JP2006235642A - Projection type display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection type display device excellent in illuminance uniformity and color uniformity on a screen and using one image forming means. <P>SOLUTION: The projection type display device includes: a plurality of light sources 30 and 31 for radiating light in nearly the same light emitting cycle and in light emitting timing different from each other; a color separation means 42 for separating the light from the light source by every specified wavelength band at every time interval; one image forming means 39 for forming an optical image in accordance with a video signal; an illumination means 43 for condensing the light from the color separation means so as to illuminate the image forming means; and a projection lens 40 for projecting the optical image on the image forming means onto a screen. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、画像形成手段に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。   The present invention relates to a projection display apparatus that irradiates an image formed on an image forming unit with illumination light and enlarges and projects it onto a screen by a projection lens.

大画面の画像を得るために、映像信号に応じた光学像を形成する小型の画像形成手段に、光源からの光を照明し、投写レンズによりその光学像をスクリーン上に投写、拡大する投写型表示装置が用いられている。   Projection type that illuminates light from a light source on a small image forming means that forms an optical image according to a video signal, and projects and enlarges the optical image on a screen by a projection lens in order to obtain a large screen image A display device is used.

画像形成手段としては、アクティブマトリクス方式であって、ツイストネマチック型の液晶セルの両側に偏光板を直交ニコルに配置した構成を有し、偏光を利用して光を変調する液晶パネルが広く実用的に用いられている。   As an image forming means, an active matrix type liquid crystal panel having a configuration in which polarizing plates are arranged in crossed Nicols on both sides of a twisted nematic type liquid crystal cell and modulating light using polarized light is widely practical. It is used for.

液晶パネルに光源からの光を照明する照明装置としては、複数のレンズから構成される2枚のレンズアレイ板が用いられている(例えば特開平3−111806号公報)。2枚のレンズアレイ板は、光源側に配置されるその一方のレンズアレイ板に入射する光束を多数に分割し、分割された各光束を液晶パネル上に重畳し、効率よく均一に照明する。   As an illumination device that illuminates light from a light source on a liquid crystal panel, two lens array plates composed of a plurality of lenses are used (for example, JP-A-3-111806). The two lens array plates divide a light beam incident on one of the lens array plates arranged on the light source side into a large number, and superimpose the divided light beams on the liquid crystal panel to illuminate efficiently and uniformly.

また、偏光を利用した液晶パネルを用いた投写型表示装置の照明装置として、偏光分離手段である偏光分離プリズムと、偏光回転手段である1/2波長板を用いて、自然光を偏光方向が一方向の光に変換する偏光変換光学部材を構成し、投写型表示装置の光利用効率を向上させ、投写型表示装置の高輝度化を図る照明装置が開示されている(例えば特許文献1参照)。   In addition, as an illumination device for a projection display device using a liquid crystal panel using polarized light, a polarization separation prism as a polarization separation means and a half-wave plate as a polarization rotation means are used, so that the polarization direction of natural light is uniform. An illumination device is disclosed that constitutes a polarization conversion optical member that converts light into a direction, improves the light use efficiency of the projection display device, and increases the brightness of the projection display device (see, for example, Patent Document 1). .

さらに、投写型表示装置の高輝度化を図るため、複数の光源を用いた照明装置が開示されている(例えば特許文献2参照)。   Furthermore, an illumination device using a plurality of light sources is disclosed in order to increase the brightness of the projection display device (see, for example, Patent Document 2).

図21は、従来の複数の光源を用いた照明装置900を導入した投写型表示装置の概略構成を示す。   FIG. 21 shows a schematic configuration of a projection display device in which an illumination device 900 using a plurality of conventional light sources is introduced.

光源である2つの放電ランプ901,902からの放射光はそれぞれの凹面鏡(放物面鏡)903,904により集光され、略平行光の光束に変換される。それぞれの平行光束は正レンズ905により収束され、色分離装置に入射する。   Radiated light from the two discharge lamps 901 and 902 which are light sources is condensed by respective concave mirrors (parabolic mirrors) 903 and 904 and converted into light beams of substantially parallel light. Each parallel light beam is converged by the positive lens 905 and enters the color separation device.

色分離装置は、モータ907で回転する回転板906に緑、赤、青のダイクロイックミラーが取り付けられており、正レンズ905を出射した光が色分離装置を通過することで、時分割的に緑、赤、青の3原色光に分離される。   In the color separation device, green, red, and blue dichroic mirrors are attached to a rotating plate 906 that is rotated by a motor 907, and light emitted from the positive lens 905 passes through the color separation device, so that the green color is time-divisionally divided. , Red, and blue.

色分離装置から出射する光束は集光レンズ908に入射し、略平行光の光束に変換される。平行光束はそれぞれ第1レンズアレイ板909に入射する。第1レンズアレイ板909は複数の矩形のレンズから構成され、各矩形のレンズにより入射光束を多数に分割し、それぞれ第2レンズアレイ板910の複数の各レンズに収束させる。第2レンズアレイ板910の各レンズには多数の微小な光源像が形成される。第2レンズアレイ板910は第1レンズアレイ板909の各レンズからの光束を液晶パネル911上に重畳結像させる。このようにして、分割した多数の光束を液晶パネル911上に重畳させて均一な照明を行う。   The light beam emitted from the color separation device enters the condenser lens 908 and is converted into a substantially parallel light beam. Each of the parallel light beams enters the first lens array plate 909. The first lens array plate 909 is composed of a plurality of rectangular lenses, and the incident light beam is divided into a large number by each rectangular lens and converges on each of the plurality of lenses of the second lens array plate 910. A large number of minute light source images are formed on each lens of the second lens array plate 910. The second lens array plate 910 superimposes the light flux from each lens of the first lens array plate 909 on the liquid crystal panel 911. In this way, a large number of divided light beams are superimposed on the liquid crystal panel 911 to perform uniform illumination.

フィールドレンズ912は、液晶パネル911への照明光を投写レンズ913の瞳面914に集光する。液晶パネル911から出射した光は、投写レンズ913に入射する。投写レンズ913は液晶パネル911の画像をスクリーン(図示せず)上に拡大投写する。   The field lens 912 collects illumination light for the liquid crystal panel 911 on the pupil plane 914 of the projection lens 913. Light emitted from the liquid crystal panel 911 enters the projection lens 913. The projection lens 913 enlarges and projects an image of the liquid crystal panel 911 on a screen (not shown).

以上の構成によれば、複数の光源を用いるため画像が明るい投写型表示装置が構成できる。   According to the above configuration, since a plurality of light sources are used, a projection display device having a bright image can be configured.

図22は、投写レンズ913の瞳面914に形成される光源像の様相の概略を示している。2つの光源901,902からの光がレンズアレイ板909,910により複数の微小な光源像924に分割され、さらに、これらの光源像924は2つの光源像群922、923を形成する。
特開平8−304739号公報 特開平6−265887号公報
FIG. 22 shows an outline of the appearance of the light source image formed on the pupil plane 914 of the projection lens 913. Light from the two light sources 901 and 902 is divided into a plurality of minute light source images 924 by the lens array plates 909 and 910, and these light source images 924 form two light source image groups 922 and 923.
JP-A-8-304739 JP-A-6-265887

一般的に、投写型表示装置の画像の明るさを向上させるためには、光源の放電ランプの消費電力を高くすればよいが、放電ランプの寿命を確保しつつ、消費電力を高くすると、発光部が大きくなり、光利用効率が低下するという問題がある。このため、比較的消費電力の小さい複数の光源を用いた方が、投写型表示装置の明るさを効率よく向上させることができる。   Generally, in order to improve the image brightness of a projection display device, it is sufficient to increase the power consumption of the discharge lamp of the light source. However, if the power consumption is increased while ensuring the life of the discharge lamp, the light emission There is a problem that the portion becomes large and the light utilization efficiency is lowered. For this reason, the brightness of the projection display device can be improved more efficiently by using a plurality of light sources with relatively low power consumption.

図21のような複数の光源を用いた従来の照明装置の構成では、投写レンズ913の光軸(以下、システム光軸と言うことがある)を挟んで、2つの光源901,902が対称に配置されている。このような場合、投写レンズの瞳面914に形成される光源からの像は、図22に示すように、光軸を挟んで2つの群として形成される。   In the configuration of the conventional illumination device using a plurality of light sources as shown in FIG. 21, the two light sources 901 and 902 are symmetrical with respect to the optical axis of the projection lens 913 (hereinafter sometimes referred to as the system optical axis). Is arranged. In such a case, the images from the light source formed on the pupil plane 914 of the projection lens are formed as two groups across the optical axis, as shown in FIG.

一般に、投写レンズには口径蝕があり、スクリーン上で、中心の照度に対して周辺の照度が低下する。これは、投写レンズの瞳面での光源像が口径蝕によりケラレを生じるためである。したがって、光軸を挟んで配置される2つの光源の発光特性が異なる場合には、スクリーン周辺部の明るさに寄与する光源像が異なるため、スクリーン上で投写画像の色むらを生じる。また、1つの光源が不点灯になった場合には、スクリーン上での照度分布が不均一となるという問題を生じる。したがって、複数の光源を用いて照明装置および投写型表示装置を構成する場合、それぞれの光源により形成される投写レンズの瞳面での光源像が、光軸に対してできるだけ対称であることが必要であった。   In general, the projection lens has vignetting, and the illuminance around the screen is reduced with respect to the center illuminance on the screen. This is because vignetting occurs in the light source image on the pupil plane of the projection lens due to vignetting. Therefore, when the light emission characteristics of the two light sources arranged with the optical axis in between are different, the light source images contributing to the brightness of the periphery of the screen are different, resulting in uneven color of the projected image on the screen. Further, when one light source is not lit, there is a problem that the illuminance distribution on the screen becomes non-uniform. Therefore, when a lighting device and a projection display device are configured using a plurality of light sources, the light source image on the pupil plane of the projection lens formed by each light source needs to be as symmetric as possible with respect to the optical axis. Met.

また、複数の光源からの光線が、単一の色分離装置に入射する場合、色分離を行うダイクロイックミラーの分光透過特性には入射角度依存性があり、入射角度が大きくなると、透過帯域が基準の帯域に比べて短波長側へシフトし、透過光の色純度が著しく低下する。そのため投写画像は明るくなる代わりに色再現性が著しく低下する。一方で、複数の色分離装置を用いる場合にはセットが著しく大型化するため実用性に欠ける。   In addition, when light rays from multiple light sources are incident on a single color separation device, the spectral transmission characteristics of the dichroic mirror that performs color separation have an incident angle dependency. When the incident angle increases, the transmission band becomes the reference. The wavelength purity of the transmitted light is significantly lowered. As a result, the color reproducibility of the projected image is significantly reduced instead of being brightened. On the other hand, when a plurality of color separation devices are used, the set is remarkably increased in size and lacks practicality.

さらに、2つの凹面鏡に対して、それぞれ、第1および第2のレンズアレイ板が必要であり、コスト高になるという問題があった。   Further, the first and second lens array plates are required for the two concave mirrors, respectively, which causes a problem that the cost is increased.

また、複数の光源を用いる場合、特に光源が交流点灯の場合、光源毎に発光強度が時間毎に異なるため、重ね合わせられた照明としては画面の明るさが変動する現象が発生する。   In addition, when a plurality of light sources are used, particularly when the light source is AC lighting, the light emission intensity varies from time to time for each light source, so that a phenomenon occurs in which the brightness of the screen fluctuates as superimposed illumination.

本発明は、上記の従来の問題点を解決するものであり、複数の光源を用いた照明装置において、システム光軸に対して光源像が均一に配置され、光利用効率が高く、小型で、低コストな光源装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and in a lighting device using a plurality of light sources, the light source image is uniformly arranged with respect to the system optical axis, the light use efficiency is high, and the size is small. An object is to provide a low-cost light source device.

