JP3713969B2 - Projection display - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から出射された光を光変調素子で画像情報に対応して変調し、変調後の光を投写手段を介して投写面上に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】
投写型表示装置は、基本的には、光源ユニットと、ここから出射された光束を画像情報に対応したカラー画像を合成できるように光学的に処理する光学ユニットと、ここで合成された光束をスクリーン上に拡大投写する投写レンズとから構成されている。
【0003】
図9(A)は、上記の各構成部分のうち、光学ユニットおよび投写レンズの概略構成図である。この図に示すように、光学ユニット3の光学系は、光源ユニットに含まれる光源20と、この光源20から出射された光束Wを赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色の各色光R、G、Bに分離する色分離光学系40と、分離された各色光を画像情報に対応して変調する3枚の液晶パネル(光変調素子)5R、5G、5Bと、変調された各色光を合成するダイクロイックプリズム60を備えている。光源20から出射された光束Wは、各種のダイクロイックミラーを備えた色分離光学系40によって各色光R、G、Bに分離され、各色光のうち、赤色光Rおよび緑色光Gは色分離光学系40に設けられたそれぞれの出射部から対応する液晶パネル5R、5Gに向けて出射される。青色光Bは、導光光学系50を経て対応する液晶パネル5Bに導かれる。
【0004】
図9(B)および(C)に拡大して示すように、光学ユニット3においては、各液晶パネル5R、5G、5Bの光入射面側には偏光板100R、100G、100Bが配置されている。これらの偏光板100R、100G、100Bは液晶パネル5R、5G、5Bに入射する各色光の偏光面を揃えるためのものである。また、各液晶パネル5R、5G、5Bの光出射面側にも偏光板110R、110G、110Bが配置されている。これらの偏光板110R、110G、110Bは各液晶パネル5R、5G、5Bで変調された各色光の偏光面を揃えるためのものである。投写型表示装置では、各液晶パネル5R、5G、5Bの光入射面側および光出射面側に配置された各偏光板の偏光分離作用によって、スクリーン120の表面にコントラストに優れた投写画像を投写できるようになっている。
【0005】
なお、一般的な偏光板は、ヨウ素系または有機染料などの二色性物質からなる偏光子に保護層を積層した構造となっている。また、液晶パネルとしては、マトリクス状に配置された画素をスイッチング素子により制御するアクディブマトリクス型の液晶装置が一般的に使用される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、スクリーン120上に拡大投写される画像のコントラストを向上するためには、各液晶パネル5R、5G、5Bに他の偏光光の混入の少ない高精度の偏光光を入射させれば良い。このようにするには、各液晶パネル5R、5G、5Bの光入射面側に、偏光光の選択特性が良い(偏光度の高い)偏光板を配置すれば良い。
【0007】
しかし、選択特性に優れる偏光板はそれだけ光の吸収も多いので、発熱量も多くなる。偏光板での発熱量が多いと、液晶パネルに伝達する熱量も多くなり、液晶パネルの温度が上昇する。この温度上昇に伴って、液晶パネルはその光学特性が劣化してしまうので、投写画像のコントラストが悪化することになる。
【0008】
投写型表示装置においては、通常、装置内部に冷却装置が組み込まれており、冷却装置によって図9(C)に矢印で示すような空気流を形成して、偏光板を冷却するようになっている。しかし、発熱量の多い偏光板の冷却を充分に行なうためには、大型の冷却装置を用いて、空気流による冷却効率を高める必要がある。このような大型の冷却装置を投写型表示装置に組み込むと、装置の大型化の原因となり、また、冷却装置の騒音も問題となる。
【0009】
上記の点に鑑みて、本発明の課題は、大型の冷却装置を用いることなく、偏光板の冷却効率を高めて、偏光板の発熱に起因した光変調素子の光学特性の劣化を防止できる投写型表示装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の投写型表示装置では、光源から出射された光を、1種類の直線偏光光に変換して射出する偏光変換素子アレイと、前記偏光変換素子アレイにより変換された1種類の直線偏光光を、赤色光、緑色光および青色光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系により分離された前記三色の光をそれぞれ変調する赤色光、緑色光、および青色光用の前記光変調素子と、前記赤色光、緑色光および青色光の光変調素子によりそれぞれ変調された光を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって合成された光を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する投写型表示装置であって、前記色分離光学系と前記青色光用光変調素子との間にのみ、当該光変調素子に入射する青色光の偏光面を揃えるための複数枚の偏光板が配置されており、前記色分離光学系と前記赤色光および緑色光用の光変調素子との間にはそれぞれ偏光板が 1 枚ずつ配置されていることを特徴とする。
【0011】
本発明の投写型表示装置では、色分離光学系と青色光用光変調素子との間にのみ、光変調素子に入射する青色光の偏光面を揃えるための複数枚の偏光板が配置され、これらの偏光板によって青色光用光変調素子に入射する光の偏光面が揃えられる。すなわち、本発明の投写型表示装置では、光源から出射された光から青色光用光変調素子に導きたくない偏光光を1枚の偏光板で吸収するのではなく、複数枚の偏光板で吸収する。このため、従来の投写型表示装置における偏光板の発熱が複数の偏光板に分散されることになり、個々の偏光板の発熱は従来の投写型表示装置における偏光板の発熱より少なくなる。従って、個々の偏光板の放熱が容易になるので、大型の冷却装置を用いることなく、それぞれの偏光板を効率良く冷却でき、光変調素子に加わる熱負荷を緩和できる。よって、偏光板の発熱に起因した光変調素子の温度上昇を抑制でき、当該光変調素子の光学特性の劣化を未然に防ぐことができる。また、大型の冷却装置を用いる必要がないので、投写型表示装置が大型化することもなく、また、冷却装置の騒音が大きくなることもない。
