JP2007065519A - Projection image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶パネル等の映像表示素子を用いた投写型映像表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display apparatus using an image display element such as a liquid crystal panel.
従来、液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置においては、例えば小さなサイズで映像を投写する場合や、映画などの暗いシーンの多い映像を投写する場合には、スクリーンに必要以上の光が投写され眩しすぎて映像が見え難いという問題があった。この問題に対処するため、上記のような場合には、平板型偏光変換素子への入射光量を遮光板にて絞ることによりスクリーンに投写される光量を低減する技術が特開2002−23106号公報に記載されている。この技術では、平板型偏光変換素子に入射する光量を、遮光板で絞って低減させることで、スクリーンへ投写される光量を低減することを可能としている。 Conventionally, in a projection display apparatus such as a liquid crystal projector, for example, when projecting an image with a small size or projecting an image with many dark scenes such as a movie, more light than necessary is projected on the screen. There was a problem that it was too difficult to see the video. In order to deal with this problem, in the above case, a technique for reducing the amount of light projected on the screen by reducing the amount of light incident on the flat plate type polarization conversion element with a light shielding plate is disclosed in JP-A-2002-23106. It is described in. In this technique, the amount of light projected on the screen can be reduced by reducing the amount of light incident on the flat-plate polarization conversion element by reducing the amount of light with a light shielding plate.
しかしながら、上記文献が開示している技術では、コントラストについて何の考慮もされていない。単純に平板型偏光変換素子に入射する光量を絞っているため、コントラスト性能はほとんど変化しない一方、明るい映像時の輝度と、暗い映像時の輝度の差が小さくなり、光量を絞った場合は階調の差も小さくなる。従って、特に暗い映像で階調の差が判別できないという問題がある。 However, in the technology disclosed in the above document, no consideration is given to contrast. Since the amount of light incident on the flat plate polarization conversion element is simply reduced, the contrast performance hardly changes, but the difference between the brightness for bright images and the brightness for dark images becomes small. The difference in tone is also reduced. Therefore, there is a problem that the difference in gradation cannot be determined particularly in a dark image.
投射型映像表示装置において、第1の開口部として、所定間隔で配列された偏向変換素子の入射面上の複数の入射領域とそれぞれ同じ所定間隔で配置され、偏向変換素子の入射面に対応した形状を有する複数の第1の開口部の間に、複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を配列した遮光ユニットを有する。 In the projection display apparatus, the first openings are arranged at the same predetermined intervals as the plurality of incident areas on the incident surfaces of the deflection conversion elements arranged at predetermined intervals, and correspond to the incident surfaces of the deflection conversion elements. A light-shielding unit in which second openings having an area smaller than the plurality of incident regions are arranged between the plurality of first openings having a shape.
