JP2005345767A - Projector - Google Patents

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JP2005345767A JP2004165421A JP2004165421A JP2005345767A JP 2005345767 A JP2005345767 A JP 2005345767A JP 2004165421 A JP2004165421 A JP 2004165421A JP 2004165421 A JP2004165421 A JP 2004165421A JP 2005345767 A JP2005345767 A JP 2005345767A
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真 古澤
Satoshi Hashimoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a projector, in which the size of a light-modulation device for image formation can be selected for each color luminous flux. <P>SOLUTION: The projector includes the light-modulation devices for image formation corresponding to the plurality of color luminous fluxes and produces projection light by compositing luminous fluxes (image light) emitted from the corresponding light-modulation devices. For example, in a three-panel type projector using three liquid crystal panels 3R, 3G, and 3B, corresponding to the luminous fluxes in red, green and blue which are three primary colors, a correction lens is disposed in a necessary optical path so that where the size of at least one of the three liquid crystal panels is made different from the sizes of the other liquid crystal panels, in relation to a necessary amount of light of each color luminous flux, the sizes of the luminous fluxes emitted from the corresponding liquid crystal panels are adjusted, before a prism 5 used for combining the color luminous fluxes. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、LED(発光ダイオード)等の半導体発光素子を光源とし、複数の色光束毎に配置した複数の光変調装置からの像光を合成して投写するプロジェクタに関する。   The present invention relates to a projector that uses a semiconductor light emitting element such as an LED (light emitting diode) as a light source and synthesizes and projects image light from a plurality of light modulation devices arranged for each of a plurality of color light beams.

白色ランプを光源とし、3原色等の複数の色光束にそれぞれ対応した複数の液晶パネルを光変調装置として用いたプロジェクタにおいては、色ズレ等の防止のため、各液晶パネルのサイズを全て同じにしている。
一方、近年、LEDを光源としたプロジェクタについての開発が進んでいる。LEDを光源とした場合には、色域を広くできる、瞬時に点灯できる、寿命が長い等の利点が上げられている。このようなLEDを光源としたプロジェクタにおいても、従来は各液晶パネルのサイズを各光束毎に選択決定することは考慮されていなかった(例えば、特許文献1)。
特開2004−61779号公報
In a projector using a white lamp as a light source and a plurality of liquid crystal panels each corresponding to a plurality of color beams of three primary colors as a light modulation device, the sizes of the liquid crystal panels are all the same to prevent color misalignment. ing.
On the other hand, in recent years, a projector using an LED as a light source has been developed. When an LED is used as a light source, advantages such as widening of the color gamut, instant lighting, and long life are given. Even in such a projector using an LED as a light source, conventionally, it has not been considered to select and determine the size of each liquid crystal panel for each light beam (for example, Patent Document 1).
JP 2004-61779 A

しかしながら、LED等の半導体発光素子を各色光束の光源に利用した場合には、各光束毎に全く独立に光学設計が可能であり、各色光束の必要光量や光源の輝度との関係に応じて、光変調装置の光変調領域サイズ(又は画像形成領域サイズ)を適宜に選択することで、光学設計の自由度が増し、それによりコストの低減に寄与することが可能になる。   However, when a semiconductor light emitting element such as an LED is used as the light source of each color light beam, optical design can be performed completely independently for each light beam, and depending on the relationship between the required light amount of each color light beam and the luminance of the light source, By appropriately selecting the light modulation area size (or image formation area size) of the light modulation device, the degree of freedom in optical design increases, thereby contributing to cost reduction.

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、LED等の半導体発光素子を光源として用いたプロジェクタにおいて、そこに用いられる液晶パネル等の光変調装置の光変調領域サイズを、各色光束毎の必要光量や光源の輝度との関係に応じて選択可能な構成、およびその構成を採用したプロジェクタを提案するものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a projector using a semiconductor light emitting element such as an LED as a light source, the light modulation area size of a light modulation device such as a liquid crystal panel used therefor is required for each color beam. The present invention proposes a configuration that can be selected according to the relationship between the amount of light and the luminance of the light source, and a projector that employs the configuration.

本発明のプロジェクタは、複数の色光束を合成して投写光とするプロジェクタにおいて、前記各色光束毎に配置された半導体発光素子光源と、前記各色光束を画像情報に基づいてそれぞれ変調し画像を形成する光変調装置であってその光変調領域サイズが各色光束毎に定められた光変調装置と、前記各光変調装置で変調された各色光束を合成する光合成装置と、前記光合成装置から出射された合成光を投写する投写レンズとを備え、前記光合成装置に入射する色光束のサイズを予め定めたサイズに変更する補正レンズを、前記各光束の光路のうちの少なくとも1つの光路の前記光変調装置と前記光合成装置の間に配置して、前記光合成装置に入射する各色光束のサイズを揃えたことを特徴とする。
これによれば、光源の輝度および光路効率等を考慮しながら、液晶パネル等の光変調装置のサイズを各色光束毎に決定することができる。従って、各色光束毎に、その出射光束量に応じたシステム構成が可能となり、コストの低減等が図れる。
The projector of the present invention is a projector that combines a plurality of color light fluxes into projection light, and forms a picture by modulating a semiconductor light emitting element light source arranged for each color light flux and each color light flux based on image information. A light modulation device having a light modulation region size determined for each color light beam, a light synthesis device for combining the color light beams modulated by the light modulation devices, and the light synthesis device A correction lens that changes a size of a color light beam incident on the light combining device to a predetermined size, and the light modulation device for at least one of the light paths of the light beams. And the size of each color light beam incident on the light combining device is made uniform.
According to this, it is possible to determine the size of the light modulation device such as a liquid crystal panel for each color light beam while considering the luminance of the light source, the optical path efficiency, and the like. Therefore, for each color light beam, a system configuration corresponding to the amount of emitted light beam is possible, and the cost can be reduced.

