JP3930981B2 - Optical unit 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、液晶パネルあるいは反射式映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の映像表示技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶パネル等のライトバルブ素子に、電球などの光源からの光を当てて、液晶パネル上の画像を拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られている。
この種の映像表示装置は、光源からの光をライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スクリーンなどに投射するものである。例えば、液晶表示素子の代表例であるツイステッド・ネマティック(TN)型液晶表示素子は、透明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに90°異なるように2枚の偏光板を配置したものであり、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光板の偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、入射光の透過光量を制御して画像情報を表示するようになっている。近年、こうした透過型あるいは反射型の映像表示素子では、素子自体の小型化が進むとともに、解像度等の性能も急速に向上している。
【0003】
このため、該映像表示素子を用いた表示装置の小型高性能化も進み、単に従来のようにビデオ信号等による映像表示を行うだけでなく、パーソナルコンピュータの画像出力装置としての投射型映像表示装置も新たに提案されている。この種の投射型映像表示装置には、特に、小型であることと、画面の隅々まで明るい画像が得られることが要求される。しかし、従来の投射型映像表示装置は、大型であったり、また最終的に得られた画像の明るさ、画質等の性能が不十分であるといった問題があった。
例えば、液晶表示装置全体の小型化には、ライトバルブすなわち液晶表示素子自体の小型化が有効であるが、液晶表示素子を小型化すると液晶手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する液晶表示素子を小型化すると照明手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する液晶表示素子上の光束量の比率(以下、これを光利用効率という)が低くなり、また、画面周辺部が暗い等の問題が生じる。さらに、液晶表示素子は一方向の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源からの光の約半分は利用されない。
画面周辺部で明るい画像を得る手段としては、例えば、特開平3ー111806号公報に記載されているような、2枚のアレイレンズを用いたインテグレータ光学系がある。インテグレータ光学系は、光源からの光を第一のアレイレンズを構成している複数の矩形開口形状の集光レンズによって分割して、各矩形開口形状の出射光を各矩形開口形状の集光レンズに対応した集光レンズ群により構成した第二のアレイレンズにより照射面(液晶表示素子)に重畳結像させるものである。この光学系では液晶表示素子を照射する光の強度分布をほぼ均一にすることができる。
【0004】
一方、光源からのランダムな偏光光を一方向の偏光方向に揃えて液晶表示素子に照射する光学系としては、特開平4−63318号公報に開示されているような偏光ビームスプリッターを利用して、光源から出射するランダムな偏光光をP偏光光とS偏光光に分離してプリズムを用いて合成するものがある。
しかし、従来のインテグレータ光学系においては、アレイレンズの1つのレンズセルの矩形対角サイズが0.25″(インチ)以上であるため、マイクロレンズ付の液晶表示素子等を用いて明るさおよび画質の均一性を向上しようとすると、照明系のF値を概略2から3近くに設定しなければならなくなり、第一のアレイレンズと第二のアレイレンズ間の31mm以上の距離となって長くなり、光学系の小型化が達成できなかった。したがって、従来の投射型液晶表示装置では、A4ファイルサイズに小型化することが困難であった。また、偏光ビームスプリッターを利用する光学系においても、アレイレンズとの精度上の整合性が困難であり、小型化することが困難であった。その結果、装置全体の小型化と明るさ等の性能向上を同時に実現することが困難であった。さらに、投射型液晶表示装置の場合には上記照明手段以外に投射レンズの光学的特性、また液晶表示素子の光学的特性等のさまざまな要素が画質性能に影響するため、照明手段のみを改善しても小型で画質性能の良い表示装置を得ることは困難であった。また、第二の発明である遮光膜付けをアレイレンズ側に設けることにより、隣接するS偏光光路に入射した光を遮光することができ、従来、映像表示素子近傍の偏光板の温度上昇を引き起こしていた不要光を抑えることができる。
以上より、液晶表示装置の明るさおよび画質の向上と、小型化という2つの観点からの対応が必要となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術での課題事項をまとめると、映像表示装置の明るさおよび画質上の性能確保と小型化を両立する方法が課題であり、明るさおよび画質向上に関する事項と、光学ユニットの大きさを構成上小型化するための対応技術に関する事項が、それぞれ課題となっている。さらに、明るさ確保のために、境界面を少なくするための光学部品同士の貼り合せ精度の向上が課題となっている。
また、偏光合成手段の主要光路に隣接するS偏光光路に入射した光を遮光し、映像表示素子近傍の偏光板の温度上昇を引き起こしていた不要光を抑えることが課題となっている。
本発明では、上記した従来技術での課題事項に関して、明るさおよび画質確保とともに高精度小型化できる投写型映像表示技術の提供が目的である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明において、複数の集光レンズセルにて構成されたアレイレンズにおいて、1つのレンズセルの対角寸法を略0.18″以下とする。
これにより、アレイレンズの厚さの増大化を抑えることが可能で、アレイレンズの重さを軽くでき、硝材の量も減少するので、製造コストも安価になる。
【0007】
また、光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段の映像表示素子と、この映像表示素子の上に光を照射させる照明光学系と、出射した光を投射する投射手段とを有する光学ユニットにおいて、
前記照明光学系は、
反射面鏡を有する光源ユニットと、この反射面鏡の出射開口と略同等サイズ内に設けられた複数の集光レンズにより構成され、この光源ユニットから出射した光を集光して、複数の2次光源像を形成する第一のアレイレンズと、複数の集光レンズにより構成され、前記複数の2次光源像が形成される近傍に配置され、映像表示素子に第一のアレイレンズの個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズとを有し、前記映像表示素子の映像表示部の対角寸法が0.7″(インチ)あるいは0.9″あるいは1.3″の場合に、少なくとも、前記第一のアレイレンズの1つのレンズセルの対角寸法を略0.18″以下とする。
この構成により、光学ユニットの全長を短縮でき、小型、軽量化できる。
【0008】
また、本発明においては、出射開口を持つ反射面鏡を有し、かつ反射面鏡内でランプ電極の片側に設置された径が略0.6mm以内の電極ワイヤを有する光源からの出射光を被照射面上に照射させる照明光学系と、映像表示素子から出射した光をスクリーンに投射する投射手段とを有する投射型の光学ユニットまたは映像表示装置において、
前記照明光学系は、少なくとも1つの反射面鏡と、この反射面鏡の出射開口と略同等サイズの枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、光源ユニットから出射した光を集光して、複数の2次光源像を形成するための第一のアレイレンズと、複数の集光レンズにより構成され、前記複数の2次光源像が形成される近傍に配置され、映像表示素子に第一のアレイレンズの個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズと、前記第一のアレイレンズあるいは前記第二のアレイレンズからの光をP偏光光とS偏光光とに分離する偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターの出射光であるP偏光光とS偏光光のいずれかの偏光方向を回転するためのλ/2位相差板と、該P偏光光とS偏光光のいずれかの偏光光を反射させるための反射部から構成される偏光合成手段とを有し、
この偏光合成手段は、前記第一のアレイレンズおよび、または前記第二のアレイレンズの各々のレンズ光軸の縦配列方向あるいは横配列方向のいずれかのピッチに偏光ビームスプリッターの各配列の中心軸を適合させて複数個の偏光合成手段を配列し、かつ前記第一のアレイレンズおよび、または第二のアレイレンズの各々のレンズ光軸のピッチの中心に位置するS偏光光の反射プリズムの光軸入射面、すなわち前記第二のアレイレンズの偏光合成手段側の面に、遮光部材を付加した第二のアレイレンズを、前記光源と映像表示素子の間に介在させた構成とする。
【0009】
かかる構成により、従来、膜付け温度の工程上、偏光合成手段に設けることが困難であった遮光膜付けをアレイレンズ側に設けることにより、遮光膜付けが可能となった。これにより、隣接するS偏光光路に入射した光を遮光することができ、従来、映像表示素子近傍の偏光板の温度上昇を引き起こしていた不要光を抑えることができる。
【0010】
また、投射型の映像表示装置において、少なくとも第一のアレイレンズまたは第二のアレイレンズのいずれかにおける1つのレンズセルの、対角寸法、縦寸法、横寸法の少なくともいずれかの寸法が、前記映像表示素子の、対応する、対角寸法、縦寸法、または横寸法に対し、略1/4.5以上である構成とする。
または、前記映像表示素子の映像表示部の対角寸法が0.7″あるいは0.9″あるいは1.3″の場合に、前記第一のアレイレンズ、第二のアレイレンズのいずれか一方または両方における1つのレンズセルの矩形対角寸法が略0.18″以下である構成とする。
【0011】
または、前記第一のアレイレンズ、第二のアレイレンズのいずれか一方または両方における1つのレンズセルの対角寸法が、略0.18″以下である構成とする。
または、前記第一のアレイレンズ、第二のアレイレンズのいずれか一方または両方において、レンズセルの総数が略240以上である構成とする。
または、前記第一のアレイレンズと第二のアレイレンズの1つのレンズセルのレンズ焦点距離が30mm以内である構成とする。
かかる構成により、アレイレンズのレンズセルの大きさを微細化し、第一のアレイレンズと第二のアレイレンズの間隔を短小化でき、なおかつ小型な映像表示素子を用いて表示装置全体を小型化できるとともに、明るく、画面全体にわたって画質がより均一な映像表示装置を実現できる。
【0012】
また、本構成により、アレイレンズの1つのレンズセルの矩形対角サイズが略0.18″(インチ)以下であるため、マイクロレンズ付の液晶表示素子等を用いて明るさおよび画質の均一性の向上のための、照明系のF値を概略2から3近くに設定した場合に、第一のアレイレンズと第二のアレイレンズ間を30mm以下の距離に短縮でき、光学系の小型化が達成できる。
したがって、投射型液晶表示装置では、A4ファイルサイズに小型化することできる。また、偏光ビームスプリッターを利用する光学系においても、貼付けにより、アレイレンズとの精度上の位置合わせが可能となり、装置全体の小型化と明るさ等の性能向上を同時に実現することができる。
【0013】
さらに、セルサイズが略0.18″以下であると7個から8個のセルを電極ワイヤの影が横切ると液晶表示素子上で均一化させることが可能で、この場合、光軸中心の左右の片側に電極ワイヤが存在するので、アレイレンズの横配列あるいは縦配列が最低12から14列必要となる。したがって、セル数が略240セル以上となるため略0.6mm以内の電極ワイヤの影が液晶表示素子に映りこむことを防ぐことができ、均一な画質が得られ、上記課題を容易に解決できる。
また、映像表示装置を略A4ファイルサイズ以下とすることにより、アタッシュケース等の中に収納でき、携帯に適した小形高画質高輝度の映像表示装置にできる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明による第1番目の投写型の液晶表示装置の一実施形態を示す図である。
