JP2015049272A - Projection type display device - Google Patents

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Kanae Haruyama
加苗 春山
高橋　祐一
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection type display device that can suppress stray light and improve contrast.SOLUTION: A projection type display device 11 includes illumination means for emitting illumination light, a reflection type display element 104 that reflects the illumination light, projection means 105 for projecting the illumination light reflected on the reflection type display element 104 as display light L, and an imaging member 106 that projects the display light L projected by the projection means 105, where a polarizing member 107 is provided between the illumination means and reflection type display element 104, and a display light magnifying member 108 magnifying the display light L is provided on the imaging member 106.

Description

本発明は、表示像を投射する投写型表示装置に関する。   The present invention relates to a projection display device that projects a display image.

従来の投射型表示装置は、照明装置と、照明光学系と、表示素子と、投射光学系と、スクリーンとを備えていた（例えば、特許文献１参照）。   A conventional projection display device includes an illumination device, an illumination optical system, a display element, a projection optical system, and a screen (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１２−２１２０９５号公報JP 2012-212095 A

従来の投射型表示装置では、表示素子に反射型表示素子である可動式のマイクロミラーを備えたＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたものがある。このＤＭＤを用いた場合、前記マイクロミラーの角度（前記マイクロミラーが、照明光を前記投射光学系に反射しない角度）によって、照明光学系と表示素子との間で迷光が発生し、コントラストが低下するという問題点があった。   Some conventional projection display devices use a DMD (Digital Micromirror Device) provided with a movable micromirror that is a reflective display element. When this DMD is used, stray light is generated between the illumination optical system and the display element due to the angle of the micromirror (the angle at which the micromirror does not reflect the illumination light to the projection optical system), and the contrast is lowered. There was a problem of doing.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、迷光を抑え、コントラストを向上させることが可能な投射型表示装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a projection display device capable of suppressing stray light and improving contrast.

本発明の第１の観点に係る投射型表示装置は、照明光を発する照明手段と、前記照明光を反射させる反射型表示素子と、前記反射型表示素子で反射された前記照明光を表示光として投射する投射手段と、前記投射手段が投射した前記表示光を投影する結像部材と、を備えた投射型表示装置において、前記照明手段と前記反射型表示素子との間に偏光部材を設けるとともに、前記結像部材に前記表示光を拡大する表示光拡大部材を設けたものである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a projection display apparatus comprising: an illuminating unit that emits illumination light; a reflective display element that reflects the illumination light; and the illumination light reflected by the reflective display element. In a projection type display device comprising: a projection unit that projects the projection light; and an imaging member that projects the display light projected by the projection unit. A polarizing member is provided between the illumination unit and the reflective display element. In addition, a display light expansion member that expands the display light is provided on the imaging member.

また、前記結像部材を前記表示光拡大部材としたものである。   Further, the imaging member is the display light expanding member.

また、前記表示光拡大部材がマイクロレンズアレイであるものである。   Further, the display light expanding member is a microlens array.

また、前記結像部材に投影された前記表示光が投影される被投影部材と前記結像部材との間に偏光部材と位相差部材とを設けたものである。   Further, a polarizing member and a phase difference member are provided between the projection member on which the display light projected on the imaging member is projected and the imaging member.

本発明に係る投射型表示装置によれば、迷光を抑え、コントラストを向上させることが可能な投射型表示装置を提供することができる。   The projection display device according to the present invention can provide a projection display device capable of suppressing stray light and improving contrast.

本発明の第一実施形態に係る投射型表示装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a projection display device according to a first embodiment of the present invention. 同実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows the same embodiment.

本発明の第一実施形態に係る投射型表示装置１１を、図面を参照して説明する。   A projection display device 11 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

投射型表示装置１１とは、いわゆる投射型表示装置と呼ばれる装置である。投射型表示装置１１は、車両のダッシュボード１２に設けられ、表示光Ｌをウインドシールド１３によって車両運転者１４側に反射させ、虚像Ｖを表示するものである。車両運転者１４は、虚像Ｖを風景と重畳させて視認することができる。なお、本実施形態では、被投影部材としてウインドシールド１３に表示光Ｌを投影するものであるが、専用のコンバイナを用いることもできる。   The projection display device 11 is a device called a so-called projection display device. The projection display device 11 is provided on the dashboard 12 of the vehicle and reflects the display light L to the vehicle driver 14 side by the windshield 13 to display the virtual image V. The vehicle driver 14 can visually recognize the virtual image V superimposed on the landscape. In the present embodiment, the display light L is projected onto the windshield 13 as the projection target member, but a dedicated combiner can also be used.