また、本発明は、スクリーン上での照度均一性と色均一性に優れ、輝度が高く、色再現性が良好で、小型で、低コストな投写型表示装置を提供することを目的とする。   It is another object of the present invention to provide a projection display device that is excellent in illuminance uniformity and color uniformity on a screen, has high luminance, has good color reproducibility, is small, and is low in cost.

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成とするものである。   In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

即ち、本発明の第1の構成にかかる照明装置は、光源からの光を集光し画像を形成する画像形成手段を照明する照明装置であって、複数の光源と、前記複数の光源からの放射光をそれぞれ集光し、所定の方向に反射する反射手段と、複数のプリズムから構成され、前記反射手段からの光をそれぞれ偏角し、合成するプリズムアレイ板と、前記プリズムアレイ板からの光を時間毎に特定の波長帯毎に分離する色分離手段と、前記色分離手段からの光が入射し、入射光の光束密度を制御して略平行光を出射する集光手段と、複数のレンズから構成され、前記集光手段からの光を多数の光束に分割する第1のレンズアレイ板と、複数のレンズから構成され、前記第1のレンズアレイ板からの光が入射する第2のレンズアレイ板とを備えたことを特徴とする。   That is, the illumination device according to the first configuration of the present invention is an illumination device that illuminates an image forming unit that collects light from a light source to form an image, and includes a plurality of light sources and the plurality of light sources. Each of the radiated light is collected and reflected in a predetermined direction, and is composed of a plurality of prisms. The prism array plate for depolarizing and synthesizing the light from the reflection means, and the prism array plate A color separation unit that separates light into specific wavelength bands every time; a light collecting unit that receives light from the color separation unit and controls the light flux density of the incident light to emit substantially parallel light; A first lens array plate that divides the light from the condensing means into a plurality of light beams, and a second lens on which light from the first lens array plate is incident. With a lens array plate To.

また、本発明の第2の構成にかかる照明装置は、光源からの光を集光し画像を形成する画像形成手段を照明する照明装置であって、複数の光源と、前記複数の光源からの放射光をそれぞれ集光し、所定の方向に反射する反射手段と、複数のプリズムから構成され、前記反射手段からの光をそれぞれ偏角し、合成するプリズムアレイ板と、前記プリズムアレイ板からの光を時間毎に特定の波長帯毎に分離する色分離手段と、前記色分離手段からの光が入射し、入射光の光束密度を制御して略平行光を出射する集光手段と、複数のレンズから構成され、前記集光手段からの光を多数の光束に分割する第1のレンズアレイ板と、複数のレンズから構成され、前記第1のレンズアレイ板からの光が入射する第2のレンズアレイ板と、前記第2のレンズアレイ板からの光を、偏光方向が直交する2つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段から出射した2つの偏光光の偏光方向を揃える偏光回転手段とを備えたことを特徴とする。   An illumination device according to a second configuration of the present invention is an illumination device that illuminates an image forming unit that collects light from a light source and forms an image, and includes a plurality of light sources and the plurality of light sources. Each of the radiated light is collected and reflected in a predetermined direction, and is composed of a plurality of prisms. The prism array plate for depolarizing and synthesizing the light from the reflection means, and the prism array plate A color separation unit that separates light into specific wavelength bands every time; a light collecting unit that receives light from the color separation unit and controls the light flux density of the incident light to emit substantially parallel light; A first lens array plate that divides the light from the condensing means into a plurality of light beams, and a second lens on which light from the first lens array plate is incident. Lens array plate and the second lens A polarization separation unit that separates light from the ray plate into two polarized light beams having orthogonal polarization directions, and a polarization rotation unit that aligns the polarization directions of the two polarized light beams emitted from the polarization separation unit. And

また、本発明の第3の構成にかかる照明装置は、光源からの光を集光し画像を形成する画像形成手段を照明する照明装置であって、複数の光源と、前記複数の光源からの放射光をそれぞれ集光し、所定の方向に反射する反射手段と、複数のプリズムから構成され、前記反射手段からの光をそれぞれ偏角する第1のプリズムアレイ板と、複数のプリズムから構成され、前記第1のプリズムアレイ板からの光をそれぞれ偏角し、合成する第2のプリズムアレイ板と、前記第2のプリズムアレイ板からの光を時間毎に特定の波長帯毎に分離する色分離手段と、前記色分離手段からの光が入射し、入射光の光束密度を制御して略平行光を出射する集光手段と、複数のレンズから構成され、前記集光手段からの光を多数の光束に分割する第1のレンズアレイ板と、複数のレンズから構成され、前記第1のレンズアレイ板からの光が入射する第2のレンズアレイ板とを備えたことを特徴とする。   An illumination device according to a third configuration of the present invention is an illumination device that illuminates an image forming unit that collects light from a light source and forms an image, and includes a plurality of light sources and the plurality of light sources. Consists of a reflecting means for condensing radiated light and reflecting it in a predetermined direction, and a plurality of prisms, a first prism array plate for deflecting the light from the reflecting means, and a plurality of prisms. The second prism array plate that deviates and synthesizes the light from the first prism array plate, and the color that separates the light from the second prism array plate for each specific wavelength band every time A light separating unit; a light collecting unit that receives light from the color separating unit; controls light flux density of incident light to emit substantially parallel light; and a plurality of lenses. The first lens assembly that divides the light into a number of light beams Lee and plate is composed of a plurality of lenses, the light from the first lens array plate is characterized in that a second lens array plate incident.

また、本発明の第4の構成にかかる照明装置は、光源からの光を集光し画像を形成する画像形成手段を照明する照明装置であって、複数の光源と、前記複数の光源からの放射光をそれぞれ集光し、所定の方向に反射する反射手段と、複数のプリズムから構成され、前記反射手段からの光をそれぞれ偏角する第1のプリズムアレイ板と、複数のプリズムから構成され、前記第1のプリズムアレイ板からの光をそれぞれ偏角し、合成する第2のプリズムアレイ板と、前記第2のプリズムアレイ板からの光を時間毎に特定の波長帯毎に分離する色分離手段と、前記色分離手段からの光が入射し、入射光の光束密度を制御して略平行光を出射する集光手段と、複数のレンズから構成され、前記集光手段からの光を多数の光束に分割する第1のレンズアレイ板と、複数のレンズから構成され、前記第1のレンズアレイ板からの光が入射する第2のレンズアレイ板と、前記第2のレンズアレイ板からの光を、偏光方向が直交する2つの偏光光に分離する偏光分離手段と、前記偏光分離手段から出射した2つの偏光光の偏光方向を揃える偏光回転手段とを備えたことを特徴とする。   An illumination device according to a fourth configuration of the present invention is an illumination device that illuminates an image forming unit that collects light from a light source to form an image, and includes a plurality of light sources and the plurality of light sources. Consists of a reflecting means for condensing radiated light and reflecting it in a predetermined direction, and a plurality of prisms, a first prism array plate for deflecting the light from the reflecting means, and a plurality of prisms. The second prism array plate that deviates and synthesizes the light from the first prism array plate, and the color that separates the light from the second prism array plate for each specific wavelength band every time A light separating unit; a light collecting unit that receives light from the color separating unit; controls light flux density of incident light to emit substantially parallel light; and a plurality of lenses. The first lens assembly that divides the light into a number of light beams The second lens array plate, which is composed of a plate and a plurality of lenses, and the light from the first lens array plate is incident thereon, and the light from the second lens array plate are orthogonally polarized 2 A polarization separation unit that separates into two polarized lights and a polarization rotation unit that aligns the polarization directions of the two polarized lights emitted from the polarization separation unit are provided.

上記の照明装置によれば、複数の光源からの光を偏角し、合成するプリズムアレイ板を備えることにより、複数の光源からの光を非常に効率よく、均一に液晶パネルを照明できる照明装置が実現できる。   According to the above illumination device, the illumination device can illuminate the liquid crystal panel uniformly and efficiently with the light from the plurality of light sources by providing the prism array plate that deflects and combines the light from the plurality of light sources. Can be realized.

また、本発明にかかる投写型表示装置は、映像信号に応じて光学像を形成する1つの画像形成手段と、光源からの光を集光し前記画像形成手段を照明する照明手段と、前記画像形成手段上の光学像をスクリーン上に投写する投写レンズとを備えた投写型表示装置であって、前記照明手段が前記第1〜第4のいずれかの照明装置であることを特徴とする。   The projection display apparatus according to the present invention includes an image forming unit that forms an optical image according to a video signal, an illumination unit that collects light from a light source and illuminates the image forming unit, and the image A projection display device comprising a projection lens that projects an optical image on the forming means onto a screen, wherein the illumination means is any one of the first to fourth illumination devices.

上記の投写型表示装置によれば、均一性が良く、光利用効率が高い、明るい投写型表示装置を構成することができる。   According to the above projection display device, a bright projection display device with good uniformity and high light utilization efficiency can be configured.

本発明の照明装置によれば、複数の光源からの光を偏角し、合成するプリズムアレイ板を備えることにより、複数の光源からの光を非常に効率よく、均一に液晶パネルを照明できる照明装置が実現できる。   According to the illuminating device of the present invention, by providing a prism array plate that deflects and synthesizes light from a plurality of light sources, the light from the plurality of light sources can illuminate a liquid crystal panel very efficiently and uniformly. A device can be realized.

また、本発明の投写型表示装置によれば、均一性が良く、光利用効率が高い、明るい投写型表示装置を構成することができる。   Further, according to the projection display device of the present invention, a bright projection display device with good uniformity and high light utilization efficiency can be configured.

以下、本発明の照明装置および投写型表示装置について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an illumination device and a projection display device of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1にかかる照明装置及び投写型表示装置の概略構成を示したものである。本実施の形態の投写型表示装置は、画像形成手段として、偏光や散乱を利用して光を変調する液晶パネルを用いる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an illumination device and a projection display device according to a first embodiment of the present invention. The projection display apparatus according to the present embodiment uses a liquid crystal panel that modulates light using polarized light or scattering as an image forming unit.

図1において、30、31は放電ランプ、32、33は放物面鏡、34は複数のプリズムから構成されるプリズムアレイ板、44は正レンズ、42は複数のダイクロイックミラーから構成されるカラーホイール、43は集光レンズ、35は第1レンズアレイ板、36は第2レンズアレイ板、37は本実施の形態の照明装置、38はフィールドレンズ、39は液晶パネル、40は投写レンズ、41は投写レンズの瞳面、58は投射レンズ40の光軸である。   In FIG. 1, 30 and 31 are discharge lamps, 32 and 33 are parabolic mirrors, 34 is a prism array plate composed of a plurality of prisms, 44 is a positive lens, and 42 is a color wheel composed of a plurality of dichroic mirrors. , 43 is a condenser lens, 35 is a first lens array plate, 36 is a second lens array plate, 37 is an illumination device of the present embodiment, 38 is a field lens, 39 is a liquid crystal panel, 40 is a projection lens, and 41 is A pupil plane 58 of the projection lens is an optical axis of the projection lens 40.

メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等のランプ30、31から放射される光は、それぞれ対応する放物面鏡32、33により集光され、光軸58に対して120度の角度をなす略平行光に変換される。それぞれの光束は複数のプリズム素子から構成されるプリズムアレイ板34に入射する。プリズムアレイ板34のプリズム素子は、頂角が60度の三角柱プリズムである。プリズムアレイ板34の各プリズム素子は放物面鏡32、33から入射する光を全反射させ、それぞれの光軸を60度偏角する。放物面鏡32、33からの光束はプリズムアレイ板34によりそれぞれ複数に分割され、そして、放物面鏡32からの分割された光束と放物面鏡33からの分割された光束とが交互に合成される。交互に合成さた光束は、正レンズ44により収束させた後、複数のダイクロイックミラーから構成され、モータ45で高速で回転するカラーホイール42に入射する。   Light emitted from the lamps 30 and 31 such as a metal halide lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, and a xenon lamp is collected by the corresponding parabolic mirrors 32 and 33, respectively, and forms an angle of 120 degrees with respect to the optical axis 58. It is converted into substantially parallel light. Each light beam enters a prism array plate 34 composed of a plurality of prism elements. The prism elements of the prism array plate 34 are triangular prisms having an apex angle of 60 degrees. Each prism element of the prism array plate 34 totally reflects the light incident from the parabolic mirrors 32 and 33 and deviates each optical axis by 60 degrees. The light beams from the parabolic mirrors 32 and 33 are divided into a plurality of parts by the prism array plate 34, and the divided light beam from the parabolic mirror 32 and the divided light beam from the parabolic mirror 33 are alternated. Is synthesized. The light beams synthesized alternately are converged by the positive lens 44 and then incident on the color wheel 42 which is composed of a plurality of dichroic mirrors and is rotated at high speed by the motor 45.