本発明によれば、光量を絞った際にコントラスト性能が上がる為、光量を絞った状態においても、高画質な投写型映像表示装置を提供することが可能である。 According to the present invention, since the contrast performance is improved when the amount of light is reduced, it is possible to provide a high-quality projection display apparatus even when the amount of light is reduced.
以下、本発明による実施の形態につき、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明を搭載した投写型映像表示装置の照明光学系の構成図である。図1において、1は光源、5は楕円面または回転放物面等の反射面で光源1からの光を反射するリフレクタ、6はマトリックス状に配列された複数の小さなレンズセルを有し複数の2次光源像を形成する第1アレイレンズ、7は第1アレイレンズ6の個々のレンズセルに共役なマトリックス状に配列された複数の小さなレンズセルを有し第1アレイレンズの個々のレンズ像を結像する第2アレイレンズ、191、192は遮光板、8は第2アレイレンズ7側からの光を所定方向の偏光光に揃える平板型偏光変換素子、20は集光用レンズ、9R、9G、15はコンデンサレンズ、4、11は色分離用のダイクロイックミラー、12、17、18は反射により光路方向を変えるミラー、13、14はそれぞれ、第1リレーレンズ、第2リレーレンズ、2R、2G、2Bはそれぞれ各色の透過型液晶パネル、10は色合成用の合成プリズム、3は拡大投写用の投写レンズユニット、16はスクリーンである。
FIG. 1 is a configuration diagram of an illumination optical system of a projection display apparatus equipped with the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source, 5 is a reflector that reflects light from the
第1アレイレンズ6からコンデンサレンズ9R、9G、15までの光学系は、透過型液晶パネル2R、2G、2Bに対する照明光学系を構成する。透過型液晶パネル2R、2G、2Bでは、映像信号駆動回路(図示なし)により、光源1側からの光に対し、映像信号に応じた光強度変調を行い、光学像を形成する。
The optical system from the
図1の構成において、光源1より出射した光束は、リフレクタ5で反射することによって集められ、第1アレイレンズ6側へ出射される。第1アレイレンズ6は、入射した光束を複数のレンズセルで複数の光束に分割し、光束が第2アレイレンズ7、偏光変換素子8を効率良く通過できるようにする。第2アレイレンズ7は、その複数のレンズセルのそれぞれが、対応する第1アレイレンズ6のレンズセルのレンズ像を、透過型液晶パネル2R、2G、2B側に投影する。このとき、平板型偏光変換素子8は、上述したように第2アレイレンズ7からの光束を所定方向の偏光光(ここではS偏光)に揃える。この平板型偏光変換素子8の詳細構成については後述する。集光用レンズ20、コンデンサレンズ9R、9G、15、第1リレーレンズ13、及び第2リレーレンズ14は、これら第1アレイレンズ6の各レンズセルのレンズ像を、各色の透過型液晶パネル2R、2G、2B上に重ね合わせる。
In the configuration of FIG. 1, the light beam emitted from the
光源1より出射された白色光は、平板型偏光変換素子8から出射され、集光レンズ20、第1リレーレンズ13、第2リレーレンズ14、及びコンデンサレンズ9R、9G、15を経て各映像表示素子2R、2G、2Bに照射される過程で、ダイクロイックミラー4、11により、赤色光(R光)、緑色光(G光)、青色光(B光)に分離され、それぞれ対応する透過型液晶パネル2R、2G、2Bに照射される。なお、図1の例の場合、ダイクロイックミラー4は、緑色光と青色光を透過し、赤色光は反射させる特性を有し、ダイクロイックミラー11は、緑色光を反射して青色光を透過させる特性を有する。各色光が照射された透過型液晶パネル2R、2G、2Bは、外部からの映像信号によって各色光を変調して映像信号に対応した光学像を形成し、信号光として合成プリズム10側に出射する。合成プリズム10では、各色光の信号光を色合成し、投写レンズユニット3側に出射する。投写レンズユニット3は白色光の光学像をスクリーン16上に拡大投写し、映像を表示する。第1リレーレンズ13、第2リレーレンズ14は、透過型液晶パネル2R、2Gの光路長に対し映像表示素子2Bの光路長が長くなっているため、これを補う作用もある。また、コンデンサレンズ15、9R、9Gは、透過型液晶パネル2R、2G、2B通過後の光束の広がりを抑え、投写レンズユニット3によって効率良い拡大投写を可能とする。
The white light emitted from the
図2は、平板型偏光変換素子部の一部を上部から見た説明図である。平板型偏光変換素子8は、図に示すように、複数の透光性部材84が張り合わされており、その貼り合わせ面には反射膜82と偏光分離膜83が交互に形成されている。従って、平板型偏向変換素子8の第2レンズアレイ7側の入射面には、x方向に一定の間隔(ピッチ)dで複数の透光性部材84の張り合わせ面が配列している。従って、平板型偏向変換素子8の入射領域は、幅dの矩形型入射領域の領域が、一定間隔dでx方向に配列されることとなる。平板型偏光変換素子8の出射面の一部にはλ/2位相差板81が配置されている。2枚の遮光板191、192は平板型偏光変換素子8と第2レンズアレイ7の間に配置され、第2レンズアレイ7を透過した光(S偏光+P偏光)が、遮光板191、192の開口部191a、192aを透過し、平板型偏光変換素子8に入射する。
FIG. 2 is an explanatory view of a part of the flat-plate polarization conversion element section as viewed from above. As shown in the drawing, the flat polarization conversion element 8 has a plurality of
