JP4111580B2

JP4111580B2 - Display optical system

Info

Publication number: JP4111580B2
Application number: JP04794298A
Authority: JP
Inventors: 宏太郎林; 賢治金野; 俊太瀧本; 靖昌澤井; 滋澤村
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JPH11249069A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型表示パネルを用いた表示光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、透過型ＬＣＤ（Liquid Crystal Display，液晶表示）よりも表示効率の高い反射型ＬＣＤが注目されている。この反射型ＬＣＤは、反射型表示パネルとして、その表面に入射した照明光を、入射角と逆符号でほぼ同じ角度の反射角で反射し、いわゆる正反射の投影光として射出させる働きを持つ。従来より、この反射型ＬＣＤを用いた表示光学系として、その表面に対してほぼ垂直方向から照明し、垂直方向に投影光が射出するようにして、この投影光を投影光学系に通過させる事により、像を形成するものが提案されている。
【０００３】
その表示光学系の従来例の構成を図７に示す。同図において、２１は光源、２２は光源２１に連結され、光源２１からの光を反射して集光するリフレクター、２３はリフレクター２２の前部に配設され、後述の反射型ＬＣＤを効率よく、ムラなく照明するための照明光学系、２４は偏光ビームスプリッタ、２５は反射型ＬＣＤ、２６は投影光学系、２７はスクリーンである。
【０００４】
同図に示すように、光源２１及びリフレクター２２から出た照明光は、照明光学系２３を通過して偏光ビームスプリッタ２４に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ２４によりＳ偏光の光束のみ反射され、これが反射型ＬＣＤ２５の表面に垂直に入射する。垂直に入射した照明光は、反射型ＬＣＤ２５により画素ごとに選択的にＰ偏光に変換されて正反射される。反射型ＬＣＤ２５から垂直に正反射されたこの投影光は、Ｐ偏光のみ偏光ビームスプリッタ２４を通過して、投影光学系２６によってスクリーン２７に結像する。
【０００５】
また、別の反射型表示パネルとして、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）が注目されている。これは、表面が複数の画素に分割され、その画素ごとに例えば正方形の微小なミラー（マイクロミラー）を持ち、このマイクロミラーが画素の２つの対角を支点に回動して、画素ごとに±１０゜傾くものである。そして、例えば＋１０゜傾いた状態をＯＮとし、−１０゜傾いた状態をＯＦＦとする。
【０００６】
図８は、ＤＭＤのマイクロミラーの反射イメージを示す斜視図である。同図において、３１は反射型表示パネルとしてのＤＭＤ、実線で示す３２はＤＭＤ３１の或１つの画素におけるマイクロミラーでＯＮの状態、破線で示す３２′はそのＯＦＦの状態、３３はＤＭＤ３１の上方に配設され、ＤＭＤ３１からの後述する投影光を通過させて画像を形成する投影光学系である。
【０００７】
同図に示すように、マイクロミラー３２の回動の支軸ａｂは、矢印ｅの如く、ＤＭＤ３１の成す長方形の短辺ｃ或いは長辺ｄに対して４５゜の方向である。このＤＭＤ３１を用いた表示光学系は、回動の支軸ａｂに対して垂直な断面、即ち矢印ｆの如く短辺ｃ或いは長辺ｄに対して別の４５゜を成す面内において、照明光ＡがＤＭＤ３１表面に対する入射角２０゜で入射するように図示しない照明光学装置を構成する。
【０００８】
この照明光Ａが、ＯＮの状態であるマイクロミラー３２に反射されると、ＤＭＤ３１表面に対する反射角０゜の投影光Ｂとなり、ＯＦＦの状態であるマイクロミラー３２′に反射されると、ＤＭＤ３１表面に対する反射角−４０゜の投影光Ｂ′となる。そして、投影光学系３３は、反射角０゜の光束である投影光Ｂのみを用いて画像を形成する。
【０００９】
