JP2004302253A - Projection type display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置に関し、特に高輝度で安価な投射型表示装置の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶ライトバルブ等の光変調装置を用いて映像光を合成し、合成された映像光を投射レンズ等からなる投射光学系を通じてスクリーンに拡大投射する投射型表示装置が従来から知られている。
図5は、投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。図中符号110は光源、120は光束補正レンズ、130は光束補正レンズアレイ、140はプリズムアレイ、150は液晶表示パネル(光変調手段)、160は投影レンズを示している。
【0003】
光源110から射出された白色光は、図5に示すように、光束補正レンズ120および光束補正レンズアレイ130によって平行光とされ、その平行光は、プリズムアレイ140により波長域が異なる赤(以後、Rと表記)、緑(以後、Gと表記)、青(以後、Bと表記)の光束R、G、Bに分離される。これらの光束R、G、Bをそれぞれ単一の液晶表示パネル150の各画素表示部に入射させ、この液晶表示パネル150を射出した光、つまりカラー画像光を投影レンズ160によりスクリーン170に投影している(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−287206号公報 (第3−4頁、第1、2図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の投射型表示装置においては、光束補正レンズ120および光束補正プリズム130により平行光とした光を、プリズムアレイ140により分光している。しかしながら、光束補正レンズ120および光束補正プリズム130は光の照度均一化の働きをしないため、スクリーン170上に均一な輝度分布のカラー画像を投影できないという問題があった。
【0006】
また、光束補正レンズ120や光束補正プリズム130、その他のレンズアレイといった多くの光学部品を用いているため、装置の構成が複雑になり安価にするのが困難であるという問題があった。
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高輝度かつ輝度分布が均一で安価な投射型表示装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第1の投射型表示装置は、光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、前記光変調手段が、異なる色の色光を変調する画素が配列され、各色光に対応した画素ごとに駆動されるライトバルブからなり、前記光源からの光束の照度を均一にする均一照明手段と、前記光源からの光束の一部が入射され、この光束を異なる色の色光に分離する色分離手段と、前記色分離手段に入射されなかった光束を反射する第1の反射手段と、前記第1の反射手段によって反射された光束を前記色分離手段方向へ反射する第2の反射手段と、を備えることを特徴とする。
【0009】
すなわち、本発明の投射型表示装置は、光源から射出された光束が、均一照明手段によりその輝度分布が均一化され、光束の一方が色分離手段により異なる色光に分離されて各色光ごとに対応する画素へ入射されて、光変調手段をなすライトバルブが各色光に対応する画素ごとに駆動されて投射される画像を合成している。また、色分離手段に入射しなかった光束は、第1の反射手段により反射され逆方向に伝搬し、第2の反射手段により再び色分離手段方向へ反射されて画像の投影に寄与する。つまり色分離手段に入射する光束の輝度は、光源から射出された光束の輝度よりも高くすることができる。
したがって、レンズアレイにより平行光にした光をプリズムで分光している従来の技術に挙げられた単板式の投射型表示装置と異なり、スクリーン上で均一な輝度の照明の投射型表示装置を実現することができる。また、複雑なレンズアレイが不要となり照明光学系を簡略化できる。そのため、部品点数を大きく削減できるとともに装置構成を簡単にでき、コスト低減を図ることができる。
【0010】
上記の構成を実現するために、より具体的には、均一照明手段として透明な棒状の導光体もしくは内面が反射面とされた管状の導光体を用いることができる。投射型表示装置に用いる均一照明手段としてはフライアイインテグレータも良く知られているが、フライアイインテグレータの場合、レンズを並列に多数配列した2つのフライアイレンズが必要であり、コスト低減が図り難くなっている。それに比べて、ロッドインテグレータの場合、フライアイインテグレータと異なり、透明な棒状の導光体もしくは内面が反射面とされた管状の導光体といった単純な構成になっている。よって、フライアイインテグレータのような複雑な構成部品が必要なく装置構成を簡単にでき、コスト低減を図ることができる。
【0011】
上記ロッドインテグレータとして、その縦横の寸法が、前記光変調手段の縦横の寸法と略一致するものを用いることができる
ロッドインテグレータの縦横の寸法が光変調手段の縦横の寸法と略一致するので、ロッドインテグレータと光変調手段との距離を短くして、ロッドインテグレータから射出された光束を漏らすことなく、光変調手段に均一な輝度分布で入射させることができる。
つまり、従来ロッドインテグレータから射出された光束を効率良く光変調手段に導くために用いられている集光手段などを用いる必要がなく、部品点数を減らすことができコスト低減を図ることができる。
【0012】
上記投射型表示装置としては、光源からの光束を平行光に変換する平行光化手段を備えることが望ましい。
平行光化手段が備えられることにより、光源から射出された光は平行光となって色分離手段に入射することができる。すると、色光分離手段により分離された光は、各色光に対応した画素に入射するので均一な輝度分布の画像を投射することができる。
例えば、色分離手段に入射される光束が平行光でないとすると、分離された各色光は、各色光に対応した画素以外の画素に入射する等して画像の輝度が不均一となったり、色の混色を起こしたりする恐れがある。
【0013】
第2の反射手段として反射ミラーを用いることができ、均一照明手段の光束入射側端面に設けられることが望ましい。
反射ミラーが均一照明手段の光束入射側端面に設けられていることにより、上記第1の反射手段により反射された光束を色分離手段方向へ反射するだけでなく、反射された光束は均一照明手段内を伝搬する際に、光源から入射してきた光束ともその輝度が均一化されるので、均一照明手段から射出される光束の輝度がより高くなる。つまり光のリサイクル率が高くなる。
