JP3610804B2 - Illumination device and projection display device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報に対応させて光変調するライトバルブ等に、均一化した照明光を照射するのに適した照明装置及びその照明装置からの光束を、ライトバルブ等で変調して拡大投写する投写型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来の投写型表示装置の一例を示す図である。図8に示した従来の投写型表示装置は、ランプ10から、均一照明光学系20を介して出射された光束を、不図示の色分離手段により赤(R),緑(G),青(B)の3色の光に分離した後、集光レンズ100によって平行化して各色(R,G,B)に対応する液晶パネル51に入射し、液晶パネル51で画像情報に対応させて変調し、プリズム61によって変調された各色の光を合成し、投写レンズ71を通してスクリーンS上に拡大投写するものである。
【0003】
均一照明光学系20は、第1レンズアレイ21と、第2レンズアレイ22と、コンデンサレンズ23とによって構成されている。この均一照明光学系20は、ランプ10から出射された光を、第1のレンズアレイ21によって複数の部分光束に分割し、各部分光束を、第2レンズアレイ22とコンデンサレンズ23とを介して液晶パネル51に重畳させることにより、液晶パネル51に照射される光の面内強度を均一化する機能を有している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図9(a)、図9(b)、図10(a)、図10(b)は、従来の投写型表示装置の均一照明光学系の問題点を説明するための図である。ランプ10は、図9(a)に示すように、光軸L付近の光強度が高く、光軸Lから離れるに従って光強度が低くなるような照度分布を有している。従って、各小レンズa〜fには、図9(a)の距離D−光強度I特性及び図9(b)に示したように、入射面内の強度が不均一な光束が入射する。しかも、小レンズaとfでは、光軸Lの位置を基準としてみた場合、入射面内の強度分布が逆になり、同様に、小レンズbとe,cとdとでも、入射面内の強度分布の強弱が逆になる。このため、液晶パネル51の端部付近であるA点、B点には、図10(a)に示すように、入射角度θと強度Iが一致しない光線l〜l,l’〜l’が入射することになる。具体的にいうと、A点には図10(b)中、実線で示すような角度及び強度の光が入射し、B点には図10(b)中、点線で示すような角度及び強度の光が入射することになる。この図からわかるように、A点では+θ側の光量が−θ側よりもかなり多く、B点では、−θ側の光量が+θ側の光量よりもかなり多い。
【0005】
一方、液晶パネル51によって表示される画像のコントラストは、光の入射角度に依存し、+θ側、−θ側のいずれか一方に、コントラストがもっとも高くなる角度が存在する。ここで、仮に+θ側にコントラストがもっとも高くなる角度が存在するとすると、A点では+θ側の光量が多く、逆にB点では+θ側の光量が少ないため、A点とB点とで著しくコントラストの差が生じることになり、投写画像には明るさむらが生じてしまうこととなる。また、プリズム61内に形成された膜を透過する色光と当該膜で反射される色光とが存在し、透過する色光の画像と反射する色光の画像とは、互いに反転している。従って、これらの画像間では明るさむらの傾向も反転してしまい、投写画像には色むらが生じてしまう。さらに、このような明るさむら、色むらの発生により、投写画像のコントラストも低下してしまう。
【0006】
この問題を解決するために、第1のレンズアレイ21の小レンズの分割数を細かくすれば、図10(b)のピークが多くなり、各ピーク間の強度差が相対的に少なくなるため、左右の均一性は向上する。しかし、投写型表示装置の小形化が要請されており、均一照明光学系20と液晶パネル51との距離などによって、分割数が決まるので、角度分布の均一性を満足するまで、細分化することはできない。
【0007】
本発明の目的は、前述した課題を解決し、光変調手段への入射角及び光強度の均一化を図ることにより、投写画像の色むらを低減して、コントラストを向上させることができる照明装置及び投写型表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、第1の発明は、光源と、前記光源から出射された光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、前記第1のレンズアレイの光出射側に配置された第2のレンズアレイと、を備えた照明装置であって、前記第1のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、前記第2のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、前記第1のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記光源の光軸を基準として互いに点対称な位置に存在する少なくとも一対の第1の小レンズから出射された光は、前記第2のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記一対の第1の小レンズに対応する一対の第2の小レンズに対して、互いに位置が入替わるように入射されてなることを特徴とする照明装置である。これにより、投写画像の色むらを低減して、コントラストの向上を図ることができる。
【0009】
第2の発明は、第1の発明の照明装置において、前記一対の第1の小レンズと、前記一対の第2の小レンズとは、偏心レンズで構成されていることを特徴とする照明装置である。
【0010】
第3の発明は、第1又は第2の発明の照明装置であって、前記一対の第1の小レンズは、入射する光の量が最も多い小レンズであることを特徴とする照明装置である。このために、光量の均一化の度合いが向上し、より効果的である。
【0011】
第4の発明は、光源と、前記光源から出射された光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、前記第1のレンズアレイの光出射側に配置された第2のレンズアレイと、を備えた照明装置であって、前記第1のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、前記第2のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、前記第1のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記光源の光軸を含む前記小レンズの境界線を基準として互いに対称な位置に存在する少なくとも一対の第1の小レンズから出射された光は、前記第2のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記一対の第1の小レンズに対応する一対の第2の小レンズに対して、互いに位置が入れ替わるように入射されてなることを特徴とする照明装置である。これにより、投写画像の色むらを低減して、コントラストの向上を図ることができる。
【0012】
第5の発明は、第4の発明の照明装置において、前記光源と前記一対の第1の小レンズとの間の光路中に、光路を変化させるプリズムが配置されており、前記一対の第1の小レンズと前記一対の第2の小レンズとの間の光路中または前記一対の第2の小レンズの出光射側に、光路を変化させるプリズムが配置されていることを特徴とする照明装置である。プリズムを配置すればよいので、小レンズの形状を変化させる必要がなくなり、製作が容易となる。
【0013】
第6の発明は、第4の発明の照明装置において、前記一対の第1の小レンズと前記一対の第2の小レンズとの間の光路中に、光路を変化させるプリズムが配置されており、前記一対の第1の小レンズと前記一対の第2の小レンズとの間の光路中または前記一対の第2の小レンズの出光射側に、光路を変化させるプリズムが配置されていることを特徴とする照明装置である。プリズムを配置すればよいので、小レンズの形状を変化させる必要がなくなり、製作が容易となる。
【0014】
第7の発明は、第4の発明の照明装置において、前記一対の第1の小レンズと、前記一対の第2の小レンズとは、偏心レンズで構成されていることを特徴とする照明装置である。
【0015】
第8の発明は、第4から第7までのいずれかの発明の照明装置であって、前記一対の第1の小レンズは、入射する光の量が最も多い小レンズであることを特徴とする照明装置である。
【0016】
第9の発明は、第1から第6までのいずれかの発明の照明装置と、前記照明装置からの光を3原色の各色光束に分離する色分離手段と、前記色分離手段によって分離された各色の光束を、画像情報に対応させて光変調する光変調手段と、前記光変調手段によって変調された変調光束を合成する色合成手段と、前記色合成手段によって合成された合成光束を拡大投写する投写手段と、を備えた投写型表示装置である。これにより、光変調手段へ入射する入射光の角度分布を均一化することができるので、投写画像の色むらを低減して、コントラストの向上を図ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しくに説明する。
【0018】
(第1実施形態)
図1は、本発明による照明装置及び投写型表示装置の第1実施形態を示す模式図、図2は、第1実施形態に係る照明装置及び投写型表示装置を、簡略化した等価の光学系を用いて示す図、図3は、第1実施形態に係る照明装置及び投写型表示装置の第1のレンズアレイを抜き出して示した図である。第1実施形態の照明装置1Aは、光源10と、均一照明光学系20Aとから構成されている。
【0019】
光源10は、光源ランプ11と曲面反射鏡12で構成されており、光源ランプ11としてはハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等を用いることができる。
【0020】