図2にカラーホイール42の概略構成を示す。50、51、52はそれぞれ、赤透過、緑透過、青透過のダイクロイックフィルターであり、円を3分割して3色のフィルタを組み合わせて構成されている。モータ45は液晶パネル39に1フレーム分の画像が表示される間に1回転する。   FIG. 2 shows a schematic configuration of the color wheel 42. Reference numerals 50, 51, and 52 denote dichroic filters that transmit red, green, and blue, respectively, and are configured by dividing a circle into three and combining three color filters. The motor 45 rotates once while an image for one frame is displayed on the liquid crystal panel 39.

カラーホイール42に入射した光は、赤透過のダイクロイックフィルタ50,緑透過のダイクロイックフィルタ51、青透過のダイクロイックフィルタ52により、時系列的に赤、緑、青の色光に分離される。   The light incident on the color wheel 42 is separated into red, green, and blue color lights in time series by the red transmissive dichroic filter 50, the green transmissive dichroic filter 51, and the blue transmissive dichroic filter 52.

正レンズ44により収束され、カラーホイール42に入射する光は発散しつつ、赤、緑、青の色光に分離され、集光レンズ43に入射する。   Light converged by the positive lens 44 and incident on the color wheel 42 diverges and is separated into red, green, and blue color light and enters the condenser lens 43.

図3は、集光レンズ43での入射光束の光束密度制御の概念図である。図3を用いて、集光レンズ43の作用を説明する。集光レンズは例えば非球面の両面凸レンズを用いる。   FIG. 3 is a conceptual diagram of the light flux density control of the incident light flux at the condenser lens 43. The operation of the condenser lens 43 will be described with reference to FIG. For example, an aspheric double-sided convex lens is used as the condenser lens.

集光レンズ43は入射光を略平行光に変換する。このとき図3に示す通り、入射光束を光軸58に近傍な側から4分割しそれぞれの光束密度をS1,S2,S3,S4とし、各入射光束に対応する出射光束の各領域での光束密度をSS1,SS2,SS3,SS4とすると、集光レンズ43はS1<SS1,S2<SS2,S3=SS3,S4>SS4でありかつ、SS1>SS2>SS3>SS4となるよう入射光束を制御して出射する。これにより、集光レンズ43は光軸58から離れるほど光束密度の小さい平行光束を出射する。   The condenser lens 43 converts incident light into substantially parallel light. At this time, as shown in FIG. 3, the incident light flux is divided into four from the side near the optical axis 58, and the respective light flux densities are S1, S2, S3, and S4, and the light flux in each region of the outgoing light flux corresponding to each incident light flux. When the density is SS1, SS2, SS3, SS4, the condenser lens 43 controls the incident light flux so that S1 <SS1, S2 <SS2, S3 = SS3, S4> SS4 and SS1> SS2> SS3> SS4. Then exit. As a result, the condensing lens 43 emits a parallel light beam having a smaller light beam density as the distance from the optical axis 58 increases.

集光レンズ43からの光束は、複数のレンズで構成される第1レンズアレイ板35に入射する。プリズムアレイ板34のプリズム素子ピッチは、第1レンズアレイ板35のレンズ素子ピッチ(プリズム素子の配列方向のピッチ)の2倍にしてある。プリズムアレイ板34のプリズムの一辺で反射した光束の境界が、第1レンズアレイ板35のレンズ素子の開口部と一致しないようにするためである。   The light flux from the condenser lens 43 is incident on the first lens array plate 35 composed of a plurality of lenses. The prism element pitch of the prism array plate 34 is twice the lens element pitch of the first lens array plate 35 (pitch in the arrangement direction of the prism elements). This is because the boundary of the light beam reflected by one side of the prism of the prism array plate 34 does not coincide with the opening of the lens element of the first lens array plate 35.

このようにして、第1レンズアレイ板35のレンズ素子へ入射する光束には、プリズムアレイ板34で分割された光束が均一に入射し、液晶パネル39へ均一な照明ができるようにしている。   In this way, the light beam divided by the prism array plate 34 is uniformly incident on the light beam incident on the lens elements of the first lens array plate 35 so that the liquid crystal panel 39 can be illuminated uniformly.

図4は第1レンズアレイ板35の構成例を示す。(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は下面図である。図示したように、第1レンズアレイ板35は、複数の矩形レンズを2次元状に配列して構成し、各矩形レンズの形状は、被照明領域である液晶パネル39の各画素と相似形状とする。   FIG. 4 shows a configuration example of the first lens array plate 35. (A) is a front view, (B) is a side view, and (C) is a bottom view. As shown in the figure, the first lens array plate 35 is configured by two-dimensionally arranging a plurality of rectangular lenses, and the shape of each rectangular lens is similar to each pixel of the liquid crystal panel 39 that is an illuminated area. To do.

第1レンズアレイ板35に入射した光束は、多数の光束に分割される。第1レンズアレイ板35により分割された多数の微小光束はそれぞれ、複数のレンズで構成した第2レンズアレイ板36の対応するレンズ上に収束する。第2レンズアレイ板36上には光源30,31の発光体に対応する多数の発光体像(2次光源像)が形成される。第2レンズアレイ板36は、例えば第1レンズアレイ板と同じものが使用できる。   The light beam incident on the first lens array plate 35 is divided into a number of light beams. A large number of minute light beams divided by the first lens array plate 35 converge on the corresponding lenses of the second lens array plate 36 composed of a plurality of lenses. A large number of light emitter images (secondary light source images) corresponding to the light emitters of the light sources 30 and 31 are formed on the second lens array plate 36. As the second lens array plate 36, for example, the same one as the first lens array plate can be used.

第1レンズアレイ板35のレンズ素子の焦点距離は、第1レンズアレイ板35と第2レンズアレイ板36との間隔と等しくしている。また、第1レンズアレイ板35面と液晶パネル面39とが略共役関係となるように、第2レンズアレイ板36のレンズ素子の焦点距離を決めている。第2レンズアレイ板36の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル39上に照明するため、第2レンズアレイ板36の各レンズ素子および第1レンズアレイ板35の各レンズ素子はそれぞれ適切に偏芯させている。   The focal length of the lens elements of the first lens array plate 35 is equal to the distance between the first lens array plate 35 and the second lens array plate 36. Further, the focal length of the lens elements of the second lens array plate 36 is determined so that the first lens array plate 35 surface and the liquid crystal panel surface 39 have a substantially conjugate relationship. In order to illuminate the liquid crystal panel 39 with the light emitted from each lens element of the second lens array plate 36, each lens element of the second lens array plate 36 and each lens element of the first lens array plate 35 are appropriately set. Eccentric.

第2レンズアレイ板36から出射する多数の光束は、液晶パネル39上に重畳され、液晶パネル39上を均一に照明する。   A large number of light beams emitted from the second lens array plate 36 are superimposed on the liquid crystal panel 39 to illuminate the liquid crystal panel 39 uniformly.

フィールドレンズ38は、液晶パネル39上を照明する光を投写レンズ40の瞳面41に集光するためのものである。投写レンズ40の瞳面41と第2レンズアレイ板36面とは略共役関係となるように、フィールドレンズ38の焦点距離が設定される。   The field lens 38 is for condensing the light that illuminates the liquid crystal panel 39 on the pupil plane 41 of the projection lens 40. The focal length of the field lens 38 is set so that the pupil plane 41 of the projection lens 40 and the second lens array plate 36 have a substantially conjugate relationship.

図5は、投射レンズ40の瞳面41の発光体像を出射面側からみた様子を模式的に示したものである。同時に第2レンズアレイ板36の各矩形レンズとの対応が分かるように、第2レンズアレイ板36を点線で図示してある。各矩形レンズに対応して、光源30,31に対応する二つの発光体像54,55が形成される。集光レンズ43の作用により第1レンズアレイ35に入射する光束密度は光軸58から離れるほど小さくなるので、発光体像54,55の大きさも光軸58から離れるほど小さくなる。   FIG. 5 schematically shows a state in which the light emitter image of the pupil surface 41 of the projection lens 40 is viewed from the exit surface side. At the same time, the second lens array plate 36 is shown by dotted lines so that the correspondence between the second lens array plate 36 and each rectangular lens can be understood. Corresponding to each rectangular lens, two light emitter images 54 and 55 corresponding to the light sources 30 and 31 are formed. The density of the light beam incident on the first lens array 35 decreases as the distance from the optical axis 58 decreases due to the action of the condensing lens 43, so that the size of the light emitter images 54 and 55 decreases as the distance from the optical axis 58 increases.

図5において、第2レンズアレイ板36からの出射光線がすべて利用されるためには、第2レンズアレイ板36の有効領域の外接円56と等しい大きさの瞳面を持つ投写レンズ40が必要になる。しかし、投写レンズの小型、低コスト化のためには瞳面はなるべく小さい方がよい。本実施の形態では、集光レンズ43の作用により光軸58から離れるほど発光体像54,55は小さくなるので、仮に周辺の発光体像を取り込まないでも、大きな損失とはならない。従って、瞳面を仮想円57とすれば、光損失を押さえながら、投写レンズ40を小型化し、低コスト化できる。   In FIG. 5, in order to use all the light rays emitted from the second lens array plate 36, the projection lens 40 having a pupil plane having a size equal to the circumscribed circle 56 of the effective area of the second lens array plate 36 is necessary. become. However, in order to reduce the size and cost of the projection lens, the pupil plane should be as small as possible. In the present embodiment, the illuminator images 54 and 55 become smaller the further away from the optical axis 58 due to the action of the condensing lens 43, so that even if the peripheral illuminant image is not captured, there is no significant loss. Therefore, if the pupil plane is the virtual circle 57, the projection lens 40 can be reduced in size and cost can be reduced while suppressing light loss.

投写レンズ40の瞳面41には、図5に示したのと同様な光源30および31の光源像が形成される。即ち、プリズムアレイ板34のプリズム素子の配列方向に、それぞれ光源30、31の微小光な光源像が交互に形成される。   Light source images of the light sources 30 and 31 similar to those shown in FIG. 5 are formed on the pupil plane 41 of the projection lens 40. That is, minute light source images of the light sources 30 and 31 are alternately formed in the arrangement direction of the prism elements of the prism array plate 34, respectively.

この瞳面41が光源として、スクリーン上(図示せず)に投写される。本実施の形態では、図22に示す従来の照明装置の投写レンズの瞳面での光源像と比べて、光軸に対して2つの光源像が対称に形成されている。また、投写レンズの瞳面の全体に光源像が形成される。従って、照度均一性に優れた画像が得られる。   This pupil plane 41 is projected on a screen (not shown) as a light source. In the present embodiment, two light source images are formed symmetrically with respect to the optical axis as compared with the light source image on the pupil plane of the projection lens of the conventional illumination device shown in FIG. In addition, a light source image is formed on the entire pupil plane of the projection lens. Therefore, an image with excellent illuminance uniformity can be obtained.