【0014】
また、第2の反射手段として光源から射出された光を光変調手段方向へ反射させるリフレクタを用いることが出来る。
光源から射出された光束を光変調手段方向へ反射させるリフレクタを、第2の反射手段として用いていることにより、上記第1の反射手段により反射された光束を色分離手段方向へ反射させて、色分離手段に入射される光束の輝度を高められる。それと同時に第2の反射手段に専用の部品を用いる必要がないので、部品点数を削減できるとともに装置構成を簡単にでき、コスト低減を図ることができる。
【0015】
色分離手段として分光プリズムを用いることができ、第1の反射手段として反射膜を用いることができる。
色分離手段としてシンプルな形状の分光プリズムが用いられることにより、例えばプレス形成のような比較的安価な製作方法を用いることができ、コスト低減を図ることができる。また、高価な製作方法に分類されるフォトリソグラフィ(Photolithography)を用いたとしても、形状がシンプルなので、製作工程が少なくそれほど費用が高くならずコスト低減を図ることができる。
【0016】
上記分光プリズムとしては、光束入射面の寸法が、光源からの光束入射方向からみて、光変調手段の1画素の寸法と略一致するように形成されることが望ましい。
上記光束入射面から分光プリズムに入射した光束は、各色の色光により屈折率が異なるため分光される。分光された色光は、分光プリズムに入射された光束の入射方向に対して直角方向の寸法が1画素の寸法と略一致するため、分光された色光が光変調手段の各画素に入射する時も上記直角方向について1画素の寸法を持つ。そのため、各色光がそれぞれ対応する画素に入射され、他の画素に入射して混色を防ぐことができるとともに、各画素に入射される色光の輝度分布を均一にすることができる。その結果、投射される画像の輝度分布を均一にすることができる。
【0017】
隣接する分光プリズムの光束入射面と反射膜とを合わせた寸法が、光源からの光束入射方向からみて、各色光に対応する複数の画素を合わせた寸法と略一致するように形成されることが望ましい。
隣接する上記分光プリズムの光束入射面と上記反射膜とを合わせた寸法と、各色光に対応する複数の画素を合わせた寸法とが略一致するように形成されているので、分光プリズムで分光された各色光は、対応する各画素にそれぞれ入射する。また、他の分光プリズムで分光された各色光は、他の分光プリズムに対応した各画素にそれぞれ入射するので、それ以外の画素に他の分光プリズムで分光された色光が入射することがなく、混色を防ぐことができる。それと同時に、全ての画素に均一に色光を入射させることができるので、投射される画像の輝度分布を均一にすることができる。
【0018】
上記色分離手段により分光された各色光を光変調手段の各色光に対応した画素に導く偏向手段が備えられていることが望ましい。
偏向手段が備えられることにより、各色光が対応した画素に導かれるので、投射される画像の輝度分布を均一にしやすくなる。例えば逆に、ある色光の一部が対応関係のない画素に入射すると、混色が起きるとともに、その画素において入射される光量が多くなって輝度が高くなる。また、ある色光が入射するべき画素においては光量が少なくなり輝度が低くなって画像の輝度分布が不均一になる。
【0019】
上記偏向手段としては、光変調手段上の異なる色に対応した一組の画素に対して一つ配置されるプリズムを用いることができる。
偏向手段として、形状のシンプルなプリズムが用いられることにより、上述したように、プレス形成等の安価な製作方法を用いたり、フォトリソグラフィ等の高価な製作方法を用いても費用を安くすることができ、コスト低減を図ることができる。
【0020】
光源から入射される光のうち、一方に偏光した偏光を透過させ、他方に偏光した偏光を反射する反射偏光手段を備えることが望ましい。
反射偏光手段を備えることにより、光源からの射出光をライトバルブでの表示に寄与する一方に偏光した偏光を透過させ、他方に偏光した偏光を反射させることができる。反射された他方に偏光した偏光は、反射手段などに反射される際にその一部が回転して一方に偏光した偏光となり、反射偏光手段を透過することが出来るので、光の利用効率を高めることができ色分離手段に入射される光束の輝度を高められる。
【0021】
【発明の実施の形態】
〔第1の実施の形態〕
以下、本発明の第1の実施の形態について図1から図3を参照して説明する。図1は本実施の形態の投射型表示装置10を上面から見た全体構成を示す概略図である。図1において、11は光源、12はロッドインテグレータ(均一照明手段)、13はコンデンサレンズ系(平行光化手段)、14は反射型偏光板(反射偏光手段)、15はプリズム系、16は液晶ライトバルブ(光変調手段)、17は投射レンズ(投射手段)である。
【0022】
本実施の形態の投射型表示装置10の光源11には、図1に示すように、メタルハライド等のランプ21と、リフレクタ22とが備えられている。
ロッドインテグレータ12としては、透明な棒状の導光体(例えば、ガラス棒)、もしくは内面が反射面とされた管状の導光体(例えば、複数の反射ミラーを内側に向けて管状に配置した万華鏡)などが用いられる。また、ロッドインテグレータ12の入射端面には、射出側端面に反射面が向くように反射ミラー(第2の反射手段)23が備えられ、反射ミラー23の略中央には光源11からの光がロッドインテグレータ12に入射する開口部24が設けられている。
【0023】
コンデンサレンズ系13には、ロッドインテグレータ12から入射した光が反射型偏光板14に平行光となって入射するように、コンデンサレンズ25aおよびコンデンサレンズ25bが備えられている。
プリズム系15は、図2に示すように、反射型偏光板14および液晶ライトバルブ16の間に設けられた色分離反射部26と、液晶ライトバルブ16上に設けられた補正プリズム(偏向手段)27とがマトリックス状に配列されて構成されている。色分離反射部26は、分光プリズム(色分離手段)28と分光プリズム28に隣接して配置された反射膜(第1の反射手段)29とから構成されている。
【0024】
分光プリズム28は、反射型偏光板14側にシステム光軸Cに対して垂直に、かつ後述する1画素の寸法と略一致する寸法に形成された垂直面(光束入射面)28aと液晶ライトバルブ16側にシステム光軸Cに対して傾斜した傾斜面28bとが配置されている。傾斜面28bの傾斜角は、分光プリズム28により分光された色光R、G、Bがそれぞれ液晶ライトバルブ16上の1つの画素に対応するように設定されている。反射膜29は、後述する2画素を合わせた寸法と略一致する寸法に形成され、その反射面を反射型偏光板14方向に向けて配置されている。
