated by the relay optical system 14.
Is similar in shape to the liquid crystal panel 21, so that light is uniformly and efficiently guided to the liquid crystal panel 21.
【0028】リレー光学系14の瞳はレンズ14aとレ
ンズ14bの間にあり、コンデンサレンズ13による2
次光源像もレンズ14a、14b間の瞳面上に形成され
る。PBSプリズムアレイ15はリレー光学系14の瞳
面上に配置されている。PBSプリズムアレイ15に
は、P偏光を透過させS偏光を反射する帯状のPBS膜
15aが形成されている。各PBS膜15aはリレー光
学系14の光軸に対して45゜傾けて、互いに平行に等
間隔で配置されている。1/2波長板16は、PBSプ
リズムアレイ15のレンズ14b側に、1つおきのPB
S膜15aに向かうように設けられている。The pupil of the relay optical system 14 is located between the lens 14a and the lens 14b.
The next light source image is also formed on the pupil plane between the lenses 14a and 14b. The PBS prism array 15 is arranged on the pupil plane of the relay optical system 14. The PBS prism array 15 has a band-shaped PBS film 15a that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light. The PBS films 15a are arranged at equal intervals in parallel to each other at an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the relay optical system 14. The half-wave plate 16 is provided on the lens 14b side of the PBS prism array 15 every other PB.
It is provided to face the S film 15a.
【0029】リレー光学系14の入射側レンズ14aを
透過した光は、PBSプリズムアレイ15上で結像する
とともに、PBS膜15aを透過するP偏光とPBS膜
15aによって反射されるS偏光に分離される。PBS
膜15aを透過したP偏光は1/2波長板16に入射
し、これを透過する間にS偏光に変換されて、レンズ1
4bに入射する。一方、PBS膜15aによって反射さ
れたS偏光は、隣のPBS膜15aによって再度反射さ
れ、1/2波長板16の傍らを通ってレンズ14bに入
射する。したがって、レンズ14bに入射する光すなわ
ちリレー光学系14を出る光は全てS偏光となる。The light transmitted through the incident side lens 14a of the relay optical system 14 forms an image on the PBS prism array 15 and is separated into P polarized light transmitted through the PBS film 15a and S polarized light reflected by the PBS film 15a. You. PBS
The P-polarized light transmitted through the film 15a is incident on the half-wave plate 16, and is converted into S-polarized light while transmitting the P-polarized light.
4b. On the other hand, the S-polarized light reflected by the PBS film 15a is reflected again by the adjacent PBS film 15a, passes through the half-wave plate 16, and enters the lens 14b. Therefore, all light incident on the lens 14b, that is, light exiting the relay optical system 14, becomes S-polarized light.
【0030】カライドスコープ12で複数の光源像を形
成する場合でも、このようにリレー光学系14とPBS
プリズムアレイ15とを組み合わせることで、大きなプ
リズムを備える必要がなくなり、装置を小型軽量に構成
することができる。Even when a plurality of light source images are formed by the kaleidoscope 12, the relay optical system 14 and the PBS
By combining with the prism array 15, there is no need to provide a large prism, and the device can be made small and lightweight.
【0031】図2にPBSプリズムアレイ上15に形成
される光源11からの光による光源像の分布を示す。図
2において、実線で示した光源像はS偏光の光によるも
の、破線で示した光源像はP偏光の光によるものであ
り、後者の光は後にS偏光に変換される。カライドスコ
ープ12の断面が液晶パネル21に相似な4:3の比の
長方形であり、PBSプリズムアレイ15によってカラ
イドスコープ12の断面の長辺方向に偏光分離が行われ
るため、光源像の配列ピッチの液晶パネル21の長辺と
短辺に対応する方向の比は、2:3となっている。FIG. 2 shows a light source image distribution due to light from the light source 11 formed on the PBS prism array 15. In FIG. 2, the light source image shown by the solid line is due to S-polarized light, the light source image shown by the broken line is due to P-polarized light, and the latter light is later converted to S-polarized light. The cross section of the kaleidoscope 12 is a rectangle having a ratio of 4: 3 similar to the liquid crystal panel 21, and polarization separation is performed in the long side direction of the cross section of the kaleidoscope 12 by the PBS prism array 15. The ratio of the pitch in the direction corresponding to the long side and the short side of the liquid crystal panel 21 is 2: 3.
【0032】全反射ミラー17はリレー光学系14から
の光を反射してフィールドレンズ18に導く。全反射ミ
ラー17は投射表示装置1の全体構成を小型化するため
に備えられたもので、フィールドレンズ18、液晶パネ
ル21、投射光学系22等をリレー光学系14の光軸上
に配置して、全反射ミラー17を省略してもよい。The total reflection mirror 17 reflects light from the relay optical system 14 and guides the light to the field lens 18. The total reflection mirror 17 is provided to reduce the size of the entire configuration of the projection display device 1, and includes a field lens 18, a liquid crystal panel 21, a projection optical system 22, and the like arranged on the optical axis of the relay optical system 14. Alternatively, the total reflection mirror 17 may be omitted.
【0033】フィールドレンズ18は、液晶パネル21
を透過する光が全て投射光学系22に入射するように、
リレー光学系14からの光を液晶パネル21に対して略
垂直な方向に向ける。回折格子19は、フィールドレン
ズ18を透過したリレー光学系14からの白色光を回折
させて、R、G、Bの3色の光に分解する。The field lens 18 includes a liquid crystal panel 21
So that all light transmitted through the projection optical system 22
The light from the relay optical system 14 is directed in a direction substantially perpendicular to the liquid crystal panel 21. The diffraction grating 19 diffracts white light from the relay optical system 14 transmitted through the field lens 18 and decomposes the light into three colors of R, G, and B.
【0034】マイクロレンズアレイ20は入射する光を
液晶パネル21上に結像させる。すなわち、リレー光学
系14の瞳面と液晶パネル21は略共役である。回折格
子19によって分解されたR、G、Bの3色の光は、回
折角の違いにより僅かに異なる方向に進み、マイクロレ
ンズアレイ20によって液晶パネル21の異なる画素上
に結像させられる。The micro lens array 20 forms an image of the incident light on the liquid crystal panel 21. That is, the pupil plane of the relay optical system 14 and the liquid crystal panel 21 are substantially conjugate. The three colors of light of R, G, and B separated by the diffraction grating 19 travel in slightly different directions due to the difference in the diffraction angle, and are imaged on different pixels of the liquid crystal panel 21 by the microlens array 20.
【0035】投射光学系22は、液晶パネル21の各画
素を透過して変調された光を図外のスクリーンに投射す
る。投射された光はスクリーン上で結像してカラー画像
を表示する。The projection optical system 22 projects the light transmitted through each pixel of the liquid crystal panel 21 and modulated onto a screen (not shown). The projected light forms an image on a screen to display a color image.
【0036】液晶パネル21は、R光、G光、B光をそ
れぞれ変調するための3種の画素を2次元に多数配列し
て成る。各画素は短辺が長辺の略1/3の長方形であ
り、長辺および短辺をそれぞれ揃えて配列されている。
3種の画素は短辺方向に交互に配列されており、短辺方
向の隣合う3つの画素によって画像の1点を表す光の変
調が行われる。以下、短辺方向の隣合う3つの画素の組
を画素単位という。The liquid crystal panel 21 has a large number of two-dimensionally arranged three types of pixels for modulating R light, G light and B light. Each pixel is a rectangle whose short side is approximately 1/3 of the long side, and the long side and the short side are aligned.
The three types of pixels are alternately arranged in the short-side direction, and light representing one point of an image is modulated by three adjacent pixels in the short-side direction. Hereinafter, a set of three adjacent pixels in the short side direction is referred to as a pixel unit.
【0037】画素単位は略正方形であり、液晶パネル2
1の長辺方向と短辺方向に等しいピッチで配列されてい
る。したがって、カライドスコープ12とコンデンサレ
ンズ13とによってリレー光学系14の瞳面に形成され
た図2の光源像の分布と、液晶パネル21の画素単位の
分布は一致しない。リレー光学系14の瞳面に形成され
た光源像は、画素単位の分布を液晶パネル21の長辺方
向と短辺方向に異なる比で拡大した分布となっている。
この分布の差を補正して光源像の光を画素単位に効率よ
く導くために、マイクロレンズアレイ20の結像能は、
液晶パネル21の長辺方向と短辺方向とで違えて設定さ
れている。The pixel unit is substantially square, and the liquid crystal panel 2
1 are arranged at equal pitches in the long side direction and the short side direction. Therefore, the distribution of the light source image formed in the pupil plane of the relay optical system 14 by the kaleidoscope 12 and the condenser lens 13 in FIG. The light source image formed on the pupil plane of the relay optical system 14 has a distribution obtained by enlarging the distribution in pixel units at different ratios in the long side direction and the short side direction of the liquid crystal panel 21.