上記の場合、前記半導体発光素子光源をLEDから構成し、各光源毎に定めた個数のLEDを配置して前記投写光が白色光となるようにするのが好ましい。LEDは、色域を広くできる、瞬時に点灯できる、寿命が長い等の利点があるからである。   In the above case, it is preferable that the semiconductor light emitting element light source is composed of LEDs, and a predetermined number of LEDs are arranged for each light source so that the projection light becomes white light. This is because LEDs have advantages such as a wide color gamut, instant lighting, and long life.

また、本発明のプロジェクタは、前記複数の色光束が赤、緑、青の3種類であるものにおいて、各色光束に対応する各光変調装置の光変調領域サイズのうち、少なくとも1の光変調装置のサイズを他の光変調装置のサイズより大きくするか又は小さくし、これに対応する光路に、前記光合成装置に入射する各色光束のサイズを揃えるための光束サイズ縮小用もしくは光束サイズ拡大用の前記補正レンズを配置したものである。   In the projector according to the aspect of the invention, in the case where the plurality of color light beams are three types of red, green, and blue, at least one light modulation device among light modulation region sizes of the light modulation devices corresponding to the color light beams. For reducing the size of the light beam or for increasing the size of the light beam for aligning the size of each color light beam incident on the light combining device in the corresponding optical path. A correction lens is arranged.

例えば、前記複数の色光束が赤、緑、青の3種類であるものにおいて、前記緑色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズを、前記赤色光束および前記青色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズより大きくし、前記赤色光束および青色光束に対応する光路に、それらの光束のサイズを拡大させる前記補正レンズを配置したものが好ましい。これによれば、3つの光変調装置のうちの2つを小さくできるので、光変調装置のコストを下げることができ、しかも全体の明るさを決定する緑色光の利用率を低下させることもない。
また、前記複数の色光束が赤、緑、青の3種類であるものにおいて、前記緑色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズを、前記赤色光束および前記青色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズより大きくし、前記緑色光束に対応する光路に、その光束のサイズを縮小させる前記補正レンズを配置したものが好ましい。これによれば、緑色光の利用率は少し低下するが、光合成装置や投写レンズのサイズを小さくして、それらのコストを引き下げることができる。
For example, in the case where the plurality of color light beams are three types of red, green, and blue, the light modulation area size of the light modulation device corresponding to the green light beam is set to the light modulation device corresponding to the red light beam and the blue light beam. It is preferable that the correction lens for enlarging the size of the luminous flux is disposed in the optical path corresponding to the red luminous flux and the blue luminous flux. According to this, since two of the three light modulation devices can be reduced, the cost of the light modulation device can be reduced, and the utilization rate of the green light that determines the overall brightness is not reduced. .
Further, in the case where the plurality of color light beams are three types of red, green, and blue, the light modulation region size of the light modulation device corresponding to the green light beam is set to the light modulation device corresponding to the red light beam and the blue light beam. It is preferable that the correction lens for reducing the size of the light beam is disposed in the optical path corresponding to the green light beam. According to this, the utilization rate of green light is slightly reduced, but the size of the photosynthesis device and the projection lens can be reduced to reduce their cost.

なお、前記補正レンズは1つの非球面レンズとしても、また、複数のレンズからなるレンズ群としてもいずれでもよい。1つの非球面レンズの場合は設置スペースが少なくて済み、レンズ群とした場合には1つの非球面レンズの場合より解像度を向上させることができる。   The correction lens may be either a single aspherical lens or a lens group composed of a plurality of lenses. In the case of one aspheric lens, the installation space is small, and in the case of a lens group, the resolution can be improved as compared with the case of one aspheric lens.

さらに、前記各色光束の光束量の調整は、前記半導体発光素子の消費電力量を調整して行うようにしてもよい。また、前記光変調装置が液晶パネルである場合には、前記各色光束の光束量の調整を、前記液晶パネルの場所毎にその開度量を調整して行ってもよい。これらの調整により、各色光の合成光を所定の白色光とするための微調整が可能となる。   Furthermore, the adjustment of the light flux amount of each color light flux may be performed by adjusting the power consumption amount of the semiconductor light emitting element. Further, when the light modulation device is a liquid crystal panel, the light amount of each color light beam may be adjusted by adjusting the opening degree of each liquid crystal panel. By these adjustments, fine adjustment to make the combined light of each color light a predetermined white light becomes possible.