プリズムアレイ板34は、成形で製作してもよい。成形品を用いることにより、低コストなプリズムアレイ板が構成できる。この場合、プリズム頂角のだれと平面部の精度が低くなるが、多少損失が増大するだけである。また、プリズムアレイ板34を耐熱性の高い樹脂で構成してもよい。プリズムアレイ板を樹脂で製作すれば、さらに、低コスト化できる。   The prism array plate 34 may be manufactured by molding. By using a molded product, a low-cost prism array plate can be configured. In this case, the accuracy of the apex angle of the prism and the accuracy of the flat surface portion are lowered, but the loss is only slightly increased. The prism array plate 34 may be made of a resin having high heat resistance. If the prism array plate is made of resin, the cost can be further reduced.

また、カラーホイール42を構成するダイクロイックフィルタに入射角依存性があっても、正レンズ44のパワーを調整することで入射角度を変更できる。また、正レンズ44を2枚のレンズ群から構成することで、プリズムアレイ板34とカラーホイール42との間隔を可変できる。こられによって色再現性を最適化することができる。   Even if the dichroic filter constituting the color wheel 42 has an incident angle dependency, the incident angle can be changed by adjusting the power of the positive lens 44. In addition, by configuring the positive lens 44 from two lens groups, the distance between the prism array plate 34 and the color wheel 42 can be varied. As a result, color reproducibility can be optimized.

以上のように、本実施の形態によれば、複数の光源30,31からの光をプリズムアレイ板34により偏角し、合成するため、投写レンズ40の瞳面41に形成される光源像が光軸58に対してほぼ対称に配置され、スクリーン上の照度均一性および色均一性が良く、光利用効率の高い照明装置が構成できる。また、投写レンズ40のFナンバーを小さくすることなく、複数の光源を合成できるため、小型で低コストな投写型表示装置が構成できる。   As described above, according to the present embodiment, the light from the plurality of light sources 30 and 31 is deflected by the prism array plate 34 and synthesized, so that the light source image formed on the pupil plane 41 of the projection lens 40 is obtained. An illuminating device which is arranged almost symmetrically with respect to the optical axis 58, has good illuminance uniformity and color uniformity on the screen, and has high light utilization efficiency can be configured. In addition, since a plurality of light sources can be combined without reducing the F-number of the projection lens 40, a compact and low-cost projection display device can be configured.

(実施の形態2)
図6は本発明の実施の形態2にかかる照明装置及び投写型表示装置の概略構成を示したものである。実施の形態1と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態の投写型表示装置は、画像形成手段として、偏光を利用して光を変調する液晶パネルを用いる。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a schematic configuration of the illumination device and the projection display device according to the second embodiment of the present invention. Members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The projection display apparatus according to the present embodiment uses a liquid crystal panel that modulates light using polarized light as an image forming unit.

ランプ30,31から集光レンズ43にいたる構成は図1に示した実施の形態1と同様である。本実施の形態が実施の形態1(図1)と異なるのは、本実施の形態の照明装置60が、偏光分離手段としての偏光分離プリズムアレイ61と、偏光回転手段としての1/2波長板65と、補助レンズ66とを備えている点である。   The configuration from the lamps 30 and 31 to the condenser lens 43 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The present embodiment differs from the first embodiment (FIG. 1) in that the illumination device 60 of the present embodiment includes a polarization separation prism array 61 as polarization separation means and a half-wave plate as polarization rotation means. 65 and an auxiliary lens 66.

図7は偏光分離プリズムアレイ61と1/2波長板65の構成例を示す。(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は下面図である。偏光分離プリズムアレイ61は、偏光分離プリズム62をランプ30,31の配列方向と垂直な方向に複数配列して構成される。   FIG. 7 shows a configuration example of the polarization separation prism array 61 and the half-wave plate 65. (A) is a front view, (B) is a side view, and (C) is a bottom view. The polarization separation prism array 61 is configured by arranging a plurality of polarization separation prisms 62 in a direction perpendicular to the arrangement direction of the lamps 30 and 31.

偏光分離プリズム62は、第2レンズアレイ36のレンズ素子の短軸方向の配列ピッチの約1/2のピッチで配列される。偏光分離プリズム62の接合面には偏光分離膜63を配置する。さらに偏光分離プリズムアレイ61の出射側には偏光分離プリズムの2倍の配列ピッチで1/2波長板65を配置する。   The polarization separation prisms 62 are arranged at a pitch that is approximately ½ of the arrangement pitch of the lens elements of the second lens array 36 in the minor axis direction. A polarization separation film 63 is disposed on the joint surface of the polarization separation prism 62. Further, a half-wave plate 65 is arranged on the output side of the polarization separation prism array 61 at an arrangement pitch twice that of the polarization separation prism.

図8を用いて偏光分離プリズムアレイ61と1/2波長板65の作用を説明する。   The operation of the polarization separation prism array 61 and the half-wave plate 65 will be described with reference to FIG.

第2レンズアレイ板36から出射する多数の光束は、微小な偏光分離プリズム62をプリズムアレイ板のプリズム配列方向と直角な一方向に複数配列した偏光分離プリズムアレイ61に入射する。微小な偏光分離プリズム62は、第2レンズアレイ板36のレンズ素子の配列ピッチの約1/2のピッチで配列している。一つの偏光分離プリズム62aに入射した光は偏光分離膜63aによりP偏光は透過し、S偏光は反射させられる。反射したS偏光の光は、隣の反射膜63bに入射し再び反射され、1/2波長板65に入射する。1/2波長板65は入射した光の偏光方向を90°回転するように配置され、入射したS偏光の光をP偏光に変換して透過させる。   A large number of light beams emitted from the second lens array plate 36 enter a polarization separation prism array 61 in which a plurality of minute polarization separation prisms 62 are arranged in one direction perpendicular to the prism arrangement direction of the prism array plate. The minute polarization splitting prisms 62 are arranged at a pitch of about ½ of the arrangement pitch of the lens elements of the second lens array plate 36. The light incident on one polarization splitting prism 62a is transmitted through the polarization splitting film 63a as P-polarized light and reflected as S-polarized light. The reflected S-polarized light is incident on the adjacent reflection film 63 b and reflected again, and is incident on the half-wave plate 65. The half-wave plate 65 is disposed so as to rotate the polarization direction of incident light by 90 °, and converts incident S-polarized light into P-polarized light and transmits it.

偏光分離プリズムアレイ61と1/2波長板65により自然光を一つの偏光方向の光に変換された光は補助レンズ66に入射する。補助レンズ66で屈折された多数の光束は液晶パネル38上に重畳され、液晶パネル38を均一に照明する。   Light obtained by converting natural light into light of one polarization direction by the polarization separation prism array 61 and the half-wave plate 65 enters the auxiliary lens 66. A number of light beams refracted by the auxiliary lens 66 are superimposed on the liquid crystal panel 38 to illuminate the liquid crystal panel 38 uniformly.

このように、偏光分離プリズムアレイ61と1/2波長板65を配置することにより、偏光方向を一方向に揃えながら、損失していた一方の偏光方向の光を利用できるため、液晶パネル39を照明する有効な偏光の光束が増大する。   As described above, by arranging the polarization separation prism array 61 and the half-wave plate 65, it is possible to use the lost light in one polarization direction while aligning the polarization direction in one direction. The effective polarized light flux to illuminate is increased.

フィールドレンズ38は液晶パネル39上に照明される光を投写レンズ40の瞳面41に集光するためのものである。投写レンズ40の瞳面41と第2レンズアレイ板36面とは略共役関係となるように、フィールドレンズ38の焦点距離が設定される。   The field lens 38 is for condensing the light illuminated on the liquid crystal panel 39 on the pupil plane 41 of the projection lens 40. The focal length of the field lens 38 is set so that the pupil plane 41 of the projection lens 40 and the second lens array plate 36 have a substantially conjugate relationship.

補助レンズ66は第2レンズアレイ板36の周辺から出射する光束を液晶パネル39上に照明するためのレンズであり、その焦点距離は補助レンズ66面から液晶パネル39面までの面間距離としている。   The auxiliary lens 66 is a lens for illuminating the light beam emitted from the periphery of the second lens array plate 36 on the liquid crystal panel 39, and the focal length is the distance between the auxiliary lens 66 surface and the liquid crystal panel 39 surface. .

図9は、投写レンズ40の瞳面41の発光体像を出射面側からみた様子を模式的に示したものである。同時に第2レンズアレイ板36の各矩形レンズとの対応が分かるように、第2レンズアレイ板36を点線で図示してある。瞳面41には光源30,31の光源像として、P偏光とS偏光の発光体像が偏光分離プリズムアレイ61のプリズム配列方向(図9の上下方向)に交互に形成される。損失が全くない瞳面とするためには、図5の場合と同様に、第2レンズアレイ板36の有効領域の外接円56の大きさが必要であるが、瞳41の大きさを仮想円57とすることで、光損失を最小に押さえながら、投写レンズ40を小型化、低コスト化できる。   FIG. 9 schematically shows a state in which the illuminant image of the pupil plane 41 of the projection lens 40 is viewed from the exit surface side. At the same time, the second lens array plate 36 is shown by dotted lines so that the correspondence between the second lens array plate 36 and each rectangular lens can be understood. As the light source images of the light sources 30 and 31, P-polarized light and S-polarized light emitter images are alternately formed on the pupil plane 41 in the prism arrangement direction (vertical direction in FIG. 9) of the polarization separation prism array 61. In order to obtain a pupil plane with no loss, the size of the circumscribed circle 56 of the effective area of the second lens array plate 36 is required as in the case of FIG. 5, but the size of the pupil 41 is set to a virtual circle. By setting it to 57, the projection lens 40 can be reduced in size and cost while minimizing light loss.

以上のように、本実施の形態によれば、複数の光源30,31からの光をプリズムアレイ板34により偏角し、合成するため、投写レンズ40の瞳面41に形成される光源像が光軸58に対してほぼ対称に配置され、スクリーン上の照度均一性および色均一性が良く、光利用効率の高い照明装置が構成できる。また、投写レンズ40のFナンバーを小さくすることなく、複数の光源を合成できるため、小型で低コストな投写型表示装置が構成できる。さらに、自然光を一方向の偏光の光に変換する偏光変換光学部材を配置するため、光利用効率が非常に高い照明装置が構成できる。   As described above, according to the present embodiment, the light from the plurality of light sources 30 and 31 is deflected by the prism array plate 34 and synthesized, so that the light source image formed on the pupil plane 41 of the projection lens 40 is obtained. An illuminating device which is arranged almost symmetrically with respect to the optical axis 58, has good illuminance uniformity and color uniformity on the screen, and has high light utilization efficiency can be configured. In addition, since a plurality of light sources can be combined without reducing the F-number of the projection lens 40, a compact and low-cost projection display device can be configured. Furthermore, since a polarization conversion optical member that converts natural light into unidirectionally polarized light is disposed, an illumination device with very high light utilization efficiency can be configured.

(実施の形態3)
図10は本発明の実施の形態3にかかる照明装置及び投写型表示装置の概略構成を示したものである。実施の形態1と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態の投写型表示装置は、画像形成手段として、偏光や散乱を利用して光を変調する液晶パネルを用いる。
(Embodiment 3)
FIG. 10 shows a schematic configuration of the illumination device and the projection display device according to the third embodiment of the present invention. Members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The projection display apparatus according to the present embodiment uses a liquid crystal panel that modulates light using polarized light or scattering as an image forming unit.

ランプ30,31から正レンズ44に至る構成、及び、第1レンズアレイ板35から液晶パネル39に至る構成は図1に示した実施の形態1と同様である。本実施の形態が実施の形態1(図1)と異なるのは、実施の形態1の集光レンズ43に代わって集光手段として入射側レンズ71と出射側レンズ72が配置されていることと、色分離手段としてのカラーホイールの構成が相違することである。図10において、70は本実施の形態の照明装置である。   The configuration from the lamps 30 and 31 to the positive lens 44 and the configuration from the first lens array plate 35 to the liquid crystal panel 39 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment (FIG. 1) in that an incident side lens 71 and an emission side lens 72 are arranged as a condensing means in place of the condensing lens 43 of the first embodiment. The configuration of the color wheel as the color separation means is different. In FIG. 10, reference numeral 70 denotes a lighting device of the present embodiment.