均一照明光学系20Aは、図2に示すように、光源10から出射された光束を複数の部分光束に分割し、それぞれの部分光束を液晶パネル51R、51G、51B上に重畳させることにより、液晶パネル51R、51G、51B上をほぼ均一な照度で照明する機能を有している。第1のレンズアレイ21Aは、マトリクス状に配置された複数の矩形レンズを有しており、光源10から出射された光束を複数の部分光束に分割し、各部分光束を第2のレンズアレイ22Aの近傍で集光させる。第2のレンズアレイ22Aは、マトリクス状に配置された複数の矩形レンズを有しており、第1のレンズアレイ21Aから出射された各部分光束の中心光路を光源10の光軸Lに対して平行に揃える機能を有している。なお、図1に示す例の均一照明光学系20Aは、光軸Lを装置前方向に折り曲げるミラー24を備えており、このミラー24を挟んで第1、第2のレンズアレイ21A、22Aが配置されている。第2のレンズアレイ22Aの出射面の側には、コンデンサレンズ23が配置されている。コンデンサレンズ23は、各部分光束を液晶パネル51R、51G、51B上に重畳させる機能を有している。このように、本例の投写型表示装置1Aでは、均一照明光学系20Aにより、液晶パネル51R、51G、51B上をほぼ均一な照度の光で照明することができるので、照度ムラのない投写画像を得ることができる。
【0021】
第1実施形態の投写型表示装置2Aは、図1に示すように、照明装置1Aの均一照明光学系20を介して出射される光束Wを、赤、緑、青の各色光束R、G、Bに分離する色分離光学系40と、各色光束を変調する光変調手段50としての3枚の液晶パネル51R、51G、51Bと、変調された色光束を合成する色合成光学系60としてのプリズム61と、合成された光束をスクリーンS上に拡大投写する投写光学系70としての投写レンズ71等とを備えている。また、色分離光学系40によって分離された各色光束のうち、青色光束Bに対応する液晶パネル51に導くリレーレンズ系90を備えている。
【0022】
色分離光学系40は、青緑反射ダイクロイックミラー41と、緑反射ダイクロイックミラー42と、反射鏡43とから構成されている。均一照明光学系20から出射された光Wのうち、まず、青緑反射ダイクロイックミラー41において、そこに含まれている青色光B及び緑色光Gが直角に反射されて、緑反射ダイクロイックミラー42の側に向かう。赤色光Rは、このミラー41を通過して、後方の反射鏡43でほぼ直角に反射されて、赤色光の出射部44から色合成光学系の側に出射される。
【0023】
次に、ミラー41において反射された青及び緑の光B、Gのうち、反射ダイクロイックミラー42において、緑色光Gのみがほぼ直角に反射されて、緑色光の出射部45からプリズム61の側に出射される。このミラー42を通過した青色光Bは、青色光の出射部46からリレーレンズ系90の側に向けて出射される。本実施形態では、均一照明光学系20Aの光の出射部から、色分離光学系40における各色光の出射部44、45、46までの距離がほぼ等しくなるように設定されている。
【0024】
ここで、本実施形態においては、色分離光学系40の赤色光の出射部44、緑色光の出射部45の出射側には、それぞれ、平凸レンズからなる集光レンズ101、102が配置されている。各出射部44、45から出射した赤色光R及び緑色光Gは、これらの集光レンズ101、102に入射して平行化される。
【0025】
このようにして平行化された光のうち、赤色光R及び緑色光Gは、図示しない偏光板を通過して偏光方向が揃えられた後、集光レンズ101、102の直後に配置されている液晶パネル51R、51Gに入射して変調される。そして、各色光に対応した画像情報が付加される。これらの液晶パネル51R、51Gは、不図示の駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御が行われ、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。このような駆動手段は公知の手段をそのまま使用することができ、本実施形態においてはその説明を省略する。
【0026】
一方、青色光Bは、リレーレンズ系90を通過し、さらに、図示しない偏光板を通過して偏光方向が揃えられた後、対応する液晶パネル51Bに導かれる。そして、他の色光と同様に、画像情報に応じた変調が施される。本実施形態の液晶パネル51R、51G、51Bは、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として用いたものを使用している。
【0027】
リレーレンズ系90は、入射側反射鏡91と、出射側反射鏡92と、これらの間に配置された中間レンズ93と、集光レンズ103と、集光レンズ104とから構成されている。各色光の光路の長さ、すなわち、光源ランプ11から各液晶パネルまでの距離は、青色光Bが最も長くなるので、この光の光量損失が最も多くなる。しかし、本実施形態のように、リレーレンズ系90を介在させることにより、光量損失を抑制できる。なお、リレーレンズ系90を通過させる色光は、赤あるいは緑色の光とすることもできる。
【0028】
次に、各液晶パネル51R、51G、51Bを通って変調された各色光束のうち、図示しない偏光板を通過した1種類の偏光方向の光のみが、プリズム61に入射され、ここで合成される。本実施形態において、色合成光学系60として用いられているプリズム61は、4つのプリズムの界面に沿って、2種類のダイクロイック膜がX字状に形成されたダイクロイックプリズムである。色合成光学系60としては、2種類のダイクロイックミラーをX字状に配置した構成のクロスミラーや、2種類のダイクロイックミラーを別個に配置した構成のミラー合成系を利用することも可能である。
【0029】
本実施形態においては、以下のような構成により、従来技術における課題の解決を図っている。図3(a)は、第1のレンズアレイ21Aをz方向に見た図、図3(b)は、第2のレンズアレイ22Aをz方向に見た図である。図3(a)、図3(b)に示されている十字型の中心は、各小レンズの光軸の位置を意味する。第1のレンズアレイ21Aには、図3(a)に示すように、二次元的に、8行6列の小レンズa〜a,b〜b,c〜c,d〜d,e〜e,f〜fが配列されている。一方、図3(b)に示すように第2のレンズアレイ22Aにも、二次元的に、8行6列の小レンズa’〜a’,b’〜b’,c’〜c’,d’〜d’,e’〜e’,f’〜f’が配列されている。ここで、第1のレンズアレイ21Aの各小レンズa〜a,b〜b,c〜c,d〜d,e〜e,f〜fの配置は、第2のレンズアレイ22の各小レンズa’〜a’,b’〜b’,c’〜c’,d’〜d’,e’〜e’,f’〜f’とそれぞれ対応している。また、第1のレンズアレイ21Aの各小レンズのうち、小レンズc,c,d,d、第2のレンズアレイ22Aの各ンズのうち、小レンズc’,c’,d’,d’は、偏心レンズで構成されており、各々の光軸が、各々のレンズの幾何学的中心の位置よりも、光源光軸側に設定されている。
【0030】
そして、このようなレンズアレイ21A,22Aを用いることにより、図2に示すように、第1のレンズアレイの小レンズc,c,d,dから出射される光束は、第2のレンズアレイのンズd’,d’,c’,c’に、それぞれ入射するようになっている。すなわち、第1のレンズアレイ21Aにおいて光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する小レンズcとdから出射された光は、第2のレンズアレイ2Aにおいてこれらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とd’に対して、互いに位置が入れ替わるように入射する。また、第1のレンズアレイ21Aにおいて光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する小レンズcとdから出射された光は、第2のレンズアイ22Aにおいてこれらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とd’に対して、互いに位置が入れ替わるように入射する。なお、第1のレンズアレイ21Aのその他の小レンズから出射される光束は、第2のレンズアレイ22Aの対応する小レンズにそれぞれ入射する。
【0031】
図4(a)、図4(b)、図5(a)、図5(b)は、本実施形態の作用効果を説明するための図であり、従来技術を示す図9(a)、図9(b)、図10(a)、図10(b)と対応している。
【0032】
ランプ10は、図4(a)に示すように、光軸L付近の光強度が高く、光軸Lから距離D離れるに従って光強度が低くなるような照度分布を有している。したがって、各小レンズには、図4(a)及び図4(b)に示したように、入射面内の強度が不均一な光束が入射する。しかも、光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する小レンズでは、光軸Lの位置を基準としてみた場合、入射面内の強度分布が逆になる。これらの点については、従来技術と同様である。
【0033】
しかしながら、本実施形態においては、第1のレンズアレイ21Aにおいて光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する小レンズcとdあるいはcとdから出射された光が、第2のレンズアレイ22Aにおいて、それらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とd’あるいはc’とd’に対して、互いに位置が入れ替わるように入射するとにより、それぞれの部分光束は、図4(a)に示したように、液晶パネル51R、51G、51Bに到達する。このため、液晶パネルの端部付近であるA点、B点には、図5(a)に示すように、光線l〜l、l’〜l’が入射することになる。具体的にいうと、A点には図5(b)中、実線で示すような角度及び強度の光が入射し、B点には図5(b)中、点線で示すような角度及び強度の光が入射することになる。従来技術の場合と比較すると、光線lとl、光線l’とl’とが入れ替わっており、これにより、A点おいても、B点においても、+θ側の光量と−θ側の光量の差が、従来よりも小さくなっていることがわかる。
【0034】
