JP2004361982A - Projection type display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection type display device which has small color unevenness and illuminance unevenness, and, moreover, has high illumination efficiency. <P>SOLUTION: The projection type display device 1 comprises an illumination optical system 2A, a color separation system 4, three liquid crystal panels 5R, 5G, 5B, a light guide system 9 which is arranged on the optical path of the luminous flux G having the longest optical path length, a dichroic prism 6, and a projection lens 7 which projects the luminous flux on a screen 8. The lighting optical system 2A is equipped with a uniform illumination element 3 which converts the luminous flux into uniform rectangular luminous flux. Since the uniform lighting optical element for suppressing the color unevenness and illuminance unevenness is built into the illumination optical system, the projection type display device having small color unevenness and illuminance unevenness, and, moreover, high lighting efficiency can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光源からの光束を、赤、青、緑の3色光束に分離し、これらの各色光束を変調手段を通して映像情報に対応させて変調し、変調した後の各色の変調光束を再合成して、投写レンズを介してスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するものである。   The present invention separates a light beam from a light source into three color light beams of red, blue, and green, modulates each of these color light beams according to video information through a modulation unit, and re-modulates the modulated light beam of each color after the modulation. The present invention relates to a projection display device that synthesizes and projects an enlarged image on a screen via a projection lens.

投写型表示装置は、光源ランプと、ここからの光束を3色の光束に分離する色分離手段と、分離された3色の色光束を変調する3枚のライトバルブと、変調された後の色光束を再合成する色合成手段と、合成により得られた光像をスクリーン上に拡大表示する投写レンズとから構成されている。ライトバルブとしては一般に液晶パネルが使用されている。   The projection display apparatus includes a light source lamp, a color separating unit that separates a light beam from the light source lamp into three color light beams, three light valves that modulate the separated three color light beams, and a light valve that has been modulated. It is composed of a color synthesizing means for re-synthesizing the color luminous flux and a projection lens for enlarging and displaying an optical image obtained by the synthesis on a screen. A liquid crystal panel is generally used as a light valve.

米国特許第5,098,184号公報U.S. Pat. No. 5,098,184

従来におけるこの構成の投写型表示装置としては、その光源部分に、オプティカルインテグレータと呼ばれる均一照明光学素子が組み込まれたものが知られている。例えば、特許文献1には、このオプティカルインテグレータが組み込まれた投写型表示装置が開示されている。また、この公報には、色合成手段として、ダイクロイックミラーをX字状に配置した構成のものが記載されている。通常は、ガラス板上に誘電体多層膜を形成したダイクロイックミラーで構成される。   As a conventional projection type display device having this configuration, a projection display device in which a uniform illumination optical element called an optical integrator is incorporated in a light source portion thereof is known. For example, Patent Literature 1 discloses a projection display device in which the optical integrator is incorporated. In this publication, a configuration in which dichroic mirrors are arranged in an X shape is described as a color synthesizing means. Usually, it is composed of a dichroic mirror having a dielectric multilayer film formed on a glass plate.

このように色合成手段がダイクロイックミラーにより構成されているミラー合成系を備えた投写型表示装置においては、次のような問題点がある。すなわち、ダイクロイックミラーは、投写レンズの中心軸に対して非回転対称の光学要素となる。このため、スクリーン上の画像に非点収差が発生し、投写光学系の伝達特性を示すMTF(Modulation Transfer Function)特性が劣化する。この結果、画質にぼけが発生して鮮鋭度が低下する。MTF特性の劣化は、画素数に対して液晶パネルのサイズが大きい場合、すなわち、画素ピッチが大きい場合にはそれ程問題にはならない。しかし、例えばポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いた液晶パネルの場合等のように画素ピッチが小さくなると、無視することができない。   As described above, the projection display apparatus including the mirror combining system in which the color combining means is configured by the dichroic mirror has the following problems. That is, the dichroic mirror is an optical element that is not rotationally symmetric with respect to the center axis of the projection lens. For this reason, astigmatism occurs in the image on the screen, and the MTF (Modulation Transfer Function) characteristic indicating the transfer characteristic of the projection optical system deteriorates. As a result, the image quality is blurred and the sharpness is reduced. Deterioration of the MTF characteristic is not so problematic when the size of the liquid crystal panel is large relative to the number of pixels, that is, when the pixel pitch is large. However, when the pixel pitch is small as in the case of a liquid crystal panel using a polysilicon TFT as a switching element, it cannot be ignored.

また、従来における投写型表示装置としては、色合成手段がダイクロイックプリズムにより構成されているプリズム合成系を備えた形式のものが知られている。ダイクロイックプリズムは、投写レンズの中心軸線に対して回転対称な光学要素である。よって、このプリズムによって発生する収差は、投写レンズの設計によって容易に取り除くことが可能であり、一般的に、プリズム合成系を備えた投写型表示装置におけるMTF特性は、上記のミラー合成系を備えたものに比べて優れている。したがって、画素ピッチの小さな液晶パネルをライトバルブとして用いる場合に適している。   Further, as a conventional projection type display device, a type having a prism combining system in which a color combining means is constituted by a dichroic prism is known. The dichroic prism is an optical element that is rotationally symmetric with respect to the central axis of the projection lens. Therefore, the aberration generated by the prism can be easily removed by the design of the projection lens. Generally, the MTF characteristic in the projection display device having the prism combining system has the above-mentioned mirror combining system. It is better than the one that you have. Therefore, it is suitable when a liquid crystal panel having a small pixel pitch is used as a light valve.

更に、従来における投写型表示装置としては、例えば、米国特許第4,943,154号に開示されたものがある。この装置においては、最も光路長の長い色光の光路に、リレーレンズ、フィールドレンズ等から構成される光伝達手段を介在させることにより、光量の減少および色むらを抑制するように構成されている。   Further, as a conventional projection display device, for example, there is one disclosed in US Pat. No. 4,943,154. This device is configured to suppress a decrease in light quantity and color unevenness by interposing a light transmission unit including a relay lens, a field lens, and the like in an optical path of color light having the longest optical path length.

しかしながら、この装置においては、最も長い光路長の色光の光量を減少させないものの、光束の明るさ分布がリレーレンズによって180度回転してしまうので、元の明るさ分布が軸対称でない場合には、スクリ−ン上の表示に非軸対称の色むらが発生し、表示品位が劣化してしまう。光束の明るさ分布が軸対称であれば、このような色むらは発生しないが、実際には、光源ランプの取付け位置のずれ、光源ランプやその反射鏡の僅かな非対称性が原因となって、明るさ分布が非軸対称となってしまうのが通常である。   However, in this device, although the light amount of the color light having the longest optical path length is not reduced, since the brightness distribution of the light beam is rotated by 180 degrees by the relay lens, if the original brightness distribution is not axially symmetric, Non-axisymmetric color unevenness occurs in the display on the screen, and the display quality deteriorates. If the brightness distribution of the luminous flux is axisymmetric, such color unevenness does not occur, but in reality, it is caused by a shift in the mounting position of the light source lamp and slight asymmetry of the light source lamp and its reflecting mirror. Normally, the brightness distribution becomes non-axisymmetric.

ここで、投写型表示装置においては、その投写画像の照度を高めると共に、その色むら、照度むらを無くし、CRT直視の画像に近い画像品位を得ることが要望されている。このためには、色合成系としては、伝達特性の良いプリズム合成系を利用することが好ましい。また、オプティカルインテグレータを光源部分に用いて、液晶パネルを均一な明るさで、しかも効率良く照明することが好ましい。しかし、色分離系における各色光の光路長が異なっている場合には、オプティカルインテグレータをそのまま使用すると、最も長い光路に割り当てられた色光の光量減少、照度分布の変化が顕著になり、これが、投写画像に色むらや色温度の変化となって現れてしまう。このため、インテグレータの効果を充分に発揮させることができない。さらには、光源部分にオプティカルインテグレータを用いる場合には、従来技術をそのまま利用することができない。すなわち、オプティカルインテグレータを用いた照明では、液晶パネルから有限な位置(インテグレータの光束出射面)に存在する面光源からの発散光束が液晶パネルを照明することになるので、従来構成のように無限遠に存在する点光源からの照明と見なせる場合とは基本的に異なるからである。   Here, in the projection display device, there is a demand for increasing the illuminance of the projected image, eliminating the color unevenness and the illuminance unevenness, and obtaining an image quality close to a CRT direct-view image. For this purpose, it is preferable to use a prism combining system having good transfer characteristics as the color combining system. Further, it is preferable to illuminate the liquid crystal panel with uniform brightness and efficiently by using an optical integrator in a light source portion. However, when the optical path length of each color light in the color separation system is different, if the optical integrator is used as it is, the decrease in the light amount of the color light assigned to the longest optical path and the change in the illuminance distribution become remarkable. The image appears as uneven color or a change in color temperature. Therefore, the effect of the integrator cannot be sufficiently exhibited. Furthermore, when an optical integrator is used for the light source portion, the conventional technology cannot be used as it is. That is, in the illumination using the optical integrator, the divergent light flux from the surface light source located at a finite position (the light flux emission surface of the integrator) from the liquid crystal panel illuminates the liquid crystal panel. This is because it is basically different from the case where it can be regarded as the illumination from the point light source existing in.

本発明の目的は、上記の従来の投写型表示装置に比べて、照度むら、色むら等のないより優れた品位の投写画像を形成可能な投写型表示装置を提案することにある。   An object of the present invention is to propose a projection display device capable of forming a projection image of superior quality without uneven illuminance and uneven color as compared with the above-mentioned conventional projection display device.

また、本発明の目的は、高品位の投写画像を形成することのできる廉価な投写型表示装置を提案することにある。   Another object of the present invention is to propose an inexpensive projection display device capable of forming a high-quality projected image.

さらに、本発明の目的は、従来に比べて照度の高い投写画像を形成可能な投写型表示装置を提案することにある。   A further object of the present invention is to propose a projection display device capable of forming a projection image having higher illuminance than the conventional one.

さらにまた、本発明の目的は、高い品位の投写画像を形成可能なコンパクトな投写型表示装置を提案することにある。   Still another object of the present invention is to propose a compact projection display device capable of forming a high-quality projected image.

さらに、本発明の別の目的は、フロント投写型として用いるのに適した構成の投写型表示装置を提案することにある。   Still another object of the present invention is to propose a projection display device having a configuration suitable for use as a front projection type.