また、補正プリズム27は、後述する3画素を合わせた寸法と略一致する寸法に形成され、反射型偏光板14側に傾斜面28bと同じ傾きの傾斜面27aが設けられている。
【0025】
液晶ライトバルブ16には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略記する)を用いたTN(Twisted Nematic)モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
液晶ライトバルブ16は、プリズム系15側および投射レンズ17側に配置された基板31a、31bと、基板31aに設けられたコモン電極32と、基板31bに設けられた画素(画素電極)33と、コモン電極32および画素33間の電圧を制御する薄膜トランジスタ(図示せず)と、コモン電極32および画素33間に封入された液晶34とから概略構成されている。
画素33は、Rに対応した画素33r、Gに対応した画素33g、Bに対応した画素33bが1つの組となり、この組と補正プリズム27とが対応して配列されている。
【0026】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置10における作用について説明する。
ランプ21が発光することで周囲に射出された白色光は、図1に示すように、リフレクタ22に反射して反射ミラー23の開口部24に向けて集光され、ロッドインテグレータ12内に入射される。ロッドインテグレータ12内に入射された白色光は、ロッドインテグレータ12内で内面反射を繰り返し、射出端面から射出される時点では照度が均一化されて、射出側端面から射出される。
ロッドインテグレータ12から射出された白色光は、コンデンサレンズ25aおよびコンデンサレンズ25bを透過することにより平行光となり、反射型偏光板14に向けて射出される。
【0027】
反射型偏光板14に入射した白色光は、図2に示すように、白色光に含まれるp偏光Lp、s偏光Ls(直線偏光)のうちの一方(例えば、p偏光Lp)がそのまま直進して反射型偏光板14を透過し、他方(例えば、s偏光Ls)が反射されて逆方向(コンデンサレンズ25a側)に伝搬する。
反射型偏光板14を透過したp偏光Lpのうち、プリズム系15の分光プリズム28の垂直面28aに入射されたp偏光Lpは、さまざまな波長の色光が混色した白色光であるため、各色光により屈折率が異なるのを利用して色分離されて液晶ライトバルブ17側へ射出される。これを図2に従って説明すると、各色光R、G、Bの屈折率は小さい順にR、G、Bであるため、分光プリズム28により分離される各色光は、システム光軸Cに対して曲がりが小さい順にR、G、Bとなるように分光プリズム28から射出される。
また、分光プリズム28に入射した白色光束は、システム光軸Cに対して直角方向ついて1画素33の寸法と略一致する寸法を持ち、各色光R、G、Bに分光されてもその光束のシステム光軸Cに対する直角方向の寸法は1画素33の寸法と略一致する。
反射膜29に入射されたp偏光Lpは、反射されて逆方向(反射型偏光板14側)に伝搬する。
分光プリズム28により色分離され、各色光R、G、Bごとに異なる方向へ射出された色光R、G、Bは、傾斜面28bと同じ傾斜角の傾斜面27aを持つ補正プリズム27により伝搬方向が変わりシステム光軸Cと平行で、画素33の1つ分の幅の平行光に変換される。
【0028】
補正プリズム27により平行光に変換された色光R、G、Bは、各色光R、G、Bに対応した液晶ライトバルブ16の画素33r、33g、33bに入射される。ここで例えば、画素電極がオフ状態では液晶ライトバルブ16に入射されたp偏光がs偏光に変換(変調)されて射出される一方、画素電極がオン状態では色光は遮断される。
液晶ライトバルブ16は、各色光に対応した画素33r、33g、33bごとに制御駆動されるので、各色光を選択変調して透過させることにより画像が合成される。液晶ライトバルブ16から射出された光は、図1に示すように、投射レンズ17に入射されて投射スクリーンSに向けて射出される。
【0029】
ところで、反射型偏光板14に反射されたs偏光Lsは、図1に示すように、コンデンサレンズ系13を光源11方向に向かって伝搬し、ロッドインテグレータ12に入射する。ロッドインテグレータ12に入射したs偏光Lsは、図3に示すように、ロッドインテグレータ12の入射端面に到達し、一部は反射ミラー23に反射され再度ロッドインテグレータ12の射出側へと伝搬される。残りは反射ミラーの開口部24から光源11に向かって射出され、リフレクタ22に反射されて再びロッドインテグレータ12に入射される。s偏光は、これらロッドインテグレータ12の内面、反射型偏光板14、リフレクタ22、反射ミラー23で反射される時に偏光方向が回転してその一部がp偏光に変換される。この変換されたp偏光は反射型偏光板14を透過して、スクリーンSに投射される画像の高輝度化に寄与する。
【0030】
また、反射膜29に反射されたp偏光Lpも同様に、反射ミラー23またはリフレクタ22まで光源11に向かって伝搬して、そこで反射されて再び液晶ライトバルブ16方向に伝搬する。p偏光Lpは、ロッドインテグレータ12内を伝搬する際にランプ11から射出された白色光とともに、その輝度分布が均一化されてコンデンサレンズ系13に向けて射出され、スクリーンSに投射される画像の高輝度化に寄与する。
【0031】
上記の構成によれば、反射型偏光板14および反射膜29によって光源11方向に反射された光が、反射ミラー23およびリフレクタ22によって液晶ライトバルブ16方向に反射される。このため、コンデンサレンズ系13、反射型偏光板14、プリズム系15を経て液晶ライトバルブ16に入射される光の輝度を高くすることができる。つまり、液晶ライトバルブ16が透過する各色光を選択変調することにより合成される画像の輝度を高くでき、スクリーンSに投射される画像の輝度を高くすることができる。
【0032】
また、光源11とコンデンサレンズ系13との間にロッドインテグレータ12が備えられていることにより、光源11から射出された時点では輝度分布にムラがあり不均一であった光束が、ロッドインテグレータ12により光束の輝度分布を均一化させることができる。その結果、輝度分布が均一な光束を液晶ライトバルブ16に入射させることができ、液晶ライトバルブ16で合成される画像、すなわちスクリーンSに投射される画像の輝度分布を均一化させることができる。
【0033】
分光プリズム28が1画素33の寸法と略一致する寸法に形成され、反射膜29が2画素33を合わせた寸法と略一致する寸法に形成されているので、各色光に対応した画素33r、33g、33bに画素33の幅の各色光を入射させることができ、各画素33ごとの輝度分布を均一にすることができる。
