JP3413099B2 - Lighting device for LCD projector - Google Patents

Lighting device for LCD projector

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JP3413099B2
JP3413099B2 JP12124298A JP12124298A JP3413099B2 JP 3413099 B2 JP3413099 B2 JP 3413099B2 JP 12124298 A JP12124298 A JP 12124298A JP 12124298 A JP12124298 A JP 12124298A JP 3413099 B2 JP3413099 B2 JP 3413099B2
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fly
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lens
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光源ランプと液晶パ
ネルを用いた液晶プロジェクタ、液晶プロジェクション
テレビ等に有効な液晶プロジェクタの照明装置に属す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illuminating device for a liquid crystal projector which is effective for a liquid crystal projector, a liquid crystal projection television, etc. using a light source lamp and a liquid crystal panel.

【0002】[0002]

【従来の技術】比較的大きな照明発散角が許容される3
板式やカラーフィルタを用いた単板方式の液晶パネルの
照明装置については、特開平5−346557号公報や
論文「異形開口レンズアレイによるプロジェクタ用照明
光学系」(MICRO OPTICS NEWSVol.14/No3 1996-9-26
)等に開示されている。この装置では、有限長光源か
らの出射光を効率よく液晶へ集光させることが可能とな
っている。
2. Description of the Related Art A relatively large illumination divergence angle is allowed 3.
Regarding a lighting device for a liquid crystal panel of a plate type or a single plate type using a color filter, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-346557 and paper "Illumination optical system for projector using irregular aperture lens array" (MICRO OPTICS NEWS Vol.14 / No3 1996- 9-26
) Etc. In this device, it is possible to efficiently collect the light emitted from the finite length light source on the liquid crystal.

【0003】しかしながら、耐熱条件より現状光源形状
を維持したままで更なる小型化を図ろうとすれば、液晶
パネルは更に小型化することになり、光源原理から、一
定光源より発する光を集光照明する面積が小さくなれ
ば、その分照明発散角は拡大する。
However, if further miniaturization is attempted while maintaining the current light source shape due to the heat-resistant condition, the liquid crystal panel will be further miniaturized, and the light emitted from a constant light source is condensed and illuminated according to the light source principle. The smaller the area covered, the wider the divergence angle of illumination.

【0004】一方、投射条件では、液晶が微細化(小型
高精細化)するに従い解像度や諸性能を達成するために
は、液晶透過発散角は、寧ろ小さくしなければ現状コス
トは維持できない。
On the other hand, under the projection conditions, in order to achieve resolution and various performances as the liquid crystal becomes finer (smaller size and higher definition), the liquid crystal transmission divergence angle must be made rather small to maintain the current cost.

【0005】従って、照明発散角をより小さくすること
で液晶透過発散角を小さくし、投射レンズの負担を軽減
する必要があることは自ずと導かれる。そして従来の照
明手段では集光効率を維持したままで照明発散角を小さ
くする手段は光路長延長以外の具体的解決策が示されて
おらず、これは小型化の主目的に相反する結果となる。
Therefore, it should be naturally understood that it is necessary to reduce the liquid crystal transmission divergence angle by reducing the illumination divergence angle to reduce the load on the projection lens. In the conventional illumination means, a means for reducing the illumination divergence angle while maintaining the light collection efficiency has not been shown as a concrete solution other than the extension of the optical path length, which is contrary to the main purpose of downsizing. Become.

【0006】併せてこれから説明する図1、図2に示す
液晶画素毎に配されたマイクロレンズと角度偏差を持た
せて分光・照射するダイクロイックミラーによるマイク
ロレンズカラーセパレーション方式照明光学系等では、
原理的に照明発散角が非常に厳しいために、多画素化に
伴って多大な光路長が確保できたとしても、結果として
フライアイレンズの光源側の有効な発散角範囲は縮小
し、高集光効率確保可能な有効な光学系構築手段が示さ
れていないのが現状である。
In the microlens color separation type illumination optical system, etc., which will be described below with reference to FIG. 1 and FIG. 2, a microlens arranged for each liquid crystal pixel and a dichroic mirror for spectrally irradiating with an angle deviation are used.
In principle, the divergence angle of the illumination is extremely severe, so even if a large optical path length can be secured with the increase in the number of pixels, the effective divergence angle range on the light source side of the fly-eye lens will be reduced, resulting in high light collection efficiency. The current situation is that no effective means for constructing an optical system that can be secured has been shown.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】そこでこの発明は、装
置全体の小型化を実現しつつ、フライアイレンズにおけ
る光利用効率を向上し、液晶プロジェクタの表示性能の
向上も得ることができる液晶プロジェクタの照明装置を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention provides a liquid crystal projector capable of improving the light utilization efficiency of the fly-eye lens and improving the display performance of the liquid crystal projector while realizing the miniaturization of the entire device. An object is to provide a lighting device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明に係る液晶プロ
ジェクタの照明装置は、光源からの光が照射される液晶
パネルを有し、該液晶パネルからの出射光を投射するよ
うにしたものを対象としている。そして、第1焦点に置
かれた光源より発する光を第2焦点に集光反射させる楕
円リフレクタと、所定間隔を置いて対向配置され楕円リ
フレクタの開口径よりも外形寸法が小さい第1,第2の
フライアイレンズにて成り、楕円リフレクタと液晶パネ
ルの間に配され、楕円リフレクタより発する光を任意複
数に分割し、それぞれの分割部に入力された光を液晶パ
ネルの全体が照射されるように出射するためのフライア
イレンズ部と、フライアイレンズ部と液晶パネルの間に
配され、フライアイレンズ部の分割部における仮想複数
光源より発する光を略平行光に制御して出射し液晶パネ
ルに入射する集光レンズと、フライアイレンズ部よりみ
た楕円リフレクタの有効径が光学的に小さくなるように
光学的補正を行うため、楕円リフレクタとフライアイレ
ンズ部との間に設けた光学的補正手段とを備えるように
したものである。
A liquid crystal projector according to the present invention
The illuminator of the Jector is a liquid crystal that is illuminated by light from a light source.
It has a panel and projects the light emitted from the liquid crystal panel.
Intended for those who are sour. And put it in the first focus
An ellipse that collects and reflects the light emitted from the light source on the second focal point.
An elliptical reflector that is placed facing the circular reflector at a predetermined interval.
The first and second outer dimensions are smaller than the opening diameter of the deflector.
It consists of a fly-eye lens, an elliptical reflector and a liquid crystal panel.
The light emitted from the elliptical reflector is placed between the
Divide into a number and divide the light input into each division into a liquid crystal screen.
A flyer for emitting so that the entire flannel is illuminated.
Between the lens section and the fly-eye lens section and the liquid crystal panel
Virtual multiple in the split part of the fly-eye lens part
The light emitted from the light source is controlled to be a substantially parallel light and is emitted to emit a liquid crystal panel.
From the fly-eye lens section
So that the effective diameter of the elliptical reflector is optically small.
An elliptical reflector and a fly eye are used for optical correction.
Optical correction means provided between the lens and the lens
It was done.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図1は、光学系にこの発明が適
用されたマイクロレンズカラーセパレーション方式液晶
プロジェクタを示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a microlens color separation type liquid crystal projector to which the present invention is applied to an optical system.