図1において、投射型液晶表示装置には、光源1があり、光源1は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源1は、円形ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも1つの反射面鏡5と、反射面鏡内でランプ電極の片側に設置された径が0.6mm以内の電極ワイヤ28を有し、この光源1から出される光はライトバルブ素子である液晶表示素子2を通過して投射レンズ3に向かい、スクリーン4へ投影される。
【0015】
光源1の電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ5にて集光され、第一のアレイレンズ6に入射する。光は第一のアレイレンズ6を通過後、第二のアレイレンズ7を通過し、偏光ビームスプリッター8に入射する。この入射光は偏光ビームスプリッター8により透過光はP偏光光、反射光はS偏光光に分離され、該P偏光光は偏光ビームスプリッター8の出射側面に配置されたλ/2位相差板9により偏光方向が90°回転し、S偏光光となり、コンデンサレンズ10に入射する。また、前記S偏光光は反射を繰り返し、隣接する偏光ビームスプリター8の出射面から出射され、コンデンサレンズ10に入射する。コンデンサレンズ10は、少なくとも1枚以上の構成であり、正の屈折力を有し、このS偏光光をさらに集光させる作用を持ち、このコンデンサレンズ10を通過した光は液晶表示素子2を照射する。液晶表示素子2の入射側にはS偏光光を透過する入射偏光板11を配置する。
【0016】
従来の投射型液晶表示装置では入射偏光板11と液晶表示素子2と出射側偏光板12の組合せにより、一方向の偏光光しか透過しないため透過光量が約半分になっていた。しかし、本実施例では偏光ビームスプリッター8を用いるため、光源1から出射するランダムな偏光光の偏光方向を揃えて液晶表示素子2に入射するため、理想的には従来の投射型液晶表示装置の2倍の明るさが得られる。
【0017】
また、本実施例では、本発明の第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7は、同じ形状のものを使用しており、1つのレンズセルの横寸法が、液晶表示素子2の横寸法の略々1/5.3の比率であり、例えば液晶表示素子2の映像表示部の矩形対角寸法が0.9″の場合に、1つのレンズセルの矩形対角寸法が、概略0.17"の寸法であり、さらに第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7を構成するレンズセルの総数が略240セル以上あり、この1つのレンズセルのレンズ焦点距離が30mm以内である構成となっており、光学系の小型化が達成できる。また、略240セル以上の個々の像が液晶表示素子2に重なり、従来の装置よりも均一な画質が得られる。さらに、セルサイズ0.17″であるから、セルを電極ワイヤ28の影が横切る場合でも、略240セル(略16×15セル)以上であるので、画質を均一化させることが可能である。したがって、投射型液晶表示装置では、装置全体の小型化と明るさ等の性能向上を同時に実現することができる。
【0018】
また、本発明の偏光ビームスプリッター8は、第二のアレイレンズ7よりも光軸方向で薄い構成であり、光学全長を短縮するとともに、光学ユニットの軽量化さらには、照明系のF値を大きくする効果がある。これにより、小型、軽量、さらに投射レンズ3のF値を照明系にリンクして大きくすることができるので、投射レンズ3の小型軽量にも効果がある。
この液晶表示素子2を通過した光は、例えばズームレンズであるような投射手段3を通過し、スクリーン4に到達する。前記投射手段3により、液晶表示素子2に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。
【0019】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
図2は、本発明における投射型液晶表示装置の一実施例の構成図である。図2の実施例は、液晶ライトバルブとして透過型液晶表示素子2をいわゆる色の3原色のR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の3色に対応して合計3枚用いた3板式投射型表示装置を示している。本実施例において、光源である例えば超高圧水銀ランプのようなランプ13より出射した光は、放物反射面鏡リフレクタ5に反射された後、この放物反射面鏡リフレクタ5の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、ランプユニット14から出射した光を集光して、複数の2次光源像を形成するための第一のアレイレンズ6に入射し、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複数の2次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子2に第一のアレイレンズ6の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ7を通過する。この出射光は第二のアレイレンズ7の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略1/2サイズの菱形プリズムの列へ入射する。このプリズム面には偏光ビームスプリッター8の膜付けが施されており、入射光は、この偏光ビームスプリッター8にてP偏光光とS偏光光に分離される。P偏光光は、そのまま偏光ビームスプリッタ−8内を直行し、このプリズムの出射面に設けられたλ/2位相差板9により、偏光方向が90°回転され、S偏光光に変換され出射される。一方、S偏光光は、偏光ビームスプリッター8により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してからS偏光光として出射される。その後、コンデンサレンズ10により、液晶表示素子2に集光される。この途中で偏光ビームスプリッター8の出射光は、全反射ミラー15によりその光路を90°折り曲げられ、光軸に対して45°の角度に配置されたB(青色),G(緑色)反射ダイクロイックミラー16により、R(赤色)の光は透過し、B,Gの光は反射する。透過したR光線は、R用全反射ミラー17によりその光路を90°折り曲げられて、液晶表示素子前コンデンサレンズ18及び入射偏光板11を通過し、対向電極、液晶等で構成された液晶表示素子2に入射され、液晶表示素子2の光の出射側に設けられた出射偏光板12を通過する。
【0020】
液晶表示素子2には、表示する画素に対応する(例えば横800画素縦600画素各3色など)数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、液晶表示素子2の各画素の偏光角度が変わり、最終的に出射偏光板12の偏光方向と一致する方向になった光が出射され、直交方向になった光が出射偏光板12で吸収される。この途中の角度の偏光を持った光は、出射偏光板12の偏光角度との関係で偏光板を通る光の量と偏光板に吸収される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。
出射偏光板12を出射したR光線は、R光線を反射させる作用を有するダイクロイックプリズム19にて反射され、例えばズームレンズのような投射手段3に入射し、スクリーンに投射される。
【0021】
一方、B,G透過ダイクロイックプリズム19を透過したB光線とG光線は、G反射ダイクロイックミラー20に入射し、このミラーによりG光線は反射し、液晶表示素子前コンデンサレンズ18及び入射偏光板11を通過し、液晶表示素子2に入射し、液晶表示素子2の光の出射側に設けられた出射偏光板12を通過する。出射偏光板12を出射したG光線は、G光線を透過する作用を有するダイクロイックプリズム19を透過し、投射レンズ3に入射し、スクリーンに投射される。
また、G反射ダイクロイックミラー20を透過したB光線は、リレーレンズ21を透過し、全反射ミラー22によりその光路を90°折り曲げられてリレーレンズ21を透過後、全反射ミラー23によりその光路を90°折り曲げられて液晶表示素子前コンデンサレンズ18及び入射偏光板11を通過し、液晶表示素子2に入射され、液晶表示素子2の光の出射側に設けられた出射偏光板12を通過する。出射偏光板12を出射したB光線は、B光線を反射させる作用を有するダイクロイックプリズム19にて反射後、投射レンズ3に入射し、スクリーンに投射される。
【0022】
以上より、R,G,Bそれぞれに対応した光線が色分離手段及び色合成手段により分離、合成され、投射レンズ3によりR,G,Bそれぞれに対応した液晶表示素子2上の画像を拡大し、スクリーン上に各色の画像を合成し拡大した実像を得るものである。同図において、電源回路24、映像信号回路25のように配置し、また、吹き出しファン26により光源1で発生する熱を外部に導く作用を有する。また、本実施例では偏光合成手段によりランダムな光源からの出射光を一方向に揃えるため、入射偏光板の熱の発生が少ない。
【0023】
また、前記光源と前記投射手段は、それぞれの光軸が互いに直交になるように配置し、さらに、前記色分離手段と前記液晶表示素子及び前記色合成手段とからなる色分離合成ユニットを介して電源回路24及び映像信号回路25を同図に示すように配置することにより、装置全体を小型化することができる。
また、本実施例では、本発明の第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7は、同じ形状のものを使用しており、1つのレンズセルの横寸法が、液晶表示素子2の横寸法の略1/5.3の比率であり、例えば液晶表示素子2の映像表示部の矩形対角寸法が0.9″の場合に、第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7の1つのレンズセルの矩形対角寸法が、概略0.17″の寸法であり、第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7を構成するレンズセルの総数が、略240セル以上あり、第一のアレイレンズ6と第二のアレイレンズ7の1つのレンズセルのレンズ焦点距離が30mm以内である構成となっており、光学系の小型化が達成できる。また、略240セル以上の個々の像が液晶表示素子2に重なり、従来の装置よりも均一な画質が得られる。また、セルサイズ0.17″であるからセルを電極ワイヤ28の影が横切る場合でも、略240セル(略16×15セル)以上であれば、画質を均一化させることが可能である。したがって、投射型液晶表示装置では、装置全体の小型化と明るさ等の性能向上を同時に実現することができる。
【0024】
また、マイクロレンズ付の液晶表示素子等を用いて明るさおよび画質の均一性を向上しようとすると、照明系のF値を概略2から3近くに設定しなければならなくなり、この場合でも、本発明の第一のアレイレンズと第二のアレイレンズ間隔が30mm以下の距離に短縮でき、光学系の小型化が達成できる。
【0025】
さらに、本発明においては、偏光合成手段を組み合わせており、偏光合成手段である偏光ビームスプリッター8の厚さを第二のアレイレンズ7より薄くしている、(すなわち第二のアレイレンズ7が2.5±0.5mm程度である場合、偏光ビームスプリッター8は2mm以下とする)、ことにより光路長さが短縮でき、かつ全反射ミラー15を接近させて配置でき、セットの小型化が可能となる。
【0026】
図2に示す本発明の実施例において、照明光学系は、ランプユニット14、第一のアレイレンズ6、第二のアレイレンズ7、偏光ビームスプリッター8、λ/2位相差板9、コンデンサレンズ10、全反射ミラー15等を備えており、ランプ13からの光をR、G、Bの光に分離する前までの光路を云う。また、光学ユニットとしては、照明光学系を含み、さらに照明光学系からの光をB(青色),G(緑色)反射ダイクロイックミラー16、G反射ダイクロイックミラー20等を用いてそれぞれR、G、Bの光に分離するまでを指す場合と、この分離したR、G、Bの光をそれぞれの液晶表示素子2に入射し、Rの光、Bの光を反射し、Gの光を透過するダイクロイックプリズム19を介して投射手段3に至る光路までを指す場合とがある。
【0027】
図3は、本発明による第1番目の一実施形態の一部効果を示す図である。
図3は、投射型液晶表示装置の照明光学系を示しており、光源1は、円形の反射面鏡5を有し、かつ反射面鏡5内でランプ電極の片側に設置された径が略0.6mm以内の電極ワイヤ28を有する。