また、隣接する分光プリズム28と反射膜29とを合わせた寸法が、各色光に対応した画素33r、33g、33bを合わせた寸法に等しいので、画素33r、33g、33bには、対応した色光しか入射しない。つまり、他の分光プリズム28に分光された色光は入射しないので、全ての画素33に均一に色光を入射させることができるので、投射される画像の輝度分布を均一にすることができる。
【0034】
また、分光プリズムおよび補正プリズムの製作方法としては、それらの形状がシンプルなことにより、例えばプレス形成のような比較的安価な製作方法を用いることができ、コスト低減を図ることができる。また、高価な製作方法に分類されるフォトリソグラフィを用いたとしても、形状がシンプルなので、製作工程が少なくそれほど費用が高くならずコスト低減を図ることができる。
【0035】
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態について図4を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第1の実施の形態と同様であるが、第1の実施の形態とは、コンデンサレンズ系等が備えられていない点が異なっている。よって、本実施の形態においては、図4を用いてロッドインテグレータ周辺のみを説明し、光源等の説明を省略する。
【0036】
図4は、本実施の形態における投射型表示装置50の概略構成を示す図である。
投射型表示装置50においてロッドインテグレータ(均一照明手段)51は、図4に示すように、光源11と反射型偏光板14との間に配置され、第1の実施の形態と同じく、透明な棒状の導光体もしくは内面が反射面とされた管状の導光体などが用いられている。ロッドインテグレータ51の断面は入射端面52から射出端面53まで同一の形状で、断面の縦横の幅は、液晶ライトバルブ16と同じ縦横の幅に形成されている。
また、ロッドインテグレータ51と反射型偏光板14とプリズム系15と液晶ライトバルブ16との間隔は狭くなるように配置されている。
【0037】
上記の構成からなる投射型表示装置50においては、図4に示すように、ランプ21から射出された白色光は、リフレクタ22で反射されて、ロッドインテグレータ51の入射面52に入射される。ロッドインテグレータ51に入射した白色光は、ロッドインテグレータ51の内面で反射を繰り返し、射出端面53から射出される時点では輝度が均一化される。
また、ロッドインテグレータ51は前述した作用により光束の輝度分布を均一化しているので、入射端面52に入射した光束の角度は、射出端面53から射出されるまで保持される。
【0038】
ロッドインテグレータ51から射出された白色光束は、反射型偏光板14によりp偏光Lpは透過され、s偏光Lsは反射されて平行光のまま逆方向(光源11方向)に伝搬する。透過したp偏光Lpは、プリズム系15に入射し、一部は異なる色光に分光されて液晶ライトバルブ16に入射する。分光されなかったp偏光Lpは、反射されて平行光のまま逆方向(光源11方向)に伝搬する。
反射されたs偏光Lsおよびp偏光Lpは、ロッドインテグレータ52を透過してリフレクタ55に入射し、リフレクタ55に反射され再び液晶ライトバルブ16方向に向かって伝搬する。
【0039】
また、ロッドインテグレータ51から液晶ライトバルブ16までの距離が短く、ロッドインテグレータ51の縦横の幅が液晶ライトバルブ16の縦横の幅とほぼ等しいので、ロッドインテグレータ51から射出された光束は、漏れることなく液晶ライトバルブ16の全面に均一な輝度で入射する。
【0040】
上記の構成によれば、第1の実施の形態で用いていたコンデンサレンズ系13を用いることなく、光源11から射出され、輝度分布を均一化された光束を漏らすことなく液晶ライトバルブ16に入射させることができる。そのため、部品点数を削減することができコスト低減を図ることができる。
【0041】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、白色光を色光に分離するのに分光プリズム28を用いたものに適応して説明したが、この分光プリズム28を用いたものに限られることなく、ホログラムなど、その他各種の分光手段を用いたものに適応することができるものである。
【0042】
また、上記の実施の形態においては、均一照明手段として、断面が入射端面から射出端面にまで同じ形状のロッドインテグレータ12を使用するものに適応して説明したが、このロッドインテグレータ12を用いたものに限られることなく、ロッドインテグレータの断面が入射端面から射出端面にむけて広くなるテーパ形状のロッドインテグレータを適応することができるものである。
【0043】
この場合、ロッドインテグレータの入射端面から入射して、ロッドインテグレータの外周面に反射する光は、外周面に対して入射角と反射角とが等しくなる。しかし、外周面は射出側に向かって外側に開くように傾いているので、ロッドインテグレータの中心軸線に対して光の反射角は、入射角よりも小さくなる。よって、ロッドインテグレータから射出される光は、より平行光に近い光になるため、他の光の平行化に関する部品の精度を下げることができ、コスト削減を図ることができる。
【0044】
また、上記の実施の形態においては、補正手段として補正プリズム27を使用したものに適応して説明したが、補正プリズム27に限られることなく、液晶ライトバルブ16の1つの画素33対して1枚ずつ配列されたマイクロレンズや、補正プリズム27およびマイクロレンズの両者を同時に使用したものにも適応することができるものである。
補正プリズム27およびマイクロレンズ81を同時に使用したときの配置は、液晶ライトバルブ16上にマイクロレンズ81、補正プリズム27の順に配置されていてもよく、逆に液晶ライトバルブ16上に補正プリズム27、マイクロレンズ81の順に配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図2】本発明の第一の実施形態の光変調手段を示す概略図である。
【図3】本発明の第一の実施形態の光源と均一照明手段と反射手段とを示す概略図である。
【図4】本発明の第二の実施形態の投射型表示装置を示す概略図である。
【図5】従来の投射型表示装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
10 投射型表示装置、 11 光源、 12 ロッドインテグレータ(均一照明手段)、 13 コンデンサレンズ系(平行光化手段)、 14 反射型偏光板(反射偏光手段)、 16 液晶ライトバルブ(光変調手段)、 17 投射レンズ(投射手段)、 22 リフレクタ、 23 反射ミラー(第2の反射手段)、 27 補正プリズム(偏向手段)、 28 分光プリズム(色分離手段)、 28a 垂直面(光束入射面)、 29 反射膜(第1の反射手段)、