In order to correct this difference in distribution and efficiently guide the light of the light source image in pixel units, the imaging capability of the microlens array 20 is as follows:
The liquid crystal panel 21 is set differently in the long side direction and the short side direction.
【0038】図3にマイクロレンズアレイ20を示す。
マイクロレンズアレイ20は、別個の板状部材に形成さ
れた2つのシリンドリカルレンズアレイ20a、20b
より成る。レンズアレイ20aと20bはそれぞれのシ
リンドリカルレンズの配列方向(結像方向)が垂直にな
るように配置されている。マイクロレンズアレイ20
は、レンズアレイ20aのシリンドリカルレンズの配列
方向が液晶パネル21の長辺方向に一致し、レンズアレ
イ20bのシリンドリカルレンズの配列方向が液晶パネ
ル21の短辺方向に一致するように、かつレンズアレイ
20bを液晶パネル21側にして配置されている。レン
ズアレイ20aと20bのシリンドリカルレンズの幅は
画素単位の一辺の長さの整数倍である。FIG. 3 shows the microlens array 20.
The microlens array 20 includes two cylindrical lens arrays 20a and 20b formed on separate plate members.
Consisting of The lens arrays 20a and 20b are arranged so that the arrangement direction (imaging direction) of the respective cylindrical lenses is vertical. Micro lens array 20
Is such that the arrangement direction of the cylindrical lenses of the lens array 20a coincides with the long side direction of the liquid crystal panel 21, the arrangement direction of the cylindrical lenses of the lens array 20b coincides with the short side direction of the liquid crystal panel 21, and On the liquid crystal panel 21 side. The width of the cylindrical lenses of the lens arrays 20a and 20b is an integral multiple of the length of one side of the pixel unit.
【0039】液晶パネル21の長辺と短辺に対応する方
向の配列ピッチの比が2:3となっているリレー光学系
14の瞳面の光源像を、液晶パネル21上では1:1の
配列ピッチ比として長辺方向、短辺方向共に画素単位の
配列ピッチに等しくするために、レンズアレイ20bの
シリンドリカルレンズの焦点距離はレンズアレイ20a
のシリンドリカルレンズの焦点距離よりも短く設定され
ている。この焦点距離の差により光源像の分布の補正が
なされて、液晶パネル21上での光源像の分布が画素単
位の分布に一致し、光を効率よく画素に導くことができ
る。The light source image on the pupil plane of the relay optical system 14 in which the ratio of the arrangement pitch in the direction corresponding to the long side and the short side of the liquid crystal panel 21 is 2: 3 is 1: 1 on the liquid crystal panel 21. In order to make the arrangement pitch ratio equal to the arrangement pitch in pixel units in both the long side direction and the short side direction, the focal length of the cylindrical lens of the lens array 20b is set to the lens array 20a.
Is set shorter than the focal length of the cylindrical lens. The distribution of the light source image is corrected based on the difference in the focal length, and the distribution of the light source image on the liquid crystal panel 21 matches the distribution in pixel units, so that light can be efficiently guided to the pixels.
【0040】液晶パネルの画素単位程度の大きさに対応
して形成されるシリンドリカルレンズでは、F値が大き
くなることが避けられず、画素上に結像した光源像に回
折の影響によるぼけが生じる。しかしながら、投射表示
装置1では、回折格子19による色分解の方向を液晶パ
ネル21の画素の短辺方向とし、画素の短辺方向への結
像能をもつレンズアレイ20bを液晶パネル21に近づ
けて配置してその焦点距離を短く設定することにより、
マイクロレンズアレイ20のF値を画素の短辺方向に小
さくしている。これににより、画素の短辺方向への光源
像のぼけが小さくなり、光を画素内に確実に収めること
ができる。In a cylindrical lens formed corresponding to the size of a pixel unit of a liquid crystal panel, an increase in the F value is inevitable, and a light source image formed on a pixel is blurred due to the influence of diffraction. . However, in the projection display device 1, the direction of color separation by the diffraction grating 19 is set to the short side direction of the pixel of the liquid crystal panel 21, and the lens array 20 b having an image forming ability in the short side direction of the pixel is brought close to the liquid crystal panel 21. By placing it and setting its focal length short,
The F value of the microlens array 20 is reduced in the short side direction of the pixel. Accordingly, blurring of the light source image in the short side direction of the pixel is reduced, and light can be reliably contained in the pixel.
【0041】このように、単板式のカラー画像表示装置
では、液晶パネルに近い側のシリンドリカルレンズアレ
イの結像方向に色分解の方向を一致させるのがよい。な
お、レンズアレイ20aや20bのシリンドリカルレン
ズの幅を大きくすることにより、マイクロレンズアレイ
20のF値を小さくして、ぼけを減少させることも可能
である。As described above, in the single-panel type color image display device, it is preferable that the direction of color separation coincides with the image forming direction of the cylindrical lens array near the liquid crystal panel. Note that by increasing the width of the cylindrical lenses of the lens arrays 20a and 20b, the F value of the microlens array 20 can be reduced to reduce blur.
【0042】第2の実施形態の投射型画像表示装置2の
光学系の全体構成を図4に示す。この投射表示装置2
も、R光、G光、B光を1つの液晶パネルによって変調
する単板式のカラー画像表示装置である。ただし、投射
表示装置2では、透過型ではなく反射型の液晶パネルで
光の変調を行う。投射表示装置2は、光源31、インテ
グレータ32、PBSプリズム33、1/2波長板3
4、ダイクロイックPBSプリズム35、マイクロレン
ズアレイ36、反射型液晶パネル37、偏光板38a、
38b、および投射光学系39を備えている。液晶パネ
ル37は長辺と短辺の長さの比が4:3の長方形であ
る。FIG. 4 shows the overall configuration of the optical system of the projection type image display device 2 according to the second embodiment. This projection display device 2
Is a single-panel color image display device that modulates R, G, and B light with one liquid crystal panel. However, in the projection display device 2, light is modulated by a reflective liquid crystal panel instead of a transmissive liquid crystal panel. The projection display device 2 includes a light source 31, an integrator 32, a PBS prism 33, and a half-wave plate 3.
4, dichroic PBS prism 35, micro lens array 36, reflection type liquid crystal panel 37, polarizing plate 38a,
38b, and a projection optical system 39. The liquid crystal panel 37 is a rectangle having a ratio of the length of the long side to the length of the short side of 4: 3.
【0043】光源31はメタルハライドランプ31a、
放物面状のリフレクタ31bおよびUVカットフィルタ
31cより成る。ランプ31aは、偏光面が無秩序で可
視領域の波長全体を含む白色光を発する。ランプ31a
はリフレクタ31bの焦点上に配置されており、リフレ
クタ31bはランプ31aが発する光を反射して平行光
束とする。UVカットフィルタ31cはリフレクタ31
bより入射する光から紫外領域の波長を除去して可視領
域の波長のみとする。The light source 31 is a metal halide lamp 31a,
It comprises a parabolic reflector 31b and a UV cut filter 31c. The lamp 31a emits white light having a disordered polarization plane and including the entire wavelength in the visible region. Lamp 31a
Is disposed at the focal point of the reflector 31b, and the reflector 31b reflects the light emitted from the lamp 31a to form a parallel light beam. The UV cut filter 31c is a reflector 31
The wavelength in the ultraviolet region is removed from the light incident from b to leave only the wavelength in the visible region.
【0044】インテグレータ32は、それぞれ複数のレ
ンズセルが2次元に配列された第1、第2のレンズアレ
イ32a、32bより成る。第1のレンズアレイ32a
の各レンズセルは液晶パネル37と相似な長方形に設定
されており、各レンズセルの光軸はパネル面に対して垂
直である。第2のレンズアレイ32bは第1のレンズア
レイ32aの2倍の数のレンズセルを有しており、レン
ズアレイ31aの1つのレンズセルに、レンズアレイ3
2bの隣合う1対のレンズセルが対応する。The integrator 32 includes first and second lens arrays 32a and 32b in each of which a plurality of lens cells are two-dimensionally arranged. First lens array 32a
Each lens cell is set to a rectangle similar to the liquid crystal panel 37, and the optical axis of each lens cell is perpendicular to the panel surface. The second lens array 32b has twice as many lens cells as the first lens array 32a, and one lens cell of the lens array 31a has the lens array 3
A pair of adjacent lens cells 2b correspond to each other.