【0010】11はメタルハライドランプあるいは高圧
水銀ランプによる光源であり、本方式原理から必然的に
小さなフライアイ構成をとっており、元来、楕円リフレ
クタ12を用いてフライアイレンズ部14の第1素子に
集光するように制御反射を行っている。この楕円リフレ
クタ12で集光反射された光は、この発明の特徴部を構
成する光学的補正手段13を通して、フライアイレンズ
部14に入射される。フライアイレンズ部14は、第
1、第2のフライアイレンズで構成され、楕円リフレク
タ12より発する光を任意複数に分割し、それぞれの分
割部に入力された光を液晶パネル18の全体を照射する
ように出射する。フライアイレンズ部14のフライアイ
レンズは、例えば水平垂直方向に4つのレンズアレイを
対向させた形で構成されている。
Reference numeral 11 denotes a light source using a metal halide lamp or a high-pressure mercury lamp, which inevitably has a small fly-eye structure according to the principle of the present system. Originally, an elliptical reflector 12 is used to form the first element of the fly-eye lens unit 14. Control reflection is performed so that the light is focused on. The light condensed and reflected by the elliptical reflector 12 is incident on the fly-eye lens unit 14 through the optical correction means 13 which is a feature of the present invention. The fly-eye lens unit 14 is composed of first and second fly-eye lenses, divides the light emitted from the elliptical reflector 12 into an arbitrary plurality, and irradiates the entire liquid crystal panel 18 with the light input to the respective dividing units. Emit as if to. The fly-eye lens of the fly-eye lens unit 14 is configured, for example, in such a manner that four lens arrays face each other in the horizontal and vertical directions.

【0011】フライアイレンズ部14から出射された光
は、集光レンズ15により集光されて光軸に対して傾斜
して3枚がほぼ重なるように配置されたダイクロイック
ミラー16B,16R,16Gに入射される。
The light emitted from the fly-eye lens unit 14 is condensed by the condenser lens 15 and is inclined by the optical axis to the dichroic mirrors 16B, 16R and 16G arranged so that the three lenses substantially overlap. It is incident.

【0012】ここでダイクロイックミラー16Rは、赤
の波長帯域の光を90度方向へ反射し、ダイクロイック
ミラー16Bは、青の波長帯域の光を90度よりも鈍角
な方向に反射し、ダイクロイックミラー16Gは、緑の
波長帯域の光を90度よりも鋭角な方向に反射する。ダ
イクロイックミラー16R,16B,16Gから反射さ
れた光はいずれも偏板17を通して、液晶パネル18
に照射される。液晶パネル18は、図示しない液晶ドラ
イブ回路から供給される映像信号に応じて、各R,G,
Bのセルの光透過量が制御されている。
Here, the dichroic mirror 16R reflects light in the red wavelength band in the direction of 90 degrees, and the dichroic mirror 16B reflects light in the blue wavelength band in the direction of an obtuse angle than 90 degrees, and the dichroic mirror 16G. Reflects light in the green wavelength band in a direction more acute than 90 degrees. Through the dichroic mirrors 16R, 16B, none of the light reflected from 16G polarizer 17, the liquid crystal panel 18
Is irradiated. The liquid crystal panel 18 responds to each of R, G, and G according to a video signal supplied from a liquid crystal drive circuit (not shown).
The light transmission amount of the B cell is controlled.