【0013】
また、一般的な偏光板では、偏光板を透過する時の分光特性が短波長側の方が低い(青側の透過率が低い)ので、青色光を吸収する偏光板の温度は高くなる。すなわち、赤色、緑色および青色の三色の光に分離する形式の投写型表示装置では、青色光の偏光面を揃える際に発生する熱量はその他の色光の偏光面を揃える際に発生する熱量に比べて多くなる。従って、色分離光学系と青色光用光変調素子の間にのみ、青色光の偏光面を揃えるための複数枚の偏光板を配置して、青色光の偏光面を揃える際に発生する熱量を複数枚の偏光板に分散している。
【0014】
光変調素子の光入射面側に配置する偏光板の枚数は、偏光板を設置するスペースや偏光板1枚当たりの発熱量を考慮して決定すべき性質のものである。例えば、光学系をコンパクトに纏めることを優先する場合は、前記光変調素子の光入射面側に2枚の偏光板を配置すれば良い。この場合、一方の偏光板として、他方の偏光板より透過率が高い(偏光度が低い)ものを使用することが望ましい。このようにすれば、透過率が低い(偏光度が高い)偏光度を2枚設けた場合に比べて、光の損失を抑制できる。
【0015】
また、このような2枚の偏光板を配置する場合、光源側の偏光板(一方の偏光板)を透過率の高い(偏光度が低い)ものとし、光変調素子側の偏光板(他方の偏光板)を透過率の低い(偏光度が高い)ものとすると、偏光板1枚当たりの熱吸収を低減できる。これにより、偏光板の劣化を防止でき、また、偏光板の冷却効率を向上できる。また、偏光板1枚当たりの熱吸収が低減されるので、偏光板の発熱量を少なくでき、他方の偏光板を光変調素子の光入射面に貼り付けることが可能である。換言すれば、この偏光板を光変調素子に貼り付けたとしても、偏光板の発熱量が少ないので、光変調素子の温度上昇を抑制でき、投写画像のコントラストの低下を防止できる。
【0016】
2枚の偏光板を配置する場合、これらの偏光板のうち、光源側の偏光板を反射型の偏光板、すなわち、偏光面が互いに直交する2種類の直線偏光光のうち、一方を透過し、他方を反射する偏光板とすれば、最も光の選択量の多い偏光板における光の吸収を低減できる。従って、偏光板における熱の発生を抑制できる。
【0017】
また、3枚以上の偏光板を配置する場合、少なくとも1枚の偏光板を反射型するときは、光変調素子から最も遠い位置に配置された偏光板を反射型とすることが望ましい。このような位置に配置された偏光板を反射型とすれば、2枚の偏光板を用いる場合と同様に、最も光の選択量の多い偏光板における光の吸収を低減できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向をZ方向、Z方向からみて12時の方向をY方向、3時の方向をX方向とする。
【0019】
図1は、本発明の投写型表示装置の構成を示す概略平面図である。この投写型表示装置1は、光源ユニット2と、光学ユニット3と、投写レンズ4と、を備えている。
【0020】
光学ユニット3は、第1の光学要素31と、第2の光学要素32と、重畳レンズ33と、を有するインテグレータ光学系30を備えている。また、ダイクロイックミラー41、42と、反射ミラー43とを含む色分離光学系40を備えている。さらに、入射側レンズ51と、リレーレンズ52と、反射ミラー53、54とを含む導光光学系50を備えている。また、3枚のフィールドレンズ61、62、63と、3枚の液晶パネル5R、5G、5Bと、クロスダイクロイックプリズム60と、を備えている。
【0021】
光源ユニット2は、光学ユニット3の第1の光学要素31の入射面側に配置される。投写レンズ4は、光学ユニット3のクロスダイクロイックプリズム60の射出面側に配置される。
【0022】
図2は、図1に示す投写型表示装置の照明領域である3枚の液晶パネルを照明するインテグレータ照明光学系について示す説明図である。このインテグレータ照明光学系は、光源ユニット2に備えられた光源20と、光学ユニット3に備えられたインテグレータ光学系30と、を備える。インテグレータ光学系30は、第1の光学要素31と、第2の光学要素32と、重畳レンズ33とを備える。第2の光学要素32は、集光レンズ34と、遮光板35と、偏光変換素子アレイ36と、を備える。なお、図2は、説明を容易にするため、インテグレータ照明光学系の機能を説明するための主要な構成要素のみを示している。
【0023】
光源20は、光源ランプ21と凹面鏡22とを備える。光源ランプ21から射出された放射状の光線(放射光)は、凹面鏡22によって反射されて略平行な光線束として第1の光学要素31の方向に射出される。光源ランプ21としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプが用いられることが多い。凹面鏡22としては、放物面鏡を用いることが好ましい。
【0024】
図3は、第1の光学要素31の外観を示す正面図および側面図である。第1の光学要素31は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ311が、縦方向にM行、横方向に2N列のマトリクス状に配列されたレンズアレイである。レンズ横方向中心からは、左方向にN列、右方向にN列存在する。この例では、M=10、N=4である。各小レンズ311をZ方向から見た外形形状は、液晶パネル5の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。例えば、液晶パネルの画像形成領域ののアスペクト比(縦と横の寸法の比率)が4:3であるならば、各小レンズ311のアスペクト比も4:3に設定される。
【0025】
第2の光学要素32の集光レンズ34は、第1の光学要素31と同様な構成のレンズアレイである。なお、第1の光学要素31および集光レンズ34のレンズの向きは、+Z方向あるいは−Z方向のどちらを向いていても良い。また、図2に示すように互いに異なる方向を向いていても良い。
