JP2004354938A - Illumination optical system and display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロジェクターなどの画像表示装置に用いられる照明光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶プロジェクタなどの画像表示装置において、レンズアレイなどのオプティカルインテグレータの近傍の2次光源面に開口絞りを設置し、像共役面である被照射面にいたる光束を制限することがよく行われている。この開口絞りの開口の大きさを可変にすることで、画像の明るさと鮮明度とコントラストの調整が可能になり、画質の高い画像が得られている。
【0003】
従来、この開口絞りの開口形状は、オプティカルインテグレータを構成するセルの形状に関わらず、円形状であることが多かった。
【0004】
また従来、この開口絞りの開口形状を、液晶パネルの被照射面と略相似形の形状にすることも提案されていた(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−311292号公報(段落番号0028、図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうした開口形状を有する従来の開口絞りは、レンズアレイを構成する多数のセルのうち、オプティカルインテグレータの周辺付近のセル等を部分的に遮光してしまう。
【0007】
レンズアレイは、個々のセルが同じ被照射面を重畳して照明することによって被照射面における照度の均一性を高める役割を持っている。しかし、開口絞りで遮光される部分の面積と遮光されない部分の面積とが比較的近い(例えばセル全体の面積のうちの半分程度の部分が開口絞りで遮光されるような)セルが被照射面の同じ領域を重畳して照明しなくなるので、被照射面における照度の均一性が低下し、画像のコントラストが崩れ画質が低下してしまう。
【0008】
本発明は、上述の点に鑑み、オプティカルインテグレータの近傍に開口絞りを設けた照明光学系や、そうした照明光学系を有する液晶プロジェクタ等の表示装置において、この開口絞りを原因とする被照射面の照度均一性の低下を防止することを課題としてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本出願人は、光源手段から供給される光束に基づいて複数の光源像からなる多光源を形成するためのオプティカルインテグレータを備え、このオプティカルインテグレータにより形成された多光源の光束を集光し、可視光線領域外の波長を遮光する遮光手段を介して被照射面を重畳して照明する照明光学系において、オプティカルインテグレータの近傍に、光束を制限する開口絞りが設けられており、この開口絞りの開口形状は、オプティカルインテグレータを構成するセルのレンズの像主点における光軸垂直面内において、複数のセルで構成される断面形状に一致する照明光学系を提案する。
【0010】
この照明光学系では、オプティカルインテグレータの近傍に設けられた開口絞りの開口形状が、オプティカルインテグレータを構成するセルのレンズの像主点における光軸垂直面内において、複数のセルで構成される断面形状に一致している。
【0011】
したがって、断面形状がこの開口絞りの開口形状に一致している範囲のセルはこの開口絞りに全く遮光されず、他方、そのセル以外にもオプティカルインテグレータを構成するセルが存在する場合には、そのセルはこの開口絞りに全部遮光される。
【0012】
このように、開口絞りの開口形状をセルの形状に適合させ、セルを全く遮光しないか、逆に遮光するのならば1つのセル全部を遮光するようにしたので、セルが部分的に遮光されることがなくなる。これにより、個々のセルから射出された光束が被照射面の同じ領域を重畳して照明するようになるので、被照射面における照度の均一性の低下が防止される。
【0013】
なお、この照明光学系において、一例として、この開口絞りは開口の大きさが可変であり、その大きさが変化した場合に、レンズアレイを構成する複数のセルのレンズの像主点における光軸垂直面内において、絞りの大きさに最も近い個数のセルが作る断面形状に開口形状を一致させることが好適である。
【0014】
それにより、例えばこの照明光学系を設けた表示装置において、この開口絞りの開口の大きさを変化させて画像の明るさと鮮明度とコントラストの調整を行う場合にも、被照射面における照度の均一性の低下を防止することができるようになる。
【0015】
また、オプティカルインテグレータ全体の形状や大きさが異なる(セルの形状や大きさは共通しているがセルの個数が異なる)複数の照明光学系でこの開口絞りを共用して、それぞれ被照射面における照度の均一性の低下を防止することができるようになる。
【0016】
次に、本出願人は、光源手段から供給される光束に基づいて複数の光源像からなる多光源を形成するためのオプティカルインテグレータを備え、このオプティカルインテグレータにより形成された多光源の光束を集光し、可視光線領域外の波長を遮光する遮光手段を介して被照射面を重畳して照明する照明光学系において、オプティカルインテグレータの近傍に、光束を制限する開口絞りが設けられており、この開口絞りの開口形状は、オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうちこの開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする形状になっている照明光学系を提案する。
【0017】
この照明光学系では、オプティカルインテグレータの近傍に設けられた開口絞りの開口形状が、オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうちこの開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする形状になっている。
【0018】
したがって、個々のセルは、この開口絞りにほとんど(9割以上)遮光されないか、この開口絞りにほぼ全部(9割以上)遮光されるかのいずれかになる。