【0013】液晶パネル18から出射された光空間変調
像、つまりカラー光学像は、検光子19を介して投射レ
ンズ20に入射される。投射レンズ20は、入射したカ
ラー光学像を拡大してスクリーンに投射する。背面投射
あるいは前面投射のいずれのタイプでもよい。
The light spatially modulated image emitted from the liquid crystal panel 18, that is, the color optical image is incident on the projection lens 20 via the analyzer 19. The projection lens 20 magnifies the incident color optical image and projects it on the screen. Either rear projection or front projection may be used.

【0014】図2は、図1の点線円形で囲む部分を一部
拡大して示している。図2に示すように、このプロジェ
クタ装置は、マイクロレンズカラーセパレーション方式
であり、液晶パネル18は、液晶表示素子18aの前面
にマイクロレンズ18bが配置されている。このマイク
ロレンズ18bの各レンズ部は、液晶表示素子18aの
各信号電極に対応するもので、マイクロレンズ18bの
1つのレンズ部が表示素子の3(G,R,B)つの開口
部(1カラー画素分の開口部)に対応する如く配置され
ている。
FIG. 2 is an enlarged view of a part surrounded by a dotted circle in FIG. As shown in FIG. 2, the projector device is a micro-lens color separator configuration method, the liquid crystal panel 18, the micro lens 18b is disposed on the front surface of the liquid crystal display device 18a. Each lens portion of the microlens 18b corresponds to each signal electrode of the liquid crystal display element 18a, and one lens portion of the microlens 18b corresponds to three (G, R, B) openings (one color) of the display element. It is arranged so as to correspond to an opening for a pixel).

【0015】図2において、各開口部R,G,Bに入射
する光18R,18G,18Bはそれぞれ、ダイクロイ
ックミラー16R,16G,16Bから出射されたもの
である。光18Rは、直進してくるので、マイクロレン
ズ部の真下の開口(赤用)に入射する。しかし、他の光
18G,18Bはそれぞれマイクロレンズ部に対して角
度を持って入射するために、集光する位置が赤用の開口
からずれている開口、つまり各G,B用の開口に入射す
る。
In FIG. 2, lights 18R, 18G and 18B incident on the openings R, G and B are emitted from dichroic mirrors 16R, 16G and 16B, respectively. Since the light 18R travels straight, it enters the opening (for red) directly below the microlens portion. However, since the other lights 18G and 18B are incident on the microlens portion at an angle, respectively, they are incident on the apertures whose light collecting positions deviate from the apertures for red, that is, the apertures for G and B, respectively. To do.

【0016】これにより、液晶パネル18から出射され
る光学像は、カラー光学像として出力されることにな
る。ここで、上記の照明装置及び各部に要求される項目
を述べると以下のようになる。
As a result, the optical image emitted from the liquid crystal panel 18 is output as a color optical image. Here, the items required for the above lighting device and each part will be described as follows.

【0017】図3のように光18Rと18R’とのなす
角度θは本ライトバルブとして有効となる有効照明角で
あり、高精度で小さい角度が要求される。液晶の高精細
化が進むと、有効照明角も小さくなるとともに高精度化
も要求される。照明条件がこの有効照明角を確保できな
かったり、光学部品配置誤差等にて有効照明角を超えて
いくと、照明光として有効にならないばかりか、液晶非
有効部を照射し発熱・迷光源となり、悪影響を及ぼし、
さらに角度が大きくなると、照明光がとなりの開口部へ
漏れ込みいわゆる混色の原因となり、色純度が維持でき
なくなる不具合が発生する。
As shown in FIG. 3, the angle θ formed by the light beams 18R and 18R 'is an effective illumination angle which is effective for the present light valve, and requires a high precision and a small angle. As the definition of liquid crystal becomes higher, the effective illumination angle becomes smaller and higher precision is required. If the illumination conditions cannot secure this effective illumination angle or if the effective illumination angle exceeds the effective illumination angle due to optical component placement errors, etc., it will not be effective as illumination light and will also irradiate the liquid crystal ineffective part and become a heat source / stray light source. Adversely affects
If the angle is further increased, the illumination light leaks into the adjacent opening, causing so-called color mixing, which causes a problem that the color purity cannot be maintained.

【0018】一方、フライアイレンズ部14は、楕円リ
フレクタ12からフライアイレンズの素子Aの各々のレ
ンズアイに照射された光を集光レンズ15にて桔像させ
るリレーレンズとして機能するとともに、集光レンズ1
5にて桔像状態を維持したまま液晶パネル18へ重畳平
均化される、ここで有効照明角θの大きさは液晶位置よ
りみたフライアイレンズ14の大きさにより影響を受け
る。
On the other hand, the fly-eye lens unit 14 functions as a relay lens for focusing the light emitted from the elliptical reflector 12 onto each lens eye of the element A of the fly-eye lens by the condenser lens 15 and collecting the light. Light lens 1
5, the size of the effective illumination angle θ is superposed and averaged on the liquid crystal panel 18 while maintaining the state of the frame image. Here, the size of the effective illumination angle θ is affected by the size of the fly-eye lens 14 viewed from the liquid crystal position.