尚、入射角と反射角との和は、入射−反射角特性と呼称し、上記のように符号付きでそれぞれ表現した入射角，反射角に対して、「入射角＋反射角」で定義する。そして、上記反射型ＬＣＤのように正反射特性を示すパネルは入射角＋反射角＝０゜であり、上記ＤＭＤでマイクロミラーがＯＮの画素では、マイクロミラーの回動の支軸に対して垂直な断面内において入射角＋反射角＝２０゜である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射型ＬＣＤは、垂直に入射した照明光を垂直に反射するという正反射特性を持っているため、上記の図７に示したような構成では、照明光と投影光とがほぼ同じ光路を逆に通るため、照明光の光路と投影光の光路とを分離するためのもの、例えば上述の偏光ビームスプリッタのようなものが必要となり、大きなガラスブロックや多層の薄膜処理を採用しなければならず、コストアップとなる。
【００１１】
また、偏光ビームスプリッタは、反射型ＬＣＤからの反射光（投影光）の偏光面の向きにより、通過させる光束をより分けるが、ガラスブロック内の均質ムラにより偏光面の乱れが生じ、不用な光線成分を通過させて、コントラストの低下を招いてしまう事がある。この、照明光の光路と投影光の光路との分離を容易にするためには、反射型ＬＣＤの表面に対して斜め方向から照明すれば良い。ところが、その場合は正反射特性により、投影光は逆の斜め方向に射出する事となるが、斜め方向に射出した投影光に基づいて、反射型ＬＣＤと共役で良好な像を形成する投影光学系を構成する事は、非常に困難である。
【００１２】
これに対してＤＭＤは、そのパネルの短辺或いは長辺から４５゜を成す面内において、入射角２０゜の照明光をその表面に入射させれば、パネルに対して垂直な反射光が得られるので、照明光の光路と投影光の光路とを分離する事ができ、上記反射型ＬＣＤを使用した場合における問題を解決する事ができるが、ＤＭＤのパネル全面において、そのパネルの短辺或いは長辺から４５゜を成す面内で照明光を入射させ、パネルに対して垂直な反射光を得るという構成は同じであるので、投影光学系をテレセントリック状態にする等の、所定の条件を満たさなければならない。
【００１３】
こうした条件を取り除くために、ＤＭＤを使用した表示光学系において、照明光学系を工夫し、投影光学系を非テレセントリック光学系としたものが提案されている。図９に、そのＤＭＤを使用した表示光学系の従来例の構成を縦断面図で示す。同図において、４１は光源、４２は光源４１を取り囲むように配置される例えば放物面形状をしたリフレクター、４３はリフレクター４２の斜め下方に配設される照明光学系、４４はその先に配設されるＤＭＤである。また、ＤＭＤ４４の上方に配設される４５は投影光学系である。
【００１４】
同図に示すように、光源４１からの直接光及びリフレクター４２の反射光が混在した照明光は、照明光学系４３を通過し、ＤＭＤ４４に入射する。ＤＭＤ４４に入射した照明光は、所定の入射−反射角特性で反射されて、投影光として投影光学系４５に入射する。しかし、このような構成では、ＤＭＤのパネル全面で入射−反射角特性が同じであるので、照明光学系が大きくなり、また、大幅にテレセントリック状態から外れた投影光学系を使用する事はできない等の問題がある。
【００１５】
即ち、同図においては、投影光学系４５に非テレセントリック光学系を用いているが、ＤＭＤ４４の入射−反射角特性から、照明，投影の構成が可能な領域は、同図に示すイの領域のみであり、ここに反射型表示パネルとしてのＤＭＤ４４を配置しなくてはならない。このとき、パネル中心が投影光学系光軸から外れた位置にあり、投影光学系４５の性能が良好であるロの領域の内、イの領域以外の残りの部分は利用する事ができず、投影光学系４５として画角の広いものを準備しても、同図に示すような狭い投影画角しか得る事ができない。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑み、大幅にテレセントリック状態から外れた投影光学系を使用可能とし、且つ小型の照明光学系を達成し、反射型表示パネルを用いた、コンパクトで低コストの表示光学系を提供する事を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、反射型表示パネルと、該反射型表示パネルに照明光を照明する照明光学装置とを有し、