上記目的を達成するために、本発明の投写型表示装置は、光源と、ここから出射された白色光束を3色の光束に分離する色分離手段と、分離された各色の前記光束を変調する3枚のライトバルブと、前記色分離手段によって分離されて前記3枚のライトバルブのそれぞれに入射する各色の光束にうち、最も光路長の長い光束の光路上に配置された導光手段と、前記ライトバルブを介して変調された各色の変調光束を合成する色合成手段と、合成された変調光束をスクリーン上に投写する投写レンズとを有する投写型表示装置において、前記光源と前記色分離手段の間の光路に介挿され、前記光源からの白色光束を均一な矩形光束に変換して前記色分離手段に向けて出射する均一照明光学手段と、前記色分離手段における各色の光束を出射する光束出射部にそれぞれ配置され、前記均一照明光学手段からの発散光束をほぼ平行な光束に変換する3枚の集光レンズとを有し、前記色合成手段はダイクロイックプリズムであり、前記導光手段を通過する色光は緑色光であることを特徴としている。この構成による本発明の投写型表示装置においては、均一照明光学手段を用いてライトバルブを照明し、各色光の光路中に集光レンズを配置して発散光束を平行光束にすると共に、導光手段に緑色光を通過させている。よって、本発明によれば、均一な照度分布で色むらが無く、従来よりも明るく高品位な投写画像を形成することができる。   In order to achieve the above object, a projection display device according to the present invention includes a light source, a color separation unit that separates a white light beam emitted from the light source into three color light beams, and modulates the separated light beam of each color. Three light valves, and light guiding means disposed on the optical path of the light beam having the longest optical path length among the light beams of each color separated by the color separating means and incident on each of the three light valves, A projection type display device having a color synthesizing unit for synthesizing a modulated light beam of each color modulated through the light valve, and a projection lens for projecting the synthesized modulated light beam on a screen, wherein the light source and the color separating unit are provided. And a uniform illumination optical unit that converts a white light beam from the light source into a uniform rectangular light beam and emits it toward the color separation unit, and emits a light beam of each color in the color separation unit. A light condensing lens, wherein the light converging means comprises three condensing lenses for converting a divergent light beam from the uniform illumination optical means into a substantially parallel light beam, wherein the color synthesizing means is a dichroic prism; Is characterized in that the color light passing through is green light. In the projection display apparatus of the present invention having this configuration, the light valve is illuminated by using the uniform illumination optical means, and a condensing lens is arranged in the optical path of each color light to convert the divergent light flux into a parallel light flux and to guide the light. Green light is passed through the means. Therefore, according to the present invention, it is possible to form a brighter and higher quality projected image with uniform illuminance distribution and without color unevenness.

ここに、導光手段としては、入射側反射鏡と、出射側反射鏡と、少なくとも1枚のレンズとを有しているものを用いることができる。   Here, as the light guide means, one having an incident-side reflecting mirror, an outgoing-side reflecting mirror, and at least one lens can be used.

また、導光手段としては、一枚の中間レンズを備えたものとし、この中間レンズの焦点距離を、当該導光手段の光路長の約0.9から1.1倍の範囲内に設定することが好ましい。   Further, the light guide means has one intermediate lens, and the focal length of the intermediate lens is set within a range of about 0.9 to 1.1 times the optical path length of the light guide means. Is preferred.

また、導光手段を、入射側反射鏡の入射側に配置された入射レンズと、出射側反射鏡の出射側に配置された出射側レンズと、これら入射側および出射側反射鏡の間に配置された中間レンズとを備えた構成とすることもでき、この場合には、入射および出射レンズの焦点距離を、当該導光手段の光路長の約0.5から0.7倍の範囲内に設定し、中間レンズの焦点距離を、当該導光手段の光路長の約0.25から0.4倍の範囲内に設定して収差を抑制することが望ましい。   Further, the light guide means is provided between the incident lens disposed on the incident side of the incident side reflector, the output side lens disposed on the output side of the output side reflector, and the incident side and the output side reflector. In this case, the focal lengths of the input and output lenses are set within a range of about 0.5 to 0.7 times the optical path length of the light guide means. It is desirable to set and set the focal length of the intermediate lens within a range of about 0.25 to 0.4 times the optical path length of the light guide means to suppress aberration.

さらに、この場合においては、上記の入射レンズと、この入射レンズに向けて平行光束を入射する前述の集光レンズとを、一枚のレンズとして形成すると、その分、光学系をコンパクトに構成できるので好ましい。ここに、一枚のレンズとする場合には、その周囲の収差を抑制するために、非球面レンズとすることが好ましい。   Further, in this case, if the above-mentioned incident lens and the above-mentioned condensing lens for entering the parallel light beam toward this incident lens are formed as a single lens, the optical system can be made compact accordingly. It is preferred. Here, when a single lens is used, it is preferable to use an aspheric lens in order to suppress aberration around the lens.

また、導光手段としては、入射側に配置されて光路を90度折り曲げる入射側三角柱プリズムと、出射側に配置されて光路を90度折り曲げる出射側三角柱プリズムと、これらの三角柱プリズムの間に配置された導光部材とを備えているものを用いることができる。   Further, as the light guide means, an incident-side triangular prism disposed on the incident side and bending the optical path by 90 degrees, an output-side triangular prism disposed on the output side and bending the optical path by 90 degrees, and disposed between these triangular prisms And a light guide member provided with the light guide member.

ここに、導光部材としては四角柱プリズムを用いることができる。また、三角柱プリズムと四角柱プリズムの界面には無反射コーティングを施こすことが好ましい。さらには、三角柱プリズムの全反射面には金属膜あるいは誘電体多層膜のコーティングを施こすことが好ましい。   Here, a square prism can be used as the light guide member. Further, it is preferable to apply an anti-reflection coating to the interface between the triangular prism and the quadrangular prism. Further, it is preferable that the total reflection surface of the triangular prism is coated with a metal film or a dielectric multilayer film.

次に、上記のライトバルブとしては液晶パネルを用いることができ、この場合には、液晶パネルの画素ピッチを約50μm以下として、投写画像の精細度を高めることが好ましい。   Next, a liquid crystal panel can be used as the light valve. In this case, it is preferable to set the pixel pitch of the liquid crystal panel to about 50 μm or less to increase the definition of the projected image.

一方、均一照明光学手段としては、複数のレンズを、光源ランプの出力光の主軸に垂直な面内に配列した構成のレンズ板を少なくとも1枚備えた構成のものを採用できる。この場合には、レンズ板における一方向のレンズ分割数を約3から約7の間とすることが好ましい。   On the other hand, as the uniform illumination optical unit, a unit having at least one lens plate in which a plurality of lenses are arranged in a plane perpendicular to the main axis of the output light of the light source lamp can be adopted. In this case, it is preferable that the number of lens divisions in one direction on the lens plate is between about 3 and about 7.

ここに、均一照明光学手段として、第1のレンズ板と、第2のレンズ板と、これらの間に介在した反射鏡を備えた構成とし、光路を例えば直角に折り曲げるように構成してもよい。   Here, as uniform illumination optical means, a first lens plate, a second lens plate, and a reflecting mirror interposed therebetween may be provided, and the optical path may be bent at a right angle, for example. .

更に、均一照明光学手段に偏光変換手段を配置することが好ましい。この偏光変換手段は光源ランプからのランダム偏光をP波とS波の2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と、分離された2つの偏光の偏光面を一致させる偏光面回転要素とから構成される。この偏光変換手段を用いると、光源ランプからの出射光の利用効率を高めることができるので、その分、投写画像の照度を高めることができる。   Further, it is preferable to arrange the polarization conversion means in the uniform illumination optical means. This polarization conversion means is composed of a polarization separation element for separating random polarized light from a light source lamp into two linearly polarized lights of P and S waves, and a polarization plane rotation element for matching the polarization planes of the two separated polarized lights. You. By using this polarization conversion means, the efficiency of use of the light emitted from the light source lamp can be increased, and accordingly, the illuminance of the projected image can be increased.

以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明の実施例1に係る投写型表示装置の光学系を示してある。本例の投写型表示装置1は、光源2と、均一照明光学素子3から構成される照明光学系2Aと、この照明光学系2Aから均一照明光学素子3を介して出射される光束Wを、赤、緑、青の各色光束R、G、Bに分離する色分離光学系4と、各色光束を変調するライトバルブとしての3枚の液晶パネル5R、5G、5Bと、変調された色光束を再合成する色合成光学系6と、合成された光束をスクリーン8上に拡大投写する投写レンズ7を有している。また、色分離光学系4によって分離された各色光束のうち、緑色光束Gを対応する液晶バルブ5Gに導く導光系9を有している。 FIG. 1 shows an optical system of a projection display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The projection display apparatus 1 of the present example includes a light source 2, an illumination optical system 2 </ b> A including a uniform illumination optical element 3, and a light beam W emitted from the illumination optical system 2 </ b> A via the uniform illumination optical element 3. A color separation optical system 4 for separating red, green, and blue light fluxes R, G, and B; three liquid crystal panels 5R, 5G, and 5B as light valves for modulating each color light flux; It has a color synthesizing optical system 6 for re-synthesizing and a projection lens 7 for enlarging and projecting the synthesized luminous flux on a screen 8. The light guide system 9 guides the green light flux G to the corresponding liquid crystal bulb 5G among the color light fluxes separated by the color separation optical system 4.

本例の光源2は、光源ランプ21と曲面反射鏡22で構成されており、光源ランプ21としてはハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。均一照明光学系3は詳細を後述するが、照明光学系の中心光軸1aに垂直な平面上に配置された第1のレンズ板31と第2のレンズ板32で構成されている。   The light source 2 according to the present embodiment includes a light source lamp 21 and a curved reflecting mirror 22. As the light source lamp 21, a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, or the like can be used. Although details will be described later, the uniform illumination optical system 3 includes a first lens plate 31 and a second lens plate 32 arranged on a plane perpendicular to the central optical axis 1a of the illumination optical system.

色分離光学系4は、青緑反射ダイクロイックミラー401と青反射ダイクロイックミラー402と反射鏡403から構成される。光束Wは、まず、青緑反射ダイクロイックミラー401において、そこに含まれている青色光束Bおよび緑色光束Gが直角に反射されて、青反射ダイクロイックミラー402の側に向かう。
赤色光束Rはこのミラー401を通過して、後方の反射鏡403で直角に反射されて、赤色光束の出射部404から色合成光学系の側に出射される。ミラー401において反射された青および緑の光束B、Gは、青反射ダイクロイックミラー402において、青色光束Bのみが直角に反射されて、青色光束の出射部405から色合成光学系の側に出射される。このミラー402を通過した緑色光束Gは、緑色光束の出射部406から導光系9の側に向けて出射される。本例では、均一照明光学素子3の光束の出射部から、色分離光学系4における各色光束の出射部404、405、406までの距離が全て等しくなるように設定されている。
The color separation optical system 4 includes a blue-green reflecting dichroic mirror 401, a blue reflecting dichroic mirror 402, and a reflecting mirror 403. The light beam W is first reflected by the blue-green reflection dichroic mirror 401 at a right angle to the blue light beam B and the green light beam G contained therein, and travels toward the blue reflection dichroic mirror 402.
The red light beam R passes through the mirror 401, is reflected at a right angle by the rear reflecting mirror 403, and is emitted from the red light emitting unit 404 to the color combining optical system side. The blue and green light beams B and G reflected by the mirror 401 are reflected only at a right angle by the blue reflection dichroic mirror 402 at the blue light beam B, and are emitted from the blue light emission unit 405 to the color combining optical system side. You. The green light flux G that has passed through the mirror 402 is emitted from the green light emission part 406 toward the light guide system 9. In this example, the distances from the light emitting portions of the uniform illumination optical element 3 to the light emitting portions 404, 405, and 406 of the respective color light beams in the color separation optical system 4 are all set to be equal.

ここで、本例においては、色分離光学系4の各色光束の出射部404、405、406の出射側には、それぞれ、平凸レンズからなる集光レンズ101、102および103が配置されている。したがって、各出射部から出射した各色光束は、これらの集光レンズ101乃至103に入射して平行化される。   Here, in this example, condensing lenses 101, 102, and 103 made of plano-convex lenses are arranged on the emission sides of the emission sections 404, 405, and 406 of the color light beams of the color separation optical system 4, respectively. Therefore, the light beams of the respective colors emitted from the respective emission portions are incident on these condenser lenses 101 to 103 and are collimated.