【0019】これはフライアイレンズ14がリフレクタ
より集光した光を分割重畳するためフライアイ形状に応
じた複数の仮想光源を有するためであり、上記の有効照
明角を小さくするためには、仮想光源の分布範囲を小さ
くする、即ち超小型のフライアイレンズが要求されるこ
とになる。このためフライアイ分割数と併せてフライア
イへの有効入射発散角(NA)も小さくならざるを得な
いと言うところにある。したがって、光利用効率確保の
ためには、フライアイより要求される楕円リフレクタ1
2は、小さくするか又は有効角範囲に収まるまでフライ
アイレンズ14からリフレクタまでの距離を大きく取る
必要が生じる。
This is because the fly-eye lens 14 has a plurality of virtual light sources corresponding to the shape of the fly-eye in order to divide and superpose the light condensed by the reflector, and in order to reduce the effective illumination angle, The distribution range of the light source is narrowed, that is, a micro fly-eye lens is required. For this reason, the effective incident divergence angle (NA) to the fly eye must be reduced together with the number of fly eye divisions. Therefore, in order to secure the light utilization efficiency, the elliptical reflector 1 required by the fly eye.
For No. 2, it becomes necessary to reduce the distance or increase the distance from the fly-eye lens 14 to the reflector until it falls within the effective angle range.

【0020】しかし他方では、熱問題からリフレクタの
小型化には制限があるとともに有限長を有する現実光源
で、フライアイレンズ14からリフレクタまでの距離を
大きくとると、有限アークによる反射指向性から効率よ
く小型フライアイレンズ14に集光できないためであ
る。
On the other hand, on the other hand, there is a limit to miniaturization of the reflector due to thermal problems, and if the distance from the fly-eye lens 14 to the reflector is set to be large with a real light source having a finite length, the efficiency of reflection directivity due to the finite arc is increased. This is because it is difficult to focus light on the small fly-eye lens 14.

【0021】そこでこの発明は、フライアイレンズ部1
4の設計条件を満足しつつ、また楕円リフレクタ12の
設計条件を満足しつつ上記の難題を解決し、装置全体の
小型化を実現しつつ、フライアイレンズにおける光利用
効率を向上し、液晶プロジェクタの表示性能の向上も得
る用にしている。
Therefore, according to the present invention, the fly-eye lens unit 1 is provided.
While satisfying the design conditions of 4 and satisfying the design conditions of the elliptical reflector 12, the above-mentioned problems are solved, and the light utilization efficiency of the fly-eye lens is improved while realizing the miniaturization of the entire device, and the liquid crystal projector. It is also intended to improve the display performance of.

【0022】その具体的手段の例としては、図1に示す
ようにフライアイレンズ部14よりみた楕円リフレクタ
12の有効径が小さくなる光学的補正手段13を設けて
いることである。
As an example of the concrete means, as shown in FIG. 1, there is provided an optical correcting means 13 in which the effective diameter of the elliptical reflector 12 as viewed from the fly-eye lens portion 14 becomes smaller.

【0023】図4には上記の光学的補正手段13の他の
具体的形状の例を示している。図4の例は、フライアイ
レンズ部14と楕円リフレクタ12の開口との間におい
て、光軸を同軸とする円錐レンズ21を設けている。図
に示すようにメタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等
による光源11を用いた場合、光源11から第2焦点f
2までは、光軸及び光軸の周りには光が到達しない構造
となっている。これは中抜けと言われる。この装置は、
この中抜けの影響で光りが不均一になることも防止して
いる。
FIG. 4 shows an example of another specific shape of the above optical correction means 13. In the example of FIG. 4, a conical lens 21 whose optical axis is coaxial is provided between the fly-eye lens unit 14 and the opening of the elliptical reflector 12. As shown in the figure, when a light source 11 such as a metal halide lamp or a high-pressure mercury lamp is used, the light source 11 moves to the second focal point f.
Up to 2, the structure is such that light does not reach the optical axis and around the optical axis. This is said to be a void. This device
It also prevents the light from becoming non-uniform due to the effect of this hollow.

【0024】つまりフライアイレンズ部14からみたリ
フレクタ系が小さくなる、即ちフライアイ入射角が小さ
くなる光学手段として、円錐レンズ21を適用した実施
例である。図よりわかるように、フライアイレンズ部1
4のNAと楕円リフレクタ12のアーク特性に鑑み、最
も適切な円錐レンズ頂角を適用することで、フライアイ
入射角を半減することが可能である。また同時に、中抜
けの部分に対応して、円錐レンズ12の出射光は、光軸
にて光がミックスされるため、少ないフライアイ分割数
でも高品位な照明系が構築可能である。特に最近主流と
なりつつある高圧水銀ランプはアーク安定性が悪いた
め、非常に有効な手段である。
That is, this is an embodiment in which the conical lens 21 is applied as an optical means in which the reflector system viewed from the fly-eye lens unit 14 becomes small, that is, the fly-eye incident angle becomes small. As you can see from the figure, the fly-eye lens part 1
Considering the NA of 4 and the arc characteristics of the elliptical reflector 12, it is possible to reduce the fly-eye incident angle by half by applying the most appropriate conical lens apex angle. At the same time, since the light emitted from the conical lens 12 is mixed on the optical axis corresponding to the hollow portion, a high-quality illumination system can be constructed even with a small number of fly-eye divisions. Particularly, the high-pressure mercury lamp, which has recently become the mainstream, has a poor arc stability and is a very effective means.