本発明は、複数の色光束にそれぞれ対応した画像形成用の光変調装置を備え、各光変調装置から出射した光束(像光)を合成して投写光とするプロジェクタに適用される。例えば、3原色である赤、緑、青の各色光束に対応した3個の液晶パネルを用いた3板式プロジェクタにおいて、各色光束の必要光量に関連して上記3個の液晶パネルのうちの少なくとも1つのパネルの光変調領域サイズ(又は画像形成領域サイズ)を相違させた場合に、各液晶パネルから出射された光束のサイズを各色光束を合成する装置の手前で揃えるように、必用な光路に補正レンズを組み込んでプロジェクタを構成するものである。   The present invention is applied to a projector including a light modulation device for image formation corresponding to each of a plurality of color light beams, and combining the light beams (image light) emitted from the light modulation devices into projection light. For example, in a three-plate projector using three liquid crystal panels corresponding to light beams of three primary colors red, green, and blue, at least one of the three liquid crystal panels is related to the required light quantity of each color light beam. When the light modulation area size (or image formation area size) of two panels is different, the size of the light beam emitted from each liquid crystal panel is corrected to the required light path so that it is aligned in front of the device that synthesizes each color light beam. A projector is constructed by incorporating a lens.

図1は、本発明の実施形態1に係るプロジェクタの光学系を示す概略構成図である。このプロジェクタは、3原色である赤、緑および青に対応する波長の光(以下、赤色光束、緑色光束および青色光束という)を発生する半導体発光素子光源としてのLED光源1R,1G,1Bを備える。なお、LED光源1R,1G,1Bは、LEDチップ1r,1g,1bを基板上に2次元的配列で複数取り付けたものである。また、このプロジェクタにおいては、光変調装置として液晶パネル3R,3G,3Bを備える。ここで、これらの液晶パネル3R,3G,3Bの光変調領域のサイズは、液晶パネル3Rと3Bが等しく、液晶パネル3Gが液晶パネル3Rと3Bより大きく設定されている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical system of a projector according to Embodiment 1 of the present invention. This projector includes LED light sources 1R, 1G, and 1B as semiconductor light-emitting element light sources that generate light having wavelengths corresponding to the three primary colors red, green, and blue (hereinafter referred to as red light flux, green light flux, and blue light flux). . The LED light sources 1R, 1G, and 1B are obtained by attaching a plurality of LED chips 1r, 1g, and 1b in a two-dimensional array on a substrate. In addition, this projector includes liquid crystal panels 3R, 3G, and 3B as light modulation devices. Here, the sizes of the light modulation areas of these liquid crystal panels 3R, 3G, and 3B are set to be the same for the liquid crystal panels 3R and 3B, and the liquid crystal panel 3G is set to be larger than the liquid crystal panels 3R and 3B.

LED光源1Rから出射した赤色光束は、集光レンズ2Rで集光されて、光変調装置である液晶パネル3Rに入る。液晶パネル3Rにおいて所定の画像情報に応じて変調された赤色光束は、補正レンズ4Rを通過して、液晶パネル3Gの光変調領域サイズと同じサイズの光束に拡大補正される。そして、この拡大補正された赤色光束が光合成装置としてのクロスダイクロイックプリズム5(以下、単にプリズム5という)に入射する。
同様に、LED光源1Bから出射した青色光束は、集光レンズ2Bで集光されて、光変調装置である液晶パネル3Bに入る。液晶パネル3Gにおいて所定の画像情報に応じて変調された青色光束は、補正レンズ4Bを通過して、液晶パネル3Gの光変調領域サイズと同じサイズの光束に拡大補正される。そして、この拡大補正された青色光束がプリズム5に入射する。
一方、LED光源1Gから出射した緑色光束は、集光レンズ2Gで集光されて、光変調装置である液晶パネル3Gに入る。液晶パネル3Gにおいて所定の画像情報に応じて変調された青色光束は、そのままプリズム5に入射する。
以上のようにして、サイズが揃えられた各色光束(像光)がプリズム5に入射し、そこで合成された後、投写レンズ6から投写される。なお、この例において、図中の6R,6G,6Bに示した点線部分が投写レンズ6のフォーカス面となっている。
The red light beam emitted from the LED light source 1R is condensed by the condenser lens 2R and enters the liquid crystal panel 3R which is a light modulation device. The red light beam modulated in accordance with the predetermined image information in the liquid crystal panel 3R passes through the correction lens 4R and is enlarged and corrected to a light beam having the same size as the light modulation area size of the liquid crystal panel 3G. Then, the red light beam subjected to the magnification correction is incident on a cross dichroic prism 5 (hereinafter simply referred to as a prism 5) as a light combining device.
Similarly, the blue light beam emitted from the LED light source 1B is condensed by the condenser lens 2B and enters the liquid crystal panel 3B which is a light modulation device. The blue light beam modulated according to the predetermined image information in the liquid crystal panel 3G passes through the correction lens 4B and is enlarged and corrected to a light beam having the same size as the light modulation area size of the liquid crystal panel 3G. The enlarged blue light beam is incident on the prism 5.
On the other hand, the green light beam emitted from the LED light source 1G is condensed by the condenser lens 2G and enters the liquid crystal panel 3G which is a light modulation device. The blue light beam modulated according to the predetermined image information in the liquid crystal panel 3G is incident on the prism 5 as it is.
As described above, the light beams (image light) having the same size are incident on the prism 5, synthesized there, and then projected from the projection lens 6. In this example, the dotted line portions indicated by 6R, 6G, and 6B in the figure are the focus surfaces of the projection lens 6.