平行化された後の各色光束R、G、Bのうち、赤色および青色の光束R、Bは、集光レンズ101、102の直後に配置されている液晶パネル5R、5Bに入射して変調され、各色光に対応した映像情報が付加される。すなわち、これらの液晶パネルは、不図示の駆動手段によって映像情報に応じてスイッチング制御が行われ、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。このような駆動手段は公知の手段をそのまま使用することができ、本例においてはその説明を省略する。一方、緑色光束Gは、導光系9を介して、対応する液晶パネル5Gに導かれ、ここにおいて、同様に、映像情報に応じて変調が施される。本例の液晶パネルは、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いた画素ピッチが50μm以下のものを使用している。   The red and blue luminous fluxes R and B of the color luminous fluxes R, G and B after being collimated are incident on the liquid crystal panels 5R and 5B disposed immediately after the condenser lenses 101 and 102 and are modulated. , Video information corresponding to each color light is added. That is, these liquid crystal panels are subjected to switching control by driving means (not shown) in accordance with video information, thereby modulating each color light passing therethrough. As such a driving unit, a known unit can be used as it is, and a description thereof will be omitted in this embodiment. On the other hand, the green luminous flux G is guided to the corresponding liquid crystal panel 5G via the light guide system 9, where it is similarly modulated according to video information. The liquid crystal panel of this example uses a pixel TFT using a polysilicon TFT as a switching element and having a pixel pitch of 50 μm or less.

本例における導光系9は、入射側反射鏡91と出射側反射鏡92と、これらの間に配置された中間レンズ93から構成されている。本例では、中間レンズ93の焦点距離を、この導光系9の全光路長に等しく設定してある。この焦点距離としては、導光系の全光路長の約0.9から約1.1倍の範囲内に設定することができる。ここで、各色光束の光路長、すなわち、光源ランプ21から各液晶パネルまでの距離は、緑色光束Gが最も長くなり、したがって、この光束の光量損失が最も多くなる。しかし、本例のように、導光系9を介在させることにより、光量損失を抑制できる。なお、導光系9を通過させる色光束は、赤あるいは青色の光束とすることもできる。しかし、一般的には通常の投写型表示装置においては緑の光量が他の色の光量に比べて大きいので、緑色光束を、導光系9を通過する光路に割り当てることが好ましい。ただし、色バランスよりも明るさや画質の均一性を優先させる場合は、導光系9に視感度が低くて比較的照度むらの目立ちにくい青色光束を割り当てればよい。   The light guide system 9 in this example includes an entrance-side reflection mirror 91, an exit-side reflection mirror 92, and an intermediate lens 93 disposed therebetween. In this example, the focal length of the intermediate lens 93 is set equal to the total optical path length of the light guide system 9. This focal length can be set within a range of about 0.9 to about 1.1 times the total optical path length of the light guide system. Here, the light path length of each color light beam, that is, the distance from the light source lamp 21 to each liquid crystal panel is the longest for the green light beam G, and therefore, the loss of the light amount of this light beam is the largest. However, by interposing the light guide system 9 as in this example, the loss of the light amount can be suppressed. Note that the color light beam that passes through the light guide system 9 may be a red or blue light beam. However, in general, in a normal projection display device, the amount of green light is larger than the amount of other colors, so that it is preferable to assign a green light flux to an optical path passing through the light guide system 9. However, when priority is given to brightness and image quality uniformity over color balance, a blue light flux having low visibility and relatively inconspicuous illuminance may be assigned to the light guide system 9.

次に、各液晶パネル5R、5G、5Bを通って変調された各色光束は、色合成光学系6に入射され、ここで再合成される。本例ではダイクロイックプリズムを用いて色合成光学系6を構成している。色合成光学系6としては、ダイクロイックミラーをX字状に配置した構成のミラー合成系を利用することも可能である。
しかし、色合成光学系がダイクロイックミラーにより構成されているミラー合成系を備えた投写型表示装置においては、ダイクロイックミラーが投写レンズの中心軸に対して非回転対称の光学要素となる。このため、スクリーン上の画像に非点収差が発生し、投写光学系のMTF(Modulation Transfer Function)特性が劣化する。この結果、画質にぼけが発生して鮮鋭度が低下する。MTF特性の劣化は、画素数に対して液晶パネルのサイズが大きい場合、すなわち、画素ピッチが大きい場合にはそれ程問題にはならない。しかし、本例のように、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いた液晶パネルの場合等のように画素ピッチが小さくなると、無視することができない。本例では、色合成光学系6としてダイクロイックプリズムを用いているので、このような弊害の発生を回避することができる。
Next, each color light beam modulated through each of the liquid crystal panels 5R, 5G, and 5B enters the color combining optical system 6, where it is recombined. In this example, the color synthesizing optical system 6 is configured using a dichroic prism. As the color combining optical system 6, a mirror combining system having a configuration in which dichroic mirrors are arranged in an X shape can be used.
However, in a projection display device including a mirror combining system in which the color combining optical system is configured by a dichroic mirror, the dichroic mirror is an optical element that is not rotationally symmetric with respect to the center axis of the projection lens. For this reason, astigmatism occurs in the image on the screen, and the MTF (Modulation Transfer Function) characteristics of the projection optical system deteriorate. As a result, the image quality is blurred and the sharpness is reduced. Deterioration of the MTF characteristic is not so problematic when the size of the liquid crystal panel is large relative to the number of pixels, that is, when the pixel pitch is large. However, when the pixel pitch is small as in a liquid crystal panel using a polysilicon TFT as a switching element as in this example, it cannot be ignored. In this example, since a dichroic prism is used as the color synthesizing optical system 6, it is possible to avoid such a problem.

この点を図2を参照して説明する。この図には、本例のプリズム合成系を備えた投写型表示装置と、色合成系をミラー合成系とした場合における投写型表示装置におけるMTF特性を示してある。この図において、横軸は液晶パネルの画素の細かさを示す空間周波数(1ine/mm)であり、縦軸はMTF(%)を示してある。実線は、プリズム合成系を備えた投写光学系における特性である。太い実線は画面中心部の特性であり、細い実線は画面周辺部の特性である。同様に、破線はミラー合成系を備えた投写光学系における特性である。太い破線は画面中心部の特性であり、細い破線はその周辺部の特性である。   This will be described with reference to FIG. This figure shows the MTF characteristics of the projection display device including the prism combination system of the present example and the projection display device when the color combination system is a mirror combination system. In this figure, the horizontal axis represents the spatial frequency (1 in / mm) indicating the fineness of the pixels of the liquid crystal panel, and the vertical axis represents the MTF (%). The solid line indicates the characteristics of the projection optical system provided with the prism combining system. The thick solid line is the characteristic at the center of the screen, and the thin solid line is the characteristic at the periphery of the screen. Similarly, a broken line indicates a characteristic in a projection optical system having a mirror combining system. The thick broken line is the characteristic at the center of the screen, and the thin broken line is the characteristic at the periphery.

投写レンズ単体でのMTF特性は、ミラー合成系では、45度の角度でミラーが挿入されるので非点収差が発生して劣化している。本例のように、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いた画素ピッチが50μm以下の液晶パネルでは、空間周波数が20(1ine/mm)においては30%以上のMTF特性が必要である。しかし、ミラー合成系を用いた場合には、画面周辺部で充分なMTF特性が得られないことが分かる。これに対して、本例のように、プリズム合成系を用いた場合には、プリズムによって発生する収差を投写レンズの設計で取り除くことができるので、MTF特性の劣化がないことが分かる。   The MTF characteristic of the projection lens alone deteriorates due to the occurrence of astigmatism because the mirror is inserted at an angle of 45 degrees in the mirror combining system. As in this example, in a liquid crystal panel using a polysilicon TFT as a switching element and having a pixel pitch of 50 μm or less, an MTF characteristic of 30% or more is required when the spatial frequency is 20 (1 in / mm). However, when the mirror combining system is used, it can be seen that sufficient MTF characteristics cannot be obtained at the periphery of the screen. On the other hand, when a prism combining system is used as in this example, aberration generated by the prism can be removed by designing the projection lens, and it can be seen that there is no deterioration in MTF characteristics.

本例の装置においては、ダイクロイックプリズムからなる色合成系おいて各色光束が合成されて、光学像が得られ、この光学像が、投写レンズ7によって、スクリーン8上に拡大投写される。投写レンズとしては、テレセントリック系に近いものが好ましい。   In the apparatus of the present embodiment, the light beams of the respective colors are combined in a color combining system including a dichroic prism to obtain an optical image, and the optical image is enlarged and projected on a screen 8 by a projection lens 7. As the projection lens, a lens close to a telecentric system is preferable.

(照明光学系)
本例の照明光学系における均一照明光学素子3に適したものとしては、露光機に一般的に使用されているインテグレータレンズがある。投写型表示装置に使用する場合の基本的な構成を図3(A)に示してある。この図に示すように、均一照明光学素子3は第1のレンズ板31と第2のレンズ板32から構成されている。第1のレンズ板31は、複数の矩形レンズ301をマトリックス状に配列した構成となっており、同様に、第2のレンズ板32も矩形レンズ302をマトリックス状に配列した構成となっている。第1のレンズ板31の各矩形レンズ301の形状は、照明対象の液晶パネルの形状に相似形とされる。これらの各矩形レンズ301の像が、第2のレンズ板32を構成している各矩形レンズ302の対応する矩形レンズによって、液晶パネル上に重畳結像される。したがって、液晶パネルは、均一な照度で色むらが殆ど無い状態で照明される。
(Illumination optical system)
As an example suitable for the uniform illumination optical element 3 in the illumination optical system of the present example, there is an integrator lens generally used for an exposure machine. FIG. 3A shows a basic structure when used in a projection display device. As shown in this figure, the uniform illumination optical element 3 is composed of a first lens plate 31 and a second lens plate 32. The first lens plate 31 has a configuration in which a plurality of rectangular lenses 301 are arranged in a matrix. Similarly, the second lens plate 32 has a configuration in which rectangular lenses 302 are arranged in a matrix. The shape of each rectangular lens 301 of the first lens plate 31 is similar to the shape of the liquid crystal panel to be illuminated. The images of these rectangular lenses 301 are superimposed and formed on the liquid crystal panel by the corresponding rectangular lenses of the rectangular lenses 302 constituting the second lens plate 32. Therefore, the liquid crystal panel is illuminated with uniform illuminance and with almost no color unevenness.

本例では、各レンズ板31、32において、4行×3列のマトリックスとなるように矩形レンズを配置してある。縦方向あるいは横方向の最大分割数としては、約3乃至7の範囲が好ましい。また、第1のレンズ板31と第2のレンズ板32は必ずしも分離する必要はない。各矩形レンズの寸法を小さくして、入射光束の分割数を増やすことにより、各レンズ板31、32を接近させることができる。さらには、1枚のレンズ仮に一体化することも可能である。   In this example, rectangular lenses are arranged in each of the lens plates 31 and 32 so as to form a matrix of 4 rows × 3 columns. The maximum number of divisions in the vertical or horizontal direction is preferably in the range of about 3 to 7. Further, the first lens plate 31 and the second lens plate 32 do not always need to be separated. By reducing the size of each rectangular lens and increasing the number of divisions of the incident light beam, the lens plates 31 and 32 can be made closer. Furthermore, it is also possible to temporarily integrate one lens.