【0026】
偏光変換素子アレイ36は、図2に示すように2つの偏光変換素子アレイ361、362が光軸を挟んで対称な向きに配置されている。図4は、偏光変換素子361アレイの外観を示す斜視図である。この偏光変換素子アレイ361は、偏光ビームスプリッタアレイ363と、偏光ビームスプリッタアレイ363の光射出面の一部に選択的に配置されたλ/2位相差板364(図中斜線で示す)とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ363は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材365が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材365の界面には、偏光分離膜366と反射膜367とが交互に形成されている。λ/2位相差板364は、偏光分離膜366あるいは反射膜367の光の射出面のX方向の写像部分に、選択的に貼り付けられる。この例では、偏光分離膜366の光の射出面のX方向の写像部分にλ/2位相差板364を貼り付けている。
【0027】
偏光変換素子アレイ361は、入射された光束を1種類の直線偏光光(例えば、S偏光光やP偏光光)に変換して射出する機能を有する。図5は、偏光変換素子アレイ361の機能を示す説明図である。偏光変換素子アレイ361の入射面に、S偏光成分とP偏光成分とを含む非偏光光(ランダムな偏光方向を有する入射光)が入射する。この入射光は、まず、偏光分離膜366によってS偏光光とP偏光光に分離される。S偏光光は、偏光分離膜366によってほぼ垂直に反射され、反射膜367によってさらに反射されてから射出される。一方、P偏光光は偏光分離膜366をそのまま透過する。偏光分離膜366を透過したP偏光光の射出面には、λ/2位相差板364が配置されており、このP偏光光がS偏光光に変換されて射出する。従って、偏光変換素子アレイ361を通過した光は、そのほとんどがS偏光光となって射出される。また、偏光変換素子アレイ361から射出される光をP偏光光としたい場合には、λ/2位相差板364を、反射膜367によって反射されたS偏光光が射出する射出面に配置するようにすれば良い。
【0028】
なお、隣り合う1つの偏光分離膜366および1つの反射膜367を含み、さらに、1つのλ/2位相差板364で構成されるブロックを、1つの偏光変換素子368と見なすことができる。偏光変換素子アレイ361は、このような偏光変換素子368が、X方向に複数配列されたものである。この実施例では、4列の偏光変換素子368で構成されている。
【0029】
偏光変換素子アレイ362も偏光変換素子アレイ361と全く同様であるので説明を省略する。
【0030】
図6は、遮光板35の平面図である。遮光板35は、2つの偏光変換素子アレイ361、362の光の入射面のうち、偏光分離膜366に対応する光入射面にのみ、光が入射するように、略矩形状の板状体に開口部351を設けた構成を有している。
【0031】
図2に示す光源20から射出された非偏光な光は、インテグレータ光学系30を構成する第1の光学要素31の複数の小レンズ311および第2の光学要素32に含まれる集光レンズ34の複数の小レンズ341によって複数の部分光束202に分割されるとともに、2つの偏光変換素子アレイ361、362の偏光分離膜366の近傍に集光される。特に、集光レンズ34は、第1の光学要素31から射出された複数の部分光束202が2つの偏光変換素子アレイ361、362の偏光分離膜366上に集光されるように導く機能を有している。2つの偏光変換素子アレイ361、362に入射した複数の部分光束202は、上述したように、1種類の直線偏光光に変換され射出される。2つの偏光変換素子アレイ361、362から射出された複数の部分光束は、重畳レンズ33によって後述する液晶パネル5(5R、5G、5B)上で重畳される。これにより、このインテグレータ光学系30は、液晶パネル5を均一に照明することができる。
【0032】
図1に示す投写型表示装置1において、反射ミラー56は、重畳レンズ33から射出された光束を色分離光学系40の方向に導くために設けられている。照明光学系の構成によっては、必ずしも必要としない。
【0033】
色分離光学系40は、2枚のダイクロイックミラー41、42を備え、重畳レンズ33から射出れる光を、赤色、緑色、青色の三色の色光に分離する機能を有している。第1のダイクロイックミラー41は、重畳レンズ33から射出された光のうち、赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第1のダイクロイックミラー41を透過した赤色光Rは、反射ミラー43で反射され、フィールドレンズ61を通って赤色用の液晶パネル5Rに達する。このフィールドレンズ61は、重畳レンズ33から射出された各部分光束をその中心軸(主光線)に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル5G、5Bの手前に設けられたフィールドレンズ62、63も同様である。
【0034】
第1のダイクロイックミラー41で反射された青色光Bと緑色光Gのうちで、緑色光Gは第2のダイクロイックミラー42によって反射され、フィールドレンズ62を通って緑色用の液晶パネル5Gに達する。一方、青色光Bは、第2のダイクロイックミラー42を透過し、導光光学系50、すなわち、入射側レンズ51、反射ミラー53、リレーレンズ52、および反射ミラー54を通り、さらにフィールドレンズ63を通って青色光用の液晶パネル5Bに達する。なお、青色光Bに導光光学系50が用いられているのは、青色光Bの光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ51に入射した部分光束のまま、フィールドレンズ63に伝えるためである。
【0035】
3つの液晶パネル5R、5G、5Bは、入射した光を、与えられた画像情報に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、3つの液晶パネル5R、5G、5Bに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。