投射型表示装置１１は、図２に示すように、赤色光源１０１Ｒ、緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂ、ダイクロイックミラー１０２Ｒ、ダイクロイックミラー１０２Ｇ、ミラー１０２Ｂを含む照明手段と、光学部材であるプリズム１０３と、反射型表示素子１０４と、投射手段１０５と、結像部材であるスクリーン１０６と、から主に構成されている。本実施形態では、前記照明手段と反射型表示素子１０４との間に設けた偏光部材１０７と、スクリーン１０６に設けた表示光拡大部材（マイクロレンズアレイ）１０８と、ウインドシールド１３とスクリーン１０６との間に設けた偏光部材１０９と位相差部材１１０と、偏光部材１０７と反射型表示素子１０４との間に設けた位相差部材１１１と、を備えている。   As shown in FIG. 2, the projection display device 11 includes an illumination unit including a red light source 101R, a green light source 101G, a blue light source 101B, a dichroic mirror 102R, a dichroic mirror 102G, and a mirror 102B, a prism 103 that is an optical member, It mainly comprises a reflective display element 104, a projection means 105, and a screen 106 that is an imaging member. In the present embodiment, a polarizing member 107 provided between the illumination unit and the reflective display element 104, a display light enlarging member (microlens array) 108 provided on the screen 106, the windshield 13 and the screen 106 are provided. A polarizing member 109 and a retardation member 110 provided therebetween, and a retardation member 111 provided between the polarizing member 107 and the reflective display element 104 are provided.

赤色光源１０１Ｒ、緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂは、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）であって、図示しない回路基板からの電力供給によってそれぞれ赤色、緑色、青色の光束を射出する。特に、光源がＬＥＤである場合には、高温時に素子が受けるダメージを軽減するために投入電力を低く制御する必要があり、図示しない回路基板上にはサーミスタなどの温度検知手段を備え、ＬＥＤの温度を検知している。   The red light source 101R, the green light source 101G, and the blue light source 101B are, for example, LEDs (light emitting diodes), and emit red, green, and blue light beams, respectively, by supplying power from a circuit board (not shown). In particular, when the light source is an LED, it is necessary to control the input power to be low in order to reduce damage to the element at a high temperature, and a temperature detection unit such as a thermistor is provided on a circuit board (not shown), The temperature is detected.

ダイクロイックミラー１０２Ｒは、ガラス基材に赤色光源１０１Ｒから射出される光を反射し、緑色光源１０１Ｇと青色光源１０１Ｂから射出された光を透過する特性を持った薄膜がコーティングされたものである。ダイクロイックミラー１０２Ｇは、ガラス基材に緑色光源１０１Ｇから射出された光を反射し、青色光源１０１Ｂから射出された光を透過する特性を持った薄膜がコーティングされたものである。ミラー１０２Ｂは、青色光源１０１Ｂから射出された光を反射する特性を持った薄膜がコーティングされたものである。各光源の光束は、ダイクロイックミラー１０２Ｒ、ダイクロイックミラー１０２Ｇ、ミラー１０２Ｂを介して同軸化される。   The dichroic mirror 102R is formed by coating a glass substrate with a thin film that reflects light emitted from the red light source 101R and transmits light emitted from the green light source 101G and the blue light source 101B. The dichroic mirror 102G is formed by coating a glass substrate with a thin film that reflects light emitted from the green light source 101G and transmits light emitted from the blue light source 101B. The mirror 102B is coated with a thin film having a characteristic of reflecting the light emitted from the blue light source 101B. The luminous flux of each light source is coaxially connected through the dichroic mirror 102R, the dichroic mirror 102G, and the mirror 102B.