ここで、図5を参照して、均一照明光学素子3を構成している各レンズ板31、32の矩形レンズによる分割数と色むらとの関係を説明する。図5のグラフは、横軸に第1および第2のレンズ板(インテグレータレンズ)の分割数を取り、縦軸には色むらを、スクリーン8上における中央部(1箇所)と周辺部(4箇所)の間における色の違いをU’V’色度座標上における差として表示したものである。この色むらを示す値は、小さい程、色むらの程度が小さいことを示す。図において破線で示す値は、色むらとして許容できると判断される最大色むらである。   Here, with reference to FIG. 5, the relationship between the number of divisions by the rectangular lenses of the lens plates 31 and 32 constituting the uniform illumination optical element 3 and the color unevenness will be described. In the graph of FIG. 5, the horizontal axis indicates the number of divisions of the first and second lens plates (integrator lenses), and the vertical axis indicates color unevenness. The difference in color between the two points is indicated as a difference on the U′V ′ chromaticity coordinates. The smaller the value indicating the color unevenness, the smaller the degree of the color unevenness. The value indicated by the broken line in the figure is the maximum color unevenness determined to be acceptable as the color unevenness.

このグラフから分かるように、分割数を3以上にすることが好ましい。しかしながら、製造上の観点からは分割数を増やすとコスト高につながってしまう。したがって、実用的な分割数は、約3から約7の範囲である。   As can be seen from this graph, it is preferable that the number of divisions is three or more. However, from the viewpoint of manufacturing, increasing the number of divisions leads to an increase in cost. Therefore, a practical number of divisions ranges from about 3 to about 7.

次に、図3(B)には、均一照明光学菓子3を構成する第1のレンズ板31および第2のレンズ板32の別の構成例を示してある。この図に示す例においても、各レンズ板は同一寸法の矩形レンズ板から構成されている。しかし、矩形レンズの配列状態は、縦方向の分割数は7であり、横方向においては、上下の行が3分割であり、中央の3行が5分割であり、これらの間の行が4分割となっている。   Next, FIG. 3B shows another configuration example of the first lens plate 31 and the second lens plate 32 that constitute the uniform illumination optical confectionery 3. Also in the example shown in this figure, each lens plate is formed of a rectangular lens plate having the same dimensions. However, in the arrangement state of the rectangular lenses, the number of divisions in the vertical direction is 7, and in the horizontal direction, the upper and lower rows are divided into three, the central three rows are divided into five, and the rows between these are divided into four. It is divided.

均一照明光学素子3としては、図4に示すように複数の円柱レンズ301’で構成される第1のレンズ板31と、同じく複数の円柱レンズ302’で構成される第2のレンズ板32を用いて構成する方法もある。この場合の照度は、一方向のみ均一化され、図3(A)、(B)の場合に比べて照明対象の中心照度が高くなる。また、この場合、レンズ構成が比較的簡単であることから、薄型化が容易である。   As shown in FIG. 4, the uniform illumination optical element 3 includes a first lens plate 31 composed of a plurality of cylindrical lenses 301 ′ and a second lens plate 32 composed of a plurality of cylindrical lenses 302 ′. There is also a method of configuring using this. In this case, the illuminance is made uniform in only one direction, and the central illuminance of the illumination target becomes higher than in the cases of FIGS. 3A and 3B. In this case, since the lens configuration is relatively simple, it is easy to reduce the thickness.

次に、図6(A)を参照して、上記の構成の均一照明光学素子3を用いて液晶パネル5R、5G、5Bを照明する場合の作用を説明する。光源2を構成する光源ランプ21としては前述したようにハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等の点に近い発光源を使用する。またランプからの放射光束は反射鏡22で反射される。反射鏡22の反射面形状としては楕円面を使用することができ、この場合、その第1焦点を光源ランプ21の発光部に一致させ、第2焦点を液晶パネル5(5R、5G、5B)の中心位置に一致させる。この結果、反射鏡22の反射光束は、液晶パネル5の中心部に向かう。この場合には、第1のレンズ板31の各矩形レンズ301の中心から、液晶パネル5の中心に向かう線上に第2のレンズ板32の各矩形レンズ302の中心が位置するように、第2のレンズ板32の寸法、すなわち、このレンズ板を構成している各矩形レンズ302の寸法は、第1のレンズ板の側よりも小さく設定される。   Next, with reference to FIG. 6A, an operation in the case where the liquid crystal panels 5R, 5G, and 5B are illuminated using the uniform illumination optical element 3 having the above configuration will be described. As described above, a light source close to a point such as a halogen lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp is used as the light source lamp 21 constituting the light source 2. The luminous flux from the lamp is reflected by the reflecting mirror 22. An elliptical surface can be used as the reflecting surface shape of the reflecting mirror 22. In this case, the first focal point is made to coincide with the light emitting portion of the light source lamp 21, and the second focal point is set to the liquid crystal panel 5 (5R, 5G, 5B). To the center position of. As a result, the light beam reflected by the reflecting mirror 22 goes to the center of the liquid crystal panel 5. In this case, the second lens plate 32 is positioned so that the center of each rectangular lens 302 of the second lens plate 32 is located on a line from the center of each rectangular lens 301 of the first lens plate 31 toward the center of the liquid crystal panel 5. Of the lens plate 32, that is, the size of each rectangular lens 302 constituting the lens plate is set smaller than that of the first lens plate.

第1のレンズ板31の各矩形レンズ301は、対応する第2のレンズ板32の各矩形レンズ302の中心に光束を集中させる。第2のレンズ板32の各矩形レンズ302は、対応する第1のレンズ板の側の矩形レンズ301のレンズの像を、液晶パネル5の表示領域5A(図において斜線で示す領域)に重畳結像させる。第2のレンズ板32の各矩形レンズ302の中心には、このように、光源ランプ21の発光部の像が形成されるので、第2のレンズ板32の全体が2次光源として機能する。従って、例えば液晶パネル5の表示領域5Aの端に入射する光束の主光線303は、第2のレンズ板32の中心と表示領域5Aの端を結ぶ線分に一致する。すなわち、液晶パネル5への照明光束は、第2のレンズ板32からの発散光となっているので、液晶パネル5に平行光を入射させるためには、発散光を平行化する必要がある。この目的のために、本例では、集光レンズ101、102、103が配置されている。この集光レンズの焦点距離は。第2のレンズ板32と集光レンズの距離bに等しく設定される。本例では、集光レンズとして、液晶パネル5の側に凸面を向けた状態に配置した平凸レンズを用いている。凸面を第2のレンズ板の側に向けた状態に配置してもよい。平凸レンズの代わりに、両凸レンズ、フレネルレンズを用いることもできる。このように、集光レンズ101、102、103を配置することにより、液晶パネル5を介して出射される光束の主光線は、照明系全体の中心軸1aに平行になる。   Each rectangular lens 301 of the first lens plate 31 focuses a light beam on the center of each rectangular lens 302 of the corresponding second lens plate 32. Each rectangular lens 302 of the second lens plate 32 superimposes the image of the lens of the corresponding rectangular lens 301 on the side of the first lens plate on the display area 5A of the liquid crystal panel 5 (the area indicated by oblique lines in the figure). Image. Since the image of the light emitting portion of the light source lamp 21 is thus formed at the center of each rectangular lens 302 of the second lens plate 32, the entire second lens plate 32 functions as a secondary light source. Therefore, for example, the principal ray 303 of the light beam incident on the end of the display area 5A of the liquid crystal panel 5 coincides with a line segment connecting the center of the second lens plate 32 and the end of the display area 5A. That is, since the illuminating light beam to the liquid crystal panel 5 is divergent light from the second lens plate 32, it is necessary to collimate the divergent light in order to make parallel light incident on the liquid crystal panel 5. For this purpose, in this example, condenser lenses 101, 102, 103 are arranged. What is the focal length of this condenser lens? It is set equal to the distance b between the second lens plate 32 and the condenser lens. In this example, a plano-convex lens is used as the condenser lens with the convex surface facing the liquid crystal panel 5 side. The convex surface may be arranged so as to face the second lens plate. Instead of a plano-convex lens, a biconvex lens or a Fresnel lens can also be used. By arranging the condenser lenses 101, 102, and 103 in this way, the principal ray of the light beam emitted through the liquid crystal panel 5 becomes parallel to the central axis 1a of the entire illumination system.

次に、図6(B)には、照明光学系の変形例を示してある。この例では、光源2の反射鏡22の反射面として放物面を用いている。この場合には、放物面の焦点は光源ランプ21の発光部に一致させるので、反射鏡22で反射された光束は、照明系の中心軸1aにほぼ平行な光束になる。したがって、この場合に使用する均一照明光学素子3は、同一寸法の第1のレンズ板31’および第2のレンズ板32’で構成され、各レンズ板を構成している矩形レンズの焦点距離も等しい。第2のレンズ板32’の各矩形レンズ302’は、対応する第1のレンズ板31’の矩形レンズの像を無限遠に結像させる。したがって、この場合には、レンズ306を付加して、無限遠にできるはずの像を液晶パネル5の表示領域5A上に形成する。レンズ306の焦点距離は、このレンズと液晶パネル5の距離に等しくなるように設定される。なお、レンズ306を第2のレンズ板32と一体化することもできる。   Next, FIG. 6B shows a modification of the illumination optical system. In this example, a paraboloid is used as a reflection surface of the reflection mirror 22 of the light source 2. In this case, since the focus of the paraboloid is made to coincide with the light emitting portion of the light source lamp 21, the light flux reflected by the reflecting mirror 22 becomes a light flux substantially parallel to the central axis 1a of the illumination system. Therefore, the uniform illumination optical element 3 used in this case is composed of the first lens plate 31 'and the second lens plate 32' having the same dimensions, and the focal length of the rectangular lens forming each lens plate is also large. equal. Each rectangular lens 302 'of the second lens plate 32' forms an image of the corresponding rectangular lens of the first lens plate 31 'at infinity. Therefore, in this case, an image that can be formed at infinity is formed on the display area 5A of the liquid crystal panel 5 by adding the lens 306. The focal length of the lens 306 is set to be equal to the distance between the lens and the liquid crystal panel 5. Note that the lens 306 can be integrated with the second lens plate 32.

なお、各レンズ板31、32の矩形レンズによる分割数が比較的少ない場合は、各レンズ板間の距離を比較的大きくすることができ、図15に示されるように、各レンズ板の間に、反射鏡33を介在させることが可能である。この場合、均一照明光学素子の占める体積が前例の場合の1/2程度になるという利点がある。また、この図に示されるように、全光学系の配置を正方形に近づけることができ、装置全体の小型化に寄与する。   When the number of divisions of the lens plates 31 and 32 by the rectangular lenses is relatively small, the distance between the lens plates can be made relatively large, and as shown in FIG. A mirror 33 can be interposed. In this case, there is an advantage that the volume occupied by the uniform illumination optical element is reduced to about の of that of the previous example. Further, as shown in this figure, the arrangement of all the optical systems can be approximated to a square, which contributes to downsizing of the entire apparatus.