光源1の電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ5にて集光され、第一のアレイレンズ6に入射する。光は第一のアレイレンズ6を通過後、第二のアレイレンズ7を通過し、偏光ビームスプリッター8に入射する。この入射光は偏光ビームスプリッター8により透過光はP偏光光、反射光はS偏光光に分離され、このP偏光光は偏光ビームスプリッター8の出射側面に配置されたλ/2位相差板9により偏光方向が90°回転し、S偏光光となり、コンデンサレンズ10に入射する。また、前記S偏光光は反射を繰り返し、隣接する偏光ビームスプリター8の出射面から出射され、コンデンサレンズ10に入射する。コンデンサレンズ10は、少なくとも1枚以上の構成であり、正の屈折力を有し、該S偏光光をさらに集光させる作用を持ち、該コンデンサレンズ10を通過した光は液晶表示素子2を照射する。
【0028】
図3において、本実施例では、本発明の第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7は、同じ形状のものを使用しており、1つのレンズセルの横寸法が、液晶表示素子2の横寸法の略々1/5.3の比率であり、例えば液晶表示素子2の映像表示部の矩形対角寸法が0.9″の場合に、第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7の1つのレンズセルの矩形対角寸法が、概略0.17″の寸法であり、第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7を構成するレンズセルの総数が、240セル以上あり、(図3は概略図)第一のアレイレンズ6と第二のアレイレンズ7の1つのレンズセルのレンズ焦点距離が30mm以内である構成となっているため、光学系の小型化が達成できる。また、図3の点線ように、240セル以上の個々の像が液晶表示素子2に重なり、従来の装置よりも均一な画質が得られる。また、セルサイズ0.17″であるからセルを電極ワイヤ28の影が横切る場合でも、略240セル(略16×15セル)以上であれば片側7から8列となり、0.17″セルサイズならば略0.6mm幅の帯状の影が6本並ぶと1つのセルサイズとなるので、セルは片側で最低6列以上あれば、液晶表示素子上で電極ワイヤ28による影に起因する明るさの明暗がなくなり、これによる色ムラを無くし、画質を均一化させることが可能である。この場合、光軸中心の左右の片側に電極ワイヤが存在するので、アレイレンズの横配列あるいは縦配列が余裕分を1から2列以上とると、最低14から16列以上必要となる。したがって、セル数が略240セル以上となれば、略0.6mm以内の電極ワイヤの影が液晶表示素子に映り込みを図の斜線のように均一化し、明暗が均一で、色ムラのない画質が得られる。
したがって、投射型液晶表示装置では、装置全体の小型化と明るさ等の性能向上を同時に実現することができる。さらに、第一のアレイレンズ6および第二のアレイレンズ7を同一形状としたことにより、型が一種類ですみ、コスト低減も図れる。
【0029】
図4は、本発明による第2番目の一実施形態を示す図である。
図4の偏光ビームスプリッター8はガラス板材に光のP偏光光とS偏光光を分離する偏光ビームスプリッター膜を付けており、これを積層に接着した後、45°にスライスした構成となっている。このため図4のように、縦長の菱形プリズムが数個配列された平板状の構成になっている。この膜付けは一面おきにアルミあるいは銀等のミラー蒸着を施しても良い。但し、このミラー部はS偏光光を反射する役割となっているため、このプリズム光路には光線を入射させない工夫が必要である。
【0030】
このため、本発明の偏光ビームスプリッター8は、第二のアレイレンズ7の各々のレンズ光軸のピッチの中心に位置するS偏光光の反射プリズムの光軸入射面、すなわち第二のアレイレンズ7側の面に、遮光部材27を付加し、不要光がカットされ、入射偏光板11によって吸収カットされる時に、光から熱にエネルギー変換され発生する発熱を防止すること効果がある。この遮光部材27は、銀やアルミ蒸着膜付けによる一列おきのスリット状の反射膜、あるいは、スリガラス状の発散膜、あるいは遮光用の金属シール、あるいは耐熱シール、あるいはスリットを入れた金属板、あるいは金属メッキ等で構成される。
【0031】
以上のような、数個の偏光ビームスプリッター8が配列された平板状の構成では、一列おきにλ/2位相差板9を貼り合せており、分離したP偏光光をS偏光光へ変換し、偏光ビームスプリッター8から出射する光をS偏光光に揃えたり、あるいは、分離したS偏光光が入射したプリズムの隣接するプリズムから反射して出射された後、λ/2位相差板9にて、偏光ビームスプリッター8の出射光をP偏光光で揃えることも可能である。
【0032】
以上のような平板状の偏光ビームスプリッター8の各々の菱形プリズムを第二のアレイレンズ7の各々のレンズ光軸の横配列方向のピッチに適合させて複数個を配列し、かつ第二のアレイレンズ7の中央部に隙間、例えば光軸ピッチの1/2幅の隙間h、をあけて、第二のアレイレンズ7の左右あるいは上下半分づつに分割して、中央部を境に左右対称状態にて、偏光ビームスプリッター8と、同じ偏光ビームスプリッター8のもう一枚を光軸を中心にして180°反転した状態で貼り合せれば、第二のアレイレンズ7に設けた遮光部材27と偏光ビームスプリッタ−8の横配列方向のピッチに高精度で適合させることが可能となり、製造上困難であった、第二のアレイレンズ7および遮光部材27と偏光ビームスプリッター8を高精度貼り合わせを実現できる。
【0033】
従来は、図4(b)のように左右対称型の平板状の偏光ビームスプリッター8をメーカにて作成し、この偏光ビームスプリッター8と第二のアレイレンズ7の光学部品同士の界面が空気層であると、反射防止膜を界面に施しても、光の透過効率が低下するので、この偏光ビームスプリッター8と第二のアレイレンズ7とを、各々のレンズ光軸と偏光ビームスプリッター8の横配列方向のピッチを適合させて貼り合せる構成となっていた。この時、不要光をカットするスリット状の遮光板を第二のアレイレンズ7の前、すなわち光源側に配置し、偏光ビームスプリッター8に入射する前に不要光成分、図中の斜線部分、を遮光する構成となっていた。しかし、この場合は、遮光部材27は、スリットを設けた金属板などの構造部材であり、光軸に対して独立して、この遮光部材を支持しなければならなかった。
このため、遮光部材27の部品精度誤差や組み立て精度誤差により、必要な光まで遮光してしまうことが生じ、かつ、組み立て時にも部品点数が増えるので、加工行程費用がかかる構成であった。
【0034】
しかし、本発明では、遮光部材27を設けた第二のアレイレンズ7に偏光ビームスプリッター8を中央を境にして左右対称型にて貼り合せ、蒸着膜等で遮光部材を形成するため、S光路のプリズムの入射面をほとんど誤差無く遮光でき、かつ部品点数も少なく組み立て性が向上する。
さらに、本発明により、従来のような左右対称型の平板状の偏光ビームスプリッター8をメーカにて作成してから、第二のアレイレンズ7に貼り合せる2段階の加工行程はせず、2個の偏光ビームスプリッター8を1段階の加工行程で第二のアレイレンズ7に貼り合せるので、加工コストの低減が図れる。
【0035】
また、従来の偏光ビームスプリッター8は、左右一体なので、貼り合せ精度が、左端から右端まで積み重なり、第二のアレイレンズ7に貼り合せる時に、中央振り分けとなり、どうしても左右の貼り合せ精度誤差、例えば±0.25が左右両側に出てしまう。
しかし、本発明により、左右別体の遮光部材27を設けた第二のアレイレンズ7に偏光ビームスプリッター8を貼り合せるので、中央からの精度誤差を積み上げることにはならず、左の偏光ビームスプリッター8は左側の中心または光量の大きな第二のアレイレンズ7上の左半分の中のレンズ光軸を精度振り分けの中心とすることが可能なため、上述の数値でいえば、±0.125の貼り合せ精度誤差に抑えられる。また同様に右側の偏光ビームスプリッター8を第二のアレイレンズ7に貼り合せる場合も、上述の左側同様に貼り合せ精度誤差を半減できる効果もある。これにより、第二レンズアレイ7のレンズ光軸ピッチの1/2幅の偏光ビームスプリッター8の貼り合せ誤差による光軸の位置ズレが少なくなり、第二のアレイレンズ7からの入射光が偏光ビームスプリッター8によってケラレる光量が減少する。これにより光の透過効率が向上し、明るさの性能向上が実現可能となった。
【0036】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の投写型の映像表示装置は、小型化の光学系を達成でき、装置全体をA4ファイルサイズ以下にまで小型化できる効果がある。また、偏光ビームスプリッターを利用する光学系においても、アレイレンズとの精度上の位置合わせが可能となり、装置全体の小型化と併せ、明るさ等の性能向上も同時に実現することができる。
さらに、セルサイズ略0.18″以下でセル数が略240セル以上である場合は、電極ワイヤの影が液晶表示素子に映りこむことを防ぐことができ、均一な画質が得られる。
また、遮光部材を設ける構成では、これにより不要光がカットされ、発熱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1番目の一実施形態を示す図である。
【図2】本発明の第1番目の一実施形態を示す投射型液晶表示装置の構成図である。
【図3】本発明の第1番目の一実施形態の効果を示す図である。
【図4】本発明の第2番目の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
1…光源、2…映像表示素子、3…投射レンズ、5…リフレクタ、6…第一のアレイレンズ、7…第二のアレイレンズ、8…偏光ビームスプリッター、9…λ/2位相差板、10…コンデンサレンズ、11…入射偏光板、12…出射偏光板、27…遮光部材、28…電極ワイヤ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a light valve element such as a liquid crystal panel or a reflective video display element to project an image on a screen, for example, a liquid crystal projector apparatus, a reflective video display projector apparatus, a liquid crystal television, The present invention relates to a video display technology such as a projection display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There is known a projection display apparatus such as a liquid crystal projector that projects light on a liquid crystal panel by applying light from a light source such as a light bulb to a light valve element such as a liquid crystal panel.
This type of video display device adjusts light from a light source by changing it to light and dark for each pixel with a light valve element, and projects it onto a screen or the like. For example, a twisted nematic (TN) type liquid crystal display element, which is a typical example of a liquid crystal display element, has a polarization direction before and after a liquid crystal cell formed by injecting liquid crystal between a pair of transparent substrates having a transparent electrode film. The two polarizing plates are arranged so that they are different from each other by 90 °. By combining the action of rotating the polarization plane by the electro-optic effect of the liquid crystal and the selection of the polarizing component of the polarizing plate, Image information is displayed by controlling the amount of transmitted light. In recent years, in such a transmissive or reflective video display element, the element itself has been miniaturized and the performance such as resolution has been rapidly improved.