実施例1と同様にして、正レンズ44により収束された光は、複数のダイクロイックミラーから構成され、モータ74で高速で回転するカラーホイール73に入射する。   Similarly to the first embodiment, the light converged by the positive lens 44 is made up of a plurality of dichroic mirrors and enters a color wheel 73 that is rotated at high speed by a motor 74.

図11に本実施の形態のカラーホイール73の構成を示す。50、51、52はそれぞれ、赤透過、緑透過、青透過のダイクロイックフィルターであり、53は可視光透過のフィルタである。実施の形態1と異なり、本実施の形態のカラーホイール73は、円を6分割して3色のフィルタを組み合わせ、さらに画面の輝度の高いところで利用される白色を組み合わせている。さらに、モータ74は液晶パネル39に1フレーム分の赤、緑、青、白色の画像が表示される間に2回転する様になっている。これにより、高速に移動する画像が表示される場合にも画質の劣化が低減できる。   FIG. 11 shows the configuration of the color wheel 73 of the present embodiment. Reference numerals 50, 51, and 52 denote red transmissive, green transmissive, and blue transmissive dichroic filters, respectively. Reference numeral 53 denotes a visible light transmissive filter. Unlike the first embodiment, the color wheel 73 of the present embodiment combines a three-color filter by dividing a circle into six parts, and further combines white that is used where the brightness of the screen is high. Further, the motor 74 rotates twice while displaying one frame of red, green, blue, and white images on the liquid crystal panel 39. Thereby, even when an image moving at a high speed is displayed, deterioration in image quality can be reduced.

プリズムアレイ板34から出射した光は、正レンズ44により収束されてカラーホイール73に入射する。カラーホイール73に入射した光は、赤透過のダイクロイックフィルタ50,緑透過のダイクロイックフィルタ51、青透過のダイクロイックフィルタ52、可視光透過のフィルタ53により、時系列的に赤、緑、青、白の色光に分離される。赤、緑、青、白の色光は入射側レンズ71、出射側レンズ72により集光され、略平行光に変換された後、複数のレンズで構成される第1レンズアレイ板35に入射する。   The light emitted from the prism array plate 34 is converged by the positive lens 44 and enters the color wheel 73. The light incident on the color wheel 73 is red, green, blue, and white in time series by the red transmitting dichroic filter 50, the green transmitting dichroic filter 51, the blue transmitting dichroic filter 52, and the visible light transmitting filter 53. Separated into colored light. The red, green, blue, and white color lights are collected by the incident side lens 71 and the emission side lens 72, converted into substantially parallel light, and then incident on the first lens array plate 35 including a plurality of lenses.

図12は入射側レンズ71と出射側レンズ72での入射光束の制御を説明する概念図である。   FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining the control of the incident light beam by the entrance side lens 71 and the exit side lens 72.

入射側レンズ71は、例えば、入射面が平面で、出射側は周辺部で強い正パワーを有し、光軸58の近傍部では周辺部に比べ緩やかなパワーを有する。従って、入射光線は光軸58の近傍部では進行方向がほとんど変えられることがなく直進するが、周辺部では大きく屈折作用を受け略平行光に変換される。   The incident side lens 71 has, for example, a flat incident surface, a strong positive power at the periphery on the exit side, and a gradual power near the optical axis 58 as compared to the periphery. Therefore, incident light travels straight in the vicinity of the optical axis 58 with almost no change in traveling direction, but is largely refracted and converted into substantially parallel light in the peripheral part.

さらに出射側レンズ72は、例えば、入射面は平面で、出射面は光軸58の近傍付近で強い正パワーを有し、周辺部では光軸近傍部に比べ緩やかなパワーを有する。従って、入射光は周辺部では屈折作用を受けず光線は直進し、光軸58の近傍付近では屈折作用を受けて略平行光に変換される。従って、光軸近傍部、周辺部とも略平行光が出射される。   Further, for example, the exit side lens 72 has a flat entrance surface, and the exit surface has a strong positive power near the optical axis 58, and has a gentle power at the periphery compared to the vicinity of the optical axis. Accordingly, the incident light is not subjected to the refraction action at the peripheral portion, and the light beam travels straight, and is converted into substantially parallel light by the refraction action in the vicinity of the optical axis 58. Accordingly, substantially parallel light is emitted from both the vicinity and the periphery of the optical axis.

このとき、図12に示す通り、入射光束を光軸58に近傍な側から4分割しそれぞれの光束密度をS1,S2,S3,S4とし、各入射光束に対応する出射光束の各領域での光束密度をSS1,SS2,SS3,SS4とすると、入射側レンズ71と出射側レンズ72で構成される集光レンズは、S1>SS1,S2>SS2,S3=SS3,S4<SS4でありかつ、SS1=SS2=SS3=SS4となるように入射光束を制御して出射する。これにより、出射側レンズ72からは光軸58からの距離に関係なく光束密度の略均一な平行光束を出射する。   At this time, as shown in FIG. 12, the incident light flux is divided into four from the side near the optical axis 58, and the respective light flux densities are S1, S2, S3, and S4. Assuming that the light flux density is SS1, SS2, SS3, SS4, the condenser lens composed of the incident side lens 71 and the emission side lens 72 is S1> SS1, S2> SS2, S3 = SS3, S4 <SS4, and The incident light flux is controlled and emitted so that SS1 = SS2 = SS3 = SS4. As a result, the exit side lens 72 emits a parallel light flux having a substantially uniform light flux density regardless of the distance from the optical axis 58.

これにより、以下のような利点がある。一般に第1レンズアレイ板35に密度の不均一な光束が入射すると、第2レンズアレイ板36の各レンズ素子上に形成される発光体像の大きさが不均一になり、光束密度の大きい領域ほど発光体像の大きさが大きくなる。ランプの高出力化等で発光体が大きくなると、発光体像も比例して大きくなり、各レンズの開口より大きな発光体像が形成される場合もあり、光損失が発生する。   This has the following advantages. In general, when a light beam having a non-uniform density is incident on the first lens array plate 35, the size of the illuminant image formed on each lens element of the second lens array plate 36 becomes non-uniform, and a region where the light beam density is high. As the size of the illuminant image increases. When the illuminant becomes large due to high output of the lamp or the like, the illuminant image also increases proportionally, and an illuminant image larger than the aperture of each lens may be formed, resulting in light loss.

これに対し、本実施の形態においては、第1レンズアレイ板35への入射光の光束密度を均一にできるので、発光体像の大きさをおよそ均一にでき、上述のような光損失を低減できる。   On the other hand, in the present embodiment, since the light flux density of the incident light to the first lens array plate 35 can be made uniform, the size of the illuminant image can be made almost uniform, and the above-described light loss is reduced. it can.

図13は、投写レンズ40の瞳面41の発光体像を出射側からみた様子を模式的に示したものである。同時に第2レンズアレイ板36の各矩形レンズとの対応が分かるように、第2レンズアレイ板36を点線で図示してある。図13において、紙面横方向は長軸方向を、紙面上下方向は短軸方向を示す。本実施の形態では、入射側レンズ71と出射側レンズ72の作用により、各矩形レンズに対応して、光源30,31に対応する二つの発光体像77,78が全領域にわたってほぼ同じ大きさで形成される。瞳面41は、第2レンズアレイ板36の有効領域の外接円と同じ大きさの円75とし、すべての発光体像からの光を取り込むことで、光損失を防止する。   FIG. 13 schematically shows a state in which the illuminant image of the pupil plane 41 of the projection lens 40 is viewed from the exit side. At the same time, the second lens array plate 36 is shown by dotted lines so that the correspondence between the second lens array plate 36 and each rectangular lens can be understood. In FIG. 13, the horizontal direction on the paper indicates the long axis direction, and the vertical direction on the paper indicates the short axis direction. In the present embodiment, due to the action of the entrance side lens 71 and the exit side lens 72, the two illuminant images 77 and 78 corresponding to the light sources 30 and 31 correspond to the respective rectangular lenses and have substantially the same size over the entire region. Formed with. The pupil plane 41 is a circle 75 having the same size as the circumscribed circle of the effective area of the second lens array plate 36, and captures light from all the light emitter images, thereby preventing light loss.

以上のように、本実施の形態によれば、複数の光源30,31からの光をプリズムアレイ板34により偏角し、合成するため、投写レンズ40の瞳面41に形成される光源像が光軸58に対してほぼ対称に配置され、スクリーン上の照度均一性および色均一性が良く、光利用効率の高い照明装置が構成できる。また、照明光の光束密度を制御するレンズ71,72を配置することで、瞳面41での発光体像の大きさをおよそ均一にでき、比較的発光体の大きいランプを用いる場合でも第2レンズアレイ36上で発生する光損失を低減でき、光利用効率の高い照明装置が構成できる。   As described above, according to the present embodiment, the light from the plurality of light sources 30 and 31 is deflected by the prism array plate 34 and synthesized, so that the light source image formed on the pupil plane 41 of the projection lens 40 is obtained. An illuminating device which is arranged almost symmetrically with respect to the optical axis 58, has good illuminance uniformity and color uniformity on the screen, and has high light utilization efficiency can be configured. Further, by arranging the lenses 71 and 72 for controlling the luminous flux density of the illumination light, the size of the illuminant image on the pupil plane 41 can be made substantially uniform, and even when a lamp having a relatively large illuminant is used, the second is used. Light loss generated on the lens array 36 can be reduced, and an illumination device with high light utilization efficiency can be configured.

(実施の形態4)
図14は本発明の実施の形態4にかかる照明装置及び投写型表示装置の概略構成を示したものである。実施の形態1と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態の投写型表示装置は、画像形成手段として、偏光や散乱を利用して光を変調する液晶パネルを用いる。
(Embodiment 4)
FIG. 14 shows a schematic configuration of the illumination device and the projection display device according to the fourth embodiment of the present invention. Members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The projection display apparatus according to the present embodiment uses a liquid crystal panel that modulates light using polarized light or scattering as an image forming unit.

正レンズ44から液晶パネル40に至る構成は図1に示した実施の形態1と同様である。本実施の形態が実施の形態1(図1)と異なるのは、本実施の形態の照明装置80が第1のプリズムアレイ板81と第2のプリズムアレイ板82を、放物面鏡32、33と正レンズ44の間に配置していることである。   The configuration from the positive lens 44 to the liquid crystal panel 40 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The present embodiment differs from the first embodiment (FIG. 1) in that the illumination device 80 of the present embodiment replaces the first prism array plate 81 and the second prism array plate 82 with the parabolic mirror 32, 33 and the positive lens 44.

実施の形態1(図1)の照明装置では、プリズムアレイ板34のプリズム配列方向の開口と放物面鏡32,33の開口の大きさの比は、光束を60度偏角するため、2:1となる。この場合、プリズムアレイ板34、第1および第2のレンズアレイ板35,36の開口を小型に構成しようとすると、放物面鏡32,33の開口を小さくすることが必要となり、放物面鏡のランプからの光の集光率が低下する。   In the illuminating device of the first embodiment (FIG. 1), the ratio of the size of the prism array plate 34 in the prism array direction and the size of the apertures of the parabolic mirrors 32 and 33 deviates the luminous flux by 60 degrees. : 1. In this case, if the openings of the prism array plate 34 and the first and second lens array plates 35 and 36 are to be made small, it is necessary to make the openings of the parabolic mirrors 32 and 33 small, and the paraboloidal surface. The light collection rate from the mirror lamp is reduced.