【0036】
3つの液晶パネル5R、5G、5Bから射出された3色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム60に入射する。クロスダイクロイックプリズム60は、3色の変調光を合成してカラー画像を形成する色合成光学系としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム60には、赤色光Rを反射する誘電体多層膜と、青色光Bを反射する誘電体多層膜とが、4つの直角プリズムの界面に略X字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって3色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム60で生成された合成光は、投写レンズ4の方向に射出される。投写レンズ4は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【0037】
図7(A)および(B)は液晶パネル5R、5G、5Bおよびその周辺部分の拡大図である。これら図に示すように、各液晶パネル5R、5G、5Bは、クロスダイクロイックプリズム60の射出面を除く残りの側面(3つの光入射面)と所定の間隔をおいて配置されている。また、各液晶パネル5R、5G、5Bは各色光R、G、Bの光路に対してほぼ直交する状態に配置されている。クロスダイクロイックプリズム60の3つの光入射面には、偏光板8R、8G、8Bがそれぞれ貼り付けられている。液晶パネル5R、5G、5Bで変調された各色光R、G、Bは、対応する偏光板8R、8G、8Bを通過する際に一方の偏光光成分(例えば、S偏光光)が吸収され、他方の偏光光成分(例えば、P偏光光)のみが透過してクロスダイクロイックプリズム60に入射する。
【0038】
赤色光用および緑色光用の液晶パネル5R、5Gの光入射面側には1枚の偏光板6R、6Gがそれぞれ配置されている。ここで、投写型表示装置1では、インテグレータ照明光学系30を用いて光源20から射出された光をS偏光光に揃え、このS偏光光を画像形成用の光として利用している。しかし、インテグレータ照明光学系30で完全にS偏光光に変換することは不可能であるので、各液晶パネル5R、5G、5Bに向かう各色光R、G、BにはP偏光光が混入されている。各偏光板6R、6Gは、赤色光R、緑色光Gに混入されているP偏光光をそれぞれ吸収して、液晶パネル5R、5GにP偏光光の混入の少ない色光R、Gを入射させるための光学素子である。赤色光R、緑色光Gは偏光板6R、6Bを通過すると、各色光に含まれているP偏光光のほぼ全てが除去されて偏光面のほぼ揃った光(S偏光光)になる。
【0039】
青色光用の液晶パネル5Bの光入射面には偏光板6Bが貼り付けられている。また、偏光板6Bの入射側にはもう1枚の偏光板7Bが配置されている。すなわち、液晶パネル5Bの光入射面側には2枚の偏光板6B、7Bが配置されている。これらの偏光板6B、7Bも、上記の偏光板6R、6Gと同様に、青色光Bに含まれているP偏光光を吸収するための光学素子である。青色光Bは、これらの偏光板6B、7Bを通過すると、青色光Bに含まれているP偏光光のほぼ全てが吸収されて偏光面がほぼ揃った光(S偏光光)になる。
【0040】
また、本例の投写型表示装置1では、偏光板7Bとして、偏光板6Bよりも偏光光の選択特性が劣っているもの、すなわち偏光度の低いものを用いている。偏光度の低い偏光板7Bの偏光光の透過率は偏光板6Bの偏光光の透過率に比べて高くなるため、フィールドレンズ63からの青色光Bに含まれるP偏光光の大部分を偏光板7Bで吸収し、残りのP偏光光を偏光板6Bで吸収することになる。したがって、本例の投写型表示装置1では、偏光板1つ当りの熱吸収量を低減することができる。
【0041】
すなわち、1枚の偏光板を用いて青色光Bの偏光面を揃えたときは、その偏光面を揃える過程で発生する熱量が1枚の偏光板に集中することになるが、本例の投写型表示装置1ではその熱量が2枚の偏光板6B、7Bに分散されることになる。このため、個々の偏光板6B、7Bの発熱量は、1枚の偏光板で偏光面を揃えたときの当該偏光板の発熱量に比べて少なくなる。よって、偏光板の熱による劣化を防止することが可能となる。
【0042】
さらに、2枚の偏光板6B、7Bを用いることにより、個々の偏光板6B、7Bの放熱が容易になるため、大型の冷却装置を用いることなく、それぞれの偏光板6B、7Bを効率良く冷却できる。よって、偏光板の発熱に起因した液晶パネル5R、5G、5Bの温度上昇を抑制でき、それらの液晶パネルの光学特性の劣化を未然に防止できる。また、大型の冷却装置が不要なので、投写型表示装置が大型化するのを防ぐことができ、さらに、冷却装置の騒音も小さくできる。
【0043】
ここで、偏光板6B、7Bの双方を偏光度の高い偏光板とすると、それぞれの偏光板6B、7Bを透過する光量が減少して、光のロスが多くなる可能性がある。これに対して、投写型表示装置1では、偏光板7Bの偏光度を低くし(透過率高い)、偏光板6Bの偏光度を高くしてある。このため、偏光度の高い偏光板を2枚用いることにより発生する光の損失を防止できる。
【0044】
また、偏光板6Bは偏光板7Bより偏光度が高いが、大部分の偏光光は偏光板6Bに入射する前に偏光板7Bによって吸収されているため、偏光板6Bの発熱量はこれを単独で用いた場合の発熱量に比べて非常に少なくなる。このため、偏光板6Bを液晶パネル5Bに貼り付けてあっても、液晶パネル5Bに伝達する熱量は少ないので、液晶パネル5Bの温度上昇を抑制できる。
【0045】
また、本例の投写型表示装置1では、青色光Bについてのみ2枚の偏光板6B、7Bが配置されている。これは、一般的な偏光板では短波長側の透過率が低く、青色光Bに含まれるP偏光光を吸収して偏光面を揃える際に発生する熱量が、その他の色光R、Gの偏光面を揃える際に発生する熱量に比べて多くなるためである。
【0046】
なお、偏光板6Bを液晶パネル5Bから離して配置しても良いのは勿論である。また、偏光板7Bを配置する位置は、偏光板6Bとフィールドレンズ63の間の光路に限定されることはなく、導光光学系50の光路中であっても良い。特に、偏光板7Bの配置位置を、投写型表示装置内に形成される空気流が効率良く循環する位置にすれば、偏光板7Bの冷却効率が高まる。