[0003]
For this reason, a display device using the image display element has been improved in size and performance, and not only simply performing image display by a video signal or the like as in the prior art, but also a projection image display device as an image output device of a personal computer. Has also been proposed. This type of projection-type image display device is particularly required to be small in size and to obtain bright images at every corner of the screen. However, the conventional projection-type video display device has a problem that it is large-sized or has insufficient performance such as brightness and image quality of the finally obtained image.
For example, to reduce the size of the entire liquid crystal display device, it is effective to reduce the size of the light valve, that is, the liquid crystal display element itself. If the liquid crystal display element is reduced in size with respect to the amount of luminous flux, the area irradiated by the illumination means is reduced, so the ratio of the luminous flux on the liquid crystal display element to the total luminous flux emitted by the light source (hereinafter referred to as light utilization efficiency) This causes problems such as lowering and darkness in the periphery of the screen. Furthermore, since the liquid crystal display element can use only polarized light in one direction, about half of the light from the light source that emits randomly polarized light is not used.
As a means for obtaining a bright image at the periphery of the screen, for example, there is an integrator optical system using two array lenses as described in JP-A-3-111806. The integrator optical system divides the light from the light source by a plurality of condensing lenses having a rectangular aperture shape constituting the first array lens, and the emitted light having each rectangular aperture shape is collected to each condensing lens having a rectangular aperture shape. Are superimposed on the irradiation surface (liquid crystal display element) by a second array lens constituted by a condenser lens group corresponding to the above. In this optical system, the intensity distribution of light irradiating the liquid crystal display element can be made substantially uniform.
[0004]
On the other hand, as an optical system for irradiating a liquid crystal display element with randomly polarized light from a light source aligned in one direction of polarization, a polarizing beam splitter as disclosed in JP-A-4-63318 is used. In some cases, random polarized light emitted from a light source is separated into P-polarized light and S-polarized light and synthesized using a prism.
However, in the conventional integrator optical system, since the rectangular diagonal size of one lens cell of the array lens is 0.25 ″ (inch) or more, brightness and image quality using a liquid crystal display element with a microlens or the like is used. In order to improve the uniformity of the illumination system, the F-number of the illumination system has to be set to approximately 2 to 3 and becomes longer with a distance of 31 mm or more between the first array lens and the second array lens. Therefore, it has been difficult to reduce the size of the optical system to the A4 file size in the conventional projection type liquid crystal display device, and also in the optical system using the polarization beam splitter, It was difficult to achieve precision matching with the array lens, and it was difficult to reduce the size of the lens, resulting in downsizing of the entire device and improved performance such as brightness. Furthermore, in the case of a projection-type liquid crystal display device, various factors such as the optical characteristics of the projection lens and the optical characteristics of the liquid crystal display element affect the image quality performance in addition to the illumination means. For this reason, it is difficult to obtain a display device with a small size and good image quality performance even if only the illumination means is improved. Light incident on the polarization optical path can be shielded, and unnecessary light that has conventionally caused a temperature rise of the polarizing plate in the vicinity of the image display element can be suppressed.
As described above, it is necessary to cope with the two aspects of improvement in brightness and image quality of the liquid crystal display device and miniaturization.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Summarizing the above-mentioned issues in the prior art, there is a problem of how to ensure the brightness and image quality performance and miniaturization of the video display device. Issues related to brightness and image quality improvement and the size of the optical unit Matters related to the corresponding technology for downsizing the structure are problems. Furthermore, in order to ensure brightness, there is a problem of improving the bonding accuracy between optical components in order to reduce the boundary surface.