【0045】第1のレンズアレイ32aの各レンズセル
は光源31からの光を第2のレンズアレイ32bの対応
するレンズセル上に結像させる。第2のレンズアレイ3
2bの各レンズセルには光源像が形成され、レンズアレ
イ32bは複数の光源像が2次元に配列された面状の2
次光源となる。レンズアレイ32bの各レンズセルは透
過する光を液晶パネル37の全面に導くように設定され
ている。Each lens cell of the first lens array 32a focuses light from the light source 31 on a corresponding lens cell of the second lens array 32b. Second lens array 3
A light source image is formed in each lens cell 2b, and a lens array 32b is a planar 2D array in which a plurality of light source images are two-dimensionally arranged.
The next light source. Each lens cell of the lens array 32b is set to guide transmitted light to the entire surface of the liquid crystal panel 37.
【0046】すなわち、第1のレンズアレイ32aと液
晶パネル37は略共役であり、第2のレンズアレイ32
bと光源31は略共役であって、第1のレンズアレイ3
2aの各レンズセルに入射する光源31からの光は、光
源像として一旦個別に結像した後、液晶パネル37上で
重なり合う。That is, the first lens array 32a and the liquid crystal panel 37 are substantially conjugate, and the second lens array 32
b and the light source 31 are substantially conjugate, and the first lens array 3
The light from the light source 31 incident on each lens cell 2a is once formed individually as a light source image and then overlaps on the liquid crystal panel 37.
【0047】PBSプリズム33は、断面が直角二等辺
三角形の三角プリズム33aと、その斜面に接合された
平行平板33bより成る。プリズム33aと平板33b
の接合面には、P偏光を透過させS偏光を反射するPB
S膜33cが形成されており、平板33bの他方の面は
全反射面33dとされている。インテグレータ32のレ
ンズアレイ32a、32bは、プリズム33aの直交す
る2つの面に対向して配置されている。The PBS prism 33 is composed of a triangular prism 33a having a right-angled isosceles triangle in cross section, and a parallel flat plate 33b joined to its slope. Prism 33a and flat plate 33b
PB that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light
An S film 33c is formed, and the other surface of the flat plate 33b is a total reflection surface 33d. The lens arrays 32a and 32b of the integrator 32 are arranged to face two orthogonal surfaces of the prism 33a.
【0048】第1のレンズアレイ32aのレンズセルを
透過した光源31からの光は、PBS膜33cに入射
し、その光に含まれるS偏光はPBS膜33cによって
反射され、P偏光はPBS膜33cを透過する。これに
より偏光分離がなされる。PBS膜33cによって反射
されたS偏光は、第2のレンズアレイ32bの対を成す
2つのレンズセルの一方に入射して、結像する。PBS
膜33cを透過したP偏光は、全反射面33dによって
反射されて、レンズアレイ32bの対を成す2つのレン
ズセルの他方に入射し、結像する。The light from the light source 31 that has passed through the lens cells of the first lens array 32a enters the PBS film 33c, the S-polarized light contained in the light is reflected by the PBS film 33c, and the P-polarized light is reflected by the PBS film 33c. Through. Thereby, polarization separation is performed. The S-polarized light reflected by the PBS film 33c is incident on one of the two lens cells forming a pair of the second lens array 32b, and forms an image. PBS
The P-polarized light transmitted through the film 33c is reflected by the total reflection surface 33d, enters the other of the two lens cells forming a pair of the lens array 32b, and forms an image.
【0049】1/2波長板34は、レンズアレイ32b
のPBSプリズム33側に設けられ、P偏光が入射する
レンズセルに対応して配置されている。1/2波長板3
4は透過するP偏光をS偏光に変換し、したがって、レ
ンズアレイ32bに入射する光すなわちインテグレータ
32を出る光は全てS偏光となる。ただし、何らかの理
由で偏光分離や偏光変換が不完全になってインテグレー
タ32を出る光にP偏光が混入した場合のために、P偏
光を遮断する偏光板38aが備えられている。The half-wave plate 34 is provided with a lens array 32b.
Is provided on the side of the PBS prism 33, and is disposed corresponding to the lens cell on which the P-polarized light is incident. 1/2 wave plate 3
4 converts the transmitted P-polarized light into S-polarized light, so that all light incident on the lens array 32b, that is, light exiting the integrator 32, becomes S-polarized light. However, a polarizing plate 38a for blocking P-polarized light is provided in the case where P-polarized light is mixed into light exiting the integrator 32 due to incomplete polarization separation or polarization conversion for some reason.
【0050】PBSプリズム33による偏光分離は第1
のレンズアレイ32aのレンズセルの長辺方向に行われ
る。したがって、第2のレンズアレイ32b上の光源像
は、図2に示した投射表示装置1の光源像と同様に、液
晶パネル37の長辺方向と短辺方向の比が2:3の配列
ピッチとなる。The polarization separation by the PBS prism 33 is the first
Is performed in the long side direction of the lens cell of the lens array 32a. Therefore, the light source image on the second lens array 32b has an arrangement pitch of a ratio of 2: 3 between the long side direction and the short side direction of the liquid crystal panel 37, similarly to the light source image of the projection display device 1 shown in FIG. Becomes
【0051】ダイクロイックPBSプリズム35には、
3つのダイクロイックPBS膜35R、35G、35B
が、僅かに角度差をつけて形成されている。ダイクロイ
ックPBS膜35Rは、S偏光のR光を選択的に反射
し、S偏光の他の色光を透過させ、P偏光の全色光を透
過させるものである。ダイクロイックPBS膜35G
は、S偏光のG光を反射し、S偏光のB光およびP偏光
の全色光を透過させるものである。ダイクロイックPB
S膜35Bは、S偏光のB光を反射し、P偏光の全色光
を透過させるものである。インテグレータ32から偏光
板38aを介してプリズム35に入射するS偏光の白色
光は、各ダイクロイックPBS膜35R、35G、35
BによってR光、G光、B光に分解され、PBS膜間に
角度差があることから、分解後のR光、G光、B光はそ
れぞれ僅かに異なった方向に反射される。The dichroic PBS prism 35 has:
Three dichroic PBS membranes 35R, 35G, 35B
Are formed with a slight angle difference. The dichroic PBS film 35R selectively reflects the S-polarized R light, transmits other S-polarized light, and transmits all P-polarized light. Dichroic PBS membrane 35G
Is for reflecting S-polarized G light and transmitting S-polarized B light and P-polarized all-color light. Dichroic PB
The S film 35B reflects S-polarized B light and transmits all P-polarized light. The S-polarized white light incident on the prism 35 from the integrator 32 via the polarizing plate 38a is converted into the dichroic PBS films 35R, 35G, 35G.
The light is decomposed into R light, G light, and B light by B, and since there is an angle difference between the PBS films, the separated R light, G light, and B light are reflected in slightly different directions.
【0052】なお、ダイクロイックPBSプリズム35
に代えて、3つのダイクロイックミラーと1つのPBS
プリズムを備えるようにしてもよい。その場合、PBS
プリズムをプリズム35の位置に配置し、3つのダイク
ロイックミラーをそのPBSプリズムとインテグレータ
32の間に僅かに角度差をつけて配置する。The dichroic PBS prism 35
Instead of three dichroic mirrors and one PBS
A prism may be provided. In that case, PBS
The prism is arranged at the position of the prism 35, and the three dichroic mirrors are arranged at a slight angle difference between the PBS prism and the integrator 32.
【0053】マイクロレンズアレイ36は入射する光を
液晶パネル37上に結像させる。すなわち、インテグレ
ータ32の第2のレンズアレイ32bと液晶パネル37
は略共役である。ダイクロイックPBSプリズム35に
よって分解されたR、G、Bの3色の光は、反射角の違
いにより僅かに異なる方向に進み、マイクロレンズアレ
イ36によって液晶パネル37の異なる画素上に結像さ
せられる。The micro lens array 36 forms an image of the incident light on the liquid crystal panel 37. That is, the second lens array 32 b of the integrator 32 and the liquid crystal panel 37
Is approximately conjugate. The three colors of light of R, G, and B separated by the dichroic PBS prism 35 travel in slightly different directions due to the difference in the reflection angle, and are imaged on different pixels of the liquid crystal panel 37 by the microlens array 36.