前記反射型表示パネルは、表面を複数の画素に分割され、該表面に入射した前記照明光を、前記画素ごとに選択的に第１或いは第２の偏光特性を持つ投影光として反射する反射型液晶表示パネルであって、
前記第２の所定の偏光特性を持つ投影光のみを通過させて画像を形成する投影光学装置を備えた表示光学系において、
前記照明光学装置が前記照明光で前記反射型表示パネルに対して斜め方向から照明することにより、照明光の光路と投影光の光路とを分離する構成になっており、前記照明光の前記反射型表示パネルに対する入射角と、前記投影光の該反射型表示パネルに対する反射角とが、対応する前記反射型表示パネルの領域によって異なるように入射−反射角特性を変換するコンデンサーレンズを該反射型表示パネルの直前に設け、前記反射型表示パネルの法線は前記投影光学装置の光軸に対して前記照明光が入射してくる方向に向かって若干傾いており、前記投影光学装置の光軸上にほぼ前記反射型表示パネル中心があり、前記コンデンサーレンズの光軸は前記投影光学装置の光軸に対して偏心していて、該偏心方向への前記反射型表示パネルの像高をＨとした時、前記コンデンサーレンズの光軸は、前記投影光学装置の光軸に対して前記照明光が入射してくる方向に０．５Ｈ乃至２．０Ｈ偏心している構成とする。
【００１８】
前記反射型表示パネルが反射型液晶表示パネルの場合、前記照明光学装置から出た、所定の偏光面に制限された光束が、前記反射型表示パネルにより各画素ごとに選択的に偏光面を９０゜回転させされ、或いは回転させられないまま反射されて、前記投影光学装置に入射する。その投影光学装置においては、偏光面が９０゜回転した光線のみ通過し、画像を形成する構成とする事ができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明では、反射型表示パネルと、該反射型表示パネルに照明光を照明する照明光学装置とを有し、前記反射型表示パネルは、表面を複数の画素に分割され、該表面に入射した前記照明光を、前記画素ごとに選択的に第１或いは第２の反射角特性を持つ投影光として反射するＤＭＤであって、前記第２の所定の反射角の方向に反射された投影光のみを通過させて画像を形成する投影光学装置を備えた表示光学系において、前記照明光学装置が前記照明光で前記反射型表示パネルに対して斜め方向から照明することにより、照明光の光路と投影光の光路とを分離する構成になっており、前記照明光の前記反射型表示パネルに対する入射角と、前記投影光の該反射型表示パネルに対する反射角とが、対応する前記反射型表示パネルの領域によって異なるように入射−反射角特性を変換するコンデンサーレンズを該反射型表示パネルの直前に設け、前記反射型表示パネルの法線は前記投影光学装置の光軸に対して前記照明光が入射してくる方向に向かって若干傾いており、前記投影光学装置の光軸上にほぼ前記反射型表示パネル中心があり、前記コンデンサーレンズの光軸は前記投影光学装置の光軸に対して偏心していて、該偏心方向への前記反射型表示パネルの像高をＨとした時、前記コンデンサーレンズの光軸は、前記投影光学装置の光軸に対して前記照明光が入射してくる方向に０．５Ｈ乃至２．０Ｈ偏心している構成とする。
前記反射型表示パネルがＤＭＤ（ Digital Micromirror Device ）の場合、その表面が複数の画素に分割され、その画素ごとに例えば正方形の微小なミラー（マイクロミラー）を持ち、このマイクロミラーが画素の２つの対角を支点に回動して、画素ごとに±１０゜傾く。例えば＋１０゜傾いた状態をＯＮとし、−１０゜傾いた状態をＯＦＦとして、ＯＮの状態であるマイクロミラーに照明光が反射されると、ＤＭＤ表面に対する反射角０゜の投影光となり、ＯＦＦの状態であるマイクロミラーに照明光が反射されると、ＤＭＤ表面に対する反射角−４０゜の投影光となって、投影光学装置は反射角０゜の光束である投影光のみを用いて画像を形成する構成とする事ができる。
【００２０】