Another problem is to block the light incident on the S-polarized light path adjacent to the main optical path of the polarization beam combining means to suppress unnecessary light that has caused the temperature rise of the polarizing plate in the vicinity of the image display element.
An object of the present invention is to provide a projection-type image display technology that can ensure the brightness and the image quality and can be miniaturized with high precision and miniaturization with respect to the above-described problems in the conventional technology.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in an array lens composed of a plurality of condensing lens cells, the diagonal dimension of one lens cell is set to approximately 0.18 ″ or less.
As a result, it is possible to suppress an increase in the thickness of the array lens, the weight of the array lens can be reduced, and the amount of glass material is reduced, so that the manufacturing cost is also reduced.
[0007]
In addition, an image display element of a light valve means that forms an optical image corresponding to a video signal from light emitted from the light source unit, an illumination optical system that irradiates light on the image display element, and a projection that projects the emitted light An optical unit having means,
The illumination optical system includes:
A light source unit having a reflecting surface mirror and a plurality of condensing lenses provided in a size substantially equal to the exit aperture of the reflecting surface mirror, and condensing light emitted from the light source unit A first array lens for forming a secondary light source image and a plurality of condensing lenses are arranged in the vicinity of the secondary light source images to be formed. A second array lens that forms a lens image, and the diagonal dimension of the image display portion of the image display element is 0.7 ″ (inch), 0.9 ″, or 1.3 ″, At least the diagonal dimension of one lens cell of the first array lens is set to approximately 0.18 ″ or less.
With this configuration, the overall length of the optical unit can be shortened, and the size and weight can be reduced.
[0008]
In the present invention, the light emitted from the light source having a reflecting mirror having an exit aperture and having an electrode wire having a diameter of approximately 0.6 mm or less installed on one side of the lamp electrode in the reflecting mirror is provided. In a projection-type optical unit or image display device having an illumination optical system for irradiating the surface to be irradiated and a projection means for projecting light emitted from the image display element onto a screen,
The illumination optical system is composed of at least one reflecting mirror and a plurality of condensing lenses provided in a frame having a size substantially equal to the exit aperture of the reflecting mirror, and collects the light emitted from the light source unit. The first array lens for forming a plurality of secondary light source images and a plurality of condenser lenses are arranged in the vicinity where the plurality of secondary light source images are formed, A second array lens that forms individual lens images of one array lens, and a polarized beam that separates light from the first array lens or the second array lens into P-polarized light and S-polarized light A splitter, a λ / 2 phase difference plate for rotating any one of the polarization directions of the P-polarized light and the S-polarized light that are emitted from the polarization beam splitter, and any one of the P-polarized light and the S-polarized light To reflect polarized light And a composed polarized light combining means from the reflective portion,
The polarization combining unit is configured such that the central axis of each array of the polarization beam splitters has a pitch in the longitudinal array direction or the lateral array direction of the lens optical axes of each of the first array lens and the second array lens. And a plurality of polarization combining means are arranged, and the light of the reflecting prism of S-polarized light located at the center of the pitch of the lens optical axis of each of the first array lens and / or the second array lens A second array lens in which a light blocking member is added to the axis incident surface, that is, the surface of the second array lens on the side of the polarization combining unit is interposed between the light source and the image display element.
[0009]
With this configuration, it is possible to attach the light shielding film by providing the light shielding film attachment on the array lens side, which has conventionally been difficult to provide in the polarization beam combining means in the process of film deposition temperature. As a result, the light incident on the adjacent S-polarized light path can be shielded, and unnecessary light that has conventionally caused a temperature rise of the polarizing plate in the vicinity of the image display element can be suppressed.
[0010]
Further, in the projection-type image display device, at least one of the diagonal dimension, the vertical dimension, and the horizontal dimension of one lens cell in at least the first array lens or the second array lens is the above-described dimension. The video display element has a configuration that is approximately 1 / 4.5 or more than the corresponding diagonal dimension, vertical dimension, or horizontal dimension.
Alternatively, when the diagonal dimension of the video display portion of the video display element is 0.7 ″, 0.9 ″, or 1.3 ″, either the first array lens or the second array lens or A rectangular diagonal dimension of one lens cell in both is approximately 0.18 ″ or less.
[0011]
Alternatively, the diagonal dimension of one lens cell in either one or both of the first array lens and the second array lens is approximately 0.18 ″ or less.
Alternatively, in one or both of the first array lens and the second array lens, the total number of lens cells is approximately 240 or more.
Alternatively, the lens focal length of one lens cell of the first array lens and the second array lens is within 30 mm.
With this configuration, the size of the lens cell of the array lens can be reduced, the distance between the first array lens and the second array lens can be reduced, and the entire display device can be reduced in size using a small video display element. At the same time, it is possible to realize an image display apparatus that is bright and has a more uniform image quality over the entire screen.
[0012]
In addition, with this configuration, since the rectangular diagonal size of one lens cell of the array lens is approximately 0.18 ″ (inch) or less, uniformity of brightness and image quality using a liquid crystal display element with a microlens or the like. In order to improve the illumination system, when the F value of the illumination system is set to approximately 2 to 3, the distance between the first array lens and the second array lens can be shortened to a distance of 30 mm or less, and the optical system can be downsized. Can be achieved.
Therefore, the projection type liquid crystal display device can be downsized to A4 file size. Further, even in an optical system using a polarizing beam splitter, it is possible to align with an array lens with accuracy by pasting, and it is possible to simultaneously realize downsizing of the entire device and improvement in performance such as brightness.
[0013]
Furthermore, when the cell size is about 0.18 ″ or less, it is possible to make 7 to 8 cells uniform on the liquid crystal display element when the shadow of the electrode wire crosses, and in this case, the right and left of the center of the optical axis Since the electrode wire is present on one side, the array lens must have a horizontal array or a vertical array of at least 12 to 14. Therefore, since the number of cells is approximately 240 cells or more, the shadow of the electrode wire within approximately 0.6 mm is required. Can be prevented from being reflected on the liquid crystal display element, uniform image quality can be obtained, and the above problem can be easily solved.
Further, by setting the video display device to be approximately A4 file size or less, it can be housed in an attache case or the like, and can be a small, high-quality and high-brightness video display device suitable for carrying.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a first projection type liquid crystal display device according to the present invention.
In FIG. 1, the projection type liquid crystal display device has a light source 1, and the light source 1 is a white lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a mercury xenon lamp, or a halogen lamp. The light source 1 includes at least one reflecting mirror 5 having a circular or polygonal exit aperture, and an electrode wire 28 having a diameter of 0.6 mm or less installed on one side of the lamp electrode in the reflecting mirror. The light emitted from 1 passes through the liquid crystal display element 2 which is a light valve element, travels toward the projection lens 3 and is projected onto the screen 4.
[0015]
The light emitted from the light bulb of the light source 1 is collected by an elliptical, parabolic or aspherical reflector 5 and enters the first array lens 6. After passing through the first array lens 6, the light passes through the second array lens 7 and enters the polarization beam splitter 8. This incident light is separated by the polarization beam splitter 8, the transmitted light is separated into P-polarized light, and the reflected light is separated into S-polarized light. The P-polarized light is separated by a λ / 2 phase difference plate 9 disposed on the exit side surface of the polarization beam splitter 8. The polarization direction is rotated by 90 ° and becomes S-polarized light, which is incident on the condenser lens 10. The S-polarized light is repeatedly reflected, emitted from the exit surface of the adjacent polarized beam splitter 8, and enters the condenser lens 10. The condenser lens 10 has at least one structure, has a positive refractive power, has a function of further condensing the S-polarized light, and the light passing through the condenser lens 10 irradiates the liquid crystal display element 2. To do. An incident polarizing plate 11 that transmits S-polarized light is disposed on the incident side of the liquid crystal display element 2.
[0016]
In the conventional projection type liquid crystal display device, the incident light polarizing plate 11, the liquid crystal display element 2 and the output side polarizing plate 12 are combined so that only one direction of polarized light is transmitted, so that the amount of transmitted light is halved. However, since the polarizing beam splitter 8 is used in this embodiment, the polarization direction of random polarized light emitted from the light source 1 is aligned and incident on the liquid crystal display element 2, so that ideally, the conventional projection type liquid crystal display device is used. Double brightness is obtained.
[0017]
In the present embodiment, the first array lens 6 and the second array lens 7 of the present invention have the same shape, and the horizontal dimension of one lens cell is the horizontal dimension of the liquid crystal display element 2. For example, when the rectangular diagonal dimension of the image display unit of the liquid crystal display element 2 is 0.9 ″, the rectangular diagonal dimension of one lens cell is approximately 0.17 ″. Further, the total number of lens cells constituting the first array lens 6 and the second array lens 7 is approximately 240 cells or more, and the lens focal length of this one lens cell is within 30 mm. Therefore, the downsizing of the optical system can be achieved. In addition, individual images of approximately 240 cells or more overlap the liquid crystal display element 2, and a uniform image quality can be obtained as compared with the conventional apparatus. Furthermore, since the cell size is 0.17 ″, even when the shadow of the electrode wire 28 crosses the cell, it is approximately 240 cells (approximately 16 × 15 cells) or more, so that the image quality can be made uniform. Therefore, in the projection type liquid crystal display device, it is possible to simultaneously realize downsizing of the entire device and performance improvement such as brightness.