図1の場合、プロジェクタの全体の明るさを決定する緑色光束の光量を優先しつつ、他の2つの色光束に対応する液晶パネルを小さくしているので、液晶パネルのコストを下げることができる。しかも緑色光束の光路に補正レンズがないため、緑色光を効率良く利用できる。なお、図1において、液晶パネル3Rと液晶パネル3Bの光変調領域サイズを相違させて、それらの光路に光束拡大率の異なる補正レンズを備えるようにしてもよい。   In the case of FIG. 1, since the liquid crystal panel corresponding to the other two color light beams is made smaller while giving priority to the amount of green light beam that determines the overall brightness of the projector, the cost of the liquid crystal panel can be reduced. . In addition, since there is no correction lens in the optical path of the green light beam, green light can be used efficiently. In FIG. 1, the light modulation area sizes of the liquid crystal panel 3R and the liquid crystal panel 3B may be different from each other, and correction lenses having different light beam expansion rates may be provided in the optical paths.

図2は、本発明の実施形態2に係るプロジェクタの光学系を示す概略構成図である。このプロジェクタは、赤色光束、緑色光束および青色光束を発生する半導体発光素子光源としてのLED11R,11G,11Bを備える。なお、ここでのLED光源11R,11G,11Bは、LEDチップ11r,11g,11bを基板上に2次元的配列で複数取り付けたものである。また、このプロジェクタにおいては、光変調装置として液晶パネル13R,13G,13Bを備える。ここで、これらの液晶パネル13R,13G,13Bの光変調領域のサイズは、液晶パネル13Rと13Bが等しく、液晶パネル13Gが液晶パネル13Rと13Bより大きく設定されている。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an optical system of the projector according to the second embodiment of the invention. The projector includes LEDs 11R, 11G, and 11B as semiconductor light emitting element light sources that generate a red light beam, a green light beam, and a blue light beam. Here, the LED light sources 11R, 11G, and 11B are obtained by attaching a plurality of LED chips 11r, 11g, and 11b in a two-dimensional array on a substrate. In addition, this projector includes liquid crystal panels 13R, 13G, and 13B as light modulation devices. Here, the sizes of the light modulation areas of these liquid crystal panels 13R, 13G, and 13B are the same for the liquid crystal panels 13R and 13B, and the liquid crystal panel 13G is set larger than the liquid crystal panels 13R and 13B.

LED光源11Rから出射した赤色光束は、集光レンズ12Rで集光されて、光変調装置である液晶パネル13Rに入る。液晶パネル13Rにおいて所定の画像情報に応じて変調された赤色光束は、そのまま光合成装置としてのクロスダイクロイックプリズム15(以下、単にプリズム15という)に入射する。
同様に、LED光源11Bから出射した青色光束は、集光レンズ12Bで集光されて、光変調装置である液晶パネル13Bに入る。液晶パネル13Bにおいて所定の画像情報に応じて変調された青色光束は、そのままプリズム15に入射する。
一方、LED光源11Gから出射した緑色光束は、集光レンズ12Gで集光されて、光変調装置である液晶パネル13Gに入る。液晶パネル13Gにおいて所定の画像情報に応じて変調された青色光束は、補正レンズ14Bを通過して、液晶パネル13R,13Bの光変調領域サイズと同じサイズの光束に縮小補正される。そして、この縮小補正された緑色光束がプリズム15に入射する。
以上のようにして、サイズが揃えられた各色光束(像光)がプリズム15に入射し、そこで合成された後、投写レンズ16から投写される。なお、この例において、図中の16R,16G,16Bに示した点線部分が投写レンズ16のフォーカス面となっている。
The red light beam emitted from the LED light source 11R is condensed by the condenser lens 12R and enters the liquid crystal panel 13R which is a light modulation device. The red light beam modulated in accordance with the predetermined image information in the liquid crystal panel 13R is incident on a cross dichroic prism 15 (hereinafter simply referred to as a prism 15) as a light combiner.
Similarly, the blue light beam emitted from the LED light source 11B is condensed by the condenser lens 12B and enters the liquid crystal panel 13B which is a light modulation device. The blue light beam modulated according to the predetermined image information in the liquid crystal panel 13B is incident on the prism 15 as it is.
On the other hand, the green light beam emitted from the LED light source 11G is condensed by the condenser lens 12G and enters the liquid crystal panel 13G which is a light modulation device. The blue light beam modulated in accordance with the predetermined image information in the liquid crystal panel 13G passes through the correction lens 14B and is reduced and corrected to a light beam having the same size as the light modulation area size of the liquid crystal panels 13R and 13B. Then, this reduced and corrected green light beam enters the prism 15.
As described above, the light beams (image light) having the same size are incident on the prism 15, synthesized there, and projected from the projection lens 16. In this example, dotted lines indicated by 16R, 16G, and 16B in the figure are the focus plane of the projection lens 16.