また、前記反射型表示パネルは、その法線が前記投影光学装置の光軸に対し、２゜乃至８゜の範囲内で傾いている構成とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の全体構成図である。同図において、１は光源、２は光源１を取り囲むように配置され、光源１からの光をほぼ平行にする例えば放物面形状をしたリフレクター、３はリフレクター２の斜め下方に配設され、後述の反射型ＬＣＤパネルを効率よく、ムラなく照明するための照明光学系、４はその斜め下方に配設された照明側偏光板、更にその先に４に対して斜め向きに配設される５″は反射角変換光学系としての偏心したコンデンサーレンズ、その下方に配設される６は反射型表示パネルとしての反射型ＬＣＤパネルである。
【００２２】
また、コンデンサーレンズ５″の上方に配設される７は投影側偏光板、その上部の８′は投影光学系、更にその上方に配設される９はスクリーンである。尚、１０は投影光学系８に設けられた絞りである。また、上記１〜４までの構成を特許請求の範囲で言うところの照明光学装置、７，８′（或いは後述する８）の構成を同じく投影光学装置と呼ぶ。但し、後述の第２の実施形態においては、ＤＭＤを使用する事より、照明側偏光板４，投影側偏光板７に該当するものは設けられていない。
【００２３】
同図に示すように、光源１からの直接光及びリフレクター２の反射光が混在した照明光は、照明光学系３を通過し、更に照明側偏光板４を通過して光束を所定の偏光面に制限された上で、コンデンサーレンズ５″に入射する。ここでの光の挙動は後に示す図２で詳述する。コンデンサーレンズ５″を通過した照明光は、反射型ＬＣＤパネル６により各画素ごとに選択的に偏光面を９０゜回転させられ、或いは回転させられないまま反射されて、再びコンデンサーレンズ５″を経て投影側偏光板７に入射する。投影側偏光板７においては、反射型ＬＣＤパネル６からの反射光（投影光）の内、偏光面が９０゜回転した光線のみ通過する。投影側偏光板７を通過した投影光は、非テレセントリックな光学系である投影光学系８′によってスクリーン９に結像する。
【００２４】
尚、照明光学系３は、図１においては凸レンズ１枚のみで示しているが、レンズアレイを用いたインテグレータや、液晶に必要な所定の偏光面の光束以外の光束を捨てずに所定の偏光面に変換させて照明に利用する偏光変換光学系等を使ったものにすると、より効率よく、ムラなく照明する事ができる。
【００２５】
上述したように、本実施形態においては、反射角変換光学系として、偏心したコンデンサーレンズ５″を反射型ＬＣＤパネル６の直前に配置している。偏心したコンデンサーレンズ５″の光軸は一点鎖線αで示している。この場合、コンデンサーレンズ５″の偏心量は、反射型表示パネル６のコンデンサーレンズ５″の偏心方向への像高をＨとしたとき、コンデンサーレンズ５″のレンズ光軸αが投影光学系８′のレンズ光軸βから０．５Ｈ〜２．０Ｈ偏心しているものである事が望ましい。
【００２６】
０．５Ｈ以下であると、偏心量が少ないため、広画角の光学系において全域で良好に照明する事ができず、ほぼテレセントリックな光学系が必要となる。特に、背面投影型プロジェクタでは、非常に広画角な投影光学系を必要とし、０．８Ｈ以上が望ましい。２．０Ｈ以上であると、偏心量が多いため、コンデンサーレンズ５″の最も端のところでは、曲率が強すぎて非点格差が大きくなりすぎ、良好な像性能が得られない。さらに、投影光学系８′を非テレセントリックにし、コンパクトな構成を得るためには、コンデンサーレンズ５″の焦点距離が２０Ｈ〜６Ｈにあるのが望ましい。
【００２７】
また、本実施形態では、照明光学系３は平行光を形成するのではなく、発散型の光束を形成する。上述のように、投影光学系８′は非テレセントリック光学系であるので、比較的レンズ径が小さく、レンズ枚数も少なくなっている。また、偏心したコンデンサーレンズ５″による像面の傾きを補正するため、反射型ＬＣＤパネル６は投影光学系８′のレンズ光軸β方向に対して、垂直より若干傾いている。この傾きは、小さすぎると像面の傾きを補正しきれず、大きすぎると大きな歪曲が発生するため、２゜＜｜傾き角度｜＜８゜が望ましい。
【００２８】
図２は、コンデンサーレンズ５″及び反射型ＬＣＤパネル６の光路イメージ図である。同図の右上からの照明光は、偏心したコンデンサーレンズ５″を通過してＬＣＤパネル６の例えば中央部Ｐ，左部Ｐ′，右部Ｐ″に入射し、反射されて再度コンデンサーレンズ５″を逆に通過して、同図の上方へと上記投影光学系８′に向かう。同図に示すように、反射型ＬＣＤパネル６の中央部Ｐにおいては、表面に対して入射角２１．９゜，反射角−５．０゜で、偏心したコンデンサーレンズ５″に照明光Ａ，投影光Ｂが出入りする。このとき、入射角＋反射角は１６．９゜である。