平板型偏光変換素子8に入射した光のうち、P偏光は偏光分離膜83を透過し、平板型偏光変換素子8から出射する際にλ/2位相差板81を透過してS偏光となる。平板型偏光変換素子8に入射したS偏光は、偏光分離膜83により反射し、その後反射面82により、前記偏光分離膜83を透過したP偏光と同方向に反射し平板型偏光変換素子8を出射する。以上により、平板型偏光変換素子8を出射する光はS偏光に揃えられる。このとき、遮光板191、192は、平板型偏光変換素子8を出射した光が反射膜82に直接入射しないように遮光する。
Of the light incident on the flat polarization conversion element 8, P-polarized light is transmitted through the
次に遮光板191、192について説明する。図3は第1遮光板191の正面図であり、図に示すように、穴部(開口部)191aを設け、その残りの部分を遮光部191b(斜線部分)とする。図4は第2遮光板192の正面図であり、穴部(開口部)192aを設け、その残りの部分を遮光部192b(斜線部分)とする。それぞれの図に示すように、開口部191aと192aの形状が異なっており、2枚の遮光板191、192を重ね合わせて用いる。
Next, the
この例では、第2遮光板192の形状は、x方向に関しては、平板型偏向変換素子8の入射面における透光性部材84の張り合わせ面のピッチと同じ間隔dで、開口部192aと遮光部192bを配列している。また、第2遮光板192の開口部192aにおいて、y方向に関しては、平板型偏向変換素子8のy方向の有効入射幅と同じ高さを有している。
In this example, the shape of the second
一方、第1遮光板191は、第2遮光板192と同様の形状から、さらに絞り時に使用される開口部191a-aを、第2遮光板192の遮光部192bに対応する領域の一部に形成した形状を有する。通常使用時に使用される開口部191a-nは、第2遮光板102の開口部192aと同じ形状を有する。絞り時に使用される開口部191a-aは、第2遮光板192において平板型偏向変換素子8の入射面における透光性部材84の張り合わせ面のピッチと同じ間隔dで配置されている192bの部分に対し、中心部分からy方向の高さを変えた開口部として形成されたものである。このように、y方向の高さは、x方向中心に近いものが高く、中心から外側に配置されている191a-aであればあるほど低い。この高さの相違により、遮光板中心を照明光学系の光軸とした場合には、光軸中心な略円形状とすることができる。
On the other hand, the first light-
図4および図5が示す、異なる形状の開口部を有した2枚の遮光板を平板型偏光変換素子の入射側に配置することにより、通常状態では、この2枚の遮光板を重ね合わせて形成される開口形状を、平板型偏光変換素子のピッチ間隔と同等でスリット状の形状とする。さらに、上記2枚の遮光板のどちらか一方を平板型偏光変換素子の1ピッチ分移動させた場合の開口部形状の外形を、光軸を中心とした略円形状としている。 4 and FIG. 5 show that two light shielding plates having openings of different shapes are arranged on the incident side of the flat plate type polarization conversion element, so that these two light shielding plates are overlapped in a normal state. The opening shape to be formed is a slit-like shape that is equivalent to the pitch interval of the plate-type polarization conversion element. Further, the outer shape of the opening when one of the two light shielding plates is moved by one pitch of the flat plate-type polarization conversion element is a substantially circular shape centered on the optical axis.
図5は2枚の遮光板191、192を重ね合わせた状態を示す図である。図5(A)は通常使用時の遮光板191、192の状態である。図に示すように、遮光板191、192の遮光部191b、192bで構成される遮光部19bと、遮光板191、192の開口部191a、192aで構成される開口部19aが交互に配列され、第2レンズアレイ7からの光を透過する。このように、通常状態においては、第1遮光板191の開口部191a-nと第2遮光板192の開口部192aが重なり、第1遮光板191の開口部191a-aについては、第2遮光板192の遮光部192bと重なる。
FIG. 5 is a diagram showing a state in which two
図5(B)は光量を絞った状態を示している。図5(A)の状態において第1遮光板191をy方向において矢印方向に移動させることにより、図5(B)の状態に変更する。このときの開口部19aの形状は、外形が光軸を中心とした略円形状(破線)となる。すなわち、絞った状態では、第1遮光板191の開口部191a-nが第2遮光板192の遮光部192bと重なり、第1遮光板191の開口部191a-aが第2遮光板192の開口部192aと重なる。従って、開口部191a-aの形状から、全体として略円形の開口部を形成することができる。
FIG. 5B shows a state where the amount of light is reduced. In the state shown in FIG. 5A, the first light-shielding
次に遮光板の作用について説明する。 Next, the operation of the light shielding plate will be described.