33 画素、 51 ロッドインテグレータ(均一照明手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device, and more particularly to a configuration of a high-brightness and low-cost projection display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A projection display device that combines image light using a light modulation device such as a liquid crystal light valve and enlarges and projects the combined image light onto a screen through a projection optical system including a projection lens or the like has been conventionally known.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a projection display device. In the figure,
[0003]
As shown in FIG. 5, the white light emitted from the
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-287206 (Pages 3-4, Figures 1 and 2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional projection display device, the light collimated by the light
[0006]
Further, since many optical components such as the light
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide an inexpensive projection display device having a high luminance, a uniform luminance distribution, and the like.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first projection type display device according to the present invention comprises a light source, a light modulation unit for modulating light from the light source, and a projection unit for projecting light modulated by the light modulation unit. Wherein the light modulating means comprises a light valve in which pixels for modulating color lights of different colors are arranged, and a light valve driven for each pixel corresponding to each color light is provided. Uniform illumination means for making the illuminance of the light beam uniform, a part of the light beam from the light source being incident thereon, a color separating means for separating the light beam into color lights of different colors, and a light beam not incident on the color separating means. It is characterized by comprising: first reflecting means for reflecting light; and second reflecting means for reflecting the light beam reflected by the first reflecting means in the direction of the color separation means.
[0009]
That is, in the projection type display device of the present invention, the luminous flux emitted from the light source is uniformed in luminance distribution by the uniform illuminating means, and one of the luminous fluxes is separated into different color lights by the color separating means to correspond to each color light. The light valve that forms light modulating means is driven for each pixel corresponding to each color light and is combined with the projected image. Further, the light flux that has not entered the color separation means is reflected by the first reflection means and propagates in the opposite direction, and is reflected again by the second reflection means in the direction of the color separation means to contribute to the projection of an image. That is, the luminance of the light beam incident on the color separation means can be higher than the luminance of the light beam emitted from the light source.