図2の場合、全体の明るさを決定している緑色光の利用効率は少し低下するが、プリズム15や投写レンズ16のサイズを小さくできるので、それらのコストを引き下げることができる。なお、図2において、液晶パネル13Rと液晶パネル13Bの光変調領域のサイズを相違させて、それらのいずれかのパネルを基準に、他の光路に光束拡大率の異なる補正レンズを備えるようにしてもよい。また、図1、図2に示した補正レンズ4R,4B,14Gは、1つの非球面レンズとしてもよく、また複数のレンズからなるレンズ群で構成してもよい。いずれにするかは、最終的に得たい画質に応じて選択すればよい。   In the case of FIG. 2, the utilization efficiency of green light that determines the overall brightness is slightly reduced, but the size of the prism 15 and the projection lens 16 can be reduced, so that the cost can be reduced. In FIG. 2, the light modulation areas of the liquid crystal panel 13R and the liquid crystal panel 13B are made different in size, and a correction lens having a different light beam expansion rate is provided in another optical path with reference to one of these panels. Also good. The correction lenses 4R, 4B, and 14G shown in FIGS. 1 and 2 may be a single aspheric lens, or may be formed of a lens group including a plurality of lenses. Which one should be selected may be selected according to the image quality desired to be finally obtained.

実施例1(図1に対応する実施例)
ここでは、液晶パネル3R,3Bに0.7inXGAの光変調領域サイズ(画面サイズと同じ)の液晶パネルを、液晶パネル3Gに1.4inXGAの光変調領域サイズの液晶パネルを採用する。なお、それらの光透過率は、液晶パネル3R,3Bが22%、液晶パネル3Gが27.5%とする。また、LED光源1R,1G,1Bを構成するLEDは、赤色光束用に0.5mm角チップ1WのLEDチップ1rを、緑色光束と青色光束用に1mm角チップ2WのLEDチップ1g,1bを採用する。また、液晶パネル3R,3Bから出射してプリズム5に入射する光束のサイズを、液晶パネル3Gからプリズム5に入射する光束のサイズに揃えるための補正レンズ4R,4Bのレンズ効率を90%とし、LED光源1R,1G,1Bから液晶パネル3R,3G,3Bまでの間の光路効率を40%と仮定する。さらに、ここでは投写光として9000Kの白色光を得ることを前提としており、そのために上記3原色のLED光源は、赤色光:緑色光:青色光=21:76:4の光束比としている。なお、ここで使用するLED1チップ当たりの輝度は、44lm(赤色LED)、80lm(緑色LED)、20lm(青色LED)とする。
Example 1 (Example corresponding to FIG. 1)
Here, a liquid crystal panel having a light modulation area size of 0.7 in XGA (same as the screen size) is adopted as the liquid crystal panels 3R and 3B, and a liquid crystal panel having a light modulation area size of 1.4 in XGA is adopted as the liquid crystal panel 3G. The light transmittance is 22% for the liquid crystal panels 3R and 3B and 27.5% for the liquid crystal panel 3G. The LEDs constituting the LED light sources 1R, 1G, and 1B employ a 0.5 mm square chip 1W LED chip 1r for a red light flux and a 1 mm square chip 2W LED chips 1g and 1b for a green light flux and a blue light flux. To do. Further, the lens efficiency of the correction lenses 4R and 4B for aligning the size of the light beam emitted from the liquid crystal panels 3R and 3B and incident on the prism 5 with the size of the light beam incident on the prism 5 from the liquid crystal panel 3G is 90%, Assume that the optical path efficiency between the LED light sources 1R, 1G, and 1B to the liquid crystal panels 3R, 3G, and 3B is 40%. Further, here, it is assumed that white light of 9000K is obtained as projection light, and for this reason, the LED light source of the three primary colors has a luminous flux ratio of red light: green light: blue light = 21: 76: 4. The luminance per LED chip used here is 44 lm (red LED), 80 lm (green LED), and 20 lm (blue LED).

プロジェクタにおいて、最も良い出力効率が得られるのは、光源のエテンデューと液晶パネルのエテンデューが同じ時とされる。エテンデュー(etendue)は光源の幾何学的大きさと配光を示すもので、平面光源のエテンデューEは以下の(1)式で得られる。
E=πAsin2(θ) … (1)
ただし、Aは素子面積、θは発光面鉛直線と光線方向のなす角度である。
上記プロジェクタの場合、光源も液晶パネルも平面として扱えるので、(1)式より、それぞれのエテンデューが求められる(八木 隆明、「プロジェクタ用LED光源」、
O plus E 2004年3月号より)。
In the projector, the best output efficiency is obtained when the etendue of the light source and the etendue of the liquid crystal panel are the same. The etendue indicates the geometric size and light distribution of the light source, and the etendue E of the planar light source is obtained by the following equation (1).
E = πAsin 2 (θ) (1)
However, A is an element area and (theta) is the angle which the light emission surface perpendicular line and the light beam direction make.
In the case of the projector described above, since both the light source and the liquid crystal panel can be treated as a plane, each etendue is required from equation (1) (Takaaki Yagi, “LED light source for projector”,
O plus E from the March 2004 issue).