図6は遮光板191、192が図5(A)の通常状態の場合の、C−C断面の模式図である。図に示すように、第2レンズアレイ7を透過した光は、全て遮光板191、192の開口部を透過し、平板型偏向変換素子8に入射し、集光用レンズ20により透過型液晶パネル2に照射される。このときの入射角度を22a、光軸を21とする。
FIG. 6 is a schematic diagram of a CC cross section when the
図7は遮光板191、192が図5(B)の絞った状態の場合の、C−C断面の模式図である。図に示すように、第2レンズアレイ7を透過した光の最外周部の光は、第1遮光板191の遮光部で遮光され、平板型偏向変換素子8に入射しない。したがって遮光される分、透過型液晶パネル2に照射される光量が低下し、かつ透過型液晶パネル2への入射角度は22bのように、上記通常状態の場合の入射角度22aより小さくなる。
FIG. 7 is a schematic diagram of a CC cross section when the
なお、本実施の形態では、遮光板192、192の2枚を有する構成としたが、たとえば遮光板192に相当するものを偏向変換素子の入射面にあらかじめ接着しておくことも可能である。また、その場合には、第1遮光板192を、光源1と平板型偏向変換素子8の間ではなく、光源1からみて、平板型偏向変換素子8の下流に配置することも可能である。
In this embodiment, the
図8は透過型液晶パネルにおける入射角(倒れ角)とコントラスト性能の関係を示す図である。図に示すように、入射角度が小さいとコントラスト性能が上がる。したがって、遮光板191、192により光量を絞った場合(図5(B))は、光量が下がるとともに、透過型液晶パネル2への入射角度が小さくなるためコントラスト性能が上がることになる。よって、遮光板により光量を絞った状態で、コントラスト性能が上がるため、暗い映像の場合でも高画質な映像を得ることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the incident angle (tilt angle) and contrast performance in a transmissive liquid crystal panel. As shown in the figure, when the incident angle is small, the contrast performance is improved. Therefore, when the amount of light is reduced by the
光量を絞ると共に、透過型液晶パネル等に入射する光の入射角度が小さくなるようにした。したがって、光量を絞った際には、透過型液晶パネルに入射する光の角度が小さくなる為、コントラスト性能が上がる。 In addition to reducing the amount of light, the incident angle of light incident on the transmissive liquid crystal panel or the like was reduced. Accordingly, when the amount of light is reduced, the angle of the light incident on the transmissive liquid crystal panel is reduced, so that the contrast performance is improved.
次に、図9に他の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1遮光板191および第2遮光板192にそれぞれ、絞り時の開口部191a-a、192a-aを有する構成である。たとえば、図9(A)に示すように、第1遮光板191には、通常時の開口部191a-nの左側に絞り時の開口部19aの半分幅の開口部191a-aを形成している。また、第2遮光板192は、図9(B)に示すように、通常時の開口部192a-nの右側に絞り時の開口部19aの半分幅の開口部192a-aが形成されている。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the first light-shielding
図9(C)は、第1遮光板191と第2遮光板192を通常状態で重ねた構成を示している。本実施の形態では、通常状態においては、2枚の遮光板191、192が完全に重なった場合に、平板型偏向変換素子8のピッチにあった開口部が形成される。一方、図9(D)に示すように、絞り状態においては、たとえば第2遮光板を図9(C)の矢印で示す方向に1ピッチ分移動させることにより、略円形の開口部19aを形成する。本実施の形態の場合は、第1遮光板191と第2遮光板の形状がy軸を挟んで線対称になっているため、製造工程を共通化することが可能となる。なお、図9の例では、一方の遮光板を移動させる構成としたが、双方の遮光板を1/2ピッチ分だけ相互に逆方向に移動させる構成としてもよい。このようにすると、通常状態の光軸中心の位置と、絞り状態の光軸中心の位置のずれを現象させることが可能となる。
FIG. 9C shows a configuration in which the first
以上、本発明の実施の形態は以下のように示される。
(1)光源とリフレクタで構成される光源ユニットからの光を照明光学系により映像表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成し、拡大投写して映像を表示する投写型映像表示装置であって、平板偏光変換素子のピッチ間隔と同等の複数のスリットを有し、そのスリット形状において、スリットを透過する全光束域より小さい円状の透過光領域を有し、平板偏光変換素子近傍に有する遮光板近傍にて、左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変することにより、最外光領域を遮断し、絞りを形成する投写型映像表示装置である。
The embodiment of the present invention has been described as follows.
(1) Projection-type image display apparatus that irradiates light from a light source unit composed of a light source and a reflector onto an image display element by an illumination optical system, forms an optical image corresponding to the image signal, and magnifies and projects the image. And having a plurality of slits equivalent to the pitch interval of the plate polarization conversion element, and having a circular transmitted light area smaller than the total light flux region transmitting through the slit in the slit shape, and in the vicinity of the plate polarization conversion element The projection type image display device forms a diaphragm by blocking the outermost light region by changing the pitch of the flat plate polarization conversion element by 1 pitch to the left and right in the vicinity of the light shielding plate.
(2)(1)の投射型映像装置に加え、前記左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変する絞りの状態を有する手段であり、2個所以上にて遮光板の可変位置があり、それぞれの遮光板の位置において光束量の絞り量が違う投写型映像表示装置である。 (2) In addition to the projection type image device of (1), the left and right are means having an aperture state that can vary the pitch of the flat plate polarization conversion element by one pitch, and there are variable positions of the light shielding plate at two or more locations. This is a projection type image display apparatus in which the aperture amount of the light beam is different at the position of the light shielding plate.