(導光系)
前述したように、本例の導光系9は、2枚の反射鏡91、92とこれらの間に配置した中間レンズ93から構成されている。本例に適用可能な導光系の別の構成例を以下に説明する。
(Light guide system)
As described above, the light guide system 9 of the present embodiment includes the two reflecting mirrors 91 and 92 and the intermediate lens 93 disposed therebetween. Another configuration example of the light guide system applicable to this embodiment will be described below.

まず、図7に示す導光系9Aは本例の導光系9から中間レンズ93を省略した構成となっている。   First, the light guide system 9A shown in FIG. 7 has a configuration in which the intermediate lens 93 is omitted from the light guide system 9 of this example.

次に、図8(A)に示す導光系9Bは、本例の導光系9の構成に加えて、その入射部側に入射レンズ94を付加すると共に、その出射部側に出射レンズ95を付加したした構成となっている。   Next, in the light guide system 9B shown in FIG. 8A, in addition to the configuration of the light guide system 9 of the present example, an incident lens 94 is added to the incident portion side and an output lens 95 is provided to the output portion side. Is added.

図8(B)を参照して、この構成の導光系9Bの動作を説明する。図においては、説明を容易にするために、一対の反射鏡91、92を省略した直線系として示してある。図に示すように、中間レンズ93は導光系9Bの全光路のちょうど中心にあり、全光路長を2aとすると、中間レンズ93の焦点距離はa/2にほぼ等しくなるように設定してある。従って、中間レンズ93は、導光系9Bの入射側における物体96の像を、導光系の出射側に反転像97として結像させる。
すなわち、入射側の照度分布が出射側において180度回転して伝達される。しかし、本例では均一照明光学素子3を備えた照明光学系を用いているので、照度分布は180度の回転に対してほぼ対称となっている。よって、照度分布がこのように回転あるいは反転しても、表示の色むらが発生することはない。
The operation of the light guide system 9B having this configuration will be described with reference to FIG. In the figure, for the sake of simplicity, a pair of reflecting mirrors 91 and 92 is shown as a linear system in which it is omitted. As shown in the figure, the intermediate lens 93 is located exactly at the center of the entire optical path of the light guide system 9B. If the total optical path length is 2a, the focal length of the intermediate lens 93 is set to be substantially equal to a / 2. is there. Therefore, the intermediate lens 93 forms an image of the object 96 on the incident side of the light guide system 9B as an inverted image 97 on the emission side of the light guide system.
That is, the illuminance distribution on the incident side is transmitted by being rotated 180 degrees on the exit side. However, in this example, since the illumination optical system including the uniform illumination optical element 3 is used, the illuminance distribution is substantially symmetric with respect to the rotation of 180 degrees. Therefore, even if the illuminance distribution is rotated or inverted in this manner, color unevenness of the display does not occur.

一方、入射レンズ94は、その焦点距離が中間レンズ93までの距離aに等しく、集光レンズ103を通過して平行になった光束Gの主光線9aを中間レンズ93の中心に向ける。従って、中間レンズ93の中心部には、均一照明光学素子3の出射側の第2のレンズ板32の像が形成される。また、出射レンズ95の焦点距離もaに等しくなるように設定してあり、中間レンズ93の中心から発散する光束の主光線を平行にして出射する。入射レンズ94は、図に示すように、平凸レンズであり、その凸面の側を入射側に向けて配置してあり、これにより、レンズの球面収差を小さくしている。出射レンズ95も平凸レンズであり、その凸面側が出射側に向くように配置してある。   On the other hand, the incident lens 94 has a focal length equal to the distance a to the intermediate lens 93, and directs the principal ray 9 a of the light flux G passing through the condenser lens 103 and becoming parallel to the center of the intermediate lens 93. Therefore, an image of the second lens plate 32 on the emission side of the uniform illumination optical element 3 is formed at the center of the intermediate lens 93. The focal length of the exit lens 95 is also set to be equal to a, and the principal ray of the light beam diverging from the center of the intermediate lens 93 is emitted in parallel. As shown in the drawing, the incident lens 94 is a plano-convex lens, and the convex surface side is arranged toward the incident side, thereby reducing the spherical aberration of the lens. The exit lens 95 is also a plano-convex lens, and is disposed so that the convex side faces the exit side.

なお、入射レンズおよび出射レンズの焦点距離は、導光系9Bの全光路長(2a)の約0.5から約0.7倍の範囲内に設定すればよい。また、中間レンズの焦点距離は、球面収差を小さくする観点から、全光路長(2a)の1/4よりも僅かに長くすることが好ましく、約0.25から約0.4倍の範囲内に設定すればよい。   The focal lengths of the input lens and the output lens may be set within a range of about 0.5 to about 0.7 times the total optical path length (2a) of the light guide system 9B. Further, the focal length of the intermediate lens is preferably slightly longer than 全 of the total optical path length (2a), from the viewpoint of reducing spherical aberration, and is in the range of about 0.25 to about 0.4 times. Should be set to.

図9(A)には、上記の導光系9Bの変形例を示してある。この図に示す導光系9Cにおいては、導光系9Bにおける入射レンズ94を、その光路方向の手前に配置されている集光レンズ103と一体化したレンズ97としてある。このレンズ97の焦点距離は、入射レンズ94と集光レンズ103の屈折力を足し合わせた値に設定される。すなわち、図9(B)に示すように、ab/(a+b)に設定される。このレンズ97は球面収差を小さくするために、両凸レンズとすることが好ましい。なお、この図9(B)においては、中間レンズ93を、2枚の平凸レンズ931、932で構成した状態で示してある。図に示すように、この場合には、各平凸レンズ931、932の焦点距離をaに設定する。また、各レンズの凸面を向かい合わせた状態で配置することにより、両凸レンズ1枚の場合に比べて、球面収差を極めて小さくすることができる。この結果、導光系の入射側における照度分布を極めて正確に出射側に伝達することができる。   FIG. 9A shows a modification of the light guide system 9B. In the light guide system 9C shown in this figure, the incident lens 94 in the light guide system 9B is a lens 97 that is integrated with the condenser lens 103 disposed in front of the light path direction. The focal length of the lens 97 is set to a value obtained by adding the refractive powers of the incident lens 94 and the condenser lens 103. That is, as shown in FIG. 9B, it is set to ab / (a + b). This lens 97 is preferably a biconvex lens in order to reduce spherical aberration. In FIG. 9B, the intermediate lens 93 is shown as being composed of two plano-convex lenses 931 and 932. As shown in the figure, in this case, the focal length of each of the plano-convex lenses 931 and 932 is set to a. Further, by arranging the convex surfaces of the lenses facing each other, the spherical aberration can be extremely reduced as compared with a single biconvex lens. As a result, the illuminance distribution on the entrance side of the light guide system can be transmitted to the exit side very accurately.

次に、図10には、導光系9Cの変形例を示してある。図に示す導光系9Dにおいては、上記の導光系9Cにおいて一体化したレンズ97を、非球面レンズ98としてある。このように非球面レンズ98を用いることにより、両凸レンズを使用する場合にくらべて、さらに球面収差を小さくすることができる。よって、導光系の入射側における照度分布を極めて正確に出射側に伝達することができる。   Next, FIG. 10 shows a modification of the light guide system 9C. In the light guide system 9D shown in the figure, the lens 97 integrated in the light guide system 9C is an aspheric lens 98. By using the aspherical lens 98 in this way, it is possible to further reduce spherical aberration as compared with the case of using a biconvex lens. Therefore, the illuminance distribution on the incident side of the light guide system can be transmitted to the exit side extremely accurately.

(実施例1の効果)
以上説明したように、本例の投写型表示装置1においては、その照明光学系として均一照明光学素子3を備えたものを使用し、色合成光学系には軸対称光学素子であるダイクロイックプリズムを使用している。したがって、色むらや照度むらが少なく、しかも照明効率の高い投写型表示装置を実現できる。また、ダイクロイックプリズムからなる色合成系を用いているので、投写レンズの焦点距離を短くでき、短距離での大画面表示が可能となる。よって、本例の構成をリアープロジェクターに適用すれば、その奥行きを短くできるので、装置をコンパクトにすることができる。
(Effect of Embodiment 1)
As described above, in the projection display apparatus 1 of the present embodiment, the one having the uniform illumination optical element 3 is used as the illumination optical system, and the dichroic prism which is an axially symmetric optical element is used as the color synthesis optical system. I'm using Therefore, it is possible to realize a projection display device with less color unevenness and illuminance unevenness and high illumination efficiency. In addition, since a color synthesis system including a dichroic prism is used, the focal length of the projection lens can be shortened, and a large-screen display can be performed at a short distance. Therefore, if the configuration of this example is applied to a rear projector, the depth can be shortened, and the device can be made compact.

また、導光系を構成している光学素子である中間レンズ、入射レンズ、出射レンズの焦点距離を適切な値に設定しているので、ここを通過する色光束の色むらの発生、光量損失を少なくでき、これによっても、投写画像の色むら、照度むら等の発生を抑制でき、また、明るい画像を形成することが可能になる。   In addition, since the focal lengths of the intermediate lens, the entrance lens, and the exit lens, which are the optical elements constituting the light guide system, are set to appropriate values, the occurrence of color unevenness of the color light beam passing therethrough and the loss of light amount This can also reduce the occurrence of color unevenness and illuminance unevenness of the projected image, and can form a bright image.

さらには、導光系における入射レンズと、集光レンズとを一体化した構成を採用した場合には、構成要素を少なくできるので、その分、光学系をコンパクトで廉価にすることができる。また、一体化したレンズを非球面レンズとした場合には、光学系をコンパクトにできると共に球面収差も小さくすることができる。   Furthermore, when the configuration in which the incident lens and the condenser lens in the light guide system are adopted is adopted, the number of constituent elements can be reduced, so that the optical system can be made compact and inexpensive. When the integrated lens is an aspherical lens, the optical system can be made compact and the spherical aberration can be reduced.

一方、本例においては、均一照明光学素子における分割数を3乃至7の範囲にしてあり、また、液晶パネルの画素ピッチを50μm以下に設定してあるので、投写画像に色むら、ぼけ等が発生することを抑制でき、したがって、画像品位の高い投写画像を形成することのできる投写型表示装置を実現できる。   On the other hand, in this example, the number of divisions in the uniform illumination optical element is in the range of 3 to 7, and the pixel pitch of the liquid crystal panel is set to 50 μm or less. Generation can be suppressed, and therefore, a projection display device that can form a projection image with high image quality can be realized.

図11には本発明の実施例2に係る投写型表示装置を示してある。本例の投写型表示装置100は、その導光系の構成以外は前述した実施例1の投写型表示装置1と同一である。したがって、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。 FIG. 11 shows a projection display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The projection display apparatus 100 of the present embodiment is the same as the projection display apparatus 1 of the first embodiment except for the configuration of the light guide system. Therefore, corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

本例の投写型表示装置100における導光系9Eは、入射側の三角柱プリズム901と、出射側の三角柱プリズム902と、これらの間に配置した四角柱プリズム903から構成されている。   The light guide system 9E in the projection display device 100 of the present example includes a triangular prism 901 on the incident side, a triangular prism 902 on the exit side, and a quadrangular prism 903 arranged therebetween.