プリズム１０３は、直角プリズムであり、前記照明手段から射出された光を、反射型表示素子１０４へ射出するとともに、反射型表示素子１０４にて反射された光を投射手段１０５に射出するものである。プリズム１０３は、前記照射手段から射出された光に対して傾斜した面１０３ａから前記光がプリズム１０３内に入射し、プリズム１０３の面１０３ｂから射出され、反射型表示素子１０４に入射する。さらに、反射型表示素子１０４にて反射された光は、プリズム１０３の面１０３ｂから再度プリズム１０３内に入射し、傾斜した面１０３ａで全反射した後、プリズム１０３の面１０３ｃから射出される。射出した光は、投射手段１０５に射出される。   The prism 103 is a right-angle prism, and emits the light emitted from the illumination unit to the reflective display element 104 and emits the light reflected by the reflective display element 104 to the projection unit 105. . In the prism 103, the light enters the prism 103 from a surface 103 a inclined with respect to the light emitted from the irradiating means, exits from the surface 103 b of the prism 103, and enters the reflective display element 104. Further, the light reflected by the reflective display element 104 enters the prism 103 again from the surface 103b of the prism 103, is totally reflected by the inclined surface 103a, and then exits from the surface 103c of the prism 103. The emitted light is emitted to the projection unit 105.

プリズム１０３は、本実施形態では、直角プリズムであったが、直角プリズムに限定されるものではなく、ＲＴＩＲ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズムやＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズムであってもよい。   In the present embodiment, the prism 103 is a right-angle prism, but is not limited to a right-angle prism, and may be a reverse total internal reflection (RTIR) prism or a total internal reflection (TIR) prism.

反射型表示素子１０４は、例えば、光変調素子であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）である。反射型表示素子１０４は、入射した赤色光、緑色光および青色光を、それぞれ赤色映像信号、緑色映像信号および青色映像信号に従って変調する。それによって赤色、緑色、青色の画像が順次表示され、人間の目にはそれらが合成されてカラー画像として認識される。なお、反射型表示素子としては、他に、反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などを用いても良い。   The reflective display element 104 is, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) that is a light modulation element. The reflective display element 104 modulates incident red light, green light, and blue light according to a red video signal, a green video signal, and a blue video signal, respectively. As a result, red, green, and blue images are sequentially displayed, and they are synthesized and recognized as a color image by the human eye. In addition, as the reflective display element, a reflective liquid crystal panel (LCOS: Liquid Crystal on Silicon) or the like may be used.

投射手段１０５は、複数のレンズ群を鏡筒と呼ばれる筒状の外装によりまとめたものであって、反射型表示素子１０４で生成された画像光を入射し、スクリーン１０６に投射するものである。 The projecting means 105 is a group of a plurality of lens groups collected by a cylindrical exterior called a lens barrel, and receives image light generated by the reflective display element 104 and projects it onto the screen 106.

スクリーン１０６は、透明樹脂（例えばポリカーボネート）からなり、光射出面には微細な凹凸が形成されており、投射手段１０５からの画像光を実像として結像させるものである。 The screen 106 is made of a transparent resin (for example, polycarbonate), and has fine irregularities formed on the light emission surface, and forms the image light from the projection means 105 as a real image.

偏光部材１０７は、偏光板であり、前記照明手段と反射型表示素子１０４との間に設けてある。特に、本実施形態のように、プリズム１０３を設けた場合は、前記照明手段とプリズム１０３との間に設けてある。偏光部材１０７は、前記照明手段から入射した光を一方向の偏光のみ透過するものであり、本実施形態では、被投影部材であるウインドシールド１３に対してＳ偏光（図２の法線方向に振動する成分を含んだ光）で投射するように偏光するものである。   The polarizing member 107 is a polarizing plate and is provided between the illumination unit and the reflective display element 104. In particular, when the prism 103 is provided as in this embodiment, it is provided between the illumination means and the prism 103. The polarizing member 107 transmits light incident from the illumination unit only in one direction. In this embodiment, the polarizing member 107 is S-polarized light (in the normal direction of FIG. 2) with respect to the windshield 13 that is a projection member. The light is polarized so as to be projected with light including a vibrating component.