【0025】図5(A)は、更にこの発明の他の光学的
補正手段13の具体的形状の例を示している。図5
(B)は、一部を拡大して示している。この例は、円錐
レンズ21が楕円リフレクタ12の第2焦点f2を跨ぐ
ように配置することで、より光のミックス頻度を向上さ
せ、照明品位向上を図ったものである。即ち楕円リフレ
クタ12が第2焦点f2上に配置される。
FIG. 5A shows an example of a concrete shape of another optical correction means 13 of the present invention. Figure 5
(B) is a partially enlarged view. In this example, the conical lens 21 is arranged so as to straddle the second focal point f2 of the elliptical reflector 12 to further improve the light mixing frequency and improve the illumination quality. That is, the elliptical reflector 12 is arranged on the second focal point f2.

【0026】この例によれば光束ミックス頻度は向上す
るものの、フライアイ入射光のテレセン性はやや劣化す
るため、集光レンズ22を配してもよい。そして第1フ
ライアイレンズ14aの光源側にレンズ処理を施すこと
で、テレセン性を図3の例程度まで復活させている。
According to this example, although the luminous flux mixing frequency is improved, the telecentricity of the fly-eye incident light is slightly deteriorated. Therefore, the condenser lens 22 may be provided. By performing lens processing on the light source side of the first fly-eye lens 14a, the telecentricity is restored to the level of the example in FIG.

【0027】この例では円錐レンズ21のみならず、さ
らに集光レンズ22が追加されるが、集光レンズ機能は
フライアイレンズ14aの光源側および円錐レンズ21
の形状を工夫することで集光レンズ22の機能を含有さ
せることが可能であるため、殆どの場合において素子追
加はない。
In this example, not only the conical lens 21 but also a condensing lens 22 is added, but the condensing lens function is the light source side of the fly-eye lens 14a and the conical lens 21.
Since it is possible to include the function of the condenser lens 22 by devising the shape of, the element is not added in most cases.

【0028】図6の例は、楕円リフレクタ12とフライ
アイレンズ部14間で、光軸の折り曲げが必要となった
場合に、先の凹レンズ3と同様効果の得られる凸ミ
ラー24を追加した実施例である。プロジェクタの光学
サイズが限定され、ミラーの追加を余儀なくされた場
合、最も高効率となる凹レンズを配置することが不可能
となる場合、このように凸ミラー24を利用すれば、同
様の効果が得られ、且つ、構成前提条件としてもともと
必要であったミラーの変形であることから、部品数の追
加なく効率向上効果が得られ、より低コストにて本発明
適用が可能となる。
In the example shown in FIG. 6, a convex mirror 24 is added to obtain the same effect as the concave lens 13 when the optical axis needs to be bent between the elliptical reflector 12 and the fly-eye lens portion 14. This is an example. If the optical size of the projector is limited and it is necessary to add a mirror, and it becomes impossible to arrange a concave lens with the highest efficiency, the convex mirror 24 can be used to obtain the same effect. In addition, since it is a modification of the mirror originally required as a structural prerequisite, the effect of improving efficiency can be obtained without adding the number of parts, and the present invention can be applied at a lower cost.

【0029】次に、本発明に至る背景となった思考経過
を示すことにする。このリフレクタ12を見るフライア
イレンズ部14は、ある程度の照明角余裕があれば小型
・高効率にて実現可能であるが、マイクロレンズカラー
セパレーション方式では、高精細傾向から多画素化が要
求されると、パネルが大きくなり投写レンズのNAが確
保できないかまたは液晶開口率が非常に小さくなり、何
れにしろ有効照明角θが小さくなるのが常である。
Next, the course of thought that was the background to the present invention will be shown. The fly-eye lens unit 14 for seeing the reflector 12 can be realized with a small size and high efficiency if there is some illumination angle margin, but in the microlens color separation method, it is required to have a large number of pixels because of a tendency toward high definition. Then, the panel becomes large and the NA of the projection lens cannot be secured, or the aperture ratio of the liquid crystal becomes very small, and in any case, the effective illumination angle θ becomes small.

【0030】水平方向のみに着目した例を示せば、液晶
表示素子における開口率40%以上を確保するために水
平画素ピッチWp が90μmであったとすれば、各ドッ
トピッチWd は30μm、開口幅2Wo は20μ程度と
なる。
As an example focusing only on the horizontal direction, if the horizontal pixel pitch Wp is 90 μm in order to secure an aperture ratio of 40% or more in the liquid crystal display element, each dot pitch Wd is 30 μm and the opening width is 2 Wo. Is about 20 μ.

【0031】このときの液晶サイズを通常テレビを意識
してVGAクラス解像度のワイドアスペクト比とすれ
ば、パネルサイズは、3.5インチ程度となる。民生を
意識した光学システムにて、この解像度とサイズとコス
トを意識すれば、Fnoは2程度を限界と考えるのが常識
である。よって投写レンズの硝子内での集光角範囲Θは
9.47度程度となる。この中に第5図に示す全ての液
晶透過光が有効光となるマイクロレンズから液晶セル間
距離Lは、510μm程度となる。これに対する照明側
から見た有効照明角範囲θは1.71度程度となる。
If the liquid crystal size at this time is set to a wide aspect ratio of VGA class resolution in consideration of a normal television, the panel size is about 3.5 inches. It is common sense that Fno should be limited to about 2 if the resolution, size, and cost are taken into consideration in an optical system intended for consumer life. Therefore, the collection angle range Θ within the glass of the projection lens is about 9.47 degrees. In this, the distance L from the microlens, in which all the liquid crystal transmitted light shown in FIG. 5 becomes effective light, is about 510 μm. On the other hand, the effective illumination angle range θ viewed from the illumination side is about 1.71 degrees.