したがって、+θ側、−θ側のいずれか一方に液晶パネル51の画像のコントラストがもっとも高くなる角度が存在しても、A点、B点において+θ側の光量と−θ側の光量との差が小さいため、A点とB点とで著しくコントラストの差が生じにくくなる。このため、投写画像の色むらを低減して、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【0035】
以上説明したように、本実施形態によれば、第1のレンズアレイ21Aにおいて光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する小レンズcとdあるいはcとdから出射された光が、第2のレンズアレイ2においてこれらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とd’あるいはc’とd’に対して、互いに位置が入れ替わるよ入射させることにより、投写画像の色むらを低減して、コントラストの向上を図ることができる。
【0036】
なお、本実施形態では、光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する小レンズcとdおよびcとdから出射された光の位置が入れ替わるようにしたが、また、光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する他の小レンズ、例えばcとd、bとe、bとe等から出射された光の位置が入れ替わるようにしても良い。しかしながら、より高い効果を得るためには、本実施形態のように、光軸中心付近の光量が最大の小レンズから出射される光の位置を入れ換えることが望ましい。また、光源の光軸Lを基準として互いに点対称な位置に存在する一対の小レンズのみ(例えばcとdのみ)から出射された光の位置を入れ替えるようにしても良いが、より高い効果を得るためには、本実施形態のように、光軸Lを取り囲むように光の位置を入れ替えるようにすることが好ましい。
【0037】
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態に係る照明装置及び投写型表示装置を、簡略化した等価の光学系を用いて示す図、図7(a)は、第1のレンズアレイ21Bをz方向に見た図、図7(b)は、第2のレンズアレイ22Bをz方向に見た図である。図7(a)、図7(b)に示されている十字型の中心は、各小レンズの光軸の位置を意味する。第1のレンズアレイ21Bには、図7(a)に示すように、二次元的に、8行6列の小レンズa〜a,b〜b,c〜c,d〜d,e〜e,f〜fが配列されている。一方、図7(b)に示すように、第2のレンズアレイ22Bにも、二次元的に、8行6列の小レンズa’〜a’,b’〜b’,c’〜c’,d’〜d’,e’〜e’,f’〜f’が配列されている。第1のレンズアレ1Bの各小レンズa〜a,b〜b,c〜c,d〜d,e〜e,f〜fの幾何学的な配置は、第2のレンズアレイ22Bの各小レンズa〜a’,b’〜b’,c’〜c’,d’〜d’,e’〜e’,f’〜f’とそれぞれ対応している。
【0038】
第2実施形態では、第1のレンズアレイ21Bの各小レンズa〜a,b〜b,c〜c,d〜d,e〜e,f〜f、第2のレンズアレイ22Bの各小レンズa’〜a’,b’〜b’,c’〜c’,d’〜d’,e’〜e’,f’〜f’は、すべて、光軸の位置と幾何学的中心のとが一致したレンズによって構成されている。そのかわり、図6に示すように、第1のレンズアレイ21Bの小レンズc,cの光入射面に、光線の進行方向を変える略三角柱状のプリズム25cが設けられており、小レンズd,dの光入射面に、光線進行方向を変える略三角柱状のプリズム25dが設けられている。また、第2のレンズアレイ22Bの小レンズc’,c’の光出射面側にも、光線の進行方向を変える略三角柱状のプリズム25c’が、小レンズd’,d’の光出射面側にも、光線の進行方向を変える略三柱状のプリズム25d’が、それぞれ設けられている。
【0039】
本実施形態では、このように、第1レンズアレイ21Bの小レンズc,c小レンズd,dの光入射面に、それぞれ、光線の進行方向を変える略三柱状のプリズム25d,25dが設けられることにより、第1のレンズアレイ21Bの小マイクロレンズc,c,d,dか出射される光束が、それぞれ、第2のレンズアレイ22Bの小レンズd’,d’,c’,c’に入射するようになっている。すなわち、第1のレンズアレイ21Bにおいて、光源の光軸Lを含む小レンズの境界線Lyを基準として互いに対称な位置に存在する小レンズcとdか出射された光は、第2のレンズアレイ22Bにおいてこれらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とd’に対して、互いに位置が入れ替わるように入射する。また、第1のレンズアレイ21Bにおいて光源の光軸Lを含む小レンズの境界線Lyを基準として互いに対称な位置に存在する小レンズcとdから出射された光は、第2のレンズアレイ22においてこれらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とd’に対して、互いに位置が入れ替わるように入射する。なお、第のレンズアレイ21Bのその他の小レンズから出射される光束は、第2のレンズアレイ22Bの対応する小レンズにそれぞれ入射する。
【0040】
従って、第1実施形態の場合と同様、A点においても、B点においても、+θ側の光量と−θ側の光量の差を、従来よりも小さくすることができ、+θ側、−θ側のいずれか一方に液晶パネル51の画像のコントラストがもっとも高くなる角度が存在しても、A点とB点とで著しくコントラストの差が生じにくくなる。このため、投写画像の色むらを低減して、コントラストの向上を図ることが可能となる。
【0041】
なお、点対称に光線を入れ替える第1実施形態と比較して、線対称に光線を入れ替える本実施形態の方が、色むら低減、コントラストの向上の効果が若干劣る。しかしながら、本実施形態では、第1のレンズアレイ21B、第2のレンズアレイ22Bの小レンズの形状が従来のままでよいので、作製が容易である点で、第1の実施形態に比べ有利である。
【0042】
また、本実施形態では、光源の光軸Lを含む小レンズの境界線Lyを基準として互いに対称な位置に存在する2対の小レンズについて光の位置を入れ替えるようにしたが、1対の小レンズのみについて行っても良い。ただし、より高い効果を得るためには、本実施形態のように、光軸Lを取り囲むように複数対のレンズについて、光の位置を入れ替えるようにすることが好ましい。
【0043】
また、本実施形態では、光線の進行方向を変える略三角柱状のプリズム25c、25d、25c’、25d’を、レンズアレイ21B、22Bと一体化するような形態で設けているが、別体として配置しても良い。
【0044】
さらにまた、本実施形態では、プリズム25c、25dを光源と第1のレンズアレイ21Bの小レンズc,c,d,dとの間の光路中に設けているが、小レンズc,c,d,dと第2のレンズアレイ21Bの小レンズc’,c’,d’,d’との間に設けるようにしても良い。同様に、プリズム25c’、25d’を設ける位置についても、第2のレンズアレイの小レンズc’,c’,d’,d’の光出射側に限られず、小レンズc’,c’,d’,d’と第1のレンズアレイ21Bの小レンズc,c,d,dとの間に設けるようにしても良い。
【0045】
(第2の実施形態の変形)
第2の実施形態では、光源の光軸Lを含む小レンズの境界線Lyを基準として互いに対称な位置に存在する小レンズcとdあるいはcとdから出れた光を、第2のレンズアレイ22Bにおいてこれらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とd’あるいはc’とd’して、互いに位置が入れ替わるように入射していたが、基準とする境界線はLxとしても良い。すなわち、光源の光軸Lを含む小レンズの境界線Lxを基準として互いに対称な位置に存在する小レンズcとcあるいはdとdから出射された光を、第2のレンズアレイ22Bにおいてこれらの小レンズと幾何学的に対応する位置に存在する小レンズc’とc’あるいはd’とd’に対して、互いに位置が入れ替わるように入射しても良い。このようにしても、第2の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【0046】
また、第2の実施形態においては、光の位置を入れ替えるために、光線の進行方向を変える略三角柱状のプリズム25c,25dを用いていたが、このようなプリズムを用いる代わりに、偏心レンズを用いるようにしても良い。この場合には、入れ替えられた光が入射される第2のレンズアレイ22Bの小レンズも、偏心レンズで構成されることになる。
【0047】
さらに、第2の実施形態において、第1のレンズアレイ21Bと第2のレンズアレイ22Bとの間の光路中に、図1に示したようなミラー24を配置する場合には、光線の進行方向を変える略三角柱状のプリズム25c,25dの代わりに、このミラー24上の、所定の小レンズから出射された光を反射する位置に、光の進行方向を変えるような段部を設けても良い。
【0048】
(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
【0049】
上述の実施形態では、透過型液晶パネルを用いた投射型表示装置の例で説明したが、反射型液晶パネルを用いた投射型表示装置に対しても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による照明装置及び投写型表示装置の第1実施形態を示した模式図である。
【図2】第1実施形態に係る照明装置及び投写型表示装置を、簡略化した等価の光学系を用いて示す図である。
【図3】第1実施形態に係る照明装置及び投写型表示装置のレンズアレイを抜き出して示した図であって、図3(a)は、第1のレンズアレイ21Aをz方向に見た図、図3(b)は、第2のレンズアレイ22Aをz方向に見た図である。
【図4】本実施形態の作用効果を説明する図である。
【図5】本実施形態の作用効果を説明する図である。
【図6】本発明による投写型表示装置の第2実施形態を示す模式図である。
【図7】第2実施形態に係る照明装置及び投写型表示装置のレンズアレイを抜き出して示した図であって、図7(a)は、第1のレンズアレイ21Bをz方向に見た図、図7(b)は、第2のレンズアレイ22Bをz方向に見た図である。