【0019】
このように、開口絞りの開口形状をセルの面積に適合させ、セルをほとんど遮光しないか、逆に遮光するのならば1つのセルのほぼ全部を遮光するようにしたので、1つのセルのうち開口絞りで遮光される部分の面積と遮光されない部分の面積とが比較的近くなる(遮光される面積の割合が1割以上9割未満になる)ことがなくなる。これにより、個々のセルから射出された光束が被照射面のほぼ同じ領域を重畳して照明するようになるので、被照射面における照度の均一性の低下が防止される。
【0020】
なお、この照明光学系において、一例として、開口絞りは、オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち前記開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする第1の開口形状と、オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち前記開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする第2の開口形状との間で、開口の大きさが可変になっていることが好適である。
【0021】
それにより、例えばこの照明光学系を設けた表示装置において、この開口絞りの開口の大きさを変化させて画像の明るさと鮮明度とコントラストの調整を行う場合にも、被照射面における照度の均一性の低下を防止することができるようになる。
【0022】
また、オプティカルインテグレータ全体の形状や大きさが異なる(セルの形状や大きさは共通しているがセルの個数が異なる)複数の照明光学系でこの開口絞りを共用して、それぞれ被照射面における照度の均一性の低下を防止することができるようになる。
【0023】
次に、本出願人は、光束を供給するための光源手段と、この光源手段からの光束に基づいて複数の光源像からなる多光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、このオプティカルインテグレータにより形成された多光源の光束を集光して被照射面を重畳して照明する照明光学系と、可視光線領域外の波長を遮光する遮光手段とを備えた可視光線を表示に用いる光学装置を備え、オプティカルインテグレータの近傍に、光束を制限する開口絞りが設けられており、この開口絞りの開口形状は、オプティカルインテグレータを構成するセルのレンズの像主点における光軸垂直面内において、複数のセルで構成される断面形状に一致する表示装置を提案する。
【0024】
また、光束を供給するための光源手段と、この光源手段からの光束に基づいて複数の光源像からなる多光源を形成するためのオプティカルインテグレータと、このオプティカルインテグレータにより形成された多光源の光束を集光して被照射面を重畳して照明する照明光学系と、可視光線領域外の波長を遮光する遮光手段とを備えた可視光線を表示に用いる光学装置を備え、オプティカルインテグレータの近傍に、光束を制限する開口絞りが設けられており、この開口絞りの開口形状は、オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうちこの開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする形状になっている表示装置を提案する。
【0025】
これらの表示装置は、前述の本発明に係る照明光学系を有するものであり、被照射面における照度の均一性の低下を防止して、画質を向上させることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、液晶プロジェクタに適用した例について、図面を用いて具体的に説明する。図1は、本発明を適用した液晶プロジェクタの照明光学系を示す。光源10からの射出光が、可視光線外遮光手段27(例えばUV−IRカットフィルター)により紫外域および赤外域の光線を遮光し、光学系11で平行光束化された後、オプティカルインテグレータを構成する第1レンズアレイ12及び第2レンズアレイ13のうちの第1レンズアレイ12に入射して複数のレンズセルで分割される。そして、第1レンズアレイ12の各レンズセルの射出光が、第2レンズアレイ13の対応するレンズセルに入射することにより、第2レンズアレイ13の近傍に複数の2次光源像が形成される。
【0027】
この2次光源面には、開口絞り14が設置されている。第2レンズアレイ13の各レンズセルから射出された光束のうち、この開口絞り14を透過した光束は、光学系15で重畳され、不図示の色分離光学系で分離されて液晶パネルに照射される。
【0028】
図2は、第1レンズアレイ12,第2レンズアレイ13の、レンズセルの像主点における光軸垂直面内の断面形状を示す。第1レンズアレイ12,第2レンズアレイ13は、それぞれ横(図のx方向)5×縦(図のy方向)5の合計25個の矩形状のレンズセル30で構成されている。第1レンズアレイ12,第2レンズアレイ13のうちレンズセル30が配列されている範囲のサイズは、それぞれ横の長さがx_a、縦の長さがy_aになっている。
【0029】
図3は、開口絞り14の光軸垂直面内の断面形状を示す。開口絞り14は、図の斜線部分が光束を遮断し、この斜線部分で囲まれた矩形状の開口部を光束が透過するようになっている。
【0030】
開口絞り14は、開口部の横の長さx_s,縦の長さy_sを、それぞれ第1レンズアレイ12や第2レンズアレイ13の横の長さx_a,縦の長さがy_aと一致させて製造されている。
【0031】
図4は、この開口絞り14による遮光の様子を示す。開口絞り14の開口部の横の長さx_s,縦の長さy_sがそれぞれ第2レンズアレイ13のレンズセル配列範囲の横の長さx_a,縦の長さy_aと一致していることから、開口絞り14の開口形状は、第2レンズアレイ13の25個全てのレンズセル30のレンズの像主点における光軸垂直面内の断面形状に一致している。
【0032】
したがって、第2レンズアレイ13の25個全てのレンズセル30は開口絞り14に全く遮光されず、第2レンズアレイ13の周辺部分(レンズセル30が配列されていない部分)のみが開口絞り14に遮光される。