【0032】仮に液晶からフライアイレンズ部までの距
離Lcdを300mmとすると、許されるフライアイレンズ
部の最大水平サイズWf は17.9mm程度となる。仮に
フライアイレンズ部を水平方向で4分割するとすれば、
1面当たりの水平幅Wfpは4.5mm程度となる。
If the distance Lcd from the liquid crystal to the fly-eye lens section is 300 mm, the maximum horizontal size Wf of the fly-eye lens section allowed is about 17.9 mm. If the fly-eye lens part is divided into four parts in the horizontal direction,
The horizontal width Wfp per surface is about 4.5 mm.

【0033】次に以上の条件より求まるフライアイレン
ズ部のNAを算出する。液晶サイズは上式より76.8
mmであるから、第1と第2のフライアイレンズ間隔dは
4.5mm程度となる。よってフライアイ有効集光角θfe
は7.3度程度であり即ちフライアイのNAfeは0.1
3 程度に過ぎない。
Next, the NA of the fly-eye lens portion obtained from the above conditions is calculated. The liquid crystal size is 76.8 from the above formula.
Since the distance is mm, the distance d between the first and second fly-eye lenses is about 4.5 mm. Therefore, the fly-eye effective collection angle θfe
Is about 7.3 degrees, that is, the NAfe of the fly eye is 0.1
Only about 3.

【0034】仮にリフレクタ開口部から第1フライアイ
レンズまでの距離Lr を150mmとすると、許されるリ
フレクタの有効開口径φは38.4mm程度である。当然
ながら楕円リフレクタ12にも幾つかの制約が存在す
る。まずは熱問題からランプ電力に応じて楕円リフレク
タ12の最短反射部までの距離、つまり第1焦点距離f
1 がある数値以上である必要が生じる。ランプ破裂時の
危険防止から保護硝子等にて密閉すると、当然この値も
拡大させる必要が生じる。具体例では、仮に高輝度を狙
って250Wランプ等を使用すると、熱膨張係数αが3
4〜38程度の従来硝材や蒸着コートの耐熱性から上記
f1 は最低でも12mmは必要となる。
If the distance Lr from the reflector opening to the first fly-eye lens is 150 mm, the allowable effective aperture diameter φ of the reflector is about 38.4 mm. Of course, the elliptical reflector 12 also has some restrictions. First, due to the heat problem, the distance to the shortest reflection portion of the ellipsoidal reflector 12 depending on the lamp power, that is, the first focal length f
1 must be greater than or equal to a number. If the glass is sealed with protective glass or the like to prevent the risk of lamp rupture, this value naturally needs to be increased. In the specific example, if a 250 W lamp or the like is used for high brightness, the thermal expansion coefficient α is 3
Due to the heat resistance of conventional glass materials and vapor deposition coats of about 4 to 38, the above f1 must be at least 12 mm.

【0035】ここでランプの配光特性を考慮する必要が
生じる。一般にランプの発光範囲は130度程度である
ため、かなりの立体角範囲をカバーしなければ配光特性
損失が大きくなり、高効率フライアイを使用する意味を
失う。
Here, it becomes necessary to consider the light distribution characteristics of the lamp. In general, the emission range of a lamp is about 130 degrees, so unless a considerable solid angle range is covered, the light distribution characteristic loss becomes large, and the meaning of using a high-efficiency fly eye is lost.

【0036】70%以上をカバーするとした場合の開口
径はおよそ90mmφに達する。従って開口32mmφの楕
円リフレクタでは、配光カバー率が極端に少ないか、極
小電力ランプかまたは高価な結晶化硝子材使用のリフレ
クタと多くの冷却工夫が必要となる。
When covering 70% or more, the opening diameter reaches about 90 mmφ. Therefore, an elliptical reflector having an opening of 32 mmφ requires extremely small light distribution coverage, a very low power lamp, or a reflector using an expensive crystallized glass material and many cooling measures.

【0037】この不具合を避けるために楕円リフレクタ
の第2焦点を大きくとり、集光角範囲をフライアイ部1
4のNAにマッチングさせる手段が考えられる。90mm
φの全面をカバーするフライアイ部14とリフレクタ間
距離Lf は350mm程度。
In order to avoid this inconvenience, the second focal point of the elliptical reflector is set to be large and the converging angle range is set to the fly-eye part 1.
A means of matching the NA of 4 can be considered. 90 mm
Distance Lf between the fly-eye part 14 that covers the entire surface of φ and the reflector is about 350 mm.