【0054】液晶パネル37の画素は、投射表示装置1
の液晶パネル21と同様に設定されている。すなわち、
長辺と短辺の比が略3:1の長方形の画素3つで1つの
画素単位が構成されており、画素単位は略正方形で、液
晶パネル37の長辺方向と短辺方向に等しいピッチで配
列されている。The pixels of the liquid crystal panel 37 correspond to the projection display device 1.
Are set similarly to the liquid crystal panel 21 of FIG. That is,
One pixel unit is composed of three rectangular pixels having a ratio of the long side to the short side of approximately 3: 1. The pixel unit is substantially square, and the pitch is equal in the long side direction and the short side direction of the liquid crystal panel 37. It is arranged in.
【0055】R光、G光、B光は液晶パネル37によっ
て変調されることによりS偏光からP偏光に変化する。
液晶パネル37で反射された各光は、マイクロレンズア
レイ36を透過し、P偏光を自由に透過させるダイクロ
イックPBSプリズム35も透過して、偏光板38bに
入射する。偏光板38bはS偏光を遮断するもので、迷
走光等のS偏光が投射光学系39に入射するのを防止す
る。投射光学系39は偏光板38bから入射する光を図
外のスクリーンに投射し、投射された光はスクリーン上
で結像してカラー画像を表示する。The R light, G light and B light are modulated by the liquid crystal panel 37 to change from S-polarized light to P-polarized light.
Each light reflected by the liquid crystal panel 37 is transmitted through the microlens array 36, is also transmitted through the dichroic PBS prism 35 that freely transmits P-polarized light, and is incident on the polarizing plate 38b. The polarizing plate 38b blocks S-polarized light and prevents S-polarized light such as stray light from entering the projection optical system 39. The projection optical system 39 projects the light incident from the polarizing plate 38b onto a screen (not shown), and the projected light forms an image on the screen to display a color image.
【0056】マイクロレンズアレイ36は、結像方向が
互いに垂直で焦点距離が異なる2つのシリンドリカルレ
ンズアレイより成る。2つのシリンドリカルレンズアレ
イの焦点距離や液晶パネル37に対する位置の関係は第
1の実施形態で説明したとおりであり、インテグレータ
32によって形成された液晶パネル37の画素単位とは
異なる分布の光源像を、画素単位の分布に一致させて液
晶パネル37上に結像させる。The micro lens array 36 is composed of two cylindrical lens arrays whose image forming directions are perpendicular to each other and whose focal lengths are different. The relationship between the focal lengths of the two cylindrical lens arrays and the positions of the two cylindrical lens arrays with respect to the liquid crystal panel 37 is as described in the first embodiment, and a light source image having a distribution different from the pixel unit of the liquid crystal panel 37 formed by the integrator 32 is obtained. An image is formed on the liquid crystal panel 37 in accordance with the distribution in pixel units.
【0057】液晶パネル37は反射型であり、マイクロ
レンズアレイ36は、液晶パネル37への入射光と液晶
パネル37からの反射光が通る位置に配置されている。
このような位置にあるマイクロレンズアレイ36が反射
光に対してレンズとして作用すると、反射光が発散して
しまい、投射光学系39としてきわめて大口径のものが
必要になって、実用的な投射はできなくなる。したがっ
て、マイクロレンズアレイ36は液晶パネル37への入
射光に対してのみレンズとして作用する必要がある。こ
れを実現するために、投射表示装置2では、2つのシリ
ンドリカルレンズアレイの媒質として複屈折材料を使用
している。The liquid crystal panel 37 is of a reflection type, and the microlens array 36 is arranged at a position where light incident on the liquid crystal panel 37 and light reflected from the liquid crystal panel 37 pass.
If the microlens array 36 at such a position acts as a lens with respect to the reflected light, the reflected light diverges, and an extremely large projection optical system 39 is required. become unable. Therefore, the microlens array 36 needs to act as a lens only for light incident on the liquid crystal panel 37. In order to realize this, the projection display device 2 uses a birefringent material as a medium of the two cylindrical lens arrays.
【0058】マイクロレンズアレイ36と液晶パネル3
7の構成ならびに入射光および反射光に対するマイクロ
レンズアレイ36の作用を図5、6に模式的に示す。図
5はマイクロレンズアレイ36と液晶パネル37への入
射光との関係を示しており、図6はマイクロレンズアレ
イ36と液晶パネル37からの反射光との関係を示して
いる。これらの図において、(a)は液晶パネル37の
長辺に沿った断面図であり、(b)は短辺に沿った断面
図である。また、符号37R、37G、37Bはそれぞ
れR光、G光、B光を変調する画素を表す。Microlens array 36 and liquid crystal panel 3
FIGS. 5 and 6 schematically show the configuration of FIG. 7 and the effect of the microlens array 36 on incident light and reflected light. FIG. 5 shows the relationship between the microlens array 36 and the light incident on the liquid crystal panel 37, and FIG. 6 shows the relationship between the microlens array 36 and the reflected light from the liquid crystal panel 37. In these figures, (a) is a cross-sectional view along the long side of the liquid crystal panel 37, and (b) is a cross-sectional view along the short side. Reference numerals 37R, 37G, and 37B represent pixels that modulate R light, G light, and B light, respectively.
【0059】マイクロレンズアレイ36を構成する第1
のシリンドリカルレンズアレイ36aは、複屈折性をも
たない媒質A1と複屈折性を有する媒質A2を密着させ
て形成されており、第2のシリンドリカルレンズアレイ
36bは、複屈折性をもたない媒質B1と複屈折性を有
する媒質B2を密着させて形成されている。媒質A1と
媒質A2の界面は液晶パネル37の短辺方向に曲率を有
するレンズアレイ面とされており、媒質B1と媒質B2
の界面は液晶パネル37の長辺方向に曲率を有するレン
ズアレイ面とされている。The first component of the micro lens array 36
The cylindrical lens array 36a is formed by closely adhering a medium A1 having no birefringence and a medium A2 having birefringence, and the second cylindrical lens array 36b is a medium having no birefringence. B1 is formed by closely adhering a medium B2 having birefringence. The interface between the medium A1 and the medium A2 is a lens array surface having a curvature in the short side direction of the liquid crystal panel 37, and the medium B1 and the medium B2
Is a lens array surface having a curvature in the long side direction of the liquid crystal panel 37.
【0060】S偏光とP偏光に対する媒質A2、B2の
屈折率は異なるが、P偏光に対する媒質A2の屈折率は
媒質A1の屈折率に等しく設定されており、同様に、P
偏光に対する媒質B2の屈折率は媒質B1の屈折率に等
しく設定されている。また、投射表示装置2は、S偏光
およびP偏光の偏光面がそれぞれ液晶パネル37の短辺
方向および長辺方向に対応するように設定されている。Although the refractive indices of the mediums A2 and B2 for the S-polarized light and the P-polarized light are different, the refractive index of the medium A2 for the P-polarized light is set to be equal to the refractive index of the medium A1.
The refractive index of the medium B2 for polarized light is set equal to the refractive index of the medium B1. Further, the projection display device 2 is set such that the polarization planes of the S-polarized light and the P-polarized light correspond to the short side direction and the long side direction of the liquid crystal panel 37, respectively.
【0061】したがって、第1のシリンドリカルレンズ
アレイ36aはS偏光に対してレンズ作用をもち、その
結像方向は液晶パネル37の短辺方向である。第2のシ
リンドリカルレンズアレイ36bはS偏光に対してレン
ズ作用をもち、その結像方向は液晶パネル37の長辺方
向である。また、第1、第2のシリンドリカルレンズア
レイ36a、36bはどちらもP偏光に対してはレンズ
作用をもたない。Therefore, the first cylindrical lens array 36a has a lens function with respect to the S-polarized light, and the image forming direction is the short side direction of the liquid crystal panel 37. The second cylindrical lens array 36b has a lens function for S-polarized light, and the image forming direction is the long side direction of the liquid crystal panel 37. Further, neither the first nor the second cylindrical lens array 36a, 36b has a lens function for P-polarized light.