【図8】従来の投写型表示装置の一例を示す図である。
【図9】従来の投写型表示装置の均一照明光学系の問題点を説明する図である。
【図10】従来の投写型表示装置の均一照明光学系の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
1 照明装置
2 投写型表示装置
10 光源
11 光源ランプ
12 曲面反射鏡
20,20A,20B 均一照明光学系
21 第1のレンズアレイ
22 第2のレンズアレイ
23 コンデンサレンズ
24 ミラー
25 プリズム
40 色分離光学系
41 青緑反射ダイクロイックミラー
42 青反射ダイクロイックミラー
43 反射鏡
50 光変調素子(ライトバルブ)
51R、51G、51B 液晶パネル
60 色合成光学系
70 投写光学系
71 投写レンズ
90 リレーレンズ系
S スクリーン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination device suitable for irradiating a uniform illumination light to a light valve that modulates light according to image information, and a light beam from the illumination device to modulate and project an enlarged light beam. The present invention relates to a projection display device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a diagram showing an example of a conventional projection display device. In the conventional projection display apparatus shown in FIG. 8, the light emitted from the lamp 10 via the uniform illumination optical system 20 is converted into red (R), green (G), blue ( After being separated into the three colors of light B), the light is collimated by the condenser lens 100 and incident on the liquid crystal panel 51 corresponding to each color (R, G, B), and is modulated by the liquid crystal panel 51 according to the image information. The light of each color modulated by the prism 61 is synthesized and enlarged and projected on the screen S through the projection lens 71.
[0003]
The uniform illumination optical system 20 includes a first lens array 21, a second lens array 22, and a condenser lens 23. The uniform illumination optical system 20 divides the light emitted from the lamp 10 into a plurality of partial light beams by the first lens array 21, and each partial light beam is passed through the second lens array 22 and the condenser lens 23. By superimposing on the liquid crystal panel 51, the liquid crystal panel 51 has a function to make the in-plane intensity of light irradiated uniform.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 9A, FIG. 9B, FIG. 10A, and FIG. 10B are diagrams for explaining problems of the uniform illumination optical system of the conventional projection display device. As shown in FIG. 9A, the lamp 10 has an illuminance distribution in which the light intensity near the optical axis L is high and the light intensity decreases as the distance from the optical axis L increases. Accordingly, a light beam having a non-uniform intensity on the incident surface is incident on each of the small lenses a to f as shown in the distance D-light intensity I characteristic in FIG. 9A and in FIG. 9B. Moreover, in the small lenses a and f, when the position of the optical axis L is taken as a reference, the intensity distribution in the incident surface is reversed, and similarly, the small lenses b and e, c and d are also in the incident surface. The intensity distribution is reversed. Therefore, at points A and B near the end of the liquid crystal panel 51, as shown in FIG. 1 ~ L 6 , L 1 '~ L 6 'Will be incident. Specifically, light having an angle and intensity as indicated by a solid line in FIG. 10B is incident on point A, and angle and intensity as indicated by a dotted line in FIG. Light is incident. As can be seen from this figure, at point A, the amount of light on the + θ side is much larger than that on the −θ side, and at point B, the amount of light on the −θ side is much larger than the amount of light on the + θ side.
[0005]
On the other hand, the contrast of the image displayed by the liquid crystal panel 51 depends on the incident angle of light, and there is an angle at which the contrast is highest on either the + θ side or the −θ side. Here, if there is an angle at which the contrast is highest on the + θ side, the amount of light on the + θ side is large at the point A, and conversely, the amount of light on the + θ side is small at the point B. Therefore, the brightness of the projected image is uneven. Further, there is color light that passes through the film formed in the prism 61 and color light that is reflected by the film, and the image of the transmitted color light and the image of the reflected color light are inverted with respect to each other. Accordingly, the tendency of uneven brightness is also reversed between these images, and uneven color occurs in the projected image. Furthermore, the occurrence of such brightness unevenness and color unevenness also reduces the contrast of the projected image.