そこで、本実施の形態では、集光率を向上させるため、放物面鏡32,33の開口と、レンズアレイ板35,36に近接して配置するプリズムアレイ板の開口が同等になるように、放物面鏡32,33からの光束を30度偏角し、第2のプリズムアレイ板82に入射させる第1のプリズムアレイ板81を備えるものである。   Therefore, in the present embodiment, in order to improve the light collection rate, the openings of the parabolic mirrors 32 and 33 and the openings of the prism array plates arranged close to the lens array plates 35 and 36 are equal. The first prism array plate 81 is provided to deflect the light beams from the parabolic mirrors 32 and 33 by 30 degrees and to enter the second prism array plate 82.

ランプ30,31から放射される光はそれぞれ対応する放物面鏡32,33により、集光し略平行光に変換される。それぞれの光束は複数のプリズムから構成される第1のプリズムアレイ板81に入射する。第1のプリズムアレイ板81のプリズム素子は、頂角が90度の三角柱プリズムである。第1のプリズムアレイ板81のプリズム素子は放物面鏡32,33から入射する光を損失させることなく、屈折させ、それぞれの光源からの光を30度偏角する。30度偏角させるため、プリズム素子の屈折率は略1.73の媒質を用いている。第1のプリズムアレイ板81は投写レンズの光軸58に対して対称となるよう配置している。本実施の形態では、2つの放物面鏡32,33からの光束が入射する第1のプリズムアレイ板81を一つで構成しているが、2つ放物面鏡32,33からのそれぞれの光束に対応する複数の第1のプリズムアレイ板で構成してもよい。   Light emitted from the lamps 30 and 31 is collected by the corresponding parabolic mirrors 32 and 33 and converted into substantially parallel light. Each light beam enters a first prism array plate 81 composed of a plurality of prisms. The prism elements of the first prism array plate 81 are triangular prisms having an apex angle of 90 degrees. The prism elements of the first prism array plate 81 refract the light incident from the parabolic mirrors 32 and 33 without losing it, and deflect the light from each light source by 30 degrees. In order to deviate by 30 degrees, a medium having a refractive index of approximately 1.73 is used. The first prism array plate 81 is arranged so as to be symmetric with respect to the optical axis 58 of the projection lens. In the present embodiment, the first prism array plate 81 on which the light beams from the two paraboloidal mirrors 32 and 33 enter is composed of one, but the two parabolic mirrors 32 and 33 respectively A plurality of first prism array plates corresponding to the luminous flux may be configured.

第1のプリズムアレイ板81のプリズム素子により偏角した光は第2のプリズムアレイ板82に入射する。第2のプリズムアレイ板82のプリズム素子は頂角が60度の三角柱プリズムであり、その数は第1のプリズムアレイ板81のプリズム素子の数の1/2で構成している。第2のプリズムアレイ板82のプリズム素子の配列ピッチは、第1のプリズムアレイ板81のプリズム素子の配列ピッチの略2倍である。第2のプリズムアレイ板82のプリズム配列方向の開口と放物面鏡32,33の開口の大きさの比は1.15:1となりほぼ同等となる。したがって、第2のプリズムアレイ板82、第1および第2レンズアレイ板35,36を小型に構成しても、放物面鏡のランプからの光の集光率を高くできる。   The light deflected by the prism elements of the first prism array plate 81 enters the second prism array plate 82. The prism elements of the second prism array plate 82 are triangular prisms having an apex angle of 60 degrees, and the number thereof is ½ of the number of prism elements of the first prism array plate 81. The arrangement pitch of the prism elements of the second prism array plate 82 is approximately twice the arrangement pitch of the prism elements of the first prism array plate 81. The ratio of the size of the opening in the prism arrangement direction of the second prism array plate 82 and the size of the opening of the parabolic mirrors 32 and 33 is 1.15: 1, which is substantially equal. Therefore, even if the second prism array plate 82 and the first and second lens array plates 35 and 36 are made compact, the light collection rate of the light from the lamp of the parabolic mirror can be increased.

第2のプリズムアレイ板82の各プリズム素子は、放物面鏡32,33から第1のプリズムアレイ板81を屈折して入射する光を全反射させ、それぞれの光軸を60度偏角する。入射した光束は第2のプリズムアレイ板82によりそれぞれ複数に分割され、そして、放物面鏡32からの分割された光束と放物面鏡33からの分割された光束とが交互に合成される。交互に合成さた光束は、正レンズ44により収束され、複数のダイクロイックミラーから構成され、モータ84で高速に回転するカラーホイール83に入射する。   Each prism element of the second prism array plate 82 refracts the first prism array plate 81 from the parabolic mirrors 32 and 33 to totally reflect the incident light and deviates each optical axis by 60 degrees. . The incident light flux is divided into a plurality of parts by the second prism array plate 82, and the split light flux from the parabolic mirror 32 and the split light flux from the parabolic mirror 33 are alternately synthesized. . The alternately synthesized light beams are converged by the positive lens 44 and are made up of a plurality of dichroic mirrors and enter a color wheel 83 that is rotated at high speed by a motor 84.

カラーホイール83の構成を図15に示す。50、51、52はそれぞれ、赤透過、緑透過、青透過のダイクロイックフィルターである。モータ84は液晶パネル39に1フレーム分の赤、緑、青の画像が表示される間に2回転する様になっている。これにより、高速に移動する画像が表示される場合にも画質の劣化が低減できる。   The configuration of the color wheel 83 is shown in FIG. Reference numerals 50, 51, and 52 denote red, green, and blue dichroic filters, respectively. The motor 84 is rotated twice while the red, green and blue images for one frame are displayed on the liquid crystal panel 39. Thereby, even when an image moving at a high speed is displayed, deterioration in image quality can be reduced.

カラーホイール117に入射した光は、赤透過のダイクロイックフィルタ50,緑透過のダイクロイックフィルタ51、青透過のダイクロイックフィルタ52により、時系列的に赤、緑、青の色光に分離される。赤、緑、青の色光は集光レンズ43により集光され、略平行光に変換された後、複数のレンズで構成される第1レンズアレイ板35に入射する。第1レンズアレイ板35に入射した光束は、多数の光束に分割されて、複数のレンズから構成される第2レンズアレイ板36に収束する。   The light incident on the color wheel 117 is separated into red, green, and blue color lights in time series by the red transmissive dichroic filter 50, the green transmissive dichroic filter 51, and the blue transmissive dichroic filter 52. The red, green, and blue color lights are collected by the condenser lens 43, converted into substantially parallel light, and then incident on the first lens array plate 35 including a plurality of lenses. The light beam incident on the first lens array plate 35 is divided into a large number of light beams and converges on a second lens array plate 36 composed of a plurality of lenses.

集光レンズ43は実施の形態1に示すものとサイズは違うが同一の構成であり、その作用も同様である。このため第1のレンズアレイ板35に入射する光束の光束密度は、光軸近傍部から離れるにつれて低下する(図3参照)。これにより、実施の形態1と同様に、第1レンズアレイ板35に密度の不均一な光束が入射すると、第2レンズアレイ板36の各レンズ素子上に形成される発光体像の大きさが不均一になり、光束密度の大きい領域ほど発光体像の大きさが大きくなる。そのため、投写レンズ40の瞳面41は光損失を大きくすることなく、小型化できる(図5参照)。   The condensing lens 43 has the same configuration as that of the first embodiment, although the size is different, and the operation thereof is also the same. For this reason, the light beam density of the light beam incident on the first lens array plate 35 decreases as the distance from the optical axis vicinity portion increases (see FIG. 3). Thus, as in the first embodiment, when a light beam having a non-uniform density is incident on the first lens array plate 35, the size of the illuminant image formed on each lens element of the second lens array plate 36 is reduced. It becomes non-uniform, and the size of the illuminant image increases as the luminous flux density increases. Therefore, the pupil plane 41 of the projection lens 40 can be reduced in size without increasing the light loss (see FIG. 5).

第1および第2のプリズムアレイ板81,82は、成形で製作してもよい。成形品を用いることにより、低コストなプリズムアレイ板が構成できる。この場合、プリズム頂角のだれと平面部の精度が低くなるが、多少損失が増大するだけである。また、第2のプリズムアレイ板82を耐熱性の高い樹脂で構成してもよい。第1および第2のプリズムアレイ板81,82を樹脂で製作すれば、さらに、低コスト化できる。   The first and second prism array plates 81 and 82 may be manufactured by molding. By using a molded product, a low-cost prism array plate can be configured. In this case, the accuracy of the apex angle of the prism and the accuracy of the flat surface portion are lowered, but the loss is only slightly increased. The second prism array plate 82 may be made of a resin having high heat resistance. If the first and second prism array plates 81 and 82 are made of resin, the cost can be further reduced.

以上のように、本実施の形態によれば、複数の光源30,31からの光を第2のプリズムアレイ板82により偏角し、合成するため、投写レンズ40の瞳面41に形成される光源像が光軸58に対してほぼ対称に配置され、スクリーン上の照度均一性および色均一性が良く、光利用効率の高い照明装置が構成できる。さらに、放物面鏡32,33からの光を30度偏角する第1のプリズムアレイ板81を備えるため、放物面鏡32,33の開口と第2のプリズムアレイ板82、第1および第2レンズアレイ板35,36の開口の大きさを同等にでき、小型で非常に高い光利用効率の照明装置が構成できる。   As described above, according to the present embodiment, the light from the plurality of light sources 30 and 31 is deflected by the second prism array plate 82 and synthesized, so that it is formed on the pupil plane 41 of the projection lens 40. The light source image is arranged almost symmetrically with respect to the optical axis 58, the illumination intensity uniformity and color uniformity on the screen are good, and an illumination device with high light utilization efficiency can be configured. Further, since the first prism array plate 81 for deflecting the light from the parabolic mirrors 32 and 33 by 30 degrees is provided, the openings of the parabolic mirrors 32 and 33 and the second prism array plate 82, the first and The size of the apertures of the second lens array plates 35 and 36 can be made equal, and a small illuminating device with very high light utilization efficiency can be configured.

(実施の形態5)
図16は本発明の実施の形態5にかかる照明装置及び投写型表示装置の概略構成を示したものである。実施の形態1〜4と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施の形態の投写型表示装置は、画像形成手段として、偏光を利用して光を変調する液晶パネルを用いる。
(Embodiment 5)
FIG. 16 shows a schematic configuration of an illumination device and a projection display device according to a fifth embodiment of the present invention. Members having the same functions as those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The projection display apparatus according to the present embodiment uses a liquid crystal panel that modulates light using polarized light as an image forming unit.

放電ランプ30,31からカラーホイール83に至る構成は図14に示した実施の形態4と同様である。本実施の形態の照明装置90は、カラーホイール83と第1のレンズアレイ板35との間に、実施の形態3と同様の入射側レンズ71、出射側レンズ72を備え、第2のプリズムアレイ板36とフィールドレンズ38との間に、実施の形態2と同様の、偏光分離手段としての偏光分離プリズムアレイ61と、偏光回転手段としての1/2波長板65と、補助レンズ66とを備えている。   The configuration from the discharge lamps 30 and 31 to the color wheel 83 is the same as that of the fourth embodiment shown in FIG. The illuminating device 90 of the present embodiment includes an incident side lens 71 and an output side lens 72 similar to those of the third embodiment between the color wheel 83 and the first lens array plate 35, and a second prism array. Between the plate 36 and the field lens 38, a polarization separation prism array 61 as polarization separation means, a half-wave plate 65 as polarization rotation means, and an auxiliary lens 66 are provided as in the second embodiment. ing.

ランプ30,31から放射される光は第1のプリズムアレイ板81で屈折され、第2のプリズムアレイ板82によって合成され、カラーホイール83で単色に分解された後、入射側レンズ71と出射側レンズ72の作用により光束密度の均一な略平行光に変換され(図12参照)、第1レンズアレイ板35に入射する。第1レンズアレイ板35に入射した光は、実施の形態2にて説明した作用を受けて、特定方向の偏光にそろえられた後、液晶パネル39を均一に照明する。   Light radiated from the lamps 30 and 31 is refracted by the first prism array plate 81, synthesized by the second prism array plate 82, and separated into a single color by the color wheel 83, and then the incident side lens 71 and the emission side. The lens 72 is converted into substantially parallel light having a uniform light flux density (see FIG. 12), and enters the first lens array plate 35. The light incident on the first lens array plate 35 is subjected to the action described in the second embodiment, and after being aligned with polarized light in a specific direction, the liquid crystal panel 39 is uniformly illuminated.