【００２９】
同図の反射型ＬＣＤパネル６の左部Ｐ′においては、表面に対して入射角２５．２゜，反射角１．７゜で、偏心したコンデンサーレンズ５″に照明光Ａ′，投影光Ｂ′が出入りする。このとき、入射角＋反射角は２６．９゜である。本実施形態のように、反射型表示パネル６の表示領域に応じて入射−反射角特性を変える事で、投影光学系８′を非テレセントリック光学系とする事が可能となり、レンズ系を小さくし、レンズ枚数を少なくして、コストダウンを図る事ができる。
【００３０】
以下に、本実施形態における投影光学系のコンストラクションデータを示す。データ中で＊印をつけた面は非球面であり、非球面係数及び非球面を表す式も続いて示している。また、偏心したレンズの偏心量や位置等も別途示している。光学系の構成要素の位置関係は、図１に示すように、紙面に平行で投影光学系８′の光軸方向であるＸ軸と、それと直角を成すＹ軸及び紙面に垂直のＺ軸が示す３次元座標により表される。これは、後述する構成図である図４においても同様である。
【００３１】
尚、第１１面（r11），第１２面（r12）を持つレンズが偏心したコンデンサーレンズ５″である。本実施形態では、コンデンサーレンズ５″の偏心方向は反射型ＬＣＤパネル６の短辺方向であり、Ｈ＝１１である。また、本実施形態の如く、投影光学系と反射角変換光学系を合わせて考えると、偏心したレンズを含む光学系とみなせる場合、投影光学系の一部のレンズ、即ち本実施形態では第８面（r8），第９面（r9）を持つレンズも若干偏心させる事で、より良好な性能を得る事ができる。
【００３２】
また、図３にこの投影光学系の収差図を示す。同図の球面収差図において、実線（ｄ）はｄ線における球面収差を表し、破線（ｓｃ）は正弦条件を表している。また、非点収差図において、実線（ＤＳ）と破線（ＤＭ）は、それぞれサジタル光束とメリディオナル光束の非点収差を表している。
【００３３】

【００３４】
〔第４面（r4）の非球面係数〕
ε= 0.016404
A= 0.647162×10^-5
B=-0.293621×10^-8
C= 0.141308×10^-10
D=-0.167644×10^-13
【００３５】
〔非球面を表す式〕

この式において、
ｒ＝（ｙ²＋ｚ²）^1/2
ε：２次曲面パラメータ
ｃ：曲率（曲率半径ｃｒの逆数）
【００３６】
〔第８面（r8）の平行偏心〕
0.301943
〔第８面（r8）の傾き偏心〕
0.623887゜
【００３７】
〔第１１面（r11）の面頂点位置，絞り面基準〕
84.679785
〔第１１面（r11）の平行偏心〕
16.324282=1.48H
【００３８】
〔像面(LCDパネル6)の傾き偏心〕
-5.467717゜
〔像面(LCDパネル6)の面頂点位置，第１０面基準〕
80.870644
【００３９】
図４は、本発明の第２の実施形態の全体構成図である。同図において、１は光源、２は光源１を取り囲むように配置され、光源１からの光をほぼ平行にする例えば放物面形状をしたリフレクター、３はリフレクター２の斜め下方に配設され、後述のＤＭＤを効率よく、ムラなく照明するための照明光学系、その先に３に対して斜め向きに配設される５″は反射角変換光学系としての偏心したコンデンサーレンズ、その下方に配設される６′は反射型表示パネルとしてのＤＭＤである。また、コンデンサーレンズ５″の上方に配設される８は投影光学系、さらにその上方に配設される９はスクリーンである。尚、１０は投影光学系８に設けられた絞りである。
【００４０】
同図に示すように、光源１からの直接光及びリフレクター２の反射光が混在した照明光は、照明光学系３を通過し、コンデンサーレンズ５″に入射する。ここでの光の挙動は後に示す図５で詳述する。コンデンサーレンズ５″を通過した照明光は、ＤＭＤ６′により各画素ごとに選択的に所定の入射−反射角特性で反射されて、再びコンデンサーレンズ５″を経て、特定の入射−反射角特性の反射光（投影光）のみ非テレセントリックな光学系である投影光学系８を