[0006]
In order to solve this problem, if the number of small lens divisions of the first lens array 21 is made fine, the peaks in FIG. 10B increase, and the intensity difference between the peaks relatively decreases. Uniformity on the left and right is improved. However, there is a demand for miniaturization of the projection display device, and the number of divisions is determined by the distance between the uniform illumination optical system 20 and the liquid crystal panel 51. Therefore, the projection display device must be subdivided until the uniformity of the angular distribution is satisfied. I can't.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and to make the incident angle to the light modulation means and the light intensity uniform, thereby reducing the uneven color of the projected image and improving the contrast. And a projection display device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first invention provides a light source, a first lens array that divides light emitted from the light source into a plurality of partial light beams, and a light emitting side of the first lens array. A second lens array disposed, wherein the first lens array has a plurality of small lenses arranged two-dimensionally, and the second lens array comprises: At least a pair of first lenses having a plurality of small lenses arranged in a two-dimensional manner and existing at point-symmetrical positions with respect to the optical axis of the light source among the small lenses constituting the first lens array. The light emitted from the small lenses is positioned relative to the pair of second small lenses corresponding to the pair of first small lenses among the small lenses constituting the second lens array. It is characterized by being incident so as to change It is a lighting device. Thereby, it is possible to reduce the uneven color of the projected image and improve the contrast.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the illumination device according to the first aspect of the invention, the pair of first small lenses and the pair of second small lenses are composed of eccentric lenses. It is.
[0010]
A third invention is an illumination device according to the first or second invention, wherein the pair of first small lenses are small lenses having the largest amount of incident light. is there. For this reason, the degree of uniformity of the light quantity is improved, which is more effective.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light source, a first lens array that divides light emitted from the light source into a plurality of partial light beams, and a second lens array that is disposed on a light emission side of the first lens array. The first lens array has a plurality of small lenses arranged two-dimensionally, and the second lens array is a plurality of two-dimensionally arranged lenses. Among the small lenses constituting the first lens array, at least a pair of first lenses existing at positions symmetrical with respect to a boundary line of the small lens including the optical axis of the light source. The light emitted from the small lenses is switched in position with respect to the pair of second small lenses corresponding to the pair of first small lenses among the small lenses constituting the second lens array. It is characterized by being incident on It is a lighting device. Thereby, it is possible to reduce the uneven color of the projected image and improve the contrast.
[0012]
According to a fifth invention, in the illumination device according to the fourth invention, a prism for changing an optical path is disposed in an optical path between the light source and the pair of first small lenses. A prism for changing the optical path is disposed in the optical path between the small lens and the pair of second small lenses or on the light emission side of the pair of second small lenses. It is. Since it is sufficient to arrange a prism, it is not necessary to change the shape of the small lens, and the manufacture is facilitated.
[0013]
According to a sixth invention, in the illumination device according to the fourth invention, a prism for changing an optical path is disposed in an optical path between the pair of first small lenses and the pair of second small lenses. A prism that changes the optical path is disposed in the optical path between the pair of first small lenses and the pair of second small lenses or on the light emission side of the pair of second small lenses. It is the illuminating device characterized by these. Since it is sufficient to arrange a prism, it is not necessary to change the shape of the small lens, and the manufacture is facilitated.
[0014]
According to a seventh invention, in the illumination device according to the fourth invention, the pair of first small lenses and the pair of second small lenses are constituted by eccentric lenses. It is.
[0015]
An eighth invention is the illumination device according to any one of the fourth to seventh inventions, wherein the pair of first small lenses are small lenses having the largest amount of incident light. It is an illuminating device.
[0016]
The ninth invention is separated by the illumination device according to any one of the first to sixth inventions, color separation means for separating light from the illumination device into light beams of three primary colors, and the color separation means. Light modulating means for optically modulating the light beams of the respective colors in correspondence with image information, color combining means for combining the modulated light beams modulated by the light modulating means, and enlargement projection of the combined light beams synthesized by the color combining means A projection display device. As a result, the angular distribution of the incident light incident on the light modulation means can be made uniform, so that the color unevenness of the projected image can be reduced and the contrast can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0018]
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an illumination device and a projection display device according to the present invention, and FIG. 2 is a simplified equivalent optical system of the illumination device and the projection display device according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the first lens array extracted from the illumination device and the projection display device according to the first embodiment. The illumination device 1A according to the first embodiment includes a light source 10 and a uniform illumination optical system 20A.
[0019]
The light source 10 includes a light source lamp 11 and a curved reflecting mirror 12. As the light source lamp 11, a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, or the like can be used.
[0020]
As shown in FIG. 2, the uniform illumination optical system 20A divides the light beam emitted from the light source 10 into a plurality of partial light beams, and superimposes the partial light beams on the liquid crystal panels 51R, 51G, and 51B, thereby liquid crystal. It has a function of illuminating the panels 51R, 51G, 51B with substantially uniform illuminance. The first lens array 21A has a plurality of rectangular lenses arranged in a matrix, divides a light beam emitted from the light source 10 into a plurality of partial light beams, and each partial light beam is a second lens array 22A. Concentrate in the vicinity of The second lens array 22A has a plurality of rectangular lenses arranged in a matrix, and the central optical path of each partial light beam emitted from the first lens array 21A with respect to the optical axis L of the light source 10 Has the function of aligning in parallel. The uniform illumination optical system 20A of the example shown in FIG. 1 includes a mirror 24 that bends the optical axis L in the front direction of the apparatus. Has been. A condenser lens 23 is disposed on the emission surface side of the second lens array 22A. The condenser lens 23 has a function of superimposing the partial light beams on the liquid crystal panels 51R, 51G, and 51B. Thus, in the projection display apparatus 1A of the present example, the uniform illumination optical system 20A can illuminate the liquid crystal panels 51R, 51G, and 51B with light with substantially uniform illuminance. Can be obtained.
[0021]
As shown in FIG. 1, the projection display device 2A according to the first embodiment converts a light beam W emitted through the uniform illumination optical system 20 of the illumination device 1A into red, green, and blue color light beams R, G, A color separation optical system 40 for separating the light into B, three liquid crystal panels 51R, 51G, and 51B as light modulation means 50 for modulating each color light beam, and a prism as a color composition optical system 60 for combining the modulated color light beam 61 and a projection lens 71 as a projection optical system 70 for enlarging and projecting the combined light flux on the screen S. Of the color beams separated by the color separation optical system 40, Blue light flux B Corresponding liquid crystal panel 51 B A relay lens system 90 is provided.
[0022]
The color separation optical system 40 includes a blue-green reflecting dichroic mirror 41, a green reflecting dichroic mirror 42, and a reflecting mirror 43. Of the light W emitted from the uniform illumination optical system 20, first, the blue light B and the green light G included in the blue-green reflection dichroic mirror 41 are reflected at right angles, and the green reflection dichroic mirror 42 Head to the side. The red light R passes through the mirror 41, is reflected at a substantially right angle by the rear reflecting mirror 43, and is emitted from the red light emitting portion 44 to the color synthesis optical system side.
[0023]
Next, of the blue and green lights B and G reflected by the mirror 41, Green In the reflective dichroic mirror 42, only the green light G is reflected substantially at a right angle and emitted from the green light emitting portion 45 to the prism 61 side. The blue light B that has passed through the mirror 42 is emitted from the blue light emitting portion 46 toward the relay lens system 90. In the present embodiment, the distance from the light emitting portion of the uniform illumination optical system 20A to the light emitting portions 44, 45, and 46 of each color light in the color separation optical system 40 is set to be substantially equal.
[0024]
Here, in the present embodiment, condensing lenses 101 and 102 made of plano-convex lenses are arranged on the emission side of the red light emission unit 44 and the green light emission unit 45 of the color separation optical system 40, respectively. Yes. The red light R and the green light G emitted from each of the emission units 44 and 45 are incident on these condenser lenses 101 and 102 and are collimated.