Therefore, unlike the single-panel projection display device described in the related art in which parallel light is split by a prism using a lens array, a projection display device with illumination of uniform brightness on a screen is realized. be able to. Further, a complicated lens array is not required, and the illumination optical system can be simplified. Therefore, the number of parts can be greatly reduced, and the device configuration can be simplified, so that cost reduction can be achieved.
[0010]
To realize the above configuration, more specifically, a transparent rod-shaped light guide or a tubular light guide having an inner surface as a reflection surface can be used as the uniform illumination means. A fly-eye integrator is well known as a uniform illumination means used in a projection display device. However, in the case of a fly-eye integrator, two fly-eye lenses in which a large number of lenses are arranged in parallel are required, and cost reduction is difficult to achieve. Has become. On the other hand, the rod integrator, unlike the fly-eye integrator, has a simple configuration such as a transparent rod-shaped light guide or a tubular light guide whose inner surface is a reflection surface. Therefore, the device configuration can be simplified without the need for complicated components such as a fly-eye integrator, and the cost can be reduced.
[0011]
As the rod integrator, a rod integrator whose vertical and horizontal dimensions substantially match the vertical and horizontal dimensions of the light modulation unit can be used.
Since the vertical and horizontal dimensions of the rod integrator substantially match the vertical and horizontal dimensions of the light modulating means, the distance between the rod integrator and the light modulating means is reduced so that the light flux emitted from the rod integrator does not leak to the light modulating means. Light can be incident with a uniform luminance distribution.
In other words, there is no need to use a light condensing means or the like conventionally used for efficiently guiding the light beam emitted from the rod integrator to the light modulating means, so that the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
[0012]
It is preferable that the projection display device includes a parallel light converting unit that converts a light beam from a light source into parallel light.
With the provision of the parallel light converting means, the light emitted from the light source can become parallel light and enter the color separating means. Then, the light separated by the color light separation means enters the pixels corresponding to each color light, so that an image having a uniform luminance distribution can be projected.