表示光拡大部材１０８は、マイクロレンズアレイであり、スクリーン１０６に設けられている。投射手段１０５から出射した画像光を拡大するものである。偏光部材１０７にて偏光されたＳ偏光の偏光方向を偏光することなく画像光を拡大することができる。   The display light expanding member 108 is a microlens array and is provided on the screen 106. The image light emitted from the projection means 105 is enlarged. The image light can be expanded without polarizing the polarization direction of S-polarized light polarized by the polarizing member 107.

偏光部材１０９は、偏光板であり、ウインドシールド１３とスクリーン１０６との間に設けてある。偏光部材１０９は、偏光部材１０７にて、Ｓ偏光に偏光された画像光のみ透過するものであり、ウインドシールド１３に対してＳ偏光（図２の法線方向に振動する成分を含んだ光）で投射するように偏光するものである。   The polarizing member 109 is a polarizing plate and is provided between the windshield 13 and the screen 106. The polarizing member 109 transmits only the image light polarized to S-polarized light by the polarizing member 107, and is S-polarized (light including a component that vibrates in the normal direction of FIG. 2) with respect to the windshield 13. It is polarized so that it is projected at

位相差部材１１０は、λ／４板であり、偏光部材１０９と合わせて、円偏光板を構成する。ここで、太陽光等の外光が、投射型表示装置１１内に入射し、その後、所定の光路を経て偏光部材１０９へと照射されることが考えられるが、この場合、偏光部材１０９へと照射される外光は、偏光部材１０９を通ることで、直線偏光に変換され、さらに、その直線偏光が、位相差部材１１０を通ることで円偏光に変換され、それが、プリズム１０３で反射する際、光の進む側から見た円偏光の向きが逆になり、その反射円偏光が、位相差部材１１０を通って直線偏光になると、その反射直線偏光（反射光）は、入射時の直線偏光と直交する方向となるので、偏光部材１０９を通過できない。   The phase difference member 110 is a λ / 4 plate and forms a circularly polarizing plate together with the polarizing member 109. Here, it is conceivable that external light such as sunlight enters the projection display device 11 and then irradiates the polarizing member 109 through a predetermined optical path. Irradiated external light passes through the polarizing member 109 and is converted into linearly polarized light. Further, the linearly polarized light passes through the retardation member 110 and is converted into circularly polarized light, which is reflected by the prism 103. At this time, when the direction of the circularly polarized light viewed from the light traveling side is reversed and the reflected circularly polarized light passes through the phase difference member 110 and becomes linearly polarized light, the reflected linearly polarized light (reflected light) becomes a straight line at the time of incidence. Since the direction is orthogonal to the polarized light, it cannot pass through the polarizing member 109.

このように偏光部材１０９と位相差部材１１０で前記反射光を遮ることにより、表示像Ｖの表示エリアにプリズム１０３が見えてしまうという不具合が解消され、表示像Ｖの視認性を向上させることが可能となる。   Thus, by blocking the reflected light by the polarizing member 109 and the phase difference member 110, the problem that the prism 103 can be seen in the display area of the display image V is solved, and the visibility of the display image V can be improved. It becomes possible.

位相差部材１１１は、λ／４板であり、偏光部材１０７と反射型表示素子１０４との間に設けてある。この位相差部材１１１は、スクリーン１０６とウインドシールド１３との間に設けた位相差部材１１０によって、前記照明手段からの光が、ウインドシールド１３の直前では、１／４に減少してしまうので、前記照明手段直後に配置している偏光部材１０７に、位相差部材１１１を追加し、前記照明手段からの光の減少を半分に抑えるものである。   The phase difference member 111 is a λ / 4 plate and is provided between the polarizing member 107 and the reflective display element 104. Since the phase difference member 111 has a phase difference member 110 provided between the screen 106 and the windshield 13, the light from the illumination unit is reduced to ¼ immediately before the windshield 13. A phase difference member 111 is added to the polarizing member 107 disposed immediately after the illuminating means to suppress the decrease in light from the illuminating means in half.