[0025]
Of the light collimated in this way, red light R and Green light G After passing through a polarizing plate (not shown) and the polarization direction is aligned, the light enters the liquid crystal panels 51R and 51G disposed immediately after the condenser lenses 101 and 102 and is modulated. Then, image information corresponding to each color light is added. The liquid crystal panels 51R and 51G are subjected to switching control according to image information by a driving unit (not shown), and thereby each color light passing therethrough is modulated. As such driving means, known means can be used as they are, and the description thereof is omitted in this embodiment.
[0026]
On the other hand, the blue light B passes through the relay lens system 90, and further passes through a polarizing plate (not shown) and is aligned in the polarization direction, and then guided to the corresponding liquid crystal panel 51B. Then, similarly to the other color lights, modulation according to the image information is performed. The liquid crystal panels 51R, 51G, and 51B of the present embodiment are those using polysilicon TFTs as switching elements.
[0027]
The relay lens system 90 includes an incident-side reflecting mirror 91, an emitting-side reflecting mirror 92, an intermediate lens 93 disposed therebetween, a condensing lens 103, and a condensing lens 104. Since the blue light B has the longest optical path length of each color light, that is, the distance from the light source lamp 11 to each liquid crystal panel, the light quantity loss of this light is the largest. However, the loss of light quantity can be suppressed by interposing the relay lens system 90 as in this embodiment. The colored light that passes through the relay lens system 90 may be red or green light.
[0028]
Next, out of the color beams modulated through the liquid crystal panels 51R, 51G, and 51B, only light of one kind of polarization direction that has passed through a polarizing plate (not shown) is incident on the prism 61 and synthesized there. . In the present embodiment, the prism 61 used as the color synthesis optical system 60 is a dichroic prism in which two types of dichroic films are formed in an X shape along the interface of the four prisms. As the color synthesis optical system 60, it is also possible to use a cross mirror having a configuration in which two types of dichroic mirrors are arranged in an X shape or a mirror synthesis system having a configuration in which two types of dichroic mirrors are separately arranged.
[0029]
In the present embodiment, the problems in the conventional technology are solved by the following configuration. FIG. 3A is a diagram of the first lens array 21A viewed in the z direction, and FIG. 3B is a diagram of the second lens array 22A viewed in the z direction. The center of the cross shape shown in FIGS. 3A and 3B means the position of the optical axis of each small lens. As shown in FIG. 3A, the first lens array 21A includes a small lens a having 8 rows and 6 columns two-dimensionally. 1 ~ A 8 , B 1 ~ B 8 , C 1 ~ C 8 , D 1 ~ D 8 , E 1 ~ E 8 , F 1 ~ F 8 Are arranged. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the second lens array 22A is also two-dimensionally arranged with a small lens a having 8 rows and 6 columns. 1 '~ A 8 ', B 1 '~ B 8 ', C 1 '~ C 8 ', D 1 '~ D 8 ', E 1 '~ E 8 ', F 1 '~ F 8 'Is arranged. Here, each small lens a of the first lens array 21A. 1 ~ A 8 , B 1 ~ B 8 , C 1 ~ C 8 , D 1 ~ D 8 , E 1 ~ E 8 , F 1 ~ F 8 Is arranged in the small lens a of the second lens array 22. 1 '~ A 8 ', B 1 '~ B 8 ', C 1 '~ C 8 ', D 1 '~ D 8 ', E 1 '~ E 8 ', F 1 '~ F 8 Corresponds to each. Among the small lenses of the first lens array 21A, the small lens c 4 , C 5 , D 4 , D 5 Of the second lens array 22A, a small lens c 4 ', C 5 ', D 4 ', D 5 'Is composed of an eccentric lens, and each optical axis is set closer to the light source optical axis than the position of the geometric center of each lens.
[0030]
Then, by using such lens arrays 21A and 22A, as shown in FIG. 2, the small lens c of the first lens array 4 , C 5 , D 4 , D 5 The luminous flux emitted from the second lens array 5 ', D 4 ', C 5 ', C 4 ', Respectively. That is, in the first lens array 21A, the small lens c existing at a point-symmetrical position with respect to the optical axis L of the light source. 4 And d 5 The light emitted from the small lens c existing in a position geometrically corresponding to these small lenses in the second lens array 2A. 4 'And d 5 'Are incident so that their positions are interchanged with each other. Further, in the first lens array 21A, the small lens c existing in a point-symmetrical position with respect to the optical axis L of the light source. 5 And d 4 The light emitted from the small lens c existing in a position geometrically corresponding to these small lenses in the second lens eye 22A. 5 'And d 4 'Are incident so that their positions are interchanged with each other. Note that light beams emitted from the other small lenses of the first lens array 21A are incident on the corresponding small lenses of the second lens array 22A.
[0031]
4 (a), 4 (b), 5 (a), and 5 (b) are diagrams for explaining the function and effect of this embodiment, and FIG. 9 (a) and FIG. This corresponds to FIGS. 9B, 10A, and 10B.
[0032]
As shown in FIG. 4A, the lamp 10 has an illuminance distribution in which the light intensity in the vicinity of the optical axis L is high, and the light intensity decreases with distance D from the optical axis L. Therefore, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, a light beam having a non-uniform intensity in the incident surface is incident on each small lens. In addition, in the small lens that exists in a point-symmetrical position with respect to the optical axis L of the light source, when the position of the optical axis L is used as a reference, the intensity distribution in the incident surface is reversed. About these points, it is the same as that of a prior art.
[0033]
However, in the present embodiment, in the first lens array 21A, the small lenses c that exist at positions that are point-symmetric with respect to the optical axis L of the light source. 5 And d 4 Or c 4 And d 5 The small lens c in which the light emitted from the second lens array 22A exists in a position geometrically corresponding to the small lens in the second lens array 22A. 5 'And d 4 'Or c 4 'And d 5 When the light beams are incident so that their positions are switched with respect to each other, the respective partial light beams reach the liquid crystal panels 51R, 51G, and 51B as shown in FIG. For this reason, as shown in FIG. 5 (a), the light beam l is applied to the points A and B near the edge of the liquid crystal panel. 1 ~ L 6 , L 1 '~ L 6 'Will be incident. Specifically, light having an angle and intensity as indicated by a solid line in FIG. 5B is incident on point A, and angle and intensity as indicated by a dotted line in FIG. Light is incident. Compared to the prior art, the light beam l 3 And l 4 , Ray l 3 'And l 4 Thus, it can be seen that the difference between the light amount on the + θ side and the light amount on the −θ side is smaller than that in the past at both the point A and the point B.
[0034]
Therefore, even if there is an angle at which the contrast of the image of the liquid crystal panel 51 is highest on either the + θ side or the −θ side, the difference between the + θ side light amount and the −θ side light amount at the points A and B Therefore, the difference in contrast between the point A and the point B is hardly generated. For this reason, it is possible to reduce the uneven color of the projected image and improve the contrast.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, in the first lens array 21 </ b> A, the small lens c existing in a point-symmetrical position with respect to the optical axis L of the light source. 5 And d 4 Or c 4 And d 5 Small lens c in which the light emitted from the second lens array 2 exists in a position geometrically corresponding to these small lenses in the second lens array 2 5 'And d 4 'Or c 4 'And d 5 In contrast, by making the incident light so that the positions thereof are interchanged with each other, it is possible to reduce the uneven color of the projected image and improve the contrast.