【0062】第1のレンズアレイ36aの1つのシリン
ドリカルレンズは、液晶パネル37の短辺方向に隣合う
光源像からの光を短辺方向に隣合う画素単位の画素上に
結像させる(図5(b))。第2のレンズアレイ36b
の1つのシリンドリカルレンズは、液晶パネル37の長
辺方向に隣合う光源像からの光を長辺方向に隣合う画素
単位の画素上に結像させる(図5(a))。このとき、
光源からの光は液晶パネル37の長辺方向に色分解され
ており、R光、G光、B光は画素単位に含まれる画素3
7R、37G、37B上にそれぞれ結像する。One cylindrical lens of the first lens array 36a forms light from a light source image adjacent in the short side direction of the liquid crystal panel 37 on a pixel in a pixel unit adjacent in the short side direction (FIG. 5). (B)). Second lens array 36b
The one cylindrical lens forms light from a light source image adjacent in the long side direction of the liquid crystal panel 37 on pixels in pixel units adjacent in the long side direction (FIG. 5A). At this time,
The light from the light source is color-separated in the long side direction of the liquid crystal panel 37, and the R light, the G light, and the B light
Images are formed on 7R, 37G, and 37B, respectively.
【0063】一方、液晶パネル37からの反射光はP偏
光となっているため、第2のレンズアレイ36bも第1
のレンズアレイ36aも透過して直進する(図6)。こ
うしてマイクロレンズアレイ36を透過する反射光は、
大きく広がることなく投射光学系39に入射することに
なり、投射光学系39の口径は小さくよい。On the other hand, since the reflected light from the liquid crystal panel 37 is P-polarized light, the second lens array 36b is also the first polarized light.
Also travels straight through the lens array 36a (FIG. 6). Thus, the reflected light transmitted through the microlens array 36 is
The light enters the projection optical system 39 without widening, and the diameter of the projection optical system 39 may be small.
【0064】複屈折性を有する媒質A2、B2としては
何を使用してもよいが、ここでは、液晶を用いている。
屈折率の異なる種々の液晶材料が開発されており、媒質
A1、B1との屈折率の組み合わせの自由度はきわめて
広い。また、媒質A1、B1の表面を加工してこれらと
平板Cとの間に液晶を充填するだけで、マイクロレンズ
アレイ36を容易に作製することができる。しかも、一
方向にのみ曲率を有する幅の狭いシリンドリカルレンズ
アレイ36a、36bを作製するのであるから、液晶の
配向を揃えるのもきわめて容易である。As the mediums A2 and B2 having birefringence, any material may be used. Here, liquid crystal is used.
Various liquid crystal materials having different refractive indices have been developed, and the degree of freedom of the combination of the refractive indices with the media A1 and B1 is extremely wide. Further, the microlens array 36 can be easily manufactured only by processing the surfaces of the media A1 and B1 and filling the liquid crystal between the media A1 and B1 and the flat plate C. In addition, since the narrow cylindrical lens arrays 36a and 36b having a curvature in only one direction are manufactured, it is extremely easy to align the liquid crystal.
【0065】複屈折材料として有機フィルムを使用して
もよい。プレス加工により固体の媒質に容易に密着させ
ることができる。また、2つの固体媒質の間に有機モノ
マーを封入して配向を揃え、紫外線や熱によって重合さ
せて有機フィルムとすることも可能である。An organic film may be used as a birefringent material. Pressing makes it easy to adhere to a solid medium. Further, it is also possible to form an organic film by enclosing an organic monomer between two solid media, aligning the orientation, and polymerizing with an ultraviolet ray or heat.
【0066】マイクロレンズアレイ36の他の構成例を
図7〜図10に示す。図7のマイクロレンズアレイ36
は、固体の媒質AB1の上下両面に凹面のレンズアレイ
面を形成し、その両面に対向して平板C1、C2を配置
して、媒質AB1と平板C1およびC2の間に液晶を複
屈折性の媒質A2およびB2として充填したものであ
る。媒質AB1と媒質A2によって第1のシリンドリカ
ルレンズアレイ36aが構成され、媒質AB1と媒質B
2によって第2のシリンドリカルレンズアレイ36bが
構成される。媒質AB1の屈折率(Nd)は1.5、媒
質A2のS偏光、P偏光に対する屈折率はそれぞれ1.
7、1.5、媒質B2のS偏光、P偏光に対する屈折率
もそれぞれ1.7、1.5である。Another example of the structure of the microlens array 36 is shown in FIGS. The micro lens array 36 of FIG.
Has concave lens array surfaces formed on the upper and lower surfaces of a solid medium AB1, and flat plates C1 and C2 are arranged opposite to both surfaces, and liquid crystal is birefringent between the medium AB1 and the flat plates C1 and C2. It is filled as media A2 and B2. The medium AB1 and the medium A2 form a first cylindrical lens array 36a, and the medium AB1 and the medium B
2 constitutes a second cylindrical lens array 36b. The refractive index (Nd) of the medium AB1 is 1.5, and the refractive index of the medium A2 for S-polarized light and P-polarized light is 1.
The refractive indexes of the medium B2 for S-polarized light and P-polarized light are 1.7 and 1.5, respectively.
【0067】図8のマイクロレンズアレイ36は、下面
に凹面のレンズアレイ面を形成した固体の媒質A1と、
上面に凹面のレンズアレイ面を形成した固体の媒質B1
を対向して配置し、両者間に液晶を複屈折性の媒質AB
2として充填したものである。媒質A1と媒質AB2に
よって第1のシリンドリカルレンズアレイ36aが構成
され、媒質B1と媒質AB2によって第2のシリンドリ
カルレンズアレイ36bが構成される。媒質A1、B1
の屈折率は1.5、媒質AB2のS偏光、P偏光に対す
る屈折率はそれぞれ1.7、1.5である。The microlens array 36 shown in FIG. 8 includes a solid medium A1 having a concave lens array surface formed on the lower surface,
Solid medium B1 having a concave lens array surface formed on the upper surface
Are arranged to face each other, and a liquid crystal AB
It was filled as 2. The medium A1 and the medium AB2 form a first cylindrical lens array 36a, and the medium B1 and the medium AB2 form a second cylindrical lens array 36b. Medium A1, B1
Has a refractive index of 1.5, and the refractive index of the medium AB2 with respect to S-polarized light and P-polarized light is 1.7 and 1.5, respectively.
【0068】図9のマイクロレンズアレイ36は、それ
ぞれ上面に凹面のレンズアレイ面を形成した固体の媒質
A1とB1を対向して配置し、媒質A1の上面に対向し
て平板C1を配置し、3者の間に液晶を複屈折性の媒質
A2、B2として充填したものである。媒質A1と媒質
A2によって第1のシリンドリカルレンズアレイ36a
が構成され、媒質B1と媒質B2によって第2のシリン
ドリカルレンズアレイ36bが構成される。媒質A1、
B1の屈折率は1.5、媒質A2、B2のS偏光、P偏
光に対する屈折率はそれぞれ1.7、1.5である。In the microlens array 36 of FIG. 9, solid media A1 and B1 each having a concave lens array surface formed on the upper surface thereof are arranged facing each other, and a flat plate C1 is arranged facing the upper surface of the medium A1. Liquid crystal is filled between the three as the birefringent media A2 and B2. The first cylindrical lens array 36a is formed by the medium A1 and the medium A2.
And the medium B1 and the medium B2 form a second cylindrical lens array 36b. Medium A1,
The refractive index of B1 is 1.5, and the refractive indices of the mediums A2 and B2 for S-polarized light and P-polarized light are 1.7 and 1.5, respectively.
【0069】図10のマイクロレンズアレイ36は、そ
れぞれ下面に凸面のレンズアレイ面を形成した固体の媒
質A1とB1を対向して配置し、平板C2を媒質B1の
下面に対向して配置し、さらに媒質B1の上面に1/2
波長板Dを設けて、媒質A1と1/2波長板Dの間およ
び媒質B1と平板C2の間に液晶を複屈折性の媒質A
2、B2として充填したものである。媒質A1と媒質A
2によって第1のシリンドリカルレンズアレイ36aが
構成され、媒質B1と媒質B2によって第2のシリンド
リカルレンズアレイ36bが構成される。媒質A1、B
1の屈折率は1.7、媒質A2のS偏光、P偏光に対す
る屈折率はそれぞれ1.5、1.7、媒質B2のS偏
光、P偏光に対する屈折率はそれぞれ1.7、1.5で
ある。In the microlens array 36 of FIG. 10, solid media A1 and B1 each having a convex lens array surface formed on the lower surface thereof are arranged to face each other, and a flat plate C2 is arranged to face the lower surface of the medium B1. Further, the upper surface of the medium B1 is 1 /
A wave plate D is provided, and the liquid crystal is birefringent between the medium A1 and the half-wave plate D and between the medium B1 and the flat plate C2.