For example, if the light beam incident on the color separation unit is not parallel light, the separated color light beams may be incident on pixels other than the pixel corresponding to each color light, so that the brightness of the image becomes non-uniform, Or cause color mixing.
[0013]
A reflecting mirror can be used as the second reflecting means, and is desirably provided on the end face of the uniform illumination means on the light beam incident side.
Since the reflecting mirror is provided on the light-incident side end face of the uniform illuminating means, not only the light reflected by the first reflecting means is reflected toward the color separating means, but the reflected light is also reflected by the uniform illuminating means. When the light propagates through the light source, the luminance of the light flux incident from the light source is also uniformized, so that the luminance of the light flux emitted from the uniform illumination means becomes higher. That is, the light recycling rate increases.
[0014]
In addition, a reflector that reflects the light emitted from the light source toward the light modulating means can be used as the second reflecting means.
By using a reflector that reflects the light flux emitted from the light source in the direction of the light modulation means as the second reflection means, the light flux reflected by the first reflection means is reflected in the direction of the color separation means, The brightness of the light beam incident on the color separation means can be increased. At the same time, since it is not necessary to use a dedicated component for the second reflecting means, the number of components can be reduced, the device configuration can be simplified, and the cost can be reduced.
[0015]
A spectral prism can be used as the color separating means, and a reflecting film can be used as the first reflecting means.
By using a spectral prism having a simple shape as the color separation means, a relatively inexpensive manufacturing method such as press forming can be used, and cost reduction can be achieved. Further, even if photolithography, which is classified as an expensive manufacturing method, is used, since the shape is simple, the number of manufacturing steps is small and the cost is not increased so that the cost can be reduced.
[0016]
It is desirable that the spectral prism is formed such that the size of the light beam incident surface substantially matches the size of one pixel of the light modulating means when viewed from the direction of the light beam incident from the light source.
The light beam incident on the light splitting prism from the light beam incident surface is split because the refractive index differs depending on the color light of each color. Since the split color light has a size in the direction perpendicular to the incident direction of the light beam incident on the splitting prism substantially equal to the size of one pixel, the split color light is also incident on each pixel of the light modulation means. It has a dimension of one pixel in the perpendicular direction. Therefore, each color light is incident on the corresponding pixel, and it is possible to prevent color mixture by being incident on another pixel, and it is possible to make the luminance distribution of the color light incident on each pixel uniform. As a result, the luminance distribution of the projected image can be made uniform.
[0017]
The size of the combined light beam incident surface and the reflective film of the adjacent spectral prism may be formed so as to substantially match the combined size of a plurality of pixels corresponding to each color light when viewed from the light beam incident direction from the light source. desirable.
Since the size obtained by combining the light incident surface of the adjacent spectral prism and the reflective film and the size obtained by combining a plurality of pixels corresponding to each color light are formed to substantially match, the light is split by the spectral prism. The respective color lights are respectively incident on the corresponding pixels. In addition, since each color light separated by the other spectral prism enters each pixel corresponding to the other spectral prism, the color light separated by the other spectral prism does not enter other pixels. Color mixing can be prevented. At the same time, since the color light can be uniformly incident on all the pixels, the luminance distribution of the projected image can be made uniform.
[0018]
It is preferable that a deflecting unit is provided to guide each color light separated by the color separating unit to a pixel corresponding to each color light of the light modulating unit.
By providing the deflecting means, each color light is guided to the corresponding pixel, so that the brightness distribution of the projected image can be easily made uniform. For example, conversely, when a part of a certain color light is incident on a pixel having no correspondence, color mixing occurs, and the amount of light incident on the pixel increases to increase the luminance. Further, in a pixel to which a certain color light is to be incident, the amount of light is reduced, the luminance is reduced, and the luminance distribution of the image becomes non-uniform.
[0019]
As the above-mentioned deflecting means, it is possible to use a prism arranged on a set of pixels corresponding to different colors on the light modulating means.
By using a prism having a simple shape as the deflecting means, as described above, it is possible to use an inexpensive manufacturing method such as press forming or to use an expensive manufacturing method such as photolithography to reduce the cost. And cost reduction can be achieved.
[0020]
It is desirable to provide a reflection polarization unit that transmits polarized light polarized on one side and reflects polarized polarized light on the other side of the light incident from the light source.