[0036]
In the present embodiment, the small lens c existing in a point-symmetrical position with respect to the optical axis L of the light source. 5 And d 4 And c 4 And d 5 The position of the light emitted from the light source is switched, but another small lens existing at a point-symmetrical position with respect to the optical axis L of the light source, for example, c 3 And d 6 , B 3 And e 6 , B 4 And e 5 The position of the light emitted from the light source may be switched. However, in order to obtain a higher effect, it is desirable to change the position of the light emitted from the small lens having the maximum light quantity near the center of the optical axis as in the present embodiment. In addition, only a pair of small lenses existing at points symmetrical with respect to the optical axis L of the light source (for example, c 5 And d 4 However, in order to obtain a higher effect, the position of the light is switched so as to surround the optical axis L as in the present embodiment. Is preferred.
[0037]
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a lighting device and a projection display device according to the second embodiment using a simplified equivalent optical system, and FIG. 7A shows the first lens array 21B in the z direction. FIG. 7B is a diagram of the second lens array 22B viewed in the z direction. The center of the cross shape shown in FIGS. 7A and 7B means the position of the optical axis of each small lens. As shown in FIG. 7A, the first lens array 21B includes a small lens a having 8 rows and 6 columns in a two-dimensional manner. 1 ~ A 8 , B 1 ~ B 8 , C 1 ~ C 8 , D 1 ~ D 8 , E 1 ~ E 8 , F 1 ~ F 8 Are arranged. On the other hand, as shown in FIG. 7B, the second lens array 22B is also two-dimensionally arranged with a small lens a having 8 rows and 6 columns. 1 '~ A 8 ', B 1 '~ B 8 ', C 1 '~ C 8 ', D 1 '~ D 8 ', E 1 '~ E 8 ', F 1 '~ F 8 'Is arranged. Each small lens a of the first lens array 1B 1 ~ A 8 , B 1 ~ B 8 , C 1 ~ C 8 , D 1 ~ D 8 , E 1 ~ E 8 , F 1 ~ F 8 The geometric arrangement of each lenslet a of the second lens array 22B is as follows. 1 ~ A 8 ', B 1 '~ B 8 ', C 1 '~ C 8 ', D 1 '~ D 8 ', E 1 '~ E 8 ', F 1 '~ F 8 Corresponds to each.
[0038]
In the second embodiment, each small lens a of the first lens array 21B. 1 ~ A 8 , B 1 ~ B 8 , C 1 ~ C 8 , D 1 ~ D 8 , E 1 ~ E 8 , F 1 ~ F 8 , Each small lens a of the second lens array 22B 1 '~ A 8 ', B 1 '~ B 8 ', C 1 '~ C 8 ', D 1 '~ D 8 ', E 1 '~ E 8 ', F 1 '~ F 8 'Is composed of a lens in which the position of the optical axis coincides with the geometric center. Instead, as shown in FIG. 6, the small lens c of the first lens array 21B. 4 , C 5 Is provided with a substantially triangular prism 25c which changes the traveling direction of the light beam. 4 , D 5 A substantially triangular prism 25d that changes the light traveling direction is provided on the light incident surface. The small lens c of the second lens array 22B 4 ', C 5 Also on the light exit surface side of 'a substantially triangular prism 25c' that changes the traveling direction of the light beam is a small lens d. 4 ', D 5 A substantially three-column prism 25d 'that changes the traveling direction of the light beam is also provided on the light emitting surface side of'.
[0039]
In the present embodiment, the small lens c of the first lens array 21B is thus obtained. 4 , C 5 Small lens d 4 , D 5 Are provided with substantially three columnar prisms 25d and 25d that change the traveling direction of the light beam, respectively, so that the small microlenses c of the first lens array 21B are provided. 4 , C 5 , D 4 , D 5 The emitted light beams are respectively small lenses d of the second lens array 22B. 4 ', D 5 ', C 4 ', C 5 'Become incident on. That is, in the first lens array 21B, the small lenses c existing at positions symmetrical with respect to the boundary line Ly of the small lens including the optical axis L of the light source. 4 And d 4 The emitted light is a small lens c existing in a position geometrically corresponding to these small lenses in the second lens array 22B. 4 'And d 4 'Are incident so that their positions are interchanged with each other. Further, in the first lens array 21B, the small lenses c existing at positions symmetrical with respect to the boundary line Ly of the small lens including the optical axis L of the light source. 5 And d 5 The light emitted from the small lens c existing in a position geometrically corresponding to these small lenses in the second lens array 22. 5 'And d 5 'Are incident so that their positions are interchanged with each other. The light beams emitted from the other small lenses of the first lens array 21B are incident on the corresponding small lenses of the second lens array 22B.
[0040]
Therefore, as in the case of the first embodiment, the difference between the light amount on the + θ side and the light amount on the −θ side can be made smaller than that in the past at both the point A and the point B. Even if there is an angle at which the contrast of the image of the liquid crystal panel 51 is highest in any one of these, a difference in contrast between the point A and the point B is hardly caused. For this reason, it is possible to reduce the uneven color of the projected image and improve the contrast.
[0041]
Note that the effect of reducing color unevenness and improving contrast is slightly inferior in the present embodiment in which light rays are exchanged in line symmetry, compared to the first embodiment in which light rays are exchanged in point symmetry. However, in the present embodiment, the shape of the small lenses of the first lens array 21B and the second lens array 22B may be the same as the conventional one, which is advantageous over the first embodiment in that the fabrication is easy. is there.
[0042]
Further, in this embodiment, the light positions are switched for two pairs of small lenses that exist symmetrically with respect to the boundary line Ly of the small lens including the optical axis L of the light source. You may perform only about a lens. However, in order to obtain a higher effect, it is preferable to change the positions of the light for a plurality of pairs of lenses so as to surround the optical axis L as in the present embodiment.
[0043]
In the present embodiment, the substantially triangular prisms 25c, 25d, 25c ′, and 25d ′ that change the traveling direction of the light beam are provided so as to be integrated with the lens arrays 21B and 22B. It may be arranged.
[0044]
Furthermore, in this embodiment, the prisms 25c and 25d are used as the light source and the small lens c of the first lens array 21B. 4 , C 5 , D 4 , D 5 Is provided in the optical path between and the small lens c 4 , C 5 , D 4 , D 5 And the small lens c of the second lens array 21B 4 ', C 5 ', D 4 ', D 5 It may be provided between 'and. Similarly, the small lenses c of the second lens array are also provided at the positions where the prisms 25c ′ and 25d ′ are provided. 4 ', C 5 ', D 4 ', D 5 Small lens c, not limited to the light exit side 4 ', C 5 ', D 4 ', D 5 'And the small lens c of the first lens array 21B 4 , C 5 , D 4 , D 5 You may make it provide between.
[0045]
(Modification of the second embodiment)
In the second embodiment, the small lens c that exists at positions symmetrical to each other with respect to the boundary line Ly of the small lens including the optical axis L of the light source. 4 And d 4 Or c 5 And d 5 The small lens c existing in the position corresponding to these small lenses in the second lens array 22B in the second lens array 22B. 4 'And d 4 'Or c 5 'And d 5 However, the reference boundary line may be Lx. That is, the small lens c existing in a symmetrical position with respect to the boundary line Lx of the small lens including the optical axis L of the light source. 4 And c 5 Or d 4 And d 5 Small lens c existing in a position geometrically corresponding to these small lenses in the second lens array 22B. 4 'And c 5 'Or d 4 'And d 5 In contrast, they may be incident so that their positions are interchanged. Even if it does in this way, it is possible to acquire the effect similar to 2nd Embodiment.
[0046]
In the second embodiment, in order to change the position of the light, the substantially triangular prisms 25c and 25d that change the traveling direction of the light beam are used. Instead of using such a prism, an eccentric lens is used. It may be used. In this case, the small lens of the second lens array 22B into which the replaced light is incident is also configured by an eccentric lens.