【0038】以上の条件を満たす楕円鏡パラメータは概
略以下の通りとなる。f1 =12mm,f2 =400mm,
f=194mm,長軸a=206mm,短軸b 69.3m
m,有効開口径 90mm、開口部Xo =49.5mm,楕
円リフレクタの開口部〜フライアイ間距離Lf 350
mm このとき、光源ランプの発光範囲Larc (アーク長)が
1.5mmであったとし、ランプ固着のためのネック側開
口位置Xk =2mmとしたとき、ネック開口dφは19.
3mm程度。f1 より最短反射面V位置までの距離Lv は
13.9mm程度。
The elliptic mirror parameters that satisfy the above conditions are roughly as follows. f1 = 12mm, f2 = 400mm,
f = 194 mm, major axis a = 206 mm, minor axis b 69.3 m
m, effective aperture diameter 90 mm, aperture Xo = 49.5 mm, elliptical reflector aperture-fly eye distance Lf 350
At this time, assuming that the light emission range Larc (arc length) of the light source lamp is 1.5 mm and the neck side opening position Xk for fixing the lamp is 2 mm, the neck opening dφ is 19.
About 3 mm. The distance Lv from f1 to the shortest reflection surface V position is about 13.9 mm.

【0039】最短反射面RN よりみたアークの光軸上角
度範囲をθarc と示せば、4.4度となる。よって光源
より発した光がリフレクタ反射面Vにて反射し、開口部
フライアイ位置に到達する幅範囲の半径Rslは15.1
mm程度である。
If the angle range on the optical axis of the arc viewed from the shortest reflecting surface RN is represented by θ arc, it becomes 4.4 degrees. Therefore, the radius Rsl of the width range in which the light emitted from the light source is reflected by the reflector reflecting surface V and reaches the opening fly-eye position is 15.1.
It is about mm.

【0040】一方、先に求まったフライアイ存在範囲は
9mmであるから、リフレクタネック近傍反射面Rn にて
反射された光は、殆どフライアイ有効範囲内に集光して
いないことが解る。
On the other hand, since the fly-eye existing range obtained previously is 9 mm, it can be seen that the light reflected by the reflector neck near reflecting surface Rn is hardly condensed within the fly-eye effective range.

【0041】以上により、マイクロレンズと角度偏差を
用いた図1のような有効照明角の厳しい照明光学系で
は、液晶と投写レンズより定まるフライアイ照明光学系
では、リフレクタ全面より到達する光全てを液晶面に集
光できず効率が劣化するかまたは、フライアイはリフレ
クタ全面をカバーできるが、アークより発する光の全て
をフライアイ有効面に集光しきれず、効率が劣化する。
As described above, in the illumination optical system using the microlens and the angle deviation with a severe effective illumination angle as shown in FIG. 1, in the fly-eye illumination optical system defined by the liquid crystal and the projection lens, all the light reaching from the entire surface of the reflector is The efficiency is deteriorated because light cannot be condensed on the liquid crystal surface, or the fly eye can cover the entire surface of the reflector, but all the light emitted from the arc cannot be condensed on the effective surface of the fly eye and efficiency is deteriorated.

【0042】そこでこの発明では、フライアイレンズよ
りみた楕円リフレクタの有効径が小さくなる光学的補正
手段を前記楕円リフレクタと前記フライアイレンズ間の
光学路に配置し品位向上を得るものである。
Therefore, in the present invention, an optical correction means for reducing the effective diameter of the elliptical reflector as viewed from the fly-eye lens is arranged in the optical path between the elliptical reflector and the fly-eye lens to improve the quality.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、照明角に
高度なテレセントリック(光線が光軸と平行な状態)性
が要求された場合に、フライアイレンズ及び光学的補正
手段の最低限の部品追加で、高効率・高品位なフライア
イ照明光学系の構築が可能である。
As described above, according to the present invention, when a high degree of telecentricity (a state in which light rays are parallel to the optical axis) is required for the illumination angle, the minimum of the fly-eye lens and the optical correction means is required. By adding parts, it is possible to construct a high-efficiency, high-quality fly-eye illumination optical system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の一実施の形態を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の一部を拡大して示す図。FIG. 2 is an enlarged view showing a part of FIG.

【図3】 図2の一部を更に示す図。FIG. 3 is a diagram further showing a part of FIG. 2;

【図4】 この発明のまた他の実施の形態を示す図。FIG. 4 is a diagram showing still another embodiment of the present invention.

【図5】 この発明の更にまた他の実施の形態を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing still another embodiment of the present invention.

【図6】 この発明のまた他の実施の形態を示す図。FIG. 6 is a diagram showing still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…光源、12…楕円リフレクタ、13…光学的補正
手段、14…フライアイレンズ部、15…集光レンズ、
16R,16B,16G…ダイクロイックミラー、17
…偏光板、18…液晶パネル、19…検光子、20…投
射レンズ。
11 ... Light source, 12 ... Elliptical reflector, 13 ... Optical correction means, 14 ... Fly eye lens part, 15 ... Condensing lens,
16R, 16B, 16G ... Dichroic mirror, 17
... polarizing plate, 18 ... liquid crystal panel, 19 ... analyzer, 20 ... projection lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13 505 G02B 27/18 G02F 1/13357 H04N 5/74 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/13 505 G02B 27/18 G02F 1/13357 H04N 5/74