上記(1)式を基に、液晶パネル3R,3G,3BのエテンデューEを計算してみると、最大入射角が12度の0.7inの液晶パネルで21.1(mm2ステラジアン)、最大入射角が12度の1.4inの液晶パネルで83.7(mm2ステラジアン)となる。
また、LEDチップのエテンデューEを計算してみると、0.5mm角のチップで0.8(mm2ステラジアン)、1mm角のチップで3.1(mm2ステラジアン)となる。
これらを基に、光源のエテンデューを液晶パネルのエテンデューと等しくするために必要なLEDチップの個数(理想個数)は、LED光源1R,1Gで27個、LED光源1Bで7個となる。
Based on the above formula (1), the etendue E of the liquid crystal panels 3R, 3G, 3B is calculated to be 21.1 (mm 2 steradian), maximum for a 0.7-inch liquid crystal panel with a maximum incident angle of 12 degrees. A 1.4 inch liquid crystal panel with an incident angle of 12 degrees results in 83.7 (mm 2 steradians).
When the etendue E of the LED chip is calculated, it becomes 0.8 (mm 2 steradian) for a 0.5 mm square chip and 3.1 (mm 2 steradian) for a 1 mm square chip.
Based on these, the number of LED chips (ideal number) required to make the etendue of the light source equal to the etendue of the liquid crystal panel is 27 for the LED light sources 1R and 1G and 7 for the LED light source 1B.

一方、3原色の中で最大の光量が必要となる緑色光束のプリズム5の入射面における光束量Gpは、次の(2)式により算出できる。
Gp=LED理想個数×LED1チップ当たりの輝度×上記光路効率
×液晶パネルの透過率×補正レンズの効率 … (2)
従って、LEDチップの個数が理想とされる27の場合の緑色光束量Gpは、(2)式に先に定めた値を代入して、237.6lmとなる。また、この緑色光束量Gpを基準として、プリズム5の入射面における赤色光束量Rpと青色光束量Bpの必要光束量は、その緑色光束量Gpと白色光を得るための各色光束の比率から求まる。その結果は、赤色光束量Rp=65.7lm、青色光束量Bp=12.5lmとなる。
On the other hand, the amount of light beam Gp of the incident surface of the prism 5 for the green light beam that requires the maximum light amount among the three primary colors can be calculated by the following equation (2).
Gp = Ideal number of LEDs × Luminance per LED chip × The above optical path efficiency
× Transmittance of liquid crystal panel × Efficiency of correction lens (2)
Accordingly, when the number of LED chips is ideal 27, the green light flux Gp is 237.6 lm by substituting the previously determined value into the equation (2). Further, with the green light flux Gp as a reference, the necessary light flux of the red light flux Rp and the blue light flux Bp on the incident surface of the prism 5 is obtained from the ratio of the green light flux Gp and the light flux of each color for obtaining white light. . As a result, the red light beam amount Rp = 65.7 lm and the blue light beam amount Bp = 12.5 lm.

以上の各光量を得るためには、緑色光束用には理想個数の27個のLEDチップ1gが必要となる。これに対して、赤色光束用には理想個数より少ない19個のLEDチップ1rが必要となり、青色光束用には理想個数より少ない8個のLEDチップ1bが必要となる。以上の結果をまとめると表1のようになる。   In order to obtain the above light amounts, an ideal number of 27 LED chips 1g is required for the green light flux. On the other hand, 19 LED chips 1r less than the ideal number are required for the red light flux, and 8 LED chips 1b less than the ideal number are required for the blue light flux. The above results are summarized in Table 1.

Figure 2005345767
Figure 2005345767

実施例2(図2に対応する実施例)
ここでは、液晶パネル13R,13Bに0.7inXGAの光変調領域サイズ(画面サイズと同じ)の液晶パネルを、液晶パネル13Gに1.4inXGAの光変調領域サイズの液晶パネルを採用する。なお、それらの光透過率は、液晶パネル13R,13Bが22%、液晶パネル13Gが27.5%とする。また、LED光源11R,11G,11Bを構成するLEDは、赤色光束用に0.5mm角チップ1WのLEDを、緑色光束と青色光束用に1mm角チップ2WのLEDを採用する。また、液晶パネル13Gから出射してプリズム15に入射する光束のサイズを液晶パネル13R,13Bからプリズム15に入射する光束のサイズに揃えるための補正レンズ14Gのレンズ効率を80%とし、LED光源11R,11G,11Bから液晶パネル13R,13G,13Bまでの間の光路効率を40%と仮定する。さらに、ここでは投写光として9000Kの白色光を得ることを前提としており、そのために上記3原色のLED光源は、赤色光:緑色光:青色光=21:76:4の光束比としている。なお、ここで使用するLED1チップ当たりの輝度は、44lm(赤色LED)、80lm(緑色LED)、20lm(青色LED)とする。
Example 2 (Example corresponding to FIG. 2)
Here, a liquid crystal panel having a light modulation area size of 0.7 in XGA (same as the screen size) is adopted as the liquid crystal panels 13R and 13B, and a liquid crystal panel having a light modulation area size of 1.4 in XGA is adopted as the liquid crystal panel 13G. The light transmittance is 22% for the liquid crystal panels 13R and 13B and 27.5% for the liquid crystal panel 13G. The LEDs constituting the LED light sources 11R, 11G, and 11B employ a 0.5 mm square chip 1W LED for a red light flux and a 1 mm square chip 2W LED for a green light flux and a blue light flux. Further, the lens efficiency of the correction lens 14G for aligning the size of the light beam emitted from the liquid crystal panel 13G and entering the prism 15 with the size of the light beam incident on the prism 15 from the liquid crystal panels 13R and 13B is set to 80%, and the LED light source 11R. , 11G, 11B to the liquid crystal panels 13R, 13G, 13B is assumed to have an optical path efficiency of 40%. Further, here, it is assumed that white light of 9000K is obtained as projection light, and for this reason, the LED light source of the three primary colors has a luminous flux ratio of red light: green light: blue light = 21: 76: 4. The luminance per LED chip used here is 44 lm (red LED), 80 lm (green LED), and 20 lm (blue LED).