【0033】
このように、開口絞り14の開口形状をレンズセル30の形状に適合させ、レンズセル30を全く遮光しないので、レンズセル30が部分的に遮光されることがない。これにより、個々のレンズセル30から射出された光束が被照射面の同じ領域を重畳して照明するので、被照射面における照度の均一性の低下が防止されて、画質が向上する。
【0034】
なお、開口絞り14の開口部の横の長さx_s,縦の長さy_sをそれぞれ第2レンズアレイ13のレンズセル配列範囲の横の長さx_a,縦の長さy_aと完全に一致させて製造する場合にも、製造時の誤差や、開口絞り14の配置時の誤差により、第2レンズアレイ13の周辺付近のレンズセル30が開口絞り14に部分的に遮光されることがある。
【0035】
例えば、第2レンズアレイ13の個々のレンズセル30のレンズの像主点における光軸垂直面内の横の長さx_c,縦の長さy_cがそれぞれ12.0mm,10.0mmであり、したがって第2レンズアレイ13のレンズセル配列範囲の横の長さx_a,縦の長さy_aがそれぞれ60.0mm,50.0mmである場合に、開口絞り14が、開口部の横の長さx_s,縦の長さy_sをそれぞれ59.0mm,49.0mmにして製造されたとする。
【0036】
このとき、第2レンズアレイ13の中央の9個のレンズセル30以外のレンズセル30には、開口絞り14に遮光されない部分(透過領域と呼ぶ)と、開口絞り14に遮光される部分(遮光領域と呼ぶ)とが混在するようになる。このうち、遮光領域の面積が最も大きいのは、第2レンズアレイ13の4隅のレンズセル30であり、図5は、これらのレンズセル30の透過領域30i(白地の領域)と遮光領域30s(斜線の領域)とを示す。
【0037】
ただし、レンズセル30の面積が12.0×10.0=120.0mm2であるのに対し、透過領域30iの面積は11.5×9.5=109.25mm2になる(遮光領域30sの面積は10.75mm2になる)ので、レンズセル30の面積のうちの透過領域30iの面積の割合は109.25/120.0=0.91になる。したがって、この4隅のレンズセル30も、開口絞り14にほとんど(91%以上)遮光されない。
【0038】
したがって、この場合にも、1つのレンズセル30のうち開口絞り14で遮光される部分の面積と遮光されない部分の面積とが比較的近くなることはない。これにより、個々のセルから射出された光束が被照射面のほぼ同じ領域を重畳して照明するようになるので、被照射面における照度の均一性の低下が防止される。
【0039】
一般的には、開口絞り14の開口形状を、第2レンズアレイ13の個々のレンズセル30について、レンズセル30のレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち開口絞り14に遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする形状にすれば、個々のレンズセル30は、開口絞り14にほとんど(9割以上)遮光されないか、開口絞り14にほぼ全部(9割以上)遮光されるかのいずれかになる。
【0040】
このように、開口絞り14の開口形状をレンズセル30の面積に適合させ、レンズセル30をほとんど遮光しないか、逆に遮光するのならば1つのレンズセル30のほぼ全部を遮光するようにすれば、1つのレンズセル30のうち開口絞り14で遮光される部分の面積と遮光されない部分の面積とが比較的近くなる(遮光される面積の割合が1割以上9割未満になる)ことがなくなる。
【0041】
したがって、個々のレンズセル30から射出された光束が被照射面のほぼ同じ領域を重畳して照明するようになるので、やはり被照射面における照度の均一性の低下が防止される。本発明は、開口絞り14をこのような開口形状にする場合をも包含するものである。
【0042】
次に、図6は、図1の照明光学系に設置する開口絞りの別の構成例を示す。この開口絞り31は、L字形状の2つの板を組み合わせて構成されている。
【0043】
開口絞り31は、これらの板を図示しない駆動機構(モーター等)で変位させることにより、図7Aに示すような、第2レンズアレイ13の25個全てのレンズセル30のレンズの像主点における光軸垂直面内の断面形状に開口形状を一致させた状態と、図7Bに示すような、第2レンズアレイ13の25個のレンズセル30のうちの中央の9個のレンズセル30のレンズの像主点における光軸垂直面内の断面形状に開口形状を一致させた状態との間で、開口の大きさが可変になっている。
【0044】
この開口絞り31を図7Aの状態にした場合には、図1の例の開口絞り14を設置した場合と同じく、第2レンズアレイ13の25個全てのレンズセル30は開口絞り14に全く遮光されない。これにより、レンズセル30が部分的に遮光されることがなく、個々のレンズセル30から射出された光束が被照射面の同じ領域を重畳して照明するので、被照射面における照度の均一性の低下が防止される。
【0045】
他方、この開口絞り31を図7Bの状態にした場合には、第2レンズアレイ13の25個のレンズセル30のうち、中央の9個のレンズセル30は開口絞り14に全く遮光されず、それ以外の16個のレンズセル30は開口絞り14に全部遮光される。
【0046】
このように、レンズセル30を全く遮光しないか、逆に遮光するのならば1つのレンズセル30全部を遮光するので、この場合にも、レンズセル30が部分的に遮光されることがない。これにより、やはり、個々のレンズセル30から射出された光束が被照射面の同じ領域を重畳して照明するので、被照射面における照度の均一性の低下が防止される。
【0047】
したがって、この開口絞り31を配置することにより、開口絞り31の開口の大きさを変化させて画像の明るさと鮮明度とコントラストの調整を行う場合にも、被照射面における照度の均一性の低下を防止することができる。
【0048】
また、図1の照明光学系と、図1の照明光学系とはオプティカルインテグレータ全体の形状や大きさが異なる(セルの形状や大きさは共通しているがセルの個数が異なる)別の照明光学系とでこの開口絞りを共用して、それぞれ被照射面における照度の均一性の低下を防止することができる。