図17は、投写レンズ40の瞳面41の発光体像を出射側からみた様子を模式的に示したものである。同時に第2レンズアレイ板36の各矩形レンズとの対応が分かるように、第2レンズアレイ板36を点線で図示してある。瞳面41には光源の像としてP偏光とS偏光の発光体像が、偏光分離プリズムアレイ61のプリズム素子の配列方向(図9の上下方向)に交互に形成される。また、発光体像は瞳面41の全領域にわたってほぼ同じ大きさで形成される。瞳面41は、第2レンズアレイ板36の有効領域の外接円と同じ大きさの円75とし、すべての発光体像からの光を取り込むことで、光損失を防止する。   FIG. 17 schematically shows a state in which the illuminant image of the pupil plane 41 of the projection lens 40 is viewed from the exit side. At the same time, the second lens array plate 36 is shown by dotted lines so that the correspondence between the second lens array plate 36 and each rectangular lens can be understood. On the pupil plane 41, P-polarized light and S-polarized light emitter images are alternately formed as light source images in the arrangement direction of the prism elements of the polarization separation prism array 61 (vertical direction in FIG. 9). Further, the illuminant image is formed with substantially the same size over the entire area of the pupil plane 41. The pupil plane 41 is a circle 75 having the same size as the circumscribed circle of the effective area of the second lens array plate 36, and captures light from all the light emitter images, thereby preventing light loss.

以上のように、本実施の形態によれば、複数の光源30,31からの光を第2のプリズムアレイ板82により偏角し、合成するため、投写レンズ40の瞳面41に形成される光源像が光軸58に対してほぼ対称に配置され、照度均一性および色均一性が高く、光利用効率の高い照明光学装置が構成できる。また、照明光の光束密度を制御するレンズ71,72を配置することで、瞳面41での発光体像の大きさをおよそ均一にでき、比較的発光体の大きいランプを用いる場合でも第2レンズアレイ36上で発生する光損失を低減でき、光利用効率の高い照明装置が構成できる。また、放物面鏡32,33からの光を30度偏角する第1のプリズムアレイ板81を備えるため、放物面鏡32,33の開口と第2のプリズムアレイ板82、第1および第2レンズアレイ板35,36の開口の大きさを同等にでき、小型で非常に高い光利用効率の照明光学装置が構成できる。さらに、自然光を一方向の偏光の光に変換する偏光変換光学部材を配置するため、光利用効率が非常に高い照明光学装置が構成できる。   As described above, according to the present embodiment, the light from the plurality of light sources 30 and 31 is deflected by the second prism array plate 82 and synthesized, so that it is formed on the pupil plane 41 of the projection lens 40. A light source image is arranged substantially symmetrically with respect to the optical axis 58, and an illumination optical device with high illuminance uniformity and color uniformity and high light utilization efficiency can be configured. Further, by arranging the lenses 71 and 72 for controlling the luminous flux density of the illumination light, the size of the illuminant image on the pupil plane 41 can be made substantially uniform, and even when a lamp having a relatively large illuminant is used, the second is used. Light loss generated on the lens array 36 can be reduced, and an illumination device with high light utilization efficiency can be configured. In addition, since the first prism array plate 81 that deviates the light from the parabolic mirrors 32 and 33 by 30 degrees is provided, the openings of the parabolic mirrors 32 and 33, the second prism array plate 82, the first and second The size of the apertures of the second lens array plates 35 and 36 can be made equal, and a compact and very high light utilization efficiency illumination optical device can be constructed. Furthermore, since a polarization conversion optical member that converts natural light into unidirectionally polarized light is disposed, an illumination optical device with very high light utilization efficiency can be configured.

(実施の形態6)
図18は本発明の実施の形態6にかかる投写型表示装置の概略構成を示したものである。本実施の形態の投写型表示装置は、画像形成手段として、反射して光を変調する反射型の液晶パネルを用いる。
(Embodiment 6)
FIG. 18 shows a schematic configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. The projection display apparatus according to the present embodiment uses a reflective liquid crystal panel that reflects and modulates light as an image forming unit.

37は実施の形態1の照明装置、100は反射型ライトバルブ(反射型液晶パネル)である。実施の形態1と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   Reference numeral 37 denotes the illumination device according to the first embodiment, and reference numeral 100 denotes a reflection type light valve (reflection type liquid crystal panel). Members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

集光レンズ43からは、実施の形態1と同様に、光軸58の近傍ほど光束密度の高い光束が出射する。第1レンズアレイ板35は液晶パネル100と相似形の矩形レンズを二次元状に配列して構成されている。   From the condensing lens 43, as in the first embodiment, a light beam having a higher light beam density is emitted closer to the optical axis 58. The first lens array plate 35 is configured by two-dimensionally arranging rectangular lenses similar to the liquid crystal panel 100.

液晶パネル100はアクティブマトリックス方式の液晶パネルであり、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により光を変調し、光学像を形成する。液晶パネル100にはカラ−ホイール42が1回転する間に、赤、青、緑の画像をそれぞれ1回ずつ表示する。   The liquid crystal panel 100 is an active matrix type liquid crystal panel, and modulates light by controlling a voltage applied to a pixel in accordance with a video signal to form an optical image. While the color wheel 42 makes one rotation, the liquid crystal panel 100 displays red, blue and green images once each.

液晶パネル100を反射した色光は、投写レンズ40によりスクリーン(図示せず)上に拡大投写される。スクリーン上に投射された映像は人間の目の積分効果によりフルカラーの画像として見える。   The color light reflected from the liquid crystal panel 100 is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 40. The image projected on the screen appears as a full-color image due to the integral effect of the human eye.

以上のように、本実施の形態によれば、2つの光源を用いた照明装置として、光源30,31からの光をプリズムアレイ板34により偏角し、合成する実施の形態1の照明装置を用いているので、2つの光源からの光を非常に効率よく、均一に液晶パネルへ照明できる。したがって、照度及び色の均一性が良く、光利用効率の高い投写型表示装置が構成できる。   As described above, according to the present embodiment, the illuminating device according to the first embodiment, in which the light from the light sources 30 and 31 is deflected by the prism array plate 34 and combined as an illuminating device using two light sources. Since it is used, the light from the two light sources can be illuminated to the liquid crystal panel very efficiently and uniformly. Therefore, it is possible to construct a projection display device with good illuminance and color uniformity and high light utilization efficiency.

照明装置37に代えて、実施の形態2〜5の照明装置を用いることもできる。   It can replace with the illuminating device 37 and can also use the illuminating device of Embodiment 2-5.

上記の実施の形態では、画像形成手段として、偏光や散乱を利用した液晶パネルを用いた例を示したが、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)など回折、反射などの変化として映像信号に応じた光学像を形成する画像形成手段を用いてもよい。また、透過型のスクリーンを用いて、背面投写型の表示装置を構成してもよい。   In the above-described embodiment, an example in which a liquid crystal panel using polarized light or scattering is used as an image forming unit is shown. However, an optical according to a video signal as a change in diffraction, reflection, or the like such as a digital micromirror device (DMD). Image forming means for forming an image may be used. Further, a rear projection display device may be configured using a transmission screen.

(実施の形態7)
図19は本発明の実施の形態7にかかる投写型表示装置の概略構成を示したものである。本実施の形態の投写型表示装置は、画像形成手段として、偏光を利用して光を変調する反射型の液晶パネルを用いる。
(Embodiment 7)
FIG. 19 shows a schematic configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. The projection display apparatus according to the present embodiment uses a reflective liquid crystal panel that modulates light using polarized light as an image forming unit.

90は実施の形態5の照明装置、100は反射型ライトバルブ(反射型液晶パネル)、110はランプ30のランプ電源、111はランプ31のランプ電源、112は液晶パネルのクロック信号に基づいてランプ電源110,111の駆動波形を制御するコントローラ、120は偏光分離プリズムである。実施の形態5と同一の機能を有する部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   90 is a lighting device according to the fifth embodiment, 100 is a reflection type light valve (reflection type liquid crystal panel), 110 is a lamp power source of the lamp 30, 111 is a lamp power source of the lamp 31, and 112 is a lamp based on a clock signal of the liquid crystal panel. A controller 120 for controlling the driving waveforms of the power supplies 110 and 111, 120 is a polarization separation prism. Members having the same functions as those of the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

実施の形態5で説明したように、出射側レンズ72からは、光軸からの距離に関わらず光束密度がほぼ均一な光束が出射する。第1レンズアレイ板35は液晶パネル100と相似形の矩形レンズを二次元状に配列して構成されている。   As described in the fifth embodiment, a light beam having a substantially uniform light beam density is emitted from the emission side lens 72 regardless of the distance from the optical axis. The first lens array plate 35 is configured by two-dimensionally arranging rectangular lenses similar to the liquid crystal panel 100.

フィールドレンズ38からの光は偏光分離プリズム120に入射する。偏光分離プリズム120は誘電体多層膜から構成される偏光分離膜を有するプリズムである。偏光分離膜の入射角は45°であり、偏光分離膜面に対してのP偏光を透過させS偏光を反射させる。   Light from the field lens 38 enters the polarization separation prism 120. The polarization separation prism 120 is a prism having a polarization separation film composed of a dielectric multilayer film. The incident angle of the polarization separation film is 45 °, and the P polarization with respect to the polarization separation film surface is transmitted and the S polarization is reflected.

反射した光のS偏光は反射型の液晶パネル100に入射する。反射型の液晶パネル100は、アクティブマトリクス方式であって、液晶層と反射膜とを備えている。液晶には強誘電性液晶、ホメオトロピック液晶やHANモード液晶、45度ツイストネマチック液晶が用いられる。反射型の液晶パネルは、映像信号に応じて電圧が印加されると液晶の複屈折が変化する。反射型の液晶パネルへの入射光は液晶を透過し、反射膜で反射され、再び液晶を透過する過程で、複屈折により光の偏光状態がS偏光からP偏光に変化し、出射する。反射型の液晶パネル100から出射したP偏光の色光は偏光分離プリズム120を透過した後、投写レンズ40によりスクリーン(図示せず)上に拡大投写される。   The reflected S-polarized light enters the reflective liquid crystal panel 100. The reflective liquid crystal panel 100 is an active matrix system, and includes a liquid crystal layer and a reflective film. As the liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, homeotropic liquid crystal, HAN mode liquid crystal, or 45 degree twisted nematic liquid crystal is used. In the reflective liquid crystal panel, the birefringence of the liquid crystal changes when a voltage is applied according to the video signal. Incident light to the reflective liquid crystal panel is transmitted through the liquid crystal, reflected by the reflective film, and transmitted through the liquid crystal again, and the polarization state of the light changes from S-polarized light to P-polarized light due to birefringence and is emitted. The P-polarized color light emitted from the reflective liquid crystal panel 100 is transmitted through the polarization separation prism 120 and then enlarged and projected onto a screen (not shown) by the projection lens 40.

一方、反射型の液晶パネル100により偏光状態が変化されないS偏光は、偏光分離プリズム120に入射し、偏光分離膜面で反射し、照明装置90側に戻る。このようにして、反射型の液晶パネル100で光の偏光状態の変化として形成される光学像がスクリーン(図示せず)上に拡大投写され、フルカラーの投写画像が形成される。   On the other hand, the S-polarized light whose polarization state is not changed by the reflective liquid crystal panel 100 enters the polarization separation prism 120, is reflected by the polarization separation film surface, and returns to the illumination device 90 side. In this manner, an optical image formed as a change in the polarization state of light in the reflective liquid crystal panel 100 is enlarged and projected on a screen (not shown) to form a full-color projection image.