図11(B)を参照して本例の導光系9Eの働きを説明する。集光レンズ103によって平行化された光束は、三角柱プリズム901の入射面904に垂直に入射し、全反射面905で反射されて出射面906から出射する。全反射面905は、単に硝材あるいはプラスチックの光学平坦面であってもよい。しかし、入射光束中に全反射されないような角度の光線が含まれる場合は、アルミニウム、銀等の金属膜をコーティングすることが好ましい。この代わりに、誘電体多層反射膜をコーティングしてもよい。入射面904と出射面906は、図においても示すように、全反射による導光の働きがあるので、空気と硝材の界面である必要があり、隣接する光学要素と接着させることができない。従って、三角柱プリズム901は、5つの面が全て光学的平坦面であることが必要であり、場合によっては入射面904と出射面906に減反射コーティングを施す必要がある。特に、隣接する四角柱プリズム903との界面には、無反射コーティングを施すことが好ましい。   The operation of the light guide system 9E of this example will be described with reference to FIG. The light beam collimated by the condenser lens 103 is perpendicularly incident on the incident surface 904 of the triangular prism 901, is reflected by the total reflection surface 905, and exits from the exit surface 906. The total reflection surface 905 may be simply a glass or plastic optical flat surface. However, when the incident light beam includes a light beam having an angle that is not totally reflected, it is preferable to coat a metal film such as aluminum or silver. Instead, a dielectric multilayer reflective film may be coated. As shown in the drawing, the entrance surface 904 and the exit surface 906 have a function of guiding light by total reflection, and therefore need to be an interface between air and a glass material, and cannot be bonded to an adjacent optical element. Therefore, all five surfaces of the triangular prism 901 need to be optically flat surfaces, and in some cases, it is necessary to apply an anti-reflection coating to the entrance surface 904 and the exit surface 906. In particular, it is preferable to apply an anti-reflection coating to the interface with the adjacent quadrangular prism 903.

四角柱プリズム903は、6つの面が全て光学的平坦面であり、通過する光束の主軸に平行な4つの面907は、全反射によって光束を導く。出射側の三角柱プリズム902は、入射側の三角柱プリズム901と同一構成である。出射した光束は、液晶パネル5Gの表示部5Aに入射される。   The square prism 903 has optical flat surfaces on all six surfaces, and the four surfaces 907 parallel to the main axis of the passing light beam guide the light beam by total reflection. The exit-side triangular prism 902 has the same configuration as the incident-side triangular prism 901. The emitted light beam enters the display unit 5A of the liquid crystal panel 5G.

光束の伝達率を高くするために、三角柱プリズム901の入射面904の形状と、三角柱プリズム902の出射面の形状は、液晶パネル5Gの表示部5Aの矩形形状とほぼ同一にする。ここで、照明光学系の均一照明光学素子3は、図3に示すように、矩形レンズをマトリックス状に配置した第1および第2のレンズ板31、32から構成されている。したがって、入射側の三角柱プリズム901の入射面904は、その矩形形状に合わせてほぼ均一に照明される。3つのプリズムは、入射光束の光量と平行性と均一な明るさ分布を保持した状態のままで、液晶パネル5Gの表示部5Aに伝達される。出射側の三角柱プリズム902と液晶パネル5Gは近接配置する必要があるが、無視できない距離がある場合には、導光のためのプリズムやレンズを追加配置すればよい。   In order to increase the light flux transmission rate, the shape of the entrance surface 904 of the triangular prism 901 and the shape of the exit surface of the triangular prism 902 are made substantially the same as the rectangular shape of the display unit 5A of the liquid crystal panel 5G. Here, the uniform illumination optical element 3 of the illumination optical system includes, as shown in FIG. 3, first and second lens plates 31 and 32 in which rectangular lenses are arranged in a matrix. Therefore, the incident surface 904 of the triangular prism 901 on the incident side is almost uniformly illuminated according to its rectangular shape. The three prisms are transmitted to the display unit 5A of the liquid crystal panel 5G while maintaining the amount of incident light flux, the parallelism, and the uniform brightness distribution. The emission-side triangular prism 902 and the liquid crystal panel 5G need to be arranged close to each other, but if there is a distance that cannot be ignored, a prism or lens for guiding light may be additionally arranged.

このように構成した本例の投写型表示装置によって、前述した実施例1の場合と同様な効果を得ることができる。なお、本例における導光系の四角柱プリズム903の代わりに、例えば、4枚の反射鏡を組み合わせて筒状とした導光部材を用いてもよい。   With the projection display device of the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Note that, instead of the square prism 903 of the light guide system in the present example, for example, a cylindrical light guide member formed by combining four reflecting mirrors may be used.

なお、図11(B)の四角柱プリズム903は、図12(A)に示すような4枚の反射鏡903’により構成される筒状の導光系であってもよい。導光面の反射率はわずかに低くなるものの、働きとしては同一になる。また、導光系を図12(B)に示すように、上下の2枚の反射板911、912と、光路の折り曲げのための2枚の反射鏡913、914で構成してもよい。この場合は、入射光束を損失なく伝達することはできないが、レンズ103の焦点距離を幾分か短くすることで、損失量を少なくすることができる。この場合は照度分布を保存することができないので図4で示したような円柱レンズを用いた均一照明光学素子の場合に適した方法である。   Note that the square prism 903 in FIG. 11B may be a cylindrical light guide system including four reflecting mirrors 903 'as shown in FIG. 12A. Although the reflectance of the light guide surface is slightly lower, the function is the same. Further, as shown in FIG. 12B, the light guide system may be constituted by two upper and lower reflectors 911 and 912 and two reflectors 913 and 914 for bending the optical path. In this case, the incident light beam cannot be transmitted without loss, but the loss amount can be reduced by shortening the focal length of the lens 103 somewhat. In this case, since the illuminance distribution cannot be preserved, this method is suitable for a uniform illumination optical element using a cylindrical lens as shown in FIG.

図16には、本発明の実施例3に係る投写型表示装置を示してある。本例の投写型表示装置500は、その導光系の構成以外は前述した実施例1と同一である。したがって、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。 FIG. 16 shows a projection display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The projection display apparatus 500 of this example is the same as the above-described first embodiment except for the configuration of the light guide system. Therefore, corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

本例の投写型表示装置500における導光系9Fは、入射側のフィールドレンズ921と出射側のフィールドレンズ922と凹面鏡923で構成されている。
導光系9Fの入射部付近にある集光レンズ103と、フィールドレンズ921とを一体化して一枚のレンズで代用することもできる。
The light guide system 9F in the projection display device 500 of the present example includes a field lens 921 on the incident side, a field lens 922 on the exit side, and a concave mirror 923.
The condenser lens 103 near the entrance of the light guide system 9F and the field lens 921 can be integrated and replaced with a single lens.

この構成を有する導光系9Gを、図17に示してある。一体化したレンズ924は図に示すように偏心した両凸レンズで構成される。   A light guide system 9G having this configuration is shown in FIG. The integrated lens 924 is composed of an eccentric biconvex lens as shown in the figure.

上記の導光系9Fの具体的構成を図18(A)に示す。光路の中心にある凹面鏡923とフィールドレンズ921あるいはフィールドレンズ922までの距離をaとすると、凹面鏡923の焦点距離はa/2にほぼ等しい。この凹面鏡923の曲面形状は、球面あるいは楕円面である。従って、凹面鏡923は、入射部の物体802の像を出射部に反射像803として結像し、実際には、入射部の照度分布が出射部において反転して出力される。フィールドレンズ921と922の焦点距離はaに等しく、それぞれのレンズの光軸801は両者の中心で一致している。入射側のフィールドレンズ921は、集光レンズ103から平行光束を凹面鏡923の中心に集める。出射側のフィールドレンズ922は、凹面鏡923からの反射光束を、液晶パネル5Gに垂直な光束となるように屈折させる。   FIG. 18A shows a specific configuration of the light guide system 9F. Assuming that the distance between the concave mirror 923 at the center of the optical path and the field lens 921 or the field lens 922 is a, the focal length of the concave mirror 923 is substantially equal to a / 2. The curved shape of the concave mirror 923 is a spherical surface or an elliptical surface. Therefore, the concave mirror 923 forms an image of the object 802 at the incident portion on the emission portion as a reflected image 803, and in fact, the illuminance distribution at the incidence portion is inverted and output at the emission portion. The focal lengths of the field lenses 921 and 922 are equal to a, and the optical axis 801 of each lens coincides with the center of both. The incident-side field lens 921 collects the parallel light flux from the condenser lens 103 at the center of the concave mirror 923. The emission-side field lens 922 refracts the light beam reflected from the concave mirror 923 so as to be a light beam perpendicular to the liquid crystal panel 5G.

なお、導光系9Fを、図18(B)に示すように構成することもできる。この図に示す導光系9Hでは、上記の導光系9Eにおける2枚のフィールドレンズ921、922を、一枚のレンズ806で構成し、凹面鏡923を平面鏡804に置き換えて、レンズ806からa/2の距離に配置してある。さらに、レンズ806の光軸807に垂直に平面鏡805を配置してある。導光系9Hに入射する平行光束は、レンズ806の端部を通って平面鏡804で反射され、平面鏡805の中心に集まる。平面鏡805から反射された光束は、平面鏡804で反射されてからレンズ806の端部を通り、液晶パネル5Gの表示部5Aに垂直に入射する。入射部の物体802の像を出射部の反転像803として形成させるのはレンズ806の中心部であり、光束はレンズ806の中心部を2回通過するので、焦点距離がa/2のレンズを通過したことと同じになる。本例の構成は、上記の導光系9Fの場合よりもサイズが小さくなるという利点がある。   Note that the light guide system 9F can be configured as shown in FIG. In the light guide system 9H shown in this figure, the two field lenses 921 and 922 in the light guide system 9E described above are constituted by a single lens 806, and the concave mirror 923 is replaced with a plane mirror 804. 2 distance. Further, a plane mirror 805 is arranged perpendicular to the optical axis 807 of the lens 806. The parallel light beam incident on the light guide system 9H passes through the end of the lens 806, is reflected by the plane mirror 804, and converges at the center of the plane mirror 805. The light beam reflected from the plane mirror 805 is reflected by the plane mirror 804, passes through the end of the lens 806, and vertically enters the display unit 5A of the liquid crystal panel 5G. It is the center of the lens 806 that forms the image of the object 802 at the entrance as an inverted image 803 of the exit, and the light beam passes through the center of the lens 806 twice. It is the same as having passed. The configuration of this example has an advantage that the size is smaller than in the case of the above-described light guide system 9F.

図13には本発明の実施例4に係る投写型表示装置を示してある。本例の投写型表示装置200は光学系をそのケース201内にコンパクトに収納するための工夫がなされている。本例における光学系は、照明光学系2Bと、色分離光学系4と、ライトバブル5R、5Gおよび5Bと、色合成光学系6と、投写レンズ7と、導光系9Dから構成されている。これらのうち、色分離光学系4、ライトバルブ5R、5G、5B、色合成光学系6、投写レンズ7は、実施例1の装置100における場合と同一である。また、導光系9Dは、図10に示すものと同一である。したがって、これらの部分における対応する部位には同一の符号を付し、それらの各部位の説明は省略する。 FIG. 13 shows a projection display apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The projection type display device 200 of this embodiment is devised to compactly store the optical system in its case 201. The optical system in this example includes an illumination optical system 2B, a color separation optical system 4, light bubbles 5R, 5G, and 5B, a color combining optical system 6, a projection lens 7, and a light guide system 9D. . Among them, the color separation optical system 4, the light valves 5R, 5G, 5B, the color combining optical system 6, and the projection lens 7 are the same as those in the device 100 of the first embodiment. The light guide system 9D is the same as that shown in FIG. Therefore, corresponding portions in these portions are denoted by the same reference numerals, and descriptions of those portions will be omitted.