以上の前提を基に、実施例1で行ったのと同様の方法により、各色光束毎に必用となるLEDチップの個数が算出できる。その結果、緑色光束用に理想個数の27個のLEDチップ11gを採用した場合、赤色光束用には14個のLEDチップ11rが必要となり、青色光束用には6個のLEDチップ11bが必要となる。以上の結果をまとめると表2のようになる。   Based on the above assumptions, the number of LED chips necessary for each color light beam can be calculated by the same method as in the first embodiment. As a result, when the ideal number of 27 LED chips 11g is used for the green luminous flux, 14 LED chips 11r are required for the red luminous flux, and 6 LED chips 11b are necessary for the blue luminous flux. Become. The above results are summarized in Table 2.

Figure 2005345767
Figure 2005345767

ところで、実施例1,2で示した実際に使用するLEDチップの数は、切り上げ計算により得たものであり、またLEDチップの製品ばらつきも考慮すれば、所定の白色光を得るためには、光源のLEDチップの消費電流を調整してその発光量を調整できるようにしていることが好ましい。なお、LEDチップの消費電流を調整してその発光量を調整する代わりに、液晶パネルの開度量を場所毎個別に調整して、各色光束の出射光量を調整してもよい。例えば、液晶パネルのドット開度量を1/3にすれば、LEDチップの消費電流を1/3にしたのと同じ効果が得られる。さらに、液晶パネル3R,3B,13R,13B関しては、0.7inXGAのパネルに代えて、0.5inXGAのパネルを使用してもよい。   By the way, the number of LED chips actually used shown in Examples 1 and 2 is obtained by rounding up calculation, and considering the product variation of LED chips, in order to obtain predetermined white light, It is preferable that the amount of light emission can be adjusted by adjusting the current consumption of the LED chip of the light source. Instead of adjusting the current consumption of the LED chip and adjusting the light emission amount, the amount of light emitted from each color light beam may be adjusted by adjusting the opening amount of the liquid crystal panel individually for each location. For example, if the dot opening amount of the liquid crystal panel is reduced to 1/3, the same effect as that obtained when the current consumption of the LED chip is reduced to 1/3 can be obtained. Further, regarding the liquid crystal panels 3R, 3B, 13R, and 13B, a 0.5 in XGA panel may be used instead of the 0.7 in XGA panel.

以上、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光源を構成する半導体発光素子としてLEDを用いているが、これに代えて有機EL発光素子やレーザーダイオード等を用いることができる。また、光源から出射された光の集光レンズと光変調装置との間に、フライアイレンズやロッドインテグレータ等を配置することもでき、その場合には照明光を波面分割と重畳とによってさらに均一化して光変調装置の被照射領域に入射させることができる。さらに、上記実施形態では、光変調装置に透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶素子や多数のマイクロミラーを用いたデバイス(TI社のデジタルミラーデバイス相当品)等によりそれを構成することもできる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated according to embodiment, this invention is not limited to the said embodiment and Example. For example, in the above-described embodiment, an LED is used as the semiconductor light-emitting element that constitutes the light source, but an organic EL light-emitting element, a laser diode, or the like can be used instead. In addition, a fly-eye lens, a rod integrator, or the like can be arranged between the condenser lens for the light emitted from the light source and the light modulation device. In this case, the illumination light is more evenly divided by wavefront division and superposition. And can be incident on the irradiated region of the light modulation device. Further, in the above embodiment, a transmissive liquid crystal panel is used for the light modulation device, but it is configured by a device using a reflective liquid crystal element or a number of micromirrors (equivalent to a digital mirror device manufactured by TI). You can also

本発明の実施形態1に係るプロジェクタの光学系を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical system of the projector which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係るプロジェクタの光学系を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical system of the projector which concerns on Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1R,1G,1B…LED光源、1r,1g,1b…LEDチップ、2R,2G,2B…集光レンズ、3R,3G,3B…液晶パネル、4B,4R…補正レンズ、5…クロスダイクロイックプリズム(プリズム)、6…投写レンズ、6R,6G,6B…投写レンズのフォーカス面、11R,11G,11B…LED光源、11r,11g,11b…LEDチップ、12R,12G,12B…集光レンズ、13R,13G,13B…液晶パネル、14G…補正レンズ、15…クロスダイクロイックプリズム(プリズム)、16…投写レンズ、16R,16G,16B…投写レンズのフォーカス面。
1R, 1G, 1B ... LED light source, 1r, 1g, 1b ... LED chip, 2R, 2G, 2B ... condensing lens, 3R, 3G, 3B ... liquid crystal panel, 4B, 4R ... correction lens, 5 ... cross dichroic prism ( Prism), 6 ... projection lens, 6R, 6G, 6B ... focus surface of projection lens, 11R, 11G, 11B ... LED light source, 11r, 11g, 11b ... LED chip, 12R, 12G, 12B ... condensing lens, 13R, 13G, 13B ... liquid crystal panel, 14G ... correction lens, 15 ... cross dichroic prism (prism), 16 ... projection lens, 16R, 16G, 16B ... focus surface of projection lens.

