JP2006235642A - Projection type display device - Google Patents
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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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
(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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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)
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.
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