液晶パネル100にはカラ−ホイール83が1回転する間に、赤、青、緑の画像をそれぞれ1回ずつ表示する。スクリーン上に投射された映像は人間の目の積分効果によりフルカラーの画像として見える。   While the color wheel 83 makes one rotation, the liquid crystal panel 100 displays red, blue and green images once each. The image projected on the screen appears as a full-color image due to the integral effect of the human eye.

このとき、光源30,31として交流点灯のランプを用いる場合、ランプ電源から発生する方形波でランプは点灯するが、この駆動電流には必ず定常値とは異なるオーバーシュート、アンダーシュートが存在する。2本のランプを用いる場合、両ランプの点灯周波数が異なっていると画像のクロックとは非同期の非定常成分が発生し、あたかもフリッカのように見える。両ランプの点灯周波数を同一とするとこれら非定常成分は決まった周期で発生し、更にランプの点灯周期を画像のクロックと同期させると一定のノイズとして見える。さらに、図20に示すように、ランプ30の駆動タイミングとランプ31の駆動タイミングを1/4周期ずらすことでこの非定常成分は定常成分に比べ相対的に小さくなり、画像上では目立ちにくくなる。なお、図20において、(A)はランプ30の駆動電流波形、(B)はランプ31の駆動電流波形を示し、横軸は時間軸である。   At this time, when an AC lighting lamp is used as the light sources 30 and 31, the lamp is lit with a square wave generated from the lamp power supply, but this drive current always has overshoot and undershoot different from the steady values. When two lamps are used, if the lighting frequencies of the two lamps are different, an unsteady component that is asynchronous with the clock of the image is generated, and it looks as if it is flicker. If the lighting frequencies of both lamps are the same, these non-stationary components are generated at a fixed cycle, and if the lamp lighting cycle is synchronized with the clock of the image, it appears as constant noise. Furthermore, as shown in FIG. 20, by shifting the driving timing of the lamp 30 and the driving timing of the lamp 31 by a quarter cycle, the unsteady component becomes relatively smaller than the steady component, and is less noticeable on the image. In FIG. 20, (A) shows the driving current waveform of the lamp 30, (B) shows the driving current waveform of the lamp 31, and the horizontal axis is the time axis.

以上のように、本実施の形態によれば、2つの光源を用いた照明装置として、実施の形態5の照明装置90を用いているので、2つの光源からの光を非常に効率よく、均一に液晶パネルへ照明できる。したがって、照度及び色の均一性が良く、光利用効率の高い投写型表示装置が構成できる。さらに、光源の点灯周期、駆動タイミングを制御することで画質の向上にもつながる。   As described above, according to the present embodiment, the illumination device 90 according to the fifth embodiment is used as an illumination device using two light sources, and thus the light from the two light sources is very efficiently and uniformly distributed. The LCD panel can be illuminated. Therefore, it is possible to construct a projection display device with good illuminance and color uniformity and high light utilization efficiency. Furthermore, controlling the lighting cycle and driving timing of the light source leads to an improvement in image quality.

なお、照明装置90に代えて、実施の形態1〜4の照明装置を用いることもできる。   In addition, it can replace with the illuminating device 90 and can also use the illuminating device of Embodiment 1-4.

上記の実施の形態では、画像形成手段として、偏光を利用した液晶パネルを用いた例を示したが、特に高速応答性の高い強誘電性液晶を用いた液晶パネルを用いると良い。また、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)など回折、反射などの変化として映像信号に応じた光学像を形成する画像形成手段を用いてもよい。また、透過型のスクリーンを用いて、背面投写型の表示装置を構成してもよい。また、透過型の液晶パネルを用いても良い。   In the above embodiment, an example in which a liquid crystal panel using polarized light is used as the image forming unit has been described. However, a liquid crystal panel using a ferroelectric liquid crystal having a high speed response is particularly preferable. Further, an image forming unit that forms an optical image corresponding to a video signal as a change in diffraction, reflection, or the like such as a digital micromirror device (DMD) may be used. Further, a rear projection display device may be configured using a transmission screen. A transmissive liquid crystal panel may be used.

本発明の利用分野は特に制限はなく、スクリーン上に光学像を拡大して投射する投写型表示装置として広く利用することができる。   The field of application of the present invention is not particularly limited, and can be widely used as a projection display device that projects an optical image on a screen in an enlarged manner.

本発明の実施の形態1における照明装置及び投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the illuminating device and projection type display apparatus in Embodiment 1 of this invention. 図1の照明装置のカラーホイールの構成図である。It is a block diagram of the color wheel of the illuminating device of FIG. 図1の照明装置の集光レンズによる光束制御を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the light beam control by the condensing lens of the illuminating device of FIG. 図1の照明装置の第1レンズアレイ板の構成図である。It is a block diagram of the 1st lens array board of the illuminating device of FIG. 図1の投写型表示装置の投射レンズの瞳面に形成される光源像を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the light source image formed in the pupil plane of the projection lens of the projection type display apparatus of FIG. 本発明の実施の形態2における照明装置及び投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the illuminating device and projection type display apparatus in Embodiment 2 of this invention. 図6の照明装置の偏光分離プリズムアレイと1/2波長板の構成図であり、(A)は正面図、(B)は側面図、(C)は下面図である。It is a block diagram of the polarization splitting prism array and the half-wave plate of the illuminating device of FIG. 6, (A) is a front view, (B) is a side view, (C) is a bottom view. 図6の照明装置の偏光分離プリズムアレイと1/2波長板の作用を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the effect | action of the polarization splitting prism array and the half-wave plate of the illuminating device of FIG. 図6の投写型表示装置の投射レンズの瞳面に形成される光源像を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the light source image formed in the pupil plane of the projection lens of the projection type display apparatus of FIG. 本発明の実施の形態3における照明装置及び投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the illuminating device and projection type display apparatus in Embodiment 3 of this invention. 図10の照明装置のカラーホイールの構成図である。It is a block diagram of the color wheel of the illuminating device of FIG. 図10の照明装置の入射側レンズと出射側レンズによる光束制御を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the light beam control by the entrance side lens and exit side lens of the illuminating device of FIG. 図10の投写型表示装置の投射レンズの瞳面に形成される光源像を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the light source image formed in the pupil plane of the projection lens of the projection type display apparatus of FIG. 本発明の実施の形態4における照明装置及び投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the illuminating device and projection type display apparatus in Embodiment 4 of this invention. 図14の照明装置のカラーホイールの構成図である。It is a block diagram of the color wheel of the illuminating device of FIG. 本発明の実施の形態5における照明装置及び投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the illuminating device and projection type display apparatus in Embodiment 5 of this invention. 図16の投写型表示装置の投射レンズの瞳面に形成される光源像を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the light source image formed in the pupil plane of the projection lens of the projection type display apparatus of FIG. 本発明の実施の形態6における投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the projection type display apparatus in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7における投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the projection type display apparatus in Embodiment 7 of this invention. 図10の投写型表示装置の照明装置のランプの駆動波形図である。It is a drive waveform figure of the lamp | ramp of the illuminating device of the projection type display apparatus of FIG. 従来の照明装置及び投写型表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional illuminating device and projection type display apparatus. 従来の投写型表示装置の投射レンズの瞳面に形成される光源像を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the light source image formed in the pupil plane of the projection lens of the conventional projection display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

30、31 放電ランプ
32、33 放物面鏡
34 プリズムアレイ板
35 第1レンズアレイ板
36 第2レンズアレイ板
37 照明装置
38 フィールドレンズ
39 液晶パネル
40 投写レンズ
41 投写レンズの瞳面
42 カラーホイール
43 集光レンズ
44 正レンズ
50 赤透過ダイクロイックフィルター
51 緑透過ダイクロイックフィルター
52 青透過ダイクロイックフィルター
53 可視光透過フィルター
54,55 発光体像
56 第2レンズアレイ板の有効領域の外接円
57 仮想円
58 光軸
60 照明装置
61 偏光分離プリズムアレイ
62 偏光分離プリズム
63 偏光分離膜
65 1/2波長板
66 補助レンズ
70 照明装置
71 入射側レンズ
72 出射側レンズ
73 カラーホイール
74 モータ
75 第2レンズアレイ板の有効領域の外接円と同じ大きさの円
77,78 発光体像
80 照明装置
81 第1のプリズムアレイ板
82 第2のプリズムアレイ板
83 カラーホイール
84 モータ
90 照明装置
100 液晶パネル
110,111 ランプ電源
112 コントローラ
120 偏光分離プリズム
900 照明装置
901,902 放電ランプ
903,904 放物面鏡
905 正レンズ
906 回転板
907 モータ
908 集光レンズ
909 第1レンズアレイ板
910 第2レンズアレイ板
911 液晶パネル
912 フィールドレンズ
913 投写レンズ
914 投写レンズの瞳面
922,923 光源像群
924 光源像
30, 31 Discharge lamps 32, 33 Parabolic mirror 34 Prism array plate 35 First lens array plate 36 Second lens array plate 37 Illuminator 38 Field lens 39 Liquid crystal panel 40 Projection lens 41 Pupil plane 42 of projection lens Color wheel 43 Condensing lens 44 Positive lens 50 Red transmissive dichroic filter 51 Green transmissive dichroic filter 52 Blue transmissive dichroic filter 53 Visible light transmissive filter 54, 55 Light-emitting body image 56 The circumscribed circle 57 of the effective area of the second lens array plate Virtual circle 58 Optical axis 60 Illumination device 61 Polarization separation prism array 62 Polarization separation prism 63 Polarization separation film 65 Half-wave plate 66 Auxiliary lens 70 Illumination device 71 Incident side lens 72 Emission side lens 73 Color wheel 74 Motor 75 Effective area of second lens array plate Circumscribed circle and Circles 77 and 78 of the same size Light emitter image 80 Illumination device 81 First prism array plate 82 Second prism array plate 83 Color wheel 84 Motor 90 Illumination device 100 Liquid crystal panel 110, 111 Lamp power supply 112 Controller 120 Polarization separation prism 900 Illuminating devices 901, 902 Discharge lamps 903, 904 Parabolic mirror 905 Positive lens 906 Rotating plate 907 Motor 908 Condensing lens 909 First lens array plate 910 Second lens array plate 911 Liquid crystal panel 912 Field lens 913 Projection lens 914 Projection Lens pupil plane 922, 923 Light source image group 924 Light source image

Claims (4)

略同一の発光周期で、かつ、互いに異なる発光タイミングで光を放射する複数の光源と、
前記光源からの光を時間毎に特定の波長帯毎に分離する色分離手段と、
映像信号に応じて光学像を形成する1つの画像形成手段と、
前記色分離手段からの光を集光し前記画像形成手段を照明する照明手段と、
前記画像形成手段上の光学像をスクリーン上に投写する投写レンズと
を備えた投写型表示装置。
A plurality of light sources that emit light at substantially the same light emission period and at different light emission timings;
Color separation means for separating light from the light source for each specific wavelength band every time;
One image forming means for forming an optical image in response to a video signal;
Illumination means for condensing light from the color separation means and illuminating the image forming means;
A projection display device comprising: a projection lens that projects an optical image on the image forming unit onto a screen.
前記複数の光源の発光周期が互いに略1/4周期異なる請求項1に記載の投写型表示装置。   The projection display device according to claim 1, wherein the light emission periods of the plurality of light sources are different from each other by approximately ¼ period. 前記画像形成手段が透過型の表示装置である請求項1または2に記載の投写型表示装置。   The projection display device according to claim 1, wherein the image forming unit is a transmissive display device. 前記画像形成手段が反射型の表示装置である請求項1または2に記載の投写型表示装置。   The projection display device according to claim 1, wherein the image forming unit is a reflective display device.
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