【0049】
次に、第2レンズアレイのレンズセルが矩形以外の形状をしている場合の開口絞りの構成例について説明する。図8は、六角形のレンズセル33で構成された第2レンズアレイ32の、レンズセル33の像主点における光軸垂直面内の断面形状を示す。
【0050】
図9は、この第2レンズアレイ32を設けた照明光学系の2次光源面に設置する開口絞り34の光軸垂直面内の断面形状を示す。開口絞り34は、図の斜線部分が光束を遮断し、この斜線部分で囲まれた開口部を光束が透過するようになっている。
【0051】
この開口部は、第2レンズアレイ32のうちレンズセル33を配列した範囲の面積よりも幾分狭い面積の楕円形状をしている。ただし、楕円形状のままでは第2レンズアレイ32のレンズセル33のレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち遮光される面積の割合が1割以上9割未満になる箇所(上下各1箇所及び左右各2箇所)は、それぞれそのレンズセル33を全て遮光することができるように、レンズセル33と同じ大きさの六角形が遮光部分としてせり出した形状をしている。
【0052】
図10は、第2レンズアレイ32のレンズセル33がこの開口絞り34によって遮光される様子を示す。代表的にレンズセル33(1)として示すように、開口部が楕円形状のままでは遮光される面積の割合が1割以上9割未満になるレンズセル33は、開口部に六角形の遮光部分がせり出していることにより、全て遮光される。
【0053】
また、代表的にレンズセル33(2)として示すように、第2レンズアレイ32の周辺付近のいくつかのレンズセル33では、図11にも示すように、開口絞り34に遮光されない透過領域33(2)iと、開口絞り34に遮光される遮光領域33(2)sとが混在するが、これらのレンズセル33の面積のうちの遮光領域の面積の割合はいずれも9割以上か1割以下かのいずれかになっている。
【0054】
このように、開口絞り34の開口形状をレンズセル33の面積に適合させ、レンズセル33をほとんど遮光しないか、逆に遮光するのならば1つのレンズセル33のほぼ全部を遮光するようにしているので、1つのレンズセル33のうち開口絞り34で遮光される部分の面積と遮光されない部分の面積とが比較的近くなる(遮光される面積の割合が1割以上9割未満になる)ことがない。
【0055】
したがって、個々のレンズセル33から射出された光束が被照射面のほぼ同じ領域を重畳して照明するので、被照射面における照度の均一性の低下が防止される。
【0056】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る照明光学系によれば、オプティカルインテグレータの近傍に開口絞りを設けた照明光学系において、この開口絞りを原因とする被照射面の照度均一性の低下を防止できるという効果が得られる。
【0057】
また、この照明光学系を設けた表示装置において、開口絞りの開口の大きさを変化させて画像の明るさと鮮明度とコントラストの調整を行う場合にも、被照射面における照度の均一性の低下を防止できるという効果も得られる。
【0058】
オプティカルインテグレータ全体の形状や大きさが異なる(セルの形状や大きさは共通しているがセルの個数が異なる)複数の照明光学系でこの開口絞りを共用して、それぞれ被照射面における照度の均一性の低下を防止できるという効果も得られる。
【0059】
また、本発明に係る表示装置によれば、オプティカルインテグレータの近傍に設けた開口絞りを原因とする被照射面の照度均一性の低下を防止して、画質を向上させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した液晶プロジェクタの照明光学系を示す図である。
【図2】図1の第1レンズアレイ,第2レンズアレイを示す図である。
【図3】図1の開口絞りを示す図である。
【図4】図1の開口絞りによる遮光の様子を示す図である。
【図5】図1の第2レンズアレイのレンズセルの遮光領域を示す図である。
【図6】図1の照明光学系に設置する開口絞りの別の例を示す図である。
【図7】図6の開口絞りによる遮光の様子を示す図である。
【図8】第2レンズアレイのレンズセルの形状の別の例を示す図である。
【図9】開口絞りの別の例を示す図である。
【図10】図9の開口絞りによる遮光の様子を示す図である。
【図11】図9の開口絞りによる図1の第2レンズアレイのレンズセルの遮光領域を示す図である。
【符号の説明】
10 光源、 11 光学系、 12 第1レンズアレイ、 13,32 第2レンズアレイ 14,31,34 開口絞り、 15 光学系、 27 可視光線外遮光手段、 30,33 レンズセル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination optical system used for an image display device such as a projector.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an image display device such as a liquid crystal projector, an aperture stop is often provided on a secondary light source surface in the vicinity of an optical integrator such as a lens array to restrict a light flux to an irradiated surface which is an image conjugate surface. . By making the size of the aperture of the aperture stop variable, the brightness, sharpness, and contrast of the image can be adjusted, and an image with high image quality can be obtained.