[0018]
Further, the polarization beam splitter 8 of the present invention is thinner in the optical axis direction than the second array lens 7, shortens the optical total length, reduces the weight of the optical unit, and increases the F value of the illumination system. There is an effect to. Thereby, since the F value of the projection lens 3 can be increased by linking to the illumination system, the projection lens 3 can be made small and light.
The light that has passed through the liquid crystal display element 2 passes through the projection means 3 such as a zoom lens and reaches the screen 4. The image formed on the liquid crystal display element 2 by the projection means 3 is enlarged and projected on a screen to function as a display device.
[0019]
Next, specific examples of the present invention will be described.
FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of a projection type liquid crystal display device according to the present invention. The embodiment of FIG. 2 uses a total of three transmissive liquid crystal display elements 2 as liquid crystal light valves corresponding to the three primary colors R (red), G (green), and B (blue). A three-plate projection display device is shown. In this embodiment, light emitted from a lamp 13 such as an ultra-high pressure mercury lamp, which is a light source, is reflected by the parabolic reflecting mirror reflector 5 and then substantially the same as the emission opening of the parabolic reflecting mirror reflector 5. Consists of a plurality of condensing lenses provided in a rectangular frame of the same size, condenses the light emitted from the lamp unit 14, and enters the first array lens 6 for forming a plurality of secondary light source images Furthermore, it is composed of a plurality of condensing lenses, is arranged in the vicinity of the above-described plurality of secondary light source images, and forms individual lens images of the first array lens 6 on the liquid crystal display element 2. Passes through the second array lens 7. The emitted light is incident on a row of rhomboid prisms of approximately ½ size of each lens width arranged so as to match the pitch in the horizontal direction of each lens optical axis of the second array lens 7. The prism surface is provided with a polarizing beam splitter 8. The incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarizing beam splitter 8. The P-polarized light passes through the polarization beam splitter 8 as it is, and the polarization direction is rotated by 90 ° by the λ / 2 phase difference plate 9 provided on the exit surface of this prism, and is converted into S-polarized light and emitted. The On the other hand, the S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 8, reflected once again in the original optical axis direction in the adjacent rhomboid prism, and then emitted as S-polarized light. Thereafter, the light is condensed on the liquid crystal display element 2 by the condenser lens 10. On the way, the light emitted from the polarization beam splitter 8 is bent at 90 ° by the total reflection mirror 15 and is disposed at an angle of 45 ° with respect to the optical axis. B (blue) and G (green) reflection dichroic mirrors 16, R (red) light is transmitted and B and G light is reflected. The transmitted R light beam is bent by 90 ° by the R total reflection mirror 17, passes through the condenser lens 18 in front of the liquid crystal display element and the incident polarizing plate 11, and is composed of a counter electrode, liquid crystal, and the like. 2, and passes through an output polarizing plate 12 provided on the light output side of the liquid crystal display element 2.
[0020]
The liquid crystal display element 2 is provided with a number of liquid crystal display units corresponding to the pixels to be displayed (for example, three colors each having 800 horizontal pixels and 600 vertical pixels). Then, the polarization angle of each pixel of the liquid crystal display element 2 changes according to a signal driven from the outside, and finally the light having a direction that coincides with the polarization direction of the output polarizing plate 12 is emitted and becomes an orthogonal direction. Light is absorbed by the output polarizing plate 12. The amount of light passing through the polarizing plate and the amount absorbed by the polarizing plate are determined by the relationship between the polarization angle of the output polarizing plate 12 and the light having the polarized light at this halfway angle. In this way, an image according to a signal input from the outside is projected.
The R light beam emitted from the output polarizing plate 12 is reflected by the dichroic prism 19 having the function of reflecting the R light beam, enters the projection means 3 such as a zoom lens, and is projected on the screen.
[0021]
On the other hand, the B light and G light transmitted through the B and G transmissive dichroic prism 19 enter the G reflecting dichroic mirror 20, and the G light is reflected by this mirror, and the liquid crystal display element front condenser lens 18 and the incident polarizing plate 11 are reflected. It passes through, enters the liquid crystal display element 2, and passes through an output polarizing plate 12 provided on the light output side of the liquid crystal display element 2. The G light beam emitted from the output polarizing plate 12 is transmitted through the dichroic prism 19 having the function of transmitting the G light beam, is incident on the projection lens 3, and is projected on the screen.
The B light beam that has passed through the G reflecting dichroic mirror 20 passes through the relay lens 21, its optical path is bent by 90 ° by the total reflecting mirror 22, passes through the relay lens 21, and then passes through the relay lens 21. It is bent and passes through the condenser lens 18 in front of the liquid crystal display element and the incident polarizing plate 11, enters the liquid crystal display element 2, and passes through the output polarizing plate 12 provided on the light emission side of the liquid crystal display element 2. The B light emitted from the output polarizing plate 12 is reflected by the dichroic prism 19 having a function of reflecting the B light, then enters the projection lens 3 and is projected on the screen.
[0022]
As described above, the light beams corresponding to R, G, and B are separated and synthesized by the color separation unit and the color synthesis unit, and the image on the liquid crystal display element 2 corresponding to each of R, G, and B is enlarged by the projection lens 3. Then, an image of each color is synthesized on the screen and an enlarged real image is obtained. In the figure, they are arranged like a power supply circuit 24 and a video signal circuit 25 and have the effect of guiding heat generated by the light source 1 to the outside by the blower fan 26. Further, in this embodiment, since the light emitted from the random light source is aligned in one direction by the polarization combining means, the incident polarizing plate generates less heat.
[0023]
Further, the light source and the projection unit are arranged so that their optical axes are orthogonal to each other, and further, through a color separation / synthesis unit comprising the color separation unit, the liquid crystal display element, and the color synthesis unit. By arranging the power supply circuit 24 and the video signal circuit 25 as shown in the figure, the entire apparatus can be reduced in size.
In the present embodiment, the first array lens 6 and the second array lens 7 of the present invention have the same shape, and the horizontal dimension of one lens cell is the horizontal dimension of the liquid crystal display element 2. For example, when the rectangular diagonal dimension of the image display portion of the liquid crystal display element 2 is 0.9 ″, the ratio of the first array lens 6 and the second array lens 7 is approximately 1 / 5.3. The rectangular diagonal dimension of one lens cell is approximately 0.17 ″, the total number of lens cells constituting the first array lens 6 and the second array lens 7 is approximately 240 cells or more, The lens focal length of one lens cell of the one array lens 6 and the second array lens 7 is 30 mm or less, and the optical system can be downsized. In addition, individual images of approximately 240 cells or more overlap the liquid crystal display element 2, and a uniform image quality can be obtained as compared with the conventional apparatus. Further, since the cell size is 0.17 ″, even when the shadow of the electrode wire 28 crosses the cell, the image quality can be made uniform if it is approximately 240 cells (approximately 16 × 15 cells) or more. In the projection type liquid crystal display device, it is possible to simultaneously realize downsizing of the entire device and performance improvement such as brightness.
[0024]
Further, when trying to improve the uniformity of brightness and image quality using a liquid crystal display element with a microlens, etc., the F value of the illumination system has to be set to approximately 2 to 3; The distance between the first array lens and the second array lens of the invention can be shortened to a distance of 30 mm or less, and the optical system can be miniaturized.
[0025]
Furthermore, in the present invention, the polarization combining means is combined, and the thickness of the polarization beam splitter 8 as the polarization combining means is made thinner than that of the second array lens 7 (that is, the second array lens 7 is 2). In the case of about 0.5 ± 0.5 mm, the polarization beam splitter 8 should be 2 mm or less), so that the optical path length can be shortened, and the total reflection mirror 15 can be placed close to each other, and the set can be downsized. Become.
[0026]
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the illumination optical system includes a lamp unit 14, a first array lens 6, a second array lens 7, a polarization beam splitter 8, a λ / 2 phase difference plate 9, and a condenser lens 10. Means a light path before the light from the lamp 13 is separated into R, G, and B light. Further, the optical unit includes an illumination optical system, and further, the light from the illumination optical system is R, G, B using a B (blue), G (green) reflective dichroic mirror 16, a G reflective dichroic mirror 20, and the like. And the separated R, G, and B light incident on the respective liquid crystal display elements 2, reflect the R and B light, and transmit the G light. In some cases, the optical path to the projection means 3 through the prism 19 is indicated.
[0027]
FIG. 3 is a diagram showing a partial effect of the first embodiment according to the present invention.