本例の装置200においては、照明光学系2Bからの出射光の中心軸1aと、投写レンズ7の光軸7aとが平行となるようにするために、照明光学系2Bにおいて、光源ランプ21からの出射光の方向を直角に折り曲げるようにしている。
また、照明光学系2Bは、偏光変換系11を備えた構成となっている。
In the apparatus 200 of the present example, in order to make the central axis 1a of the light emitted from the illumination optical system 2B and the optical axis 7a of the projection lens 7 parallel, the illumination optical system 2B uses Is bent at a right angle.
The illumination optical system 2B has a configuration including a polarization conversion system 11.

すなわち、本例の照明光学系2Bは、ランプ21および反射鏡22から構成した光源2と、この出射側に配置した偏光変換素子11と、この出射側に配置した均一照明光学素子3Aから構成されている。   That is, the illumination optical system 2B of the present example includes the light source 2 including the lamp 21 and the reflecting mirror 22, the polarization conversion element 11 disposed on the output side, and the uniform illumination optical element 3A disposed on the output side. ing.

図14に示すように、本例の偏光変換素子11は、偏光ビームスプリッタ111と、反射鏡112と、λ/2位相差板113から構成される。光源2から出射されたランダム偏光114は、偏光分離要素である偏光ビームスプリッタ111によって、P偏光115とS偏光116の2つの直線偏光に分離される。偏光ビームスプリッタ111の偏光分離機能は入射角依存性を持つので、光源としては、平行性に優れた光を出射できる短アーク長のランプを備えたものが適している。分離されたP偏光115は、偏光面回転要素であるλ/2位相差板113を通過することにより、偏光面が90度回転してS偏光になる。一方、S偏光116はプリズム型反射鏡112によってその光路を折り曲げられるだけであり、そのままS偏光として出射される。本例では、反射鏡112は例えばアルムニウムの蒸着膜として形成されており、P偏光よりもS偏光の反射率が高いので、S偏光の光路を反射鏡112で折り曲げる配置構成としてある。反射鏡112としては、プリズム型の他に、一般的な平面型の反射鏡を使用してもよい。この構成の偏光変換素子11を通過することにより、光源からのランダム偏光114は、S偏光として出射される。なお、本例では、P偏光をS偏光に変換するようにしているが、逆に、S偏光をP偏光に変換して、偏光変換素子11からP偏光を出射させるようにしてもよい。   As shown in FIG. 14, the polarization conversion element 11 of the present example includes a polarization beam splitter 111, a reflecting mirror 112, and a λ / 2 phase difference plate 113. The random polarized light 114 emitted from the light source 2 is separated into two linearly polarized lights of P-polarized light 115 and S-polarized light 116 by a polarization beam splitter 111 which is a polarization separation element. Since the polarization splitting function of the polarization beam splitter 111 has an incident angle dependence, a light source provided with a lamp having a short arc length capable of emitting light with excellent parallelism is suitable. The separated P-polarized light 115 passes through the λ / 2 retardation plate 113, which is a polarization plane rotation element, so that the polarization plane is rotated 90 degrees to become S-polarized light. On the other hand, the S-polarized light 116 is merely bent in its optical path by the prism-type reflecting mirror 112 and is emitted as it is as S-polarized light. In this example, the reflecting mirror 112 is formed as, for example, an evaporated film of aluminum and has a higher reflectance of S-polarized light than P-polarized light. Therefore, the reflecting mirror 112 bends the optical path of S-polarized light. As the reflecting mirror 112, besides the prism type, a general flat type reflecting mirror may be used. By passing through the polarization conversion element 11 having this configuration, the random polarized light 114 from the light source is emitted as S-polarized light. In this example, the P-polarized light is converted to the S-polarized light. However, the S-polarized light may be converted to the P-polarized light, and the P-polarized light may be emitted from the polarization conversion element 11.

次に、この偏光変換素子11の出射側に配置されている均一照明素子3Aは、出射されたS偏光116の主軸に垂直な平面上に配置された第1のレンズ板31と、これと直交する状態に配置された第2のレンズ板32と、これらのレンズ板31、32の間に配置され、光路を直角に折り曲げるための反射鏡33で構成されている。第1のレンズ板および第2のレンズ板の構成は実施例1の場合と同一である。このように、均一照明素子3Aに入射した光束は、直角に折り曲げられて、ここから出射する。出射した白色のS偏光光束は、色分離光学系4において原色光束に分離される。分離された各色の光束は、ダイクロイックプリズムからなる色合成光学系6において合成され、投写レンズ7を介してスクリーン8上に拡大投影される。   Next, the uniform illumination element 3A arranged on the emission side of the polarization conversion element 11 has a first lens plate 31 arranged on a plane perpendicular to the main axis of the emitted S-polarized light 116, and a first lens plate 31 orthogonal to the first lens plate 31. A second lens plate 32 is disposed in a state of being bent, and a reflecting mirror 33 is disposed between the lens plates 31 and 32 to bend the optical path at a right angle. The configurations of the first lens plate and the second lens plate are the same as those in the first embodiment. As described above, the light beam incident on the uniform illumination element 3A is bent at a right angle, and exits therefrom. The emitted white S-polarized light beam is separated by the color separation optical system 4 into primary color light beams. The separated light beams of the respective colors are combined in a color combining optical system 6 composed of a dichroic prism, and are enlarged and projected on a screen 8 via a projection lens 7.

このように、本例の装置200においては、照明光学系2Bの出射方向に対して、投写光の方向を平行で逆向きとなるように、光路を形成すると共に、光源2の背面側におけるケース201内には、光源ランプ21による発熱を抑えるための冷却ファン12を配置してある。   As described above, in the device 200 of the present example, the optical path is formed so that the direction of the projection light is parallel and opposite to the emission direction of the illumination optical system 2B, and the case on the rear side of the light source 2 is formed. Inside 201, a cooling fan 12 for suppressing heat generation by the light source lamp 21 is arranged.

したがって、本例の装置200においては、その使用時において、冷却に使用されて温まった空気が投写光と同一方向に排出される。このため、この投写型表示装置をフロント投写型として、反射型のスクリーン上に映像を表示して観察するような場合には、観察者は通常は装置よりも後ろ側にいる。したがって、冷却ファンの騒音、あるいはそこから吹きだす温風によって、観察者の視聴が妨げられることがないという利点がある。また、オーディオラックのような比較的設置スペースに余裕の無い場所に設置する場合にも、前面からの排気であるので、排気が周囲にこもってしまうという問題も発生しないので都合がよい。   Therefore, in the apparatus 200 of this example, during use, the warm air used for cooling is discharged in the same direction as the projection light. For this reason, when the projection display device is a front projection type and an image is displayed and observed on a reflective screen, the observer is usually behind the device. Therefore, there is an advantage that the viewing of the observer is not hindered by the noise of the cooling fan or the warm air blown out therefrom. In addition, even in a case where the apparatus is installed in a place where the installation space is relatively small, such as an audio rack, since the air is exhausted from the front, there is no problem that the exhaust is trapped in the surroundings, which is convenient.

また、本例の装置200においては、照明光学系2Bは偏光変換素子11を備えている。したがって、光源から出射されるランダム偏光が特定の直線偏光に変換され、変換後の2つの光束が、発散損失を殆ど生ずることなく効果的に重畳結合されて出射される。よって、偏光のみを高効率で出射する明るい照明光学系を実現できる。さらには、本例では、出射された偏光光束を均一照明光学素子3Aに通過させているので、光源において発生している色むら、照度むらが抑制され、均一性の高い照明光を得ることができる。   Further, in the device 200 of this example, the illumination optical system 2B includes the polarization conversion element 11. Therefore, the randomly polarized light emitted from the light source is converted into a specific linearly polarized light, and the two light beams after the conversion are effectively superimposed and coupled with almost no divergence loss and emitted. Therefore, a bright illumination optical system that emits only polarized light with high efficiency can be realized. Further, in this example, since the emitted polarized light beam is passed through the uniform illumination optical element 3A, color unevenness and illuminance unevenness generated in the light source are suppressed, and illumination light with high uniformity can be obtained. it can.

5.上記実施例の効果
以上説明したように、上記実施例にかかる投写型表示装置は、照明光学系に均一照明光学素子を備え、また、色合成系にはダイクロイックプリズムを備え、さらに、色分離系における最も光路長の長い色光束の光路には導光系を配置し、さらにまた、色分離系を介して分離された各色の発散光束を集光レンズを介して平行光束としてライトバルブに照射するようにした構成を採用している。したがって、均一照明光学素子によって光源からの光の色むら、照度むらが抑制され、また、色合成系はミラー合成系に比べて色むら、照度むらの発生が少ないプリズム合成系であり、ここでの色むら等の発生も少ない。また、導光系を介して、光路長の長い色光束の光が光量損失が殆ど無い状態で伝達され、集光レンズによって平行光束がライトバルブに照射されるので、光量損失が少なく、照明効率が改善される。よって、上記実施例によれば、従来に比べて、色むら、照度むらが少なく、しかも照明効率の高い投写型表示装置を実現することができる。
5. As described above, the projection display apparatus according to the embodiment includes a uniform illumination optical element in the illumination optical system, a dichroic prism in the color synthesis system, and a color separation system. In the light path of the color light beam having the longest light path length, a light guide system is arranged, and the divergent light beams of each color separated through the color separation system are irradiated to the light valve as parallel light beams through the condenser lens. The above configuration is adopted. Therefore, the uniform illumination optical element suppresses color unevenness and illuminance unevenness of the light from the light source, and the color synthesizing system is a prism synthesizing system that generates less color unevenness and illuminance unevenness than the mirror synthesizing system. The occurrence of uneven color and the like is small. In addition, light of a color light beam having a long optical path length is transmitted through the light guide system in a state where there is almost no light amount loss, and a parallel light beam is irradiated to the light valve by the condenser lens, so that the light amount loss is small and the lighting efficiency is reduced. Is improved. Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to realize a projection display device with less color unevenness and illuminance unevenness and higher illumination efficiency than the related art.

また、上記実施例においては、その導光系の構成要素であるレンズの焦点距離を適切な値に設定し、あるいは、導光系としてプリズムを使用している。この構成によれば、導光系での色むら、光量損失を抑制できるので、色むらが少なく、照明効率の高い投写画像を形成することができる。   In the above embodiment, the focal length of the lens which is a component of the light guide system is set to an appropriate value, or a prism is used as the light guide system. According to this configuration, since color unevenness and light amount loss in the light guide system can be suppressed, a projected image with less color unevenness and high illumination efficiency can be formed.