【0047】
投写型表示装置1には、光源20から射出されたランダムな偏光光をほぼ1種類の偏光光(S偏光光)に変換する機能を有するインテグレータ光学系30が組み込まれている。このため、液晶パネル5R、5G、5Bの光入射面側に配置した偏光板には、他の偏光光の混入の少ない偏光光の各色光R、G、Bが導かれる。このように、各偏光板に導かれる各色光R、G、Bの偏光面が予め揃っているので、この点からも各偏光板の発熱量を抑制できる。
【0050】
[その他の実施の形態]
光分離光学系と青色光用の液晶パネルの間に配置する偏光板の枚数は2枚に限定されることなく、3枚以上であっても良い。偏光板の枚数は光学系のサイズや偏光面を揃える過程で発生する熱量を分散する度合いに応じて決定すれば良い。例えば、光学系のサイズをコンパクトに纏めることを優先するときは、偏光板の枚数を2枚にすれば良い。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投写型表示装置では、光分離光学系と青色光用の光変調素子の間にのみ、複数枚の偏光板を配置して、これらの偏光板によって青色光用の光変調素子に入射する光の偏光面を揃えるようにしている。これにより、青色光の偏光面を揃える過程で発生する発熱量が複数枚の偏光板に分散されることになる。このため、個々の偏光板の発熱量は、1枚の偏光板を用いて光の偏光面を揃えた場合における偏光板の発熱量に比べて少なくなる。よって、個々の偏光板の放熱が容易になり、大型の冷却装置を用いることなく、それぞれの偏光板を効率良く冷却できる。この結果、光変調素子に加わる熱負荷を緩和できるので、偏光板の発熱に起因した光変調素子の温度上昇を抑制でき、当該光変調素子の光学特性の劣化を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した投写型表示装置の構成を示す概略平面図である。
【図2】図1に示す投写型表示装置の照明領域である3枚の液晶パネルを照明するインテグレータ照明光学系について示す説明図である。
【図3】第1の光学要素の外観を示す正面図および側面図である。
【図4】偏光変換素子アレイの外観を示す斜視図である。
【図5】偏光変換素子アレイの機能を示す説明図である。
【図6】遮光板の平面図である。
【図7】液晶パネルおよびその周辺部分を取り出して示す平面図である。
【図8】図7とは異なる例を示す平面図である。
【図9】従来の投写型表示装置の光学ユニットに組み込まれている光学系を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 投写型表示装置
2 光源ユニット
3 光学ユニット
4 投写レンズ
5R、5G、5B 液晶パネル
6R、6G、6B 偏光板
7R、7G、7B 偏光板
8R、8G、8B 偏光板
20 光源
30 インテグレータ光学系
40 色分離光学系
50 導光光学系
60 クロスダイクロイックプリズム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display apparatus that modulates light emitted from a light source in accordance with image information by a light modulation element and enlarges and projects the modulated light onto a projection surface via a projection unit.
[0002]
[Prior art]
The projection display device basically includes a light source unit, an optical unit that optically processes the luminous flux emitted from the light source unit so as to synthesize a color image corresponding to the image information, and the synthesized luminous flux. It consists of a projection lens that magnifies and projects on the screen.
[0003]
FIG. 9A is a schematic configuration diagram of an optical unit and a projection lens among the above-described components. As shown in this figure, the optical system of the
[0004]
As shown in enlarged views in FIGS. 9B and 9C, in the
[0005]
A general polarizing plate has a structure in which a protective layer is laminated on a polarizer made of a dichroic material such as iodine or organic dye. In addition, as the liquid crystal panel, an active matrix type liquid crystal device that controls pixels arranged in a matrix by switching elements is generally used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Here, in order to improve the contrast of the image that is enlarged and projected on the
[0007]