以上のように、前記照明手段と反射型表示素子１０４との間に偏光部材１０７を設けたことによって、前記照明手段から射出される光を、被投影部材であるウインドシールド１３に対してＳ偏光に偏光し、照明光学系と表示素子との間で迷光が発生することを抑制することができる。また、偏光部材１０７を透過したＳ偏光が、被投影部材であるウインドシールド１３に対してＳ偏光（図２の法線方向に振動する成分を含んだ光）で投射することによって、ウインドシールド１３で良好に反射され、コントラストの低下を抑制することができる。   As described above, by providing the polarizing member 107 between the illumination unit and the reflective display element 104, the light emitted from the illumination unit is S-polarized with respect to the windshield 13 which is a projection member. It is possible to prevent stray light from being generated between the illumination optical system and the display element. Further, the S-polarized light that has passed through the polarizing member 107 is projected as S-polarized light (light including a component that vibrates in the normal direction of FIG. 2) onto the windshield 13 that is a projection target member. It can be satisfactorily reflected and the reduction in contrast can be suppressed.

以上のような構成により、迷光を抑え、コントラストを向上させることが可能な投射型表示装置を提供することができる。   With the configuration as described above, it is possible to provide a projection display device capable of suppressing stray light and improving contrast.

本発明は、表示像を投射する投写型表示装置、特に、表示素子に反射型の表示素子を使用する投写型表示装置に利用可能である。   The present invention is applicable to a projection display apparatus that projects a display image, and particularly to a projection display apparatus that uses a reflective display element as a display element.

１１ 投射型表示装置
１２ ダッシュボード
１３ ウインドシールド
１４ 車両運転者
１０１Ｒ 赤色光源
１０１Ｇ 緑色光源
１０１Ｂ 青色光源
１０２Ｒ ダイクロイックミラー
１０２Ｇ ダイクロイックミラー
１０２Ｂ ミラー
１０３ プリズム（光学部材）
１０４ 反射型表示素子
１０５ 投射手段
１０６ スクリーン（結像部材）
１０７ 偏光部材
１０８ マイクロレンズアレイ（表示光拡大部材）
１０９ 偏光部材
１１０ 位相差部材
１１１ 位相差部材
Ｌ 表示光

DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Projection type display apparatus 12 Dashboard 13 Windshield 14 Vehicle driver 101R Red light source 101G Green light source 101B Blue light source 102R Dichroic mirror 102G Dichroic mirror 102B Mirror 103 Prism (optical member)
104 reflective display element 105 projection means 106 screen (imaging member)
107 Polarizing member 108 Micro lens array (Display light expanding member)
109 Polarizing member 110 Phase difference member 111 Phase difference member L Display light

Claims (4)

照明光を発する照明手段と、前記照明光を反射させる反射型表示素子と、前記反射型表示素子で反射された前記照明光を表示光として投射する投射手段と、前記投射手段が投射した前記表示光を投影する結像部材と、を備えた投射型表示装置において、前記照明手段と前記反射型表示素子との間に偏光部材を設けるとともに、前記結像部材に前記表示光を拡大する表示光拡大部材を設けたことを特徴とする投射型表示装置。 Illumination means for emitting illumination light, a reflective display element for reflecting the illumination light, a projection means for projecting the illumination light reflected by the reflective display element as display light, and the display projected by the projection means A projection display device comprising: an imaging member that projects light; a display member that provides a polarizing member between the illumination unit and the reflective display element, and that expands the display light on the imaging member A projection-type display device comprising an enlargement member. 前記結像部材を前記表示光拡大部材としたことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。 The projection display device according to claim 1, wherein the imaging member is the display light expanding member. 前記表示光拡大部材がマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。 The projection display device according to claim 1, wherein the display light enlarging member is a microlens array. 前記結像部材に投影された前記表示光が投影される被投影部材と前記結像部材との間に偏光部材と位相差部材とを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投射型表示装置。
The polarizing member and the phase difference member are provided between the projection target member on which the display light projected on the imaging member is projected and the imaging member. The projection type display device described in 1.
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