[0047]
Furthermore, in the second embodiment, when the mirror 24 as shown in FIG. 1 is arranged in the optical path between the first lens array 21B and the second lens array 22B, the traveling direction of the light beam Instead of the substantially triangular prisms 25c and 25d that change the angle, a step portion for changing the traveling direction of the light may be provided on the mirror 24 at a position where the light emitted from the predetermined small lens is reflected. .
[0048]
(Deformation)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the equivalent scope of the present invention.
[0049]
In the above-described embodiment, an example of a projection display device using a transmissive liquid crystal panel has been described. However, the present invention can be similarly applied to a projection display device using a reflective liquid crystal panel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of an illumination device and a projection display device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the illumination device and the projection display device according to the first embodiment using a simplified equivalent optical system.
FIG. 3 is a diagram illustrating an extracted lens array of the illumination device and the projection display device according to the first embodiment, and FIG. 3A is a diagram of the first lens array 21A viewed in the z direction. FIG. 3B is a diagram of the second lens array 22A viewed in the z direction.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operational effects of the present embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the present embodiment.
FIG. 6 is a schematic view showing a second embodiment of the projection display apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an extracted lens array of the illumination device and the projection display device according to the second embodiment, and FIG. 7A is a diagram of the first lens array 21B viewed in the z direction. FIG. 7B is a diagram of the second lens array 22B viewed in the z direction.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a conventional projection display device.
FIG. 9 is a diagram for explaining a problem of a uniform illumination optical system of a conventional projection display device.
FIG. 10 is a diagram illustrating a problem of a uniform illumination optical system of a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
1 Lighting device
2 Projection display device
10 Light source
11 Light source lamp
12 Curved reflector
20, 20A, 20B Uniform illumination optical system
21 First lens array
22 Second lens array
23 condenser lens
24 mirror
25 Prism
40 color separation optical system
41 Blue-green reflective dichroic mirror
42 Blue reflective dichroic mirror
43 Reflector
50 Light modulator (light valve)
51R, 51G, 51B LCD panel
60 color synthesis optical system
70 Projection optical system
71 Projection lens
90 Relay lens system
S screen

Claims (9)

光源と、前記光源から出射された光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、前記第1のレンズアレイの光出射側に配置された第2のレンズアレイと、を備えた照明装置であって、
前記第1のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、
前記第2のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、
前記第1のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記光源の光軸を基準として互いに点対称な位置に存在する少なくとも一対の第1の小レンズから出射された光は、前記第2のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記一対の第1の小レンズに対応する一対の第2の小レンズに対して、互いに位置が入替わるように入射されてなること
を特徴とする照明装置。
Illumination comprising: a light source; a first lens array that divides the light emitted from the light source into a plurality of partial light beams; and a second lens array disposed on the light emission side of the first lens array. A device,
The first lens array has a plurality of small lenses arranged two-dimensionally,
The second lens array has a plurality of small lenses arranged two-dimensionally,
Of the small lenses constituting the first lens array, the light emitted from at least one pair of first small lenses present at point symmetry with respect to the optical axis of the light source is the second lens. An illuminating device comprising: a pair of second small lenses corresponding to the pair of first small lenses among the small lenses constituting the array so as to be interchanged with each other.
請求項1に記載の照明装置において、
前記一対の第1の小レンズと、前記一対の第2の小レンズとは、偏心レンズで構成されていること
を特徴とする照明装置。
The lighting device according to claim 1.
The pair of first small lenses and the pair of second small lenses are configured by decentering lenses.
請求項1または2に記載の照明装置であって、
前記一対の第1の小レンズは、入射する光の量が最も多い小レンズであることを特徴とする照明装置。
The lighting device according to claim 1 or 2,
The pair of first small lenses are small lenses having the largest amount of incident light.
光源と、前記光源から出射された光を複数の部分光束に分割する第1のレンズアレイと、前記第1のレンズアレイの光出射側に配置された第2のレンズアレイと、を備えた照明装置であって、
前記第1のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、
前記第2のレンズアレイは、2次元的に配列された複数の小レンズを有し、
前記第1のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記光源の光軸を含む前記小レンズの境界線を基準として互いに対称な位置に存在する少なくとも一対の第1の小レンズから出射された光は、前記第2のレンズアレイを構成する小レンズのうち、前記一対の第1の小レンズに対応する一対の第2の小レンズに対して、互いに位置が入れ替わるように入射されてなること
を特徴とする照明装置。
Illumination comprising: a light source; a first lens array that divides the light emitted from the light source into a plurality of partial light beams; and a second lens array disposed on the light emission side of the first lens array. A device,
The first lens array has a plurality of small lenses arranged two-dimensionally,
The second lens array has a plurality of small lenses arranged two-dimensionally,
Of the small lenses constituting the first lens array, light emitted from at least a pair of first small lenses present at positions symmetrical with respect to a boundary line of the small lens including the optical axis of the light source Are incident on the pair of second small lenses corresponding to the pair of first small lenses among the small lenses constituting the second lens array so that their positions are interchanged with each other. A lighting device.
請求項4に記載の照明装置において、
前記光源と前記一対の第1の小レンズとの間の光路中に、光路を変化させるプリズムが配置されており、
前記一対の第1の小レンズと前記一対の第2の小レンズとの間の光路中または前記一対の第2の小レンズの出光射側に、光路を変化させるプリズムが配置されていること
を特徴とする照明装置。
The lighting device according to claim 4.
In the optical path between the light source and the pair of first small lenses, a prism that changes the optical path is disposed,
A prism that changes the optical path is disposed in the optical path between the pair of first small lenses and the pair of second small lenses or on the light emission side of the pair of second small lenses. A lighting device.
請求項4に記載の照明装置において、
前記一対の第1の小レンズと前記一対の第2の小レンズとの間の光路中に、光路を変化させるプリズムが配置されており、
前記一対の第1の小レンズと前記一対の第2の小レンズとの間の光路中または前記一対の第2の小レンズの出光射側に、光路を変化させるプリズムが配置されていること
を特徴とする照明装置。
The lighting device according to claim 4.
A prism that changes the optical path is disposed in the optical path between the pair of first small lenses and the pair of second small lenses,
A prism that changes the optical path is disposed in the optical path between the pair of first small lenses and the pair of second small lenses or on the light emission side of the pair of second small lenses. A lighting device.
請求項4に記載の照明装置において、
前記一対の第1の小レンズと、前記一対の第2の小レンズとは、偏心レンズで構成されていること
を特徴とする照明装置。
The lighting device according to claim 4.
The pair of first small lenses and the pair of second small lenses are configured by decentering lenses.
請求項4から請求項7までのいずれか1項に記載の照明装置であって、 前記一対の第1の小レンズは、入射する光の量が最も多い小レンズであることを特徴とする照明装置。The illumination device according to any one of claims 4 to 7, wherein the pair of first small lenses are small lenses having the largest amount of incident light. apparatus. 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された照明装置と、
前記照明装置からの光を3原色の各色光束に分離する色分離手段と、
前記色分離手段によって分離された各色の光束を、画像情報に対応させて光変調する光変調手段と、
前記光変調手段によって変調された変調光束を合成する色合成手段と、
前記色合成手段によって合成された合成光束を拡大投写する投写手段と、
を備えた投写型表示装置。
A lighting device according to any one of claims 1 to 6,
Color separation means for separating light from the illumination device into light beams of three primary colors;
A light modulation means for light-modulating the light flux of each color separated by the color separation means in accordance with image information;
Color synthesizing means for synthesizing the modulated light flux modulated by the light modulating means;
Projection means for enlarging and projecting the combined luminous flux synthesized by the color synthesis means;
A projection display device comprising:
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