2, B2. Medium A1 and medium A
2 constitutes a first cylindrical lens array 36a, and the medium B1 and the medium B2 constitute a second cylindrical lens array 36b. Medium A1, B
1 has a refractive index of 1.7, the refractive index of the medium A2 for S-polarized light and P-polarized light is 1.5 and 1.7, respectively, and the refractive index of the medium B2 for S-polarized light and P-polarized light is 1.7 and 1.5, respectively. It is.
【0070】S偏光の入射光は第1のレンズアレイ36
aでレンズ作用を受け、1/2波長板Dを透過すること
によりP偏光に変換された後、第2のレンズアレイ36
bでレンズ作用を受けて、図外の液晶パネル37に入射
する。液晶パネル37による変調でS偏光に変換された
反射光は、第2のレンズアレイ36bのレンズ作用を受
けることなく直進し、1/2波長板Dを透過することに
よりP偏光に変換された後、第1のレンズアレイ36a
のレンズ作用も受けることなく直進する。The S-polarized incident light is applied to the first lens array 36.
After being converted into P-polarized light by passing through the half-wave plate D, the second lens array 36
The lens is acted on by b to enter a liquid crystal panel 37 (not shown). The reflected light converted into S-polarized light by the modulation by the liquid crystal panel 37 travels straight without receiving the lens action of the second lens array 36b, and is converted into P-polarized light by transmitting through the half-wave plate D. , First lens array 36a
It goes straight without receiving the lens action.
【0071】なお、ここに示した具体的な屈折率は典型
例に過ぎず、大小関係さえ維持すれば他の屈折率として
もよい。一般に、ガラス、プラスチック、液晶等の媒質
の屈折率は1.4〜1.9程度の範囲にあり、利用可能
な媒質の組み合わせは多々ある。第1、第2のシリンド
リカルレンズアレイ36a、36bの焦点距離は、レン
ズアレイ面の曲率と媒質の屈折率によって定まるから、
曲率を考慮して適切な屈折率の媒質を選択し、また、媒
質の屈折率に応じて曲率を定めればよい。The specific refractive index shown here is merely a typical example, and other refractive indexes may be used as long as the magnitude relation is maintained. Generally, the refractive index of a medium such as glass, plastic, and liquid crystal is in the range of about 1.4 to 1.9, and there are many combinations of available media. Since the focal length of the first and second cylindrical lens arrays 36a and 36b is determined by the curvature of the lens array surface and the refractive index of the medium,
A medium having an appropriate refractive index may be selected in consideration of the curvature, and the curvature may be determined according to the refractive index of the medium.
【0072】図7〜図10に示したマイクロレンズアレ
イ36の構成は、透過型液晶パネルを用いる第1の実施
形態の投射表示装置1にも適用可能である。ただし、透
過型液晶パネルと組み合わせて使用する場合は、複屈折
性を有する媒質を用いる意味はないから、媒質A2、B
2、AB2は複屈折性をもたないものとする。特に、図
10の構成では、媒質A2、B2は空気でもよい。ま
た、1/2波長板Dも備える必要がない。The configuration of the microlens array 36 shown in FIGS. 7 to 10 can be applied to the projection display device 1 of the first embodiment using a transmission type liquid crystal panel. However, when used in combination with a transmissive liquid crystal panel, there is no point in using a medium having birefringence.
2. AB2 has no birefringence. In particular, in the configuration of FIG. 10, the media A2 and B2 may be air. Further, it is not necessary to provide the half-wave plate D.
【0073】上記2つの実施形態の投射表示装置1、2
では、画素単位を液晶パネルの長辺方向と短辺方向に等
しいピッチで配列しているが、画素単位の配列ピッチの
比は任意に設定してよい。また、液晶パネルの長辺と短
辺の長さの比も4:3に限られるものではない。画素単
位の配列ピッチの比および液晶パネルの長辺と短辺の長
さの比に応じて、マイクロレンズアレイの2方向の焦点
距離を定めればよい。The projection display devices 1 and 2 of the above two embodiments
Although the pixel units are arranged at equal pitches in the long side direction and the short side direction of the liquid crystal panel, the arrangement pitch ratio of the pixel units may be set arbitrarily. Further, the ratio of the length of the long side to the length of the short side of the liquid crystal panel is not limited to 4: 3. The focal lengths of the microlens array in two directions may be determined according to the ratio of the arrangement pitch in pixel units and the ratio of the lengths of the long side and the short side of the liquid crystal panel.
【0074】また、本発明は、3つの液晶パネルによっ
てR光、G光、B光を個別に変調する3板式のカラー画
像表示装置にも適用可能である。その場合、各液晶パネ
ルに対応して、2つのシリンドリカルレンズアレイより
成る3つのマイクロレンズアレイを設ける。3板式の場
合は1つの画素で1つの画素単位が構成されることにな
るが、各液晶パネルの画素の分布は、液晶パネルの長辺
と短辺の長さの比とは関係なく、精細度等の表示画像の
質を考慮して設定する。一方、カライドスコープの断面
やインテグレータの第1のレンズアレイのレンズセルは
液晶パネルと略相似形とし、形成する光源像を液晶パネ
ルの長辺と短辺の比に応じた分布とする。この光源像
を、垂直な2方向の結像能が異なるマイクロレンズアレ
イで液晶パネル上に結像させて、液晶パネル上での光源
像の分布を画素の分布に一致させる。The present invention is also applicable to a three-plate type color image display device in which R, G and B lights are individually modulated by three liquid crystal panels. In that case, three micro lens arrays composed of two cylindrical lens arrays are provided corresponding to each liquid crystal panel. In the case of the three-panel type, one pixel constitutes one pixel unit, but the distribution of pixels of each liquid crystal panel is fine regardless of the ratio of the long side to the short side of the liquid crystal panel. Set in consideration of the quality of the displayed image such as the degree. On the other hand, the cross section of the kaleidoscope and the lens cells of the first lens array of the integrator are substantially similar in shape to the liquid crystal panel, and the light source image to be formed has a distribution corresponding to the ratio of the long side to the short side of the liquid crystal panel. This light source image is formed on a liquid crystal panel by a microlens array having different imaging capabilities in two perpendicular directions, so that the distribution of the light source image on the liquid crystal panel matches the distribution of pixels.
【0075】本発明の投射型画像表示装置のマイクロレ
ンズアレイの諸パラメータの具体的な値について説明す
る。なお、以下に示す数値は、液晶パネルの長辺と短辺
の長さの比が4:3である第1、第2の実施形態の投射
表示装置1、2に必ずしも対応するものではなく、これ
らと類似の他の構成での設定値も含んでいる。また、以
下の説明で、短辺方向は液晶パネルの短辺方向またはこ
れに対応する方向を意味し、長辺方向も同様である。Specific values of various parameters of the micro lens array of the projection type image display device of the present invention will be described. The numerical values shown below do not necessarily correspond to the projection display devices 1 and 2 of the first and second embodiments in which the ratio of the length of the long side to the short side of the liquid crystal panel is 4: 3. Setting values in other configurations similar to these are also included. Further, in the following description, the short side direction means the short side direction of the liquid crystal panel or a direction corresponding thereto, and the same applies to the long side direction.
【0076】カライドスコープやインテグレータによっ
て形成される光源像の短辺方向、長辺方向の配列ピッチ
をそれぞれa1、a2、液晶パネルの画素(単板式のと
きは画素単位)の短辺方向、長辺方向の配列ピッチをそ
れぞれb1、b2とする。また、カライドスコープやイ
ンテグレータによって形成される光源像から、マイクロ
レンズアレイの短辺方向、長辺方向に結像能をもつシリ
ンドリカルレンズアレイまでの距離をそれぞれc1、c
2、短辺方向、長辺方向に結像能をもつシリンドリカル
レンズアレイから液晶パネルまでの距離をそれぞれd
1、d2とする。The arrangement pitches of the light source images formed by the kaleidoscope and the integrator in the short side direction and the long side direction are a1 and a2, respectively, The arrangement pitches in the side direction are b1 and b2, respectively. Further, distances from a light source image formed by a kaleidoscope or an integrator to a cylindrical lens array having an image forming ability in a short side direction and a long side direction of the micro lens array are c1 and c, respectively.
2. The distance from the cylindrical lens array having the imaging ability in the short side direction and the long side direction to the liquid crystal panel is d, respectively.
1, d2.