さらに、上記実施例においては、投写光学系の中心軸に対して回転対称な要素であるダイクロイックプリズムを色合成系として使用し、ライトバルブとして画素ピッチが約50μm以下と小さなピッチの液晶パネルを使用している。したがって、上記実施例によれば、解像度のよい投写画像を形成できると共に、ポリシリコンTFT等の小型化が容易な液晶パネルを利用して装置全体を小型にすることができる。   Further, in the above embodiment, a dichroic prism, which is a rotationally symmetric element with respect to the central axis of the projection optical system, is used as a color synthesis system, and a liquid crystal panel having a small pitch of about 50 μm or less is used as a light valve. are doing. Therefore, according to the above embodiment, a projection image with high resolution can be formed, and the entire device can be reduced in size using a liquid crystal panel such as a polysilicon TFT, which can be easily reduced in size.

また、上記実施例では、均一照明光学素子を構成しているレンズ板の分割数を3から7の範囲内に設定してあるので、色むらが抑制された投写画像を形成することができる。   Further, in the above embodiment, since the number of divisions of the lens plate constituting the uniform illumination optical element is set in the range of 3 to 7, it is possible to form a projection image in which color unevenness is suppressed.

さらには、上記実施例では、照明光学系に偏光変換素子を備えた構成を採用しているので、光源ランプからの出射光束の発散損失を抑制でき、明るい投写画像を形成することができる。   Further, in the above embodiment, since the configuration in which the illumination optical system includes the polarization conversion element is employed, the divergence loss of the luminous flux emitted from the light source lamp can be suppressed, and a bright projection image can be formed.

一方、本発明の投写型表示装置においては、その照明光学系からの出射光の進行方向に対して、投写光を逆向きで平行な方向に出射できるように光路を構成し、投写光が出射する装置ケース側に、光源ランプの冷却手段を配置した構成を採用している。この構成によれば、フロントプロジェクターとして利用する場合には、投写画像の観察者が位置する側とは反対側に冷却手段が位置し、そこからの排気が観察者の側とは反対側に吹きだされる。よって、冷却手段の騒音、そこからの排気が、観察者の邪魔になることが無いという利点がある。   On the other hand, in the projection display device of the present invention, an optical path is configured so that the projection light can be emitted in a direction parallel to the direction of the light emitted from the illumination optical system in a direction opposite to the direction in which the projection light is emitted. A configuration in which cooling means for a light source lamp is disposed on the side of the device case to be used. According to this configuration, when used as a front projector, the cooling means is located on the side opposite to the side where the observer of the projected image is located, and exhaust air therefrom blows to the side opposite to the observer. Be sent out. Therefore, there is an advantage that the noise of the cooling means and the exhaust air therefrom do not disturb the observer.

一方、上記実施例によれば、上記の各効果に加えて、光学系の投写レンズのバックフォーカスが短いので、短距離の大画面投写が容易である。よって、プレゼンテーション用途や、家庭のホームシアター用途に適した投写型表示装置を実現できる。また、投写レンズのバックフォーカスが短いので、Fナンバーが小さく、明るい投写レンズを、少ないレンズ枚数で実現でき、装置を低コスト化を実現できる。   On the other hand, according to the above-described embodiment, in addition to the above-described respective effects, since the back focus of the projection lens of the optical system is short, large-screen projection over a short distance is easy. Therefore, a projection display device suitable for presentation use and home theater use at home can be realized. Also, since the back focus of the projection lens is short, a bright F-number and a small projection lens can be realized with a small number of lenses, and the cost of the apparatus can be reduced.

本発明の実施例1に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of an optical system of a projection display apparatus according to a first embodiment of the present invention. 投写型表示装置においてライトバルブとして使用される液晶パネルの画素密度と伝達特性(MTF)との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a pixel density and a transfer characteristic (MTF) of a liquid crystal panel used as a light valve in a projection display device. (A)および(B)は、それぞれ、図1の均一照明光学素子を構成している第1および第2のレンズ板の構成を示す概略斜視図である。FIGS. 2A and 2B are schematic perspective views showing the configurations of first and second lens plates constituting the uniform illumination optical element of FIG. 1, respectively. 図1の均一照明光学素子を構成している第1および第2のレンズ板の構成を示す概略斜視図である。FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating a configuration of first and second lens plates constituting the uniform illumination optical element of FIG. 1. 均一照明光学素子のレンズ板の分割数と色むらとの関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the number of divisions of a lens plate of a uniform illumination optical element and color unevenness. (A)および(B)は、均一照明光学素子の働きを説明するための説明図である。(A) and (B) are explanatory views for explaining the function of a uniform illumination optical element. 本発明の実施例1における導光系の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing a modification of a light guide system in Example 1 of the present invention. (A)および(B)は、本発明の実施例1における導光系の別の変形例を示す概略構成図、およびその働きを示す説明図である。(A) and (B) are a schematic block diagram showing another modification of the light guide system in the first embodiment of the present invention, and an explanatory diagram showing the operation thereof. (A)および(B)は、本発明の実施例1における導光系の更に別の変形例を示す概略構成図、およびその働きを示す説明図である。FIGS. 6A and 6B are a schematic configuration diagram showing still another modified example of the light guide system according to the first embodiment of the present invention, and an explanatory diagram showing its operation. 図9(A)に示す導光系の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the light guide system shown to FIG. 9 (A). (A)および(B)は、本発明の実施例に係る投写型表示装置の光学系を示す概略構成図、およびその導光系を示す説明図である。1A and 1B are a schematic configuration diagram showing an optical system of a projection display apparatus according to an embodiment of the present invention, and an explanatory diagram showing a light guide system thereof. (A)および(B)は、図11(B)の変形例を示す説明図である。(A) and (B) are explanatory views showing a modification of FIG. 11 (B). 本発明の実施例4に係る投写型表示装置の光学系および冷却ファンを示す概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating an optical system and a cooling fan of a projection display device according to a fourth embodiment of the present invention. 図13の照明光学系に組み込まれている偏光変換素子の構成を示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a polarization conversion element incorporated in the illumination optical system of FIG. 13. 図1における均一照明光学素子の変形例を示す概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a modification of the uniform illumination optical element in FIG. 1. 本発明の実施例3に係る投写型表示装置を示す概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a projection display device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例3に係る投写型表示装置の変形例を示す概略構成図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a modification of the projection display device according to the third embodiment of the present invention. (A)は図16の導光系を示す説明図である。(B)は図18(A)に示す導光系の変形例を示す説明図である。(A) is an explanatory view showing the light guide system of FIG. 16. FIG. 19B is an explanatory view showing a modification of the light guide system shown in FIG.

Claims (8)

光源と、ここから出射された白色光束を3色の光束に分離する色分離手段と、分離された各色の前記光束を変調する3枚のライトバルブと、前記色分離手段によって分離されて前記3枚のライトバルブのそれぞれに入射する各色の光束にうち、最も光路長の長い光束の光路上に配置された導光手段と、前記ライトバルブを介して変調された各色の変調光束を合成する色合成手段と、合成された変調光束をスクリーン上に投写する投写レンズとを有する投写型表示装置において、
前記光源と前記色分離手段の間の光路に介挿され、前記光源からの白色光束を均一な矩形光束に変換して前記色分離手段に向けて出射する均一照明光学手段と、
前記色分離手段における各色の光束を出射する光束出射部にそれぞれ配置され、前記均一照明光学手段からの発散光束をほぼ平行な光束に変換する3枚の集光レンズとを有し、
前記色合成手段はダイクロイックプリズムであり、
前記導光手段を通過する色光は緑色光であることを特徴とする投写型表示装置。
A light source; a color separation unit that separates a white light beam emitted from the light source into light beams of three colors; three light valves that modulate the light beams of the separated colors; and a light valve that is separated by the color separation unit. Among the light beams of each color incident on each of the light valves, a light guide unit disposed on the optical path of the light beam having the longest optical path length, and a color for synthesizing the modulated light beam of each color modulated via the light valve In a projection display device having a combining unit and a projection lens that projects the combined modulated light beam on a screen,
Uniform illumination optical means interposed in the optical path between the light source and the color separation means, converts the white light flux from the light source into a uniform rectangular light flux and emits the light toward the color separation means,
And three condensing lenses that are respectively arranged in the light beam emitting units that emit light beams of the respective colors in the color separation unit and convert the divergent light beam from the uniform illumination optical unit into a substantially parallel light beam.
The color combining means is a dichroic prism,
The projection display device, wherein the color light passing through the light guide is green light.
請求項1において、前記導光手段は、入射側反射鏡と、出射側反射鏡と、少なくとも一枚のレンズを有していることを特徴とする投写型表示装置。   2. The projection display device according to claim 1, wherein the light guide unit includes an incident-side reflecting mirror, an emitting-side reflecting mirror, and at least one lens. 請求項1において、前記導光手段は、入射側に配置されて光路を90度折り曲げる入射側三角柱プリズムと、出射側に配置されて光路を90度折り曲げる出射側三角柱プリズムと、これらの三角柱プリズムの間に配置された導光部材とを備えていることを特徴とする投写型表示装置。   The light guide means according to claim 1, wherein the light guide means is disposed on an incident side and bends an optical path by 90 degrees, an output side triangular prism is disposed on an outgoing side and bends an optical path by 90 degrees, and A projection display device comprising: a light guide member disposed therebetween. 請求項1ないし請求項3のうちの何れかの項において、前記ライトバルブは液晶パネルであり、当該液晶パネルの画素ピッチが約50μm以下であることを特徴とする投写型表示装置。   4. The projection display device according to claim 1, wherein the light valve is a liquid crystal panel, and a pixel pitch of the liquid crystal panel is about 50 μm or less. 請求項1ないし請求項4のうちの何れかの項において、前記均一照明光学手段は、複数のレンズを、前記光源の出力光の主軸に垂直な面内に配列した構成のレンズ板を少なくとも1枚備えることを特徴とする投射型表示装置。   5. The uniform illumination optical unit according to claim 1, wherein the uniform illumination optical unit includes at least one lens plate having a configuration in which a plurality of lenses are arranged in a plane perpendicular to a main axis of output light of the light source. A projection type display device comprising: 請求項5において、前記レンズ板における一方向のレンズ分割数は約3から約7の間であることを特徴とする投写型表示装置。   6. The projection display device according to claim 5, wherein the number of lens divisions in one direction in the lens plate is between about 3 and about 7. 請求項1ないし請求項6のうちの何れかの項において、前記均一照明光学手段は、第1のレンズ板と第2のレンズ板と、これらの間に介在する反射鏡とを備えることを特徴とする投写型表示装置。   7. The uniform illumination optical unit according to claim 1, wherein the uniform illumination optical unit includes a first lens plate, a second lens plate, and a reflecting mirror interposed therebetween. Projection type display device. 請求項1ないし請求項7のうちの何れかの項において、更に、前記均一照明光学手段は偏光変換手段を有し、前記偏光変換手段は、前記光源からのランダム偏光をP波とS波の2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と、分離された2つの偏光光の偏光面を一致させる偏光面回転要素とを備えていることを特徴とする投写型表示装置。
In any one of claims 1 to 7, the uniform illumination optical unit further includes a polarization conversion unit, and the polarization conversion unit converts random polarized light from the light source into a P wave and an S wave. A projection display device, comprising: a polarization separation element that separates two linearly polarized lights; and a polarization plane rotation element that matches the polarization planes of the two separated polarized lights.
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