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光源からの光が照射される液晶パネルを
有し、該液晶パネルからの出射光を投射するようにした
液晶プロジェクタにおいて、 第1焦点に置かれた光源より発する光を第2焦点に集光
反射させる楕円リフレクタと、所定間隔を置いて対向配置され前記楕円リフレクタの開
口径よりも外形寸法が小さい第1,第2のフライアイレ
ンズにて成り、 前記楕円リフレクタと前記液晶パネルの
間に配され、前記楕円リフレクタより発する光を任意複
数に分割し、それぞれの分割部に入力された光を前記液
晶パネルの全体が照射されるように出射するためのフラ
イアイレンズ部と、 前記フライアイレンズ部と前記液晶パネルの間に配さ
れ、前記フライアイレンズ部の前記分割部における仮想
複数光源より発する光を略平行光に制御して出射し前記
液晶パネルに入射する集光レンズと、 前記フライアイレンズ部よりみた前記楕円リフレクタの
有効径が光学的に小さくなるように光学的補正を行う
め、前記楕円リフレクタと前記フライアイレンズ部との
間に設けた光学的補正手段とを具備したことを特徴とす
る液晶プロジェクタの照明装置。
1. A liquid crystal panel irradiated with light from a light source.
And has a structure in which light emitted from the liquid crystal panel is projected.
In a liquid crystal projector, an elliptical reflector that condenses and reflects light emitted from a light source placed at a first focal point to a second focal point, and an elliptical reflector that is arranged to face the elliptical reflector at a predetermined interval.
First and second fly eyelets whose outer dimensions are smaller than the diameter
Is arranged between the elliptical reflector and the liquid crystal panel, divides the light emitted from the elliptical reflector into a plurality of light beams, and irradiates the entire liquid crystal panel with the light input to the respective divided portions. and hula <br/> Iairenzu portion for emitting as, said fly-eye lens unit disposed between the liquid crystal panel, substantially parallel light light emitted from the virtual multiple light sources in the divided portion of the fly-eye lens unit The optical correction is performed so that the effective diameter of the condensing lens that is controlled and emitted to enter the liquid crystal panel and the elliptical reflector as viewed from the fly-eye lens unit are optically small .
Therefore, between the elliptical reflector and the fly-eye lens part
An illuminating device for a liquid crystal projector, comprising: an optical correcting means provided between the illuminating device and the liquid crystal projector.
【請求項2】 前記光学的補正手段は、前記第2焦点位
置付近に設けられ、前記楕円リフレクタ側が底面となる
円錐レンズであることを特徴とする請求項1記載の液晶
プロジェクタの照明装置。
2. The optical compensator is the second focal position.
The illumination device for a liquid crystal projector according to claim 1, wherein the illumination device is a conical lens that is provided in the vicinity of the base and has a bottom surface on the side of the elliptical reflector .
【請求項3】 前記光学的補正手段は、前記フライアイ
レンズ部側に凹面を有する凹レンズであることを特徴と
する請求項1記載の液晶プロジェクタの照明装置。
3. The fly-eye is the optical correction means.
The illumination device for a liquid crystal projector according to claim 1, wherein the illumination device is a concave lens having a concave surface on the lens portion side .
【請求項4】 前記光学的補正手段は、前記楕円リフレ
クタからの光を反射して前記フライアイレンズ部に入射
する凸ミラーであることを特徴とする請求項1記載の液
晶プロジェクタの照明装置。
4. The elliptical refraction means is provided for the optical correction means.
Reflects the light from the Kuta and enters the fly-eye lens section.
The lighting device for a liquid crystal projector according to claim 1, wherein the lighting device is a convex mirror.
【請求項5】 光源と、 前記光源より発する光を集光反射させる楕円リフレクタ
と、 所定間隔を置いて対向配置され前記楕円リフレクタの開
口径よりも外形寸法が 小さい第1,第2のフライアイレ
ンズにて成り、前記楕円リフレクタと前記液晶パネルの
間に配され、前記楕円リフレクタより発する光を任意複
数に分割し、それぞれの分割部に入力された光を前記液
晶パネルの全体が照射されるように出射するためのフラ
イアイレンズ部と、 前記フライアイレンズ部の前記分割部における仮想複数
光源より発する光を略平行光に制御して出射し前記液晶
パネルに入射する集光レンズと、 前記フライアイレンズ部よりみた前記楕円リフレクタの
有効径が光学的に小さくなるように光学的補正を行うた
め、前記楕円リフレクタと前記フライアイレンズ部との
間に設けた光学的補正手段と、 前記集光レンズから出射される光が入射され、映像信号
によって変調した光学像を出射する液晶パネルと、 前記液晶パネルから出射された光学像をスクリーンに拡
大投射する投射レンズとを具備したことを特徴とする液
晶プロジェクタ。
5. A light source and an elliptical reflector for condensing and reflecting light emitted from the light source.
And the elliptical reflectors that are placed facing each other at a predetermined interval.
First and second fly eyelets whose outer dimensions are smaller than the diameter
Of the ellipsoidal reflector and the liquid crystal panel.
The light emitted from the elliptical reflector is placed between
Divide into a number and divide the light input into each division into the liquid
Fragment for emitting so that the entire crystal panel is illuminated.
An eye lens portion and a plurality of virtual portions in the divided portion of the fly eye lens portion.
The liquid crystal emitted by controlling the light emitted from the light source into substantially parallel light.
The condensing lens incident on the panel and the elliptical reflector seen from the fly-eye lens section.
Optical correction is performed so that the effective diameter becomes smaller optically.
Therefore, between the elliptical reflector and the fly-eye lens part
The light emitted from the condenser lens and the optical correction means provided therebetween are incident,
A liquid crystal panel that emits an optical image that is modulated by, and the optical image that is emitted from the liquid crystal panel is spread on a screen.
Liquid having a projection lens for large projection
Crystal projector.
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