[0003]
Conventionally, the aperture shape of the aperture stop has often been a circular shape regardless of the shape of the cell constituting the optical integrator.
[0004]
Conventionally, it has also been proposed to make the aperture shape of the aperture stop substantially similar to the irradiated surface of the liquid crystal panel (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-31292 (Paragraph No. 0028, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional aperture stop having such an aperture shape partially shields cells and the like in the vicinity of the optical integrator among many cells constituting the lens array.
[0007]
The lens array has a role of increasing the uniformity of the illuminance on the irradiated surface by illuminating the same irradiated surface with the individual cells superimposed. However, the area of the part shielded by the aperture stop and the area of the part not shielded by the aperture stop are relatively close (for example, a half of the entire cell area is shielded by the aperture stop). Since the same area is superimposed and no longer illuminated, the uniformity of the illuminance on the surface to be illuminated is reduced, the image contrast is lost, and the image quality is reduced.
[0008]
In view of the above, the present invention provides an illumination optical system having an aperture stop in the vicinity of an optical integrator, and a display device such as a liquid crystal projector having such an illumination optical system. An object of the present invention is to prevent a reduction in illuminance uniformity.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present applicant has an optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on a light beam supplied from a light source means, and a multiple light source formed by the optical integrator. In an illumination optical system for converging and illuminating the illuminated surface through a light-shielding unit that shields a wavelength outside the visible light region, an aperture stop that restricts the luminous flux is provided near the optical integrator. The present invention proposes an illumination optical system in which the aperture shape of the aperture stop matches the cross-sectional shape of a plurality of cells in a plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell forming the optical integrator.
[0010]
In this illumination optical system, the aperture shape of the aperture stop provided near the optical integrator has a cross-sectional shape composed of a plurality of cells in a plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell forming the optical integrator. Matches.
[0011]
Therefore, cells in the range where the cross-sectional shape matches the aperture shape of this aperture stop are not shielded by this aperture stop at all, and on the other hand, when there are cells constituting the optical integrator other than those cells, the The cell is completely shielded from light by this aperture stop.
[0012]
In this way, the aperture shape of the aperture stop is adapted to the shape of the cell, and the cell is not light-shielded at all, or if one is to be light-shielded, the entire cell is light-shielded. No more. Accordingly, the light beams emitted from the individual cells overlap and illuminate the same region of the irradiated surface, so that the uniformity of the illuminance on the irradiated surface is prevented from lowering.
[0013]
In this illumination optical system, as an example, the aperture stop has a variable aperture size, and when the aperture size changes, the optical axis at the image principal point of the lens of a plurality of cells constituting the lens array is changed. In the vertical plane, it is preferable that the shape of the opening matches the cross-sectional shape formed by the number of cells closest to the size of the stop.
[0014]
Thus, for example, in a display device provided with this illumination optical system, even when adjusting the brightness, sharpness, and contrast of an image by changing the size of the aperture of the aperture stop, the illuminance on the illuminated surface is uniform. This can prevent the deterioration of the property.
[0015]
The aperture stop is shared by a plurality of illumination optical systems having different shapes and sizes of the optical integrator (the shape and size of the cells are common but the number of cells is different). It is possible to prevent a decrease in the uniformity of the illuminance.
[0016]
Next, the present applicant has an optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on the light flux supplied from the light source means, and collects the light flux of the multiple light source formed by the optical integrator. In an illumination optical system that illuminates a surface to be irradiated in a superimposed manner through a light-shielding unit that shields a wavelength outside the visible light region, an aperture stop that restricts a light beam is provided near the optical integrator. The aperture shape of the aperture is set such that, for each cell constituting the optical integrator, the ratio of the area through which the light beam is transmitted without being blocked by this aperture stop to the area in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell. The present invention proposes an illumination optical system having a shape of any one of 9 or more and 0.1 or less.
[0017]
In this illumination optical system, the aperture shape of the aperture stop provided in the vicinity of the optical integrator is such that, for each cell constituting the optical integrator, this area of the area within the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell. The shape is such that the ratio of the area through which the light beam is transmitted without being blocked by the aperture is approximately 0.9 or more and approximately 0.1 or less.
[0018]
Therefore, each of the cells is hardly shielded by the aperture stop (90% or more) or almost completely shielded by the aperture stop (90% or more).
[0019]
As described above, the aperture shape of the aperture stop is adapted to the area of the cell, and almost no light is shielded from the cell, or almost all of one cell is shielded if light is shielded. The area of the part that is shielded from light by the aperture stop and the area of the part that is not shielded from light are relatively close (the ratio of the area that is shielded from light becomes 10% or more and less than 90%). Accordingly, the light beams emitted from the individual cells overlap and illuminate substantially the same area on the surface to be irradiated, so that the uniformity of the illuminance on the surface to be irradiated is prevented from lowering.