Providing the reflection polarization means allows the light emitted from the light source to contribute to display on the light valve, while transmitting polarized light to one side and reflecting polarized light to the other side. When the reflected polarized light is reflected by the reflecting means or the like, a part of the polarized light is rotated to become the polarized light polarized to one side, and can be transmitted through the reflecting polarizing means, thereby increasing the light use efficiency. As a result, the brightness of the light beam incident on the color separation means can be increased.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a
[0022]
As shown in FIG. 1, the
As the
[0023]
The
As shown in FIG. 2, the
[0024]
The
Further, the
[0025]
The liquid crystal
The liquid crystal
In the
[0026]
Next, the operation of the
As shown in FIG. 1, the white light emitted to the surroundings by the emission of the
The white light emitted from the
[0027]
As shown in FIG. 2, one of the p-polarized light Lp and the s-polarized light Ls (linearly polarized light) (for example, the p-polarized light Lp) included in the white light goes straight as it is on the
Of the p-polarized light Lp transmitted through the
Further, the white light flux incident on the
The p-polarized light Lp incident on the
The color lights R, G, and B, which are color-separated by the
[0028]
The color lights R, G, B converted into parallel lights by the
Since the liquid crystal
[0029]
Meanwhile, the s-polarized light Ls reflected by the
[0030]
Similarly, the p-polarized light Lp reflected by the
[0031]
According to the above configuration, the light reflected toward the
[0032]
In addition, since the
[0033]
Since the
Further, since the combined size of the adjacent
[0034]
Further, as a method of manufacturing the spectral prism and the correction prism, since their shapes are simple, a relatively inexpensive manufacturing method such as press forming can be used, and cost can be reduced. Further, even if photolithography classified as an expensive manufacturing method is used, since the shape is simple, the number of manufacturing steps is small, so that the cost is not so high and the cost can be reduced.
[0035]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The basic configuration of the projection display device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs from the first embodiment in that a condenser lens system and the like are not provided. Therefore, in the present embodiment, only the vicinity of the rod integrator will be described with reference to FIG. 4, and description of the light source and the like will be omitted.
[0036]
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the projection display device 50 in the present embodiment.
In the projection type display device 50, a rod integrator (uniform illumination means) 51 is disposed between the
Further, the distance between the rod integrator 51, the
[0037]
In the projection display device 50 having the above configuration, as shown in FIG. 4, white light emitted from the
Further, since the rod integrator 51 makes the luminance distribution of the light beam uniform by the above-described operation, the angle of the light beam incident on the incident end face 52 is maintained until the light is emitted from the emission end face 53.
[0038]
The white light flux emitted from the rod integrator 51 is transmitted by the
The reflected s-polarized light Ls and p-polarized light Lp pass through the rod integrator 52, enter the reflector 55, are reflected by the reflector 55, and propagate again toward the liquid crystal
[0039]
In addition, since the distance from the rod integrator 51 to the liquid crystal
[0040]
According to the above configuration, the light beam emitted from the
[0041]
Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, a description has been given of the case where the
[0042]
Further, in the above-described embodiment, the uniform illumination means has been described by using the
[0043]
In this case, light incident from the incident end surface of the rod integrator and reflected on the outer peripheral surface of the rod integrator has an incident angle and a reflection angle equal to the outer peripheral surface. However, since the outer peripheral surface is inclined so as to open outward toward the emission side, the light reflection angle with respect to the central axis of the rod integrator is smaller than the incident angle. Therefore, the light emitted from the rod integrator becomes light closer to parallel light, so that it is possible to reduce the precision of other components regarding the parallelization of light and reduce costs.
[0044]
Further, in the above-described embodiment, the description has been made by applying the
When the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a light modulation unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a light source, a uniform illumination unit, and a reflection unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a projection display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
33 pixels, 51 rod integrator (uniform illumination means)
Claims (12)
前記光変調手段が、異なる色の色光を変調する画素が配列され、各色光に対応した画素ごとに駆動されるライトバルブからなり、
前記光源からの光束の照度を均一にする均一照明手段と、
前記光源からの光束の一部が入射され、この光束を異なる色の色光に分離する色分離手段と、
前記色分離手段に入射されなかった光束を反射する第1の反射手段と、
前記第1の反射手段によって反射された光束を前記色分離手段方向へ反射する第2の反射手段と、を備えることを特徴とする投射型表示装置。A projection display device including a light source, light modulation means for modulating light from the light source, and projection means for projecting light modulated by the light modulation means,
The light modulating means includes pixels that modulate color lights of different colors are arranged, and includes a light valve that is driven for each pixel corresponding to each color light,
Uniform illumination means for uniformizing the illuminance of the light flux from the light source,
A part of a light beam from the light source is incident, and a color separation unit that separates the light beam into color lights of different colors,
First reflecting means for reflecting a light beam not incident on the color separating means;
And a second reflecting means for reflecting the light beam reflected by the first reflecting means in the direction of the color separating means.
該リフレクタが前記第2の反射手段を兼ねることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の投射型表示装置。The light source includes a reflector that reflects light emitted from the light source toward the light modulation unit,
6. The projection type display device according to claim 1, wherein said reflector also serves as said second reflection means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN113126409A (en) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 深圳光峰科技股份有限公司 | Projection display system |
-
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- 2003-03-31 JP JP2003096514A patent/JP2004302253A/en active Pending
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