However, since the polarizing plate having excellent selection characteristics absorbs much light, the amount of heat generated increases. When the amount of heat generated by the polarizing plate is large, the amount of heat transferred to the liquid crystal panel also increases and the temperature of the liquid crystal panel rises. As the temperature rises, the optical characteristics of the liquid crystal panel deteriorate, and the contrast of the projected image deteriorates.
[0008]
In a projection display device, a cooling device is usually incorporated inside the device, and the cooling device forms an air flow as indicated by arrows in FIG. 9C to cool the polarizing plate. Yes. However, in order to sufficiently cool the polarizing plate having a large calorific value, it is necessary to increase the cooling efficiency by the air flow using a large cooling device. When such a large cooling device is incorporated in a projection display device, the size of the device becomes large, and noise of the cooling device also becomes a problem.
[0009]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a projection that can improve the cooling efficiency of the polarizing plate without using a large cooling device and prevent the optical characteristics of the light modulation element from deteriorating due to the heat generation of the polarizing plate. To provide a mold display device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the projection display device of the present invention,A polarization conversion element array that converts light emitted from a light source into one type of linearly polarized light and emits the light, and one type of linearly polarized light converted by the polarization conversion element array is converted into red light, green light, and blue light. A color separation optical system that separates light, the light modulation elements for red light, green light, and blue light that respectively modulate the three colors of light separated by the color separation optical system; and the red light, green A projection display apparatus comprising: a color synthesis optical system that synthesizes light modulated by light and blue light modulation elements; and a projection unit that enlarges and projects the light synthesized by the color synthesis optical system onto a projection surface And, only between the color separation optical system and the blue light modulation element, a plurality of polarizing plates for aligning the polarization plane of the blue light incident on the light modulation element is arranged, The color separation optical system and the red color And each polarizing plate between the optical modulation element for green light 1 Placed one by oneIt is characterized by that.