[0020]
In this illumination optical system, as an example, an aperture stop is a light flux that is not shielded by the aperture stop and is an area of an individual cell constituting an optical integrator in a plane in a plane perpendicular to an optical axis at an image principal point of a lens of the cell. Of the first aperture shape that makes the ratio of the area through which the light passes through approximately 0.9 or more and approximately 0.1 or less, and the light at the image principal point of the lens of the cell with respect to each cell constituting the optical integrator. Between the area of the area in the plane perpendicular to the axis and the second aperture shape which makes the ratio of the area through which the light beam is transmitted without being blocked by the aperture stop approximately 0.9 or more or approximately 0.1 or less; Preferably, the size of the opening is variable.
[0021]
Thus, for example, in a display device provided with this illumination optical system, even when adjusting the brightness, sharpness, and contrast of an image by changing the size of the aperture of the aperture stop, the illuminance on the illuminated surface is uniform. This can prevent the deterioration of the property.
[0022]
The aperture stop is shared by a plurality of illumination optical systems having different shapes and sizes of the optical integrator (the shape and size of the cells are common but the number of cells is different). It is possible to prevent a decrease in the uniformity of the illuminance.
[0023]
Next, the present applicant provides light source means for supplying a light beam, an optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on the light beam from the light source means, and an optical integrator formed by the optical integrator. An illumination optical system for condensing the light fluxes of the multiple light sources and illuminating the irradiated surface in a superimposed manner, and an optical device for displaying visible light having a light shielding unit for shielding a wavelength outside the visible light region, An aperture stop that restricts the light flux is provided near the optical integrator, and the aperture shape of the aperture stop is defined by a plurality of cells in a plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell that forms the optical integrator. A display device that matches the configured cross-sectional shape is proposed.
[0024]
Further, a light source means for supplying a light beam, an optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on the light beam from the light source means, and a light beam of the multiple light source formed by the optical integrator An illumination optical system that condenses and illuminates the irradiated surface by superimposing it, and an optical device that uses visible light for display with a light-shielding unit that shields wavelengths outside the visible light region is provided.In the vicinity of the optical integrator, An aperture stop for restricting a light beam is provided, and the aperture shape of the aperture stop is, for each cell constituting the optical integrator, of the area in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell. The display device has a shape in which the ratio of the area through which the light flux is transmitted without being shielded from light is substantially 0.9 or more or 0.1 or less. To draft.
[0025]
These display devices have the above-described illumination optical system according to the present invention, and can prevent a decrease in illuminance uniformity on a surface to be illuminated and improve image quality.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a liquid crystal projector will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an illumination optical system of a liquid crystal projector to which the present invention is applied. After the light emitted from the
[0027]
An aperture stop 14 is provided on the secondary light source surface. Of the light beams emitted from each lens cell of the second lens array 13, the light beams transmitted through the aperture stop 14 are superimposed by an optical system 15, separated by a color separation optical system (not shown), and applied to a liquid crystal panel. You.
[0028]
FIG. 2 shows the cross-sectional shapes of the first lens array 12 and the second lens array 13 in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens cell. Each of the first lens array 12 and the second lens array 13 is composed of a total of 25
[0029]
FIG. 3 shows a cross-sectional shape of the aperture stop 14 in a plane perpendicular to the optical axis. The aperture stop 14 is configured such that a hatched portion in the drawing blocks a light beam, and the light beam passes through a rectangular opening surrounded by the hatched portion.
[0030]
The aperture stop 14 matches the horizontal length x_s and the vertical length y_s of the opening with the horizontal length x_a and the vertical length y_a of the first lens array 12 and the second lens array 13, respectively. Being manufactured.
[0031]
FIG. 4 shows how light is blocked by the aperture stop 14. Since the horizontal length x_s and the vertical length y_s of the aperture of the aperture stop 14 match the horizontal length x_a and the vertical length y_a of the lens cell array range of the second lens array 13, respectively. The aperture shape of the aperture stop 14 matches the cross-sectional shape in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of all 25
[0032]
Therefore, all 25
[0033]
As described above, since the aperture shape of the aperture stop 14 is adapted to the shape of the
[0034]
The horizontal length x_s and the vertical length y_s of the aperture of the aperture stop 14 are completely matched with the horizontal length x_a and the vertical length y_a of the lens cell array range of the second lens array 13, respectively. Also in the case of manufacturing, the
[0035]
For example, the horizontal length x_c and the vertical length y_c in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of each
[0036]
At this time, the
[0037]
However, while the area of the
[0038]
Therefore, also in this case, the area of the portion of one
[0039]
In general, the aperture shape of the aperture stop 14 is shielded by the aperture stop 14 of the area in the plane perpendicular to the optical axis at the principal image point of the lens of the
[0040]
In this manner, the aperture shape of the aperture stop 14 is adapted to the area of the
[0041]
Therefore, since the light beams emitted from the
[0042]
Next, FIG. 6 shows another configuration example of the aperture stop installed in the illumination optical system of FIG. The
[0043]
The
[0044]
When the
[0045]
On the other hand, when the
[0046]
In this way, if the
[0047]
Therefore, by arranging the
[0048]
Further, the illumination optical system of FIG. 1 and the illumination optical system of FIG. 1 have different shapes and sizes of the entire optical integrator (the shapes and sizes of the cells are common but the number of cells is different). By sharing this aperture stop with the optical system, it is possible to prevent a reduction in the uniformity of the illuminance on each of the irradiated surfaces.