【0077】さらに、短辺方向、長辺方向に結像能をも
つシリンドリカルレンズアレイの焦点距離をf1、f
2、それぞれのシリンドリカルレンズの曲率半径をr
1、r2、それぞれを構成する2つの媒質の屈折率の差
をΔNd1、ΔNd2とする。なお、簡単のため、c
1、c2、d1、d2は空気換算光路長とする。Further, the focal lengths of the cylindrical lens array having the imaging ability in the short side direction and the long side direction are set to f1, f
2. Let the radius of curvature of each cylindrical lens be r
1, r2, and the difference between the refractive indices of the two media constituting each are denoted by ΔNd1 and ΔNd2. For simplicity, c
1, c2, d1, and d2 are air-equivalent optical path lengths.
【0078】このとき、以下の関係式が成り立つ。 d1=b1・c1/a1 d2=b2・c2/a2 f1=c1・d1/(c1+d1) f2=c2・d2/(c2+d2) r1=f1・ΔNd1 r2=f2・ΔNd2At this time, the following relational expression holds. d1 = b1 · c1 / a1 d2 = b2 · c2 / a2 f1 = c1 · d1 / (c1 + d1) f2 = c2 · d2 / (c2 + d2) r1 = f1 · ΔNd1 r2 = f2 · ΔNd2
【0079】ここで、第1の設定例では、a1=10.
0、a2=15.0、b1=b2=0.03、c1=1
00.0とする。単位はmmである(以下同じ)。この
とき、c2=100.1、d1=0.300、d2=
0.200、f1=0.299、f2=0.200とな
り、ΔNd1=ΔNd2=1.7−1.5=0.2に設
定して、r1=0.060、r2=0.040とする。Here, in the first setting example, a1 = 10.
0, a2 = 15.0, b1 = b2 = 0.03, c1 = 1
00.0. The unit is mm (the same applies hereinafter). At this time, c2 = 100.1, d1 = 0.300, d2 =
0.200, f1 = 0.299, f2 = 0.200, and ΔNd1 = ΔNd2 = 1.7−1.5 = 0.2, and r1 = 0.060 and r2 = 0.040 .
【0080】第2の設定例では、第1の設定例と同じ距
離関係とし、ΔNd1=ΔNd2=1.5−1.0=
0.5に設定して、r1=0.150、r2=0.10
0とする。In the second setting example, the same distance relationship as in the first setting example is used, and ΔNd1 = ΔNd2 = 1.5−1.0 =
Set to 0.5, r1 = 0.150, r2 = 0.10
Set to 0.
【0081】第3の設定例では、a1=12.0、a2
=9.0、b1=b2=0.03、c1=100.0と
する。このとき、c2=99.917、d1=0.25
0、d2=0.333、f1=0.249、f2=0.
332となり、ΔNd1=ΔNd2=1.5−1.0=
0.5に設定して、r1=0.125、r2=0.16
6とする。In the third setting example, a1 = 12.0, a2
= 9.0, b1 = b2 = 0.03, and c1 = 100.0. At this time, c2 = 99.917, d1 = 0.25
0, d2 = 0.333, f1 = 0.249, f2 = 0.
332, and ΔNd1 = ΔNd2 = 1.5−1.0 =
Setting to 0.5, r1 = 0.125, r2 = 0.16
6 is assumed.
【0082】これらの値をもつシリンドリカルレンズア
レイの形成は容易であり、マイクロレンズアレイは精度
よく作製することができる。It is easy to form a cylindrical lens array having these values, and a microlens array can be manufactured with high precision.
【0083】[0083]
【発明の効果】本発明の投射型画像表示装置によるとき
は、2次元に配列された複数の光源像を形成する光源像
形成光学系に、その光源像の分布を画素の分布に一致さ
せる機能をもたせる必要がなく、光源像形成光学系を簡
素な構成とすることができる。また、結像光学系を替え
るだけで画素分布が異なる種々の液晶パネルを使用する
ことが可能であり、各液晶パネルに応じて光源像形成光
学系を用意する必要がない。しかも、シリンドリカルレ
ンズアレイは1方向のみに結像能を有するものであるか
らその作製は容易であり、製造効率は高い。また、液晶
パネルの画素分布が異なる投射型画像表示装置を多種類
製造するときも、製造コストの大きな上昇を招くことが
ない。According to the projection type image display apparatus of the present invention, the function of making the light source image distribution coincide with the pixel distribution in the light source image forming optical system for forming a plurality of light source images arranged two-dimensionally. Therefore, the light source image forming optical system can have a simple configuration. Further, various liquid crystal panels having different pixel distributions can be used only by changing the imaging optical system, and it is not necessary to prepare a light source image forming optical system for each liquid crystal panel. Moreover, since the cylindrical lens array has an image forming ability only in one direction, its production is easy and its production efficiency is high. Also, when manufacturing various types of projection type image display devices having different pixel distributions of the liquid crystal panel, a large increase in manufacturing cost does not occur.
【0084】屈折率の高い媒質に、レンズ面となる凹面
の溝を有する屈折率の低い2つの媒質を対向する方向か
ら密着させることによって結像光学系の2つのシリンド
リカルレンズアレイを形成した構成では、媒質の選択の
幅が広がり、レンズ面の曲率だけでなく媒質の屈折率の
差を利用して、容易に結像光学系の結像能を設定するこ
とができる。また、屈折率の高い中央の媒質として、固
体だけでなく液状のもの、例えば液晶を用いることも可
能になる。In a configuration in which two cylindrical lens arrays of an imaging optical system are formed by bringing two mediums having a low refractive index having a concave groove serving as a lens surface into close contact with a medium having a high refractive index from opposite directions. In addition, the range of choice of the medium is widened, and the imaging capability of the imaging optical system can be easily set by utilizing not only the curvature of the lens surface but also the difference in the refractive index of the medium. Further, as the central medium having a high refractive index, not only a solid but also a liquid medium such as a liquid crystal can be used.
【0085】結像光学系の2つのシリンドリカルレンズ
アレイに複屈折性を有する媒質を備えて、所定の偏光成
分のみにレンズとして作用するようにした構成では、反
射型液晶パネルによる光の変調が可能になり、反射型液
晶パネルの特徴を生かして、精細度の高い画像を表示す
ることができる。In a configuration in which a medium having birefringence is provided in the two cylindrical lens arrays of the imaging optical system so that only a predetermined polarized light component acts as a lens, light can be modulated by a reflective liquid crystal panel. Thus, a high-definition image can be displayed by utilizing the characteristics of the reflective liquid crystal panel.
【0086】液晶パネルと略相似な形状の断面を有する
棒状部材で光源像形成光学系を構成し、棒状部材の端部
に結像した光源からの光を棒状部材の壁面で反射するこ
とにより複数の光源像を形成するようにした投射型画像
表示装置では、光源像形成光学系が簡素であるから、装
置全体を小型軽量とすることができ、また、装置の製造
コストを低く抑えることができる。The light source image forming optical system is constituted by a rod-shaped member having a cross section substantially similar to the liquid crystal panel, and the light from the light source formed on the end of the rod-shaped member is reflected by the wall surface of the rod-shaped member to form a plurality of light-source images. In the projection type image display device that forms the light source image, since the light source image forming optical system is simple, the entire device can be reduced in size and weight, and the manufacturing cost of the device can be reduced. .
【図1】 第1の実施形態の投射型画像表示装置の光学
系の全体構成を示す図。FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an optical system of a projection type image display device according to a first embodiment.
【図2】 第1の実施形態の投射型画像表示装置のカラ
イドスコープとコンデンサレンズによって形成される光
源像の分布を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating a distribution of a light source image formed by a calliscope and a condenser lens of the projection-type image display device according to the first embodiment.
【図3】 第1の実施形態の投射型画像表示装置のマイ
クロレンズアレイを示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a microlens array of the projection type image display device according to the first embodiment.
【図4】 第2の実施形態の投射型画像表示装置の光学
系の全体構成を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating an overall configuration of an optical system of a projection-type image display device according to a second embodiment.
【図5】 第2の実施形態の投射型画像表示装置のマイ
クロレンズアレイと液晶パネルの構成と、液晶パネルへ
の入射光に対するマイクロレンズアレイの作用を模式的
に示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a microlens array and a liquid crystal panel of a projection type image display device according to a second embodiment, and an action of the microlens array on light incident on the liquid crystal panel.
【図6】 第2の実施形態の投射型画像表示装置のマイ
クロレンズアレイと液晶パネルの構成と、液晶パネルか
らの反射光に対するマイクロレンズアレイの作用を模式
的に示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a microlens array and a liquid crystal panel of a projection-type image display device according to a second embodiment, and an action of the microlens array on light reflected from the liquid crystal panel.