[0011]
In the projection display device of the present invention,To align the polarization plane of the blue light incident on the light modulator only between the color separation optical system and the light modulator for blue lightA plurality of polarizing plates are arranged, and these polarizing platesFor blue lightThe plane of polarization of light incident on the light modulation element is aligned. That is, in the projection display device of the present invention, the light emitted from the light sourceFor blue lightPolarized light that is not desired to be guided to the light modulation element is not absorbed by a single polarizing plate, but is absorbed by a plurality of polarizing plates. For this reason, the heat generation of the polarizing plate in the conventional projection display device is dispersed among the plurality of polarizing plates, and the heat generation of each polarizing plate is less than the heat generation of the polarizing plate in the conventional projection display device. Therefore, since heat radiation of each polarizing plate is facilitated, each polarizing plate can be efficiently cooled without using a large cooling device, and the thermal load applied to the light modulation element can be reduced. Therefore, the temperature rise of the light modulation element due to the heat generation of the polarizing plate can be suppressed, and deterioration of the optical characteristics of the light modulation element can be prevented in advance. Further, since it is not necessary to use a large cooling device, the projection display device does not increase in size and the noise of the cooling device does not increase.
[0013]
AlsoIn a general polarizing plate, since the spectral characteristics when transmitting through the polarizing plate are lower on the short wavelength side (transmittance on the blue side is lower), the temperature of the polarizing plate that absorbs blue light becomes higher. That is, in a projection display device that separates light of three colors of red, green, and blue, the amount of heat generated when aligning the polarization plane of blue light is the amount of heat generated when aligning the polarization planes of other color lights. More than that. Therefore,Only between the color separation optical system and the light modulator for blue light,For aligning the polarization plane of blue lightMultiple sheetsDispersing the amount of heat generated when arranging the polarizing plate and aligning the polarization plane of blue light to multiple polarizing platesdoing.
[0014]
The number of polarizing plates arranged on the light incident surface side of the light modulation element should be determined in consideration of the space for installing the polarizing plates and the amount of heat generated per polarizing plate. For example, when priority is given to compacting the optical system, two polarizing plates may be disposed on the light incident surface side of the light modulation element. In this case, it is desirable to use one polarizing plate having higher transmittance (lower polarization degree) than the other polarizing plate. In this way, light loss can be suppressed compared to the case where two polarization degrees with low transmittance (high degree of polarization) are provided.
[0015]
When two such polarizing plates are arranged, the light source side polarizing plate (one polarizing plate) has a high transmittance (low polarization degree), and the light modulating element side polarizing plate (the other polarizing plate) When the polarizing plate has a low transmittance (a high degree of polarization), heat absorption per polarizing plate can be reduced. Thereby, deterioration of a polarizing plate can be prevented and the cooling efficiency of a polarizing plate can be improved. Further, since heat absorption per polarizing plate is reduced, the amount of heat generated by the polarizing plate can be reduced, and the other polarizing plate can be attached to the light incident surface of the light modulation element. In other words, even if this polarizing plate is attached to the light modulation element, the amount of heat generated by the polarizing plate is small, so that the temperature increase of the light modulation element can be suppressed and the contrast of the projected image can be prevented from being lowered.
[0016]
When two polarizing plates are arranged, among these polarizing plates, the polarizing plate on the light source side is a reflective polarizing plate, that is, one of two types of linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other is transmitted. If the polarizing plate reflects the other, light absorption in the polarizing plate with the largest amount of light can be reduced. Therefore, heat generation in the polarizing plate can be suppressed.
[0017]
Further, when three or more polarizing plates are disposed, when at least one polarizing plate is reflective, it is desirable that the polarizing plate disposed at a position farthest from the light modulation element is of a reflective type. If the polarizing plate arranged at such a position is a reflection type, the absorption of light in the polarizing plate with the largest amount of light can be reduced as in the case of using two polarizing plates.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, unless otherwise specified, the light traveling direction is the Z direction, and when viewed from the Z direction, the 12 o'clock direction is the Y direction, and the 3 o'clock direction is the X direction.