[0049]
Next, a configuration example of the aperture stop when the lens cell of the second lens array has a shape other than a rectangle will be described. FIG. 8 shows a cross-sectional shape of the second lens array 32 composed of hexagonal lens cells 33 in a plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens cells 33.
[0050]
FIG. 9 shows a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the optical axis of an
[0051]
The opening has an elliptical shape having an area slightly smaller than the area of the second lens array 32 in which the lens cells 33 are arranged. However, if the elliptical shape remains, the ratio of the light-shielded area to the area of the image principal point of the lens of the lens cell 33 of the second lens array 32 in the plane perpendicular to the optical axis becomes 10% or more and less than 90% (up and down). Each of the lens cells 33 has a shape in which a hexagon having the same size as the lens cell 33 protrudes as a light-shielding portion so that all of the lens cells 33 can be shielded from light.
[0052]
FIG. 10 shows how the lens cells 33 of the second lens array 32 are shielded from light by the
[0053]
In addition, as representatively shown as a lens cell 33 (2), in some lens cells 33 near the periphery of the second lens array 32, as shown in FIG. (2) i and the light-shielding region 33 (2) s, which is shielded by the
[0054]
In this manner, the aperture shape of the
[0055]
Therefore, since the light beams emitted from the individual lens cells 33 illuminate while superimposing substantially the same area on the surface to be illuminated, a reduction in the uniformity of the illuminance on the surface to be illuminated is prevented.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the illumination optical system of the present invention, in an illumination optical system provided with an aperture stop near an optical integrator, it is possible to prevent a decrease in illuminance uniformity of a surface to be illuminated due to the aperture stop. The effect is obtained.
[0057]
Further, in a display device provided with this illumination optical system, even when the brightness, clarity, and contrast of an image are adjusted by changing the size of the aperture of the aperture stop, the uniformity of the illuminance on the irradiated surface is reduced. Is also obtained.
[0058]
This aperture stop is shared by a plurality of illumination optical systems with different optical integrators in shape and size (the shape and size of the cells are common but the number of cells is different). The effect of preventing a decrease in uniformity can also be obtained.
[0059]
Further, according to the display device of the present invention, it is possible to prevent the illuminance uniformity of the irradiated surface from being deteriorated due to the aperture stop provided near the optical integrator, thereby improving the image quality. Can be
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an illumination optical system of a liquid crystal projector to which the present invention has been applied.
FIG. 2 is a diagram showing a first lens array and a second lens array of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing the aperture stop of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing how light is blocked by the aperture stop shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram illustrating a light-shielding region of a lens cell of the second lens array in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing another example of the aperture stop installed in the illumination optical system of FIG. 1;
FIG. 7 is a diagram showing how light is blocked by the aperture stop shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing another example of the shape of the lens cell of the second lens array.
FIG. 9 is a diagram showing another example of the aperture stop.
FIG. 10 is a diagram showing how light is blocked by the aperture stop shown in FIG. 9;
11 is a diagram showing a light-shielding area of a lens cell of the second lens array of FIG. 1 by the aperture stop of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記開口絞りの開口形状は、前記オプティカルインテグレータを構成するセルのレンズの像主点における光軸垂直面内において、複数のセルで構成される断面形状に一致することを特徴とする照明光学系。An optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on the light flux supplied from the light source means is provided, and the optical flux of the multiple light source formed by the optical integrator is collected, outside the visible light region. In an illumination optical system that overlaps and illuminates a surface to be illuminated via a light shielding unit that shields a wavelength, an aperture stop that restricts a light flux is provided near the optical integrator,
An illumination optical system, wherein an aperture shape of the aperture stop matches a cross-sectional shape formed by a plurality of cells in a plane perpendicular to an optical axis at an image principal point of a lens of a cell constituting the optical integrator.
前記開口絞りは、開口形状が前記複数のセルのうち開口の大きさに最も近い個数のセルが作る断面形状に一致する形状をとりながら、開口の大きさが可変になることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 1,
The illumination, wherein the aperture stop has a shape that is variable while the aperture shape has a shape corresponding to a cross-sectional shape formed by the number of cells closest to the size of the aperture among the plurality of cells. Optical system.
前記オプティカルインテグレータの近傍に、光束を制限する開口絞りが設けられており、
前記開口絞りの開口形状は、前記オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、該セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち前記開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする形状になっていることを特徴とする照明光学系。An optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on the light flux supplied from the light source means is provided, and the optical flux of the multiple light source formed by the optical integrator is collected, outside the visible light region. In an illumination optical system that overlaps and illuminates a surface to be illuminated via light shielding means that shields a wavelength,
An aperture stop for restricting a light beam is provided near the optical integrator,
The aperture shape of the aperture stop is, for each cell constituting the optical integrator, of the area in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell, of the area through which the light flux is transmitted without being blocked by the aperture stop. An illumination optical system characterized in that the ratio is set to be approximately 0.9 or more and approximately 0.1 or less.