Claims (9)

複数の色光束を合成して投写光とするプロジェクタにおいて、
前記各色光束毎に配置された半導体発光素子光源と、
前記各色光束を画像情報に基づいてそれぞれ変調し画像を形成する光変調装置であってその光変調領域サイズが各色光束毎に定められた光変調装置と、
前記各光変調装置で変調された各色光束を合成する光合成装置と、
前記光合成装置から出射された合成光を投写する投写レンズとを備え、
前記光合成装置に入射する色光束のサイズを予め定めたサイズに変更する補正レンズを、前記各光束の光路のうちの少なくとも1つの光路の前記光変調装置と前記光合成装置の間に配置して、前記光合成装置に入射する各色光束のサイズを揃えたこと、を特徴とするプロジェクタ。
In a projector that combines multiple color light fluxes into projection light,
A semiconductor light-emitting element light source disposed for each color beam;
A light modulation device that modulates each color beam based on image information to form an image, the light modulation region size of which is determined for each color beam; and
A light synthesizer that synthesizes each color beam modulated by each of the light modulators;
A projection lens that projects the combined light emitted from the light combining device;
A correction lens that changes the size of the color beam incident on the light combining device to a predetermined size is disposed between the light modulating device and the light combining device in at least one of the light paths of the light beams, A projector characterized in that the size of each color beam incident on the light combining device is made uniform.
前記半導体発光素子光源をLEDから構成し、各光源毎に定めた個数のLEDを配置して前記投写光が白色光となるようにしたことを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。   2. The projector according to claim 1, wherein the semiconductor light-emitting element light source is constituted by LEDs, and a predetermined number of LEDs are arranged for each light source so that the projection light becomes white light. 前記複数の色光束が赤、緑、青の3種類であるものにおいて、
各色光束に対応する各光変調装置の光変調領域サイズのうち、少なくとも1の光変調装置のサイズを他の光変調装置のサイズより大きくするか又は小さくし、これに対応する光路に、前記光合成装置に入射する各色光束のサイズを揃えるための光束サイズ縮小用もしくは光束サイズ拡大用の前記補正レンズを配置したことを特徴とする請求項1又は2記載のプロジェクタ。
In the case where the plurality of color light fluxes are three types of red, green, and blue,
Of the light modulation area sizes of each light modulation device corresponding to each color beam, the size of at least one light modulation device is made larger or smaller than the size of the other light modulation devices, and the light synthesis is performed in the corresponding optical path. The projector according to claim 1, wherein the correction lens for reducing the size of the light beam or for increasing the size of the light beam for aligning the size of each color light beam incident on the apparatus is disposed.
前記複数の色光束が赤、緑、青の3種類であるものにおいて、
前記緑色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズを、前記赤色光束および前記青色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズより大きくし、
前記赤色光束および青色光束に対応する光路に、それらの光束のサイズを拡大させる前記補正レンズを配置したことを特徴とする請求項1又は2記載のプロジェクタ。
In the case where the plurality of color light fluxes are three types of red, green, and blue,
The light modulation area size of the light modulation device corresponding to the green light flux is larger than the light modulation area size of the light modulation device corresponding to the red light flux and the blue light flux;
3. The projector according to claim 1, wherein the correction lens for enlarging the size of the light beam is disposed in an optical path corresponding to the red light beam and the blue light beam.
前記複数の色光束が赤、緑、青の3種類であるものにおいて、
前記緑色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズを、前記赤色光束および前記青色光束に対応する光変調装置の光変調領域サイズより大きくし、
前記緑色光束に対応する光路に、その光束のサイズを縮小させる前記補正レンズを配置したことを特徴とする請求項1又は2記載のプロジェクタ。
In the case where the plurality of color light fluxes are three types of red, green, and blue,
The light modulation area size of the light modulation device corresponding to the green light flux is larger than the light modulation area size of the light modulation device corresponding to the red light flux and the blue light flux;
The projector according to claim 1, wherein the correction lens that reduces the size of the light beam is disposed in an optical path corresponding to the green light beam.
前記補正レンズが1つの非球面レンズであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のプロジェクタ。   6. The projector according to claim 1, wherein the correction lens is one aspheric lens. 前記補正レンズが複数のレンズからなることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のプロジェクタ。   The projector according to claim 1, wherein the correction lens includes a plurality of lenses. 前記各色光束の光束量の調整を、前記半導体発光素子の消費電力量を調整して行うことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のプロジェクタ。   The projector according to claim 1, wherein the light amount of each color light beam is adjusted by adjusting a power consumption amount of the semiconductor light emitting element. 前記光変調装置が液晶パネルである場合に、前記各色光束の光束量の調整を、前記液晶パネルの場所毎にその開度量を調整して行うことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のプロジェクタ。


8. When the light modulation device is a liquid crystal panel, the light amount of each color light beam is adjusted by adjusting the opening amount for each location of the liquid crystal panel. Projector.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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