【図7】 第2の実施形態の投射型画像表示装置のマイ
クロレンズアレイの他の構成を示す図。FIG. 7 is a diagram illustrating another configuration of the microlens array of the projection-type image display device according to the second embodiment.
【図8】 第2の実施形態の投射型画像表示装置のマイ
クロレンズアレイのさらに他の構成を示す図。FIG. 8 is a diagram showing still another configuration of the microlens array of the projection-type image display device according to the second embodiment.
【図9】 第2の実施形態の投射型画像表示装置のマイ
クロレンズアレイのさらに他の構成を示す図。FIG. 9 is a diagram showing still another configuration of the microlens array of the projection-type image display device according to the second embodiment.
【図10】 第2の実施形態の投射型画像表示装置のマ
イクロレンズアレイのさらに他の構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing still another configuration of the microlens array of the projection-type image display device according to the second embodiment.
1 投射型画像表示装置 11 光源 12 カライドスコープ(光源像形成光学系) 13 コンデンサレンズ(光源像形成光学系) 14 リレー光学系 14a、14b リレーレンズ 15 PBSプリズムアレイ 15a PBS膜 16 1/2波長板 17 全反射ミラー 18 フィールドレンズ 19 回折格子 20 マイクロレンズアレイ(結像光学系) 20a、20b シリンドリカルレンズアレイ 21 透過型液晶パネル 22 投射光学系 2 投射型画像表示装置 31 光源 32 インテグレータ(光源像形成光学系) 32a、32b レンズアレイ 33 PBSプリズム 33c PBS膜 33d 全反射面 34 1/2波長板 35 ダイクロイックPBSプリズム 35R、35G、35B ダイクロイックPBS膜 36 マイクロレンズアレイ(結像光学系) 36a、36b シリンドリカルレンズアレイ 37 反射型液晶パネル 37R、37G、37B 画素 38a、38b 偏光板 39 投射光学系 A1、A2、B1、B2、AB1、AB2 媒質 D 1/2波長板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Projection type image display apparatus 11 Light source 12 Kaleidoscope (light source image forming optical system) 13 Condenser lens (light source image forming optical system) 14 Relay optical system 14a, 14b Relay lens 15 PBS prism array 15a PBS film 16 1/2 wavelength Plate 17 Total reflection mirror 18 Field lens 19 Diffraction grating 20 Micro lens array (imaging optical system) 20a, 20b Cylindrical lens array 21 Transmission liquid crystal panel 22 Projection optical system 2 Projection image display device 31 Light source 32 Integrator (light source image formation) Optical system) 32a, 32b Lens array 33 PBS prism 33c PBS film 33d Total reflection surface 34 1/2 wavelength plate 35 Dichroic PBS prism 35R, 35G, 35B Dichroic PBS film 36 Micro lens array (imaging optical system) 36a, 36b cylindrical lens array 37 the reflective liquid crystal panels 37R, 37G, 37B pixels 38a, 38b polarizing plate 39 projection optical system A1, A2, B1, B2, AB1, AB2 medium D 1/2 wave plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03B 21/14 G03B 21/14 A G09F 9/00 360 G09F 9/00 360D Fターム(参考) 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA13 EA15 EA16 HA10 HA13 HA15 HA21 HA24 HA25 HA28 MA03 MA04 MA20 2H091 FA05X FA11Z FA14Z FA19Z FA24Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z FD02 KA01 LA11 LA12 LA15 LA16 LA18 MA07 5G435 AA00 AA17 AA18 BB12 BB15 BB16 BB17 CC12 DD02 DD04 FF02 FF03 FF05 GG01 GG02 GG03 GG04 GG08 GG16 GG28──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03B 21/14 G03B 21/14 A G09F 9/00 360 G09F 9/00 360D F-term (Reference) 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA13 EA15 EA16 HA10 HA13 HA15 HA21 HA24 HA25 HA28 MA03 MA04 MA20 2H091 FA05X FA11Z FA14Z FA19Z FA24Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z FD02 KA01 LA11 LA12 LA15 LA16 LA18 MA07 5G435 FF01 BB12 FF15 BB01 FF02 GG03 GG04 GG08 GG16 GG28
Claims (6)
2次元に配列された複数の光源像を形成する光源像形成
光学系と、2次元に配列された多数の画素を有し、各画
素に入射する前記複数の光源像からの光を変調する液晶
パネルと、前記複数の光源像からの光を前記液晶パネル
の画素上に結像させる結像光学系と、前記液晶パネルに
よって変調された光をスクリーンに投射する投射光学系
を備える投射型画像表示装置において、 前記光源像形成光学系は、前記液晶パネルの画素の分布
を垂直な2方向に異なる比で拡大した分布となるよう
に、前記複数の光源像を形成し、 前記結像光学系は、焦点距離が異なり結像方向が直交す
る2つのシリンドリカルレンズアレイより成り、前記液
晶パネルの画素の分布に一致した分布となるように、前
記複数の光源像からの光を結像させることを特徴とする
投射型画像表示装置。1. A light source comprising: a light source; a light source image forming optical system that forms a plurality of two-dimensionally arranged light source images by forming light from the light source; and a plurality of two-dimensionally arranged pixels. A liquid crystal panel that modulates light from the plurality of light source images incident on each pixel, an imaging optical system that forms light from the plurality of light source images on pixels of the liquid crystal panel, and the liquid crystal panel. In a projection-type image display apparatus including a projection optical system that projects modulated light onto a screen, the light source image forming optical system has a distribution obtained by enlarging a distribution of pixels of the liquid crystal panel at different ratios in two perpendicular directions. As described above, the plurality of light source images are formed, and the imaging optical system includes two cylindrical lens arrays having different focal lengths and orthogonal imaging directions, and has a distribution matching the distribution of pixels of the liquid crystal panel. As above Projection type image display apparatus characterized by focusing the light from the number of light source images.
は1つの媒質の表面と裏面に形成されていることを特徴
とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。2. The projection type image display device according to claim 1, wherein the two cylindrical lens arrays are formed on a front surface and a back surface of one medium.
は、屈折率の高い媒質に、レンズ面となる凹面の溝を有
する屈折率の低い2つの媒質を対向する方向から密着さ
せて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
投射型画像表示装置。3. The two cylindrical lens arrays are formed by closely adhering two low-refractive-index media having concave grooves serving as lens surfaces to a high-refractive-index medium from opposite directions. The projection type image display device according to claim 1, wherein:
は、複屈折性を有する媒質をレンズ面の一方の側に備
え、所定の偏光成分のみにレンズとして作用することを
特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。4. The apparatus according to claim 1, wherein each of the two cylindrical lens arrays includes a medium having birefringence on one side of a lens surface, and functions as a lens with only a predetermined polarization component. Projection type image display device.
ルと略相似な形状のレンズセルが2次元に配列されたレ
ンズアレイから成り、各レンズセルで前記光源からの光
を結像させることにより前記複数の光源像を形成するこ
とを特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。5. The light source image forming optical system includes a lens array in which lens cells substantially similar in shape to the liquid crystal panel are two-dimensionally arranged, and each lens cell forms an image of light from the light source. The projection-type image display device according to claim 1, wherein the plurality of light source images are formed by:
ルと略相似な形状の断面を有する棒状部材から成り、棒
状部材の端部に結像した前記光源からの光を棒状部材の
壁面で反射することにより前記複数の光源像を形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装
置。6. The light source image forming optical system is composed of a rod-shaped member having a cross section substantially similar in shape to the liquid crystal panel. The projection-type image display device according to claim 1, wherein the plurality of light source images are formed by reflection.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10335581A JP2000162592A (en) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | Projection type picture display device |
US09/439,168 US6343862B1 (en) | 1998-11-20 | 1999-11-12 | Projecting image display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10335581A JP2000162592A (en) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | Projection type picture display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000162592A true JP2000162592A (en) | 2000-06-16 |
Family
ID=18290192
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP10335581A Pending JP2000162592A (en) | 1998-11-20 | 1998-11-26 | Projection type picture display device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2000162592A (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2007500862A (en) * | 2003-08-01 | 2007-01-18 | ヘンツェ−リソチェンコ パテントフェルヴァルトゥングス ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー | Beam forming device |
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JP2011053469A (en) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Hitachi Displays Ltd | Liquid crystal display device |
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JP2017146527A (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | 大日本印刷株式会社 | Imaging module and imaging apparatus |
-
1998
- 1998-11-26 JP JP10335581A patent/JP2000162592A/en active Pending
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