前記開口絞りは、前記オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、該セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち前記開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする第1の開口形状と、前記オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、該セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち前記開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする第2の開口形状との間で、開口の大きさが可変になっていることを特徴とする照明光学系。The illumination optical system according to claim 3,
The aperture stop is, for each of the cells constituting the optical integrator, approximately the ratio of the area through which the light is transmitted without being shielded by the aperture stop, of the area in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell. A first aperture shape which is not less than 0.9 or not more than approximately 0.1, and an area of each cell constituting the optical integrator in a plane perpendicular to the optical axis at an image principal point of a lens of the cell. The size of the opening is variable between the second opening shape and the ratio of the area through which the light flux is transmitted without being blocked by the aperture stop is approximately 0.9 or more or approximately 0.1 or less. An illumination optical system characterized in that:
前記オプティカルインテグレータの近傍に、光束を制限する開口絞りが設けられており、
前記開口絞りの開口形状は、前記オプティカルインテグレータを構成するセルのレンズの像主点における光軸垂直面内において、複数のセルで構成される断面形状に一致することを特徴とする表示装置。A light source unit for supplying a light beam, an optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on the light beam from the light source unit, and a light beam of the multiple light source formed by the optical integrator An illumination optical system for superimposing and illuminating the irradiated surface with light, and an optical device that uses visible light for display with a light shielding unit that shields a wavelength outside the visible light region,
An aperture stop for restricting a light beam is provided near the optical integrator,
A display device, wherein an aperture shape of the aperture stop matches a cross-sectional shape formed by a plurality of cells in a plane perpendicular to an optical axis at an image principal point of a lens of a cell forming the optical integrator.
前記オプティカルインテグレータの近傍に、光束を制限する開口絞りが設けられており、
前記開口絞りの開口形状は、前記オプティカルインテグレータを構成する個々のセルについて、該セルのレンズの像主点における光軸垂直面内の面積のうち前記開口絞りに遮光されず光束が透過する面積の割合を略0.9以上か略0.1以下かのいずれかにする形状になっていることを特徴とする表示装置。A light source unit for supplying a light beam, an optical integrator for forming a multiple light source composed of a plurality of light source images based on the light beam from the light source unit, and a light beam of the multiple light source formed by the optical integrator An illumination optical system for superimposing and illuminating the irradiated surface with light, and an optical device that uses visible light for display with a light shielding unit that shields a wavelength outside the visible light region,
An aperture stop for restricting a light beam is provided near the optical integrator,
The aperture shape of the aperture stop is, for each cell constituting the optical integrator, of the area in the plane perpendicular to the optical axis at the image principal point of the lens of the cell, of the area through which the light flux is transmitted without being blocked by the aperture stop. A display device having a shape in which the ratio is approximately 0.9 or more and approximately 0.1 or less.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8425054B2 (en) | 2005-08-09 | 2013-04-23 | Hitachi, Ltd. | Projection type image display apparatus |
JP2013178438A (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-09 | Seiko Epson Corp | Projector and lens array |
US8783877B2 (en) | 2008-09-25 | 2014-07-22 | Hitachi Consumer Electronics Co., Ltd. | Projection type display apparatus for displaying an image |
JPWO2014147688A1 (en) * | 2013-03-22 | 2017-02-16 | ソニー株式会社 | Image display device and image display method |
JP2018097131A (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-21 | セイコーエプソン株式会社 | Illumination device and projector |
-
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- 2003-05-30 JP JP2003155639A patent/JP2004354938A/en active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8425054B2 (en) | 2005-08-09 | 2013-04-23 | Hitachi, Ltd. | Projection type image display apparatus |
US8727542B2 (en) | 2005-08-09 | 2014-05-20 | Hitachi Consumer Electronics Co., Ltd. | Projection type image display apparatus with light masking |
US9383634B2 (en) | 2005-08-09 | 2016-07-05 | Hitachi Maxell, Ltd. | Projection type image display apparatus with light masking unit having two light-masking plates to adjust light masking amount |
US9715167B2 (en) | 2005-08-09 | 2017-07-25 | Hitachi Maxell, Ltd. | Projection type image display apparatus with light masking |
US10048575B2 (en) | 2005-08-09 | 2018-08-14 | Maxell, Ltd. | Projection type image display apparatus with light masking |
US8783877B2 (en) | 2008-09-25 | 2014-07-22 | Hitachi Consumer Electronics Co., Ltd. | Projection type display apparatus for displaying an image |
US9304380B2 (en) | 2008-09-25 | 2016-04-05 | Hitachi Maxell, Ltd. | Projection type display apparatus for displaying an image |
JP2013178438A (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-09 | Seiko Epson Corp | Projector and lens array |
JPWO2014147688A1 (en) * | 2013-03-22 | 2017-02-16 | ソニー株式会社 | Image display device and image display method |
US10506208B2 (en) | 2013-03-22 | 2019-12-10 | Sony Corporation | Image display apparatus and image display method |
JP2018097131A (en) * | 2016-12-13 | 2018-06-21 | セイコーエプソン株式会社 | Illumination device and projector |
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