FIG. 3 shows an illumination optical system of a projection-type liquid crystal display device. The light source 1 has a circular reflecting mirror 5 and the diameter installed on one side of the lamp electrode in the reflecting mirror 5 is substantially the same. The electrode wire 28 is within 0.6 mm.
The light emitted from the light bulb of the light source 1 is collected by an elliptical, parabolic or aspherical reflector 5 and enters the first array lens 6. After passing through the first array lens 6, the light passes through the second array lens 7 and enters the polarization beam splitter 8. The incident light is separated by the polarizing beam splitter 8 into the transmitted light is P-polarized light, and the reflected light is separated into S-polarized light. The P-polarized light is separated by the λ / 2 phase difference plate 9 disposed on the exit side surface of the polarizing beam splitter 8. The polarization direction is rotated by 90 ° and becomes S-polarized light, which is incident on the condenser lens 10. The S-polarized light is repeatedly reflected, emitted from the exit surface of the adjacent polarized beam splitter 8, and enters the condenser lens 10. The condenser lens 10 has at least one structure, has a positive refractive power, has a function of further condensing the S-polarized light, and the light passing through the condenser lens 10 irradiates the liquid crystal display element 2. To do.
[0028]
In FIG. 3, in this embodiment, the first array lens 6 and the second array lens 7 of the present invention have the same shape, and the lateral dimension of one lens cell is the liquid crystal display element 2. For example, when the rectangular diagonal dimension of the image display portion of the liquid crystal display element 2 is 0.9 ″, the first array lens 6 and the second array The rectangular diagonal dimension of one lens cell of the lens 7 is approximately 0.17 ″, and the total number of lens cells constituting the first array lens 6 and the second array lens 7 is 240 cells or more. (FIG. 3 is a schematic diagram) Since the lens focal length of one lens cell of the first array lens 6 and the second array lens 7 is within 30 mm, the optical system can be miniaturized. . Further, as shown by the dotted lines in FIG. 3, individual images of 240 cells or more are superimposed on the liquid crystal display element 2, and uniform image quality can be obtained as compared with the conventional apparatus. In addition, since the cell size is 0.17 ″, even if the shadow of the electrode wire 28 crosses the cell, if it is approximately 240 cells (approximately 16 × 15 cells) or more, there will be 8 rows from 7 on one side, 0.17 ″ cell size. Then, if six strip-shaped shadows having a width of approximately 0.6 mm are arranged, one cell size is obtained. Therefore, if there are at least six rows of cells on one side, the brightness caused by the shadow of the electrode wire 28 on the liquid crystal display element. Therefore, it is possible to make the image quality uniform by eliminating the unevenness of color. In this case, since the electrode wires exist on the left and right sides of the center of the optical axis, if the horizontal or vertical array of the array lens has a margin of 1 to 2 or more, at least 14 to 16 or more columns are required. Therefore, if the number of cells is approximately 240 cells or more, the shadow of the electrode wire within approximately 0.6 mm is reflected on the liquid crystal display element to be uniform as shown by the oblique lines in the figure, and the image quality is uniform in brightness and darkness. Is obtained.
Therefore, in the projection type liquid crystal display device, it is possible to simultaneously realize downsizing of the entire device and performance improvement such as brightness. Furthermore, since the first array lens 6 and the second array lens 7 have the same shape, only one type of mold can be used, and costs can be reduced.
[0029]
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment according to the present invention.
The polarizing beam splitter 8 in FIG. 4 has a configuration in which a polarizing beam splitter film that separates light P-polarized light and S-polarized light is attached to a glass plate material, which is bonded to a laminate and then sliced at 45 °. . For this reason, as shown in FIG. 4, it has a plate-like configuration in which several longitudinal rhombus prisms are arranged. This film deposition may be performed by mirror deposition of aluminum or silver every other surface. However, since this mirror portion has a role of reflecting S-polarized light, it is necessary to devise a method for preventing light from entering the prism optical path.
[0030]
For this reason, the polarizing beam splitter 8 of the present invention has an optical axis incident surface of the reflecting prism of the S-polarized light located at the center of the optical axis pitch of each lens of the second array lens 7, that is, the second array lens 7. The light shielding member 27 is added to the side surface, and when the unnecessary light is cut and absorbed and cut by the incident polarizing plate 11, there is an effect of preventing heat generated by energy conversion from light to heat. This light shielding member 27 is composed of a slit-like reflective film formed by deposition of silver or aluminum vapor deposited film, a frosted glass-like divergent film, a light-shielding metal seal, a heat-resistant seal, a metal plate with slits, or It consists of metal plating.
[0031]
In the plate-like configuration in which several polarization beam splitters 8 are arranged as described above, λ / 2 phase difference plates 9 are bonded every other row, and the separated P-polarized light is converted into S-polarized light. The light emitted from the polarization beam splitter 8 is aligned with the S-polarized light, or is reflected and emitted from the prism adjacent to the prism on which the separated S-polarized light is incident. It is also possible to align the light emitted from the polarization beam splitter 8 with P-polarized light.
[0032]
A plurality of rhombus prisms of the flat polarizing beam splitter 8 as described above are arranged in conformity with the pitch in the lateral arrangement direction of the optical axes of the lenses of the second array lens 7, and the second array is arranged. The lens 7 is divided into left and right or upper and lower halves of the second array lens 7 with a gap, for example, a gap h having a width of ½ of the optical axis pitch, at the center of the lens 7, and symmetric with respect to the center. Then, if the polarizing beam splitter 8 and another one of the same polarizing beam splitter 8 are bonded together with the optical axis as the center and inverted by 180 °, the light blocking member 27 provided on the second array lens 7 and the polarized light are polarized. The second array lens 7, the light shielding member 27, and the polarization beam splitter 8, which are difficult to manufacture, can be applied to the pitch in the horizontal arrangement direction of the beam splitter 8 with high accuracy. Fast-growing can be achieved.
[0033]
Conventionally, as shown in FIG. 4B, a symmetric flat plate-shaped polarizing beam splitter 8 is manufactured by a manufacturer, and the interface between the optical components of the polarizing beam splitter 8 and the second array lens 7 is an air layer. In this case, even if an antireflection film is applied to the interface, the light transmission efficiency is lowered. Therefore, the polarizing beam splitter 8 and the second array lens 7 are connected to the optical axis of each lens and the side of the polarizing beam splitter 8. It was the structure which matched and matched the pitch of the arrangement direction. At this time, a slit-shaped light shielding plate for cutting unnecessary light is arranged in front of the second array lens 7, that is, on the light source side, and unnecessary light components before being incident on the polarization beam splitter 8, the hatched portion in the figure. It was the structure which shields light. However, in this case, the light shielding member 27 is a structural member such as a metal plate provided with a slit, and the light shielding member has to be supported independently of the optical axis.
For this reason, due to the component accuracy error and the assembly accuracy error of the light shielding member 27, the necessary light may be shielded, and the number of components increases at the time of assembly.
[0034]
However, in the present invention, the polarizing beam splitter 8 is bonded to the second array lens 7 provided with the light shielding member 27 in a bilaterally symmetrical manner with the center as a boundary, and the light shielding member is formed by a vapor deposition film or the like. The incident surface of the prism can be shielded with almost no error, and the number of parts is small, and the assemblability is improved.
Further, according to the present invention, a symmetric flat plate-shaped polarizing beam splitter 8 as in the prior art is manufactured by a manufacturer, and then the two-stage processing step of bonding to the second array lens 7 is not performed. Since the polarizing beam splitter 8 is bonded to the second array lens 7 in a single step, the processing cost can be reduced.
[0035]
Further, since the conventional polarizing beam splitter 8 is integrated on the left and right, the bonding accuracy is stacked from the left end to the right end, and when it is bonded to the second array lens 7, it is divided into the center, and the right and left bonding accuracy errors, for example, ± 0.25 appears on both the left and right sides.
However, according to the present invention, since the polarization beam splitter 8 is bonded to the second array lens 7 provided with the left and right separate light blocking members 27, the accuracy error from the center is not accumulated, and the left polarization beam splitter is not accumulated. Since the center of the left side or the lens optical axis in the left half of the second array lens 7 having a large amount of light can be used as the center of the accuracy distribution, the number 8 is a combination of ± 0.125. It can be suppressed to accuracy error. Similarly, when the right polarization beam splitter 8 is bonded to the second array lens 7, there is also an effect that the bonding accuracy error can be halved in the same manner as the above left side. As a result, the positional deviation of the optical axis due to the bonding error of the polarization beam splitter 8 having a width of ½ the lens optical axis pitch of the second lens array 7 is reduced, and the incident light from the second array lens 7 is converted into the polarized beam. The amount of vignetting is reduced by the splitter 8. As a result, the light transmission efficiency is improved, and the brightness performance can be improved.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the projection-type image display apparatus of the present invention can achieve a downsized optical system, and has an effect that the entire apparatus can be downsized to an A4 file size or less. In addition, in an optical system using a polarizing beam splitter, it is possible to perform alignment with an array lens with high accuracy, and performance improvement such as brightness can be realized simultaneously with downsizing of the entire apparatus.