[0019]
FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of the projection display apparatus of the present invention. The projection display device 1 includes a light source unit 2, an
[0020]
The
[0021]
The light source unit 2 is disposed on the incident surface side of the first
[0022]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an integrator illumination optical system that illuminates three liquid crystal panels that are illumination areas of the projection display device shown in FIG. This integrator illumination optical system includes a
[0023]
The
[0024]
FIG. 3 is a front view and a side view showing an appearance of the first
[0025]
The condenser lens 34 of the second
[0026]
As shown in FIG. 2, in the polarization conversion element array 36, two polarization
[0027]
The polarization
[0028]
Note that a block including one
[0029]
Since the polarization
[0030]
FIG. 6 is a plan view of the
[0031]
Non-polarized light emitted from the
[0032]
In the projection display device 1 shown in FIG. 1, the reflection mirror 56 is provided to guide the light beam emitted from the superimposing
[0033]
The color separation
[0034]
Of the blue light B and green light G reflected by the first dichroic mirror 41, the green light G is reflected by the second
[0035]
The three
[0036]
The three colors of modulated light emitted from the three
[0037]
7A and 7B are enlarged views of the
[0038]
One
[0039]
A
[0040]
Further, in the projection display device 1 of the present example, a
[0041]
That is, when the polarization plane of the blue light B is aligned using one polarizing plate, the amount of heat generated in the process of aligning the polarization plane is concentrated on one polarizing plate. In the type display device 1, the amount of heat is distributed to the two
[0042]
Furthermore, by using the two
[0043]
Here, if both of the
[0044]
The
[0045]
Further, in the projection display device 1 of the present example, the two
[0046]
Of course, the
[0047]
The projection display device 1 incorporates an integrator
[0050]
[Other embodiments]
Between the light separation optical system and the liquid crystal panel for blue lightThe number of polarizing plates to be arranged is not limited to two and may be three or more. The number of polarizing plates may be determined in accordance with the size of the optical system and the degree of dispersion of the amount of heat generated in the process of aligning the polarization plane. For example, when priority is given to compacting the size of the optical system, the number of polarizing plates may be two.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, in the projection display device of the present invention,Only between the light separation optical system and the light modulation element for blue light,A plurality of polarizing plates are arranged, and these polarizing platesFor blue lightThe planes of polarization of light incident on the light modulation elements are made uniform. ThisBlueThe amount of heat generated in the process of aligning the polarization plane of light is dispersed in a plurality of polarizing plates. For this reason, the calorific value of each polarizing plate is smaller than the calorific value of the polarizing plate when the polarizing plane of light is aligned using one polarizing plate. Therefore, heat radiation of each polarizing plate is facilitated, and each polarizing plate can be efficiently cooled without using a large cooling device. As a result, the thermal load applied to the light modulation element can be alleviated, so that the temperature rise of the light modulation element due to the heat generation of the polarizing plate can be suppressed, and deterioration of the optical characteristics of the light modulation element can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a projection display apparatus to which the present invention is applied.
2 is an explanatory diagram showing an integrator illumination optical system that illuminates three liquid crystal panels that are illumination regions of the projection display device shown in FIG. 1; FIG.
FIGS. 3A and 3B are a front view and a side view showing an appearance of a first optical element. FIGS.
FIG. 4 is a perspective view showing an appearance of a polarization conversion element array.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing functions of a polarization conversion element array;
FIG. 6 is a plan view of a light shielding plate.
FIG. 7 is a plan view showing a liquid crystal panel and its peripheral portion in an extracted manner.
8 is a plan view showing an example different from FIG. 7. FIG.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an optical system incorporated in an optical unit of a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
1 Projection display
2 Light source unit
3 Optical unit
4 Projection lens
5R, 5G, 5B LCD panel
6R, 6G, 6B Polarizing plate
7R, 7G, 7B Polarizing plate
8R, 8G, 8B Polarizing plate
20 Light source
30 Integrator optical system
40 color separation optical system
50 Light guide optical system
60 Cross Dichroic Prism
Claims (6)
前記偏光変換素子アレイにより変換された1種類の直線偏光光を、赤色光、緑色光および青色光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系により分離された前記三色の光をそれぞれ変調する赤色光、緑色光、および青色光用の前記光変調素子と、
前記赤色光、緑色光および青色光の光変調素子によりそれぞれ変調された光を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって合成された光を投写面上に拡大投写する投写手段とを有する投写型表示装置であって、
前記色分離光学系と前記青色光用光変調素子との間にのみ、当該光変調素子に入射する青色光の偏光面を揃えるための複数枚の偏光板が配置されており、前記色分離光学系と前記赤色光および緑色光用の光変調素子との間にはそれぞれ偏光板が 1 枚ずつ配置されていることを特徴とする投写型表示装置。 A polarization conversion element array that converts the light emitted from the light source into one type of linearly polarized light and emits the light;
A color separation optical system that separates one type of linearly polarized light converted by the polarization conversion element array into red light, green light, and blue light;
The light modulation elements for red light, green light, and blue light that respectively modulate the light of the three colors separated by the color separation optical system;
A color synthesizing optical system for synthesizing the light modulated by the red, green and blue light modulators, and
A projection display apparatus having a projection means for enlarging and projecting the light synthesized by the color synthesizing optical system onto a projection surface,
A plurality of polarizing plates for aligning the polarization plane of the blue light incident on the light modulation element is disposed only between the color separation optical system and the light modulation element for blue light, and the color separation optical system and projection display device, wherein a polarizing plates are arranged one by one between the optical modulation element for the red light and green light.
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