(3)(1)または(2)に加え、前記左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変する絞りの状態を有する手段であり、2個所以上にて可変位置を有する遮光板がランプ側である平板偏光変換素子の前に設置されている投写型映像表示装置である。 (3) In addition to (1) or (2), a means having a diaphragm state in which the pitch of the flat-plate polarization conversion element is variable on the left and right, and a light-shielding plate having variable positions at two or more locations on the lamp side. This is a projection display apparatus installed in front of a certain plate polarization conversion element.
(4)(1)または(2)に加え、前記左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変する絞りの状態を有する手段であり、2個所以上にて可変位置を有する遮光板がランプから見て平板偏光変換素子の後に設置される投写型映像表示装置である。 (4) In addition to (1) or (2), means having a diaphragm state in which the flat-polarized light conversion element is variable by one pitch on the left and right sides, and a light-shielding plate having variable positions at two or more positions is viewed from the lamp. And a projection display device installed after the flat plate polarization conversion element.
1…光源、2、2R、2G、2B…映像表示素子、3…投写レンズユニット、12、17、18…ミラー、5…リフレクタ、6…第1アレイレンズ、7…第2アレイレンズ、8…偏光変換素子、20…集光レンズ、9R、9G、15…コンデンサレンズ、10…合成プリズム、4、11…ダイクロイックミラー、13…第1リレーレンズ、14…第2リレーレンズ、16…スクリーン、191…第1遮光板、192…第2遮光板、22a、22b…光束入射角。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光源が出射する光を入射する複数の入射領域を所定間隔で配置する入射面と、前記入射光を第1の偏向光に揃えて出射する出射面を有する偏向変換素子と、
前記複数の入射領域の各々と同形状を有する複数の第1の開口部を前記所定間隔で配列し、前記所定間隔の幅を有する第2の開口部であって前記複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を前記複数の第1の開口部と交互に前記所定間隔で配列した遮光ユニットと、
前記偏向光を映像信号に応じて変調する映像表示素子と、
変調した光を投射する投射装置を有する投射型映像表示装置。 A light source;
A deflection conversion element having an incident surface in which a plurality of incident regions for incident light emitted from the light source are arranged at predetermined intervals, and an emission surface that emits the incident light in alignment with the first deflected light;
A plurality of first openings having the same shape as each of the plurality of incident areas are arranged at the predetermined interval, and are second openings having a width of the predetermined interval and smaller than the plurality of incident areas. A light-shielding unit in which second openings having an area are alternately arranged with the plurality of first openings at the predetermined interval;
An image display element for modulating the deflected light in accordance with an image signal;
A projection-type image display device having a projection device that projects modulated light.
前記遮光ユニットは、
前記複数の入射領域と同形状の複数の第1の開口部を前記所定間隔で配列し、前記複数の第1の開口部と交互に前記所定間隔幅の第2の開口部であって前記複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を前記所定間隔で配列した第1の遮蔽板であって、前記偏向変換素子に対して前記配列した方向に摺動可能な第1の遮蔽板と、
前記複数の入射領域と同形状の複数の開口部を前記所定間隔で配列した第2の遮蔽板を有することを特徴とする投写型映像表示装置。 The projection-type image display device according to claim 1,
The shading unit is
A plurality of first openings having the same shape as the plurality of incident areas are arranged at the predetermined interval, and the plurality of first openings are second openings having the predetermined interval width alternately. A first shielding plate in which second openings having an area smaller than the incident area of the first shielding plate are arranged at the predetermined interval, and slidable in the arranged direction with respect to the deflection conversion element When,
A projection display apparatus comprising a second shielding plate in which a plurality of openings having the same shape as the plurality of incident areas are arranged at the predetermined interval.
前記複数の第2の開口部の各々の高さを、前記遮光ユニットの透過する光の光軸中心から外側に向う配列順に、段階的に低くすることを特徴とする投射型映像表示装置。 The projection-type image display device according to claim 1 or 2,
A projection-type image display apparatus, wherein the height of each of the plurality of second openings is lowered stepwise in order of arrangement from the center of the optical axis of light transmitted through the light shielding unit toward the outside.
少なくとも前記第2の遮光板は前記光源と前記偏向変換素子の間に配置されることを特徴とする投射型映像表示装置。
The projection-type image display device according to claim 2,
At least the second light-shielding plate is disposed between the light source and the deflection conversion element.
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