Furthermore, when the cell size is about 0.18 ″ or less and the number of cells is about 240 cells or more, the shadow of the electrode wire can be prevented from being reflected on the liquid crystal display element, and uniform image quality can be obtained.
Moreover, in the structure which provides a light-shielding member, unnecessary light is cut by this and heat generation can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the effect of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Image display element, 3 ... Projection lens, 5 ... Reflector, 6 ... 1st array lens, 7 ... 2nd array lens, 8 ... Polarizing beam splitter, 9 ... (lambda) / 2 phase difference plate, DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Condenser lens, 11 ... Incident polarizing plate, 12 ... Output polarizing plate, 27 ... Light-shielding member, 28 ... Electrode wire.

Claims (10)

光を出射する光源と、前記光源からの光を映像信号に応じた光学像が形成される映像表示素子と、前記映像表示素子からの光を投射する投射手段とを有する光学ユニットであって、
矩形ないし円形ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも1つの反射面鏡と、
前記反射面鏡内であって、ランプ電極に設置された電極ワイヤを有する光源と、
矩形形状である複数のセルを有し、少なくとも1つの前記セルに前記電極ワイヤの影が横切り、前記光源からの光を前記複数のセルが各々集光して複数の2次光源像を形成し、前記出射開口と略同等サイズである第一のアレイレンズと、
矩形形状である複数のセルを有し、前記複数の2次光源像が形成される近傍に配置され、前記複数の2次光源像を前記映像表示素子に結像させる第二のアレイレンズとを有し、
前記第一のアレイレンズの1つのセルの横幅の値は、前記電極ワイヤの帯状の影幅の値と前記第一のアレイレンズの縦方向の半分の配列数とを掛けた値よりも小であること、又は前記第一のアレイレンズの1つのセルの縦幅の値は、前記電極ワイヤの帯状の影幅の値と前記第一のアレイレンズの横方向の半分の配列数とを掛けた値よりも小であることを特徴とする光学ユニット。
An optical unit comprising a light source for emitting light, and the image display device in which an optical image is formed the light from the light source according to a video signal, and a projection means for projecting light from said image display element,
At least one reflecting mirror having a rectangular, circular or polygonal exit aperture;
A said reflecting plane mirror, a light source having an electrode wire located in the lamp electrodes,
A plurality of cells having a rectangular shape, the shadow of the electrode wire traverses at least one of the cells, and the plurality of cells each collect light from the light source to form a plurality of secondary light source images; A first array lens that is approximately the same size as the exit aperture ;
A second array lens having a plurality of cells having a rectangular shape and disposed in the vicinity of the plurality of secondary light source images to form the plurality of secondary light source images on the video display element ; Have
The horizontal width value of one cell of the first array lens is smaller than the value obtained by multiplying the value of the band-like shadow width of the electrode wire by the number of arrays in the vertical direction of the first array lens. Or the vertical width value of one cell of the first array lens is multiplied by the band-like shadow width value of the electrode wire and the arrangement number of the half in the horizontal direction of the first array lens. An optical unit characterized by being smaller than the value .
少なくとも、前記第一のアレイレンズの1つのレンズセルの対角寸法または縦寸法または横寸法が、前記映像表示素子の対角寸法または縦寸法または横寸法のどれか1つの寸法とが1/4.5以上の比率とすることを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。  At least a diagonal dimension, a vertical dimension, or a horizontal dimension of one lens cell of the first array lens is ¼ of a diagonal dimension, a vertical dimension, or a horizontal dimension of the image display element. The optical unit according to claim 1, wherein the ratio is equal to or greater than .5. 前記映像表示素子の映像表示部の対角寸法が0.7インチあるいは0.9インチあるいは1.3インチであり、少なくとも、前記第一のアレイレンズの1つのセル対角寸法が、0.18インチ以下とすることを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。The diagonal dimension of the video display portion of the video display element is 0.7 inches, 0.9 inches, or 1.3 inches, and at least the diagonal dimension of one cell of the first array lens is 0.18 inches or less. The optical unit according to claim 1. 前記第一のアレイレンズおよび、または第二のアレイレンズの1つのセルの対角寸法が、0.18インチ以下とすることを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。The optical unit according to claim 1, wherein a diagonal dimension of one cell of the first array lens and / or the second array lens is 0.18 inches or less. 前記第一のアレイレンズと第二のアレイレンズの少なくとも何れか一方を構成するセルの総数が、240セル以上とすることを特徴とする請求項1に記載の光学ユニット。The optical unit according to claim 1, wherein the total number of cells constituting at least one of the first array lens and the second array lens is 240 cells or more. 光を放射する光源と、該光源の出射光を映像信号に応じた光学像が形成されるライトバルブ手段である映像表示素子と、該映像表示素子から出射した光を投射する投射手段と、該投射手段からの投射光を表示する表示手段とで構成される投射型表示装置であって、
矩形ないし円形ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも1つの反射面鏡と、
前記反射面鏡内であって、ランプ電極に設置された電極ワイヤを有する光源と、
矩形形状である複数のセルを有し、少なくとも1つの前記セルに前記電極ワイヤの影が横切り、前記光源からの光を前記複数のセルが各々集光して複数の2次光源像を形成し、前記出射開口と略同等サイズである第一のアレイレンズと、
矩形形状である複数のセルを有し、前記複数の2次光源像が形成される近傍に配置され、前記複数の2次光源像を前記映像表示素子に結像させる第二のアレイレンズとを有し、
前記第一のアレイレンズの1つのセルの横幅の値は、前記電極ワイヤの帯状の影幅の値と前記第一のアレイレンズの縦方向の半分の配列数とを掛けた値よりも小であること、又は前記第一のアレイレンズの1つのセルの縦幅の値は、前記電極ワイヤの帯状の影幅の値と前記第一のアレイレンズの横方向の半分の配列数とを掛けた値よりも小であることを特徴とする投射型表示装置。
A light source that emits light, a video display element that is a light valve means for forming an optical image according to a video signal from the light emitted from the light source, a projection means that projects light emitted from the video display element, A projection type display device comprising display means for displaying the projection light from the projection means,
At least one reflecting mirror having a rectangular, circular or polygonal exit aperture;
A said reflecting plane mirror, a light source having an electrode wire located in the lamp electrodes,
A plurality of cells having a rectangular shape, the shadow of the electrode wire traverses at least one of the cells, and the plurality of cells each collect light from the light source to form a plurality of secondary light source images; A first array lens that is approximately the same size as the exit aperture ;
A second array lens having a plurality of cells having a rectangular shape and disposed in the vicinity of the plurality of secondary light source images to form the plurality of secondary light source images on the video display element ; Have
The width of one cell of the first array lens is smaller than the value obtained by multiplying the value of the band-like shadow width of the electrode wire by the number of arrays in the longitudinal direction of the first array lens. Or the vertical width value of one cell of the first array lens is multiplied by the band-like shadow width value of the electrode wire and the arrangement number of the half in the horizontal direction of the first array lens. A projection type display device characterized by being smaller than the value .
少なくとも、前記第一のアレイレンズの1つのレンズセルの対角寸法または縦寸法または横寸法が、前記映像表示素子の対角寸法または縦寸法または横寸法のどれか1つの寸法とが1/4.5以上の比率とすることを特徴とする請求項6に記載の投射型表示装置。  At least a diagonal dimension, a vertical dimension, or a horizontal dimension of one lens cell of the first array lens is ¼ of a diagonal dimension, a vertical dimension, or a horizontal dimension of the image display element. The projection display device according to claim 6, wherein the ratio is 0.5 or more. 前記映像表示素子の映像表示部の対角寸法が0.7インチあるいは0.9インチあるいは1.3インチであり、少なくとも、前記第一のアレイレンズの1つのセル対角寸法が、0.18インチ以下とすることを特徴とする請求項6に記載の投射型表示装置。The diagonal dimension of the video display portion of the video display element is 0.7 inches, 0.9 inches, or 1.3 inches, and at least the diagonal dimension of one cell of the first array lens is 0.18 inches or less. The projection display device according to claim 6. 前記第一のアレイレンズおよび、または第二のアレイレンズの1つのセルの対角寸法が、0.18インチ以下とすることを特徴とする請求項6に記載の投射型表示装置。The projection type display device according to claim 6, wherein a diagonal dimension of one cell of the first array lens and / or the second array lens is 0.18 inches or less. 前記第一のアレイレンズと第二のアレイレンズの少なくとも何れか一方を構成するセルの総数が、240セル以上とすることを特徴とする請求項6に記載の投射型表示装置。The projection display device according to claim 6, wherein the total number of cells constituting at least one of the first array lens and the second array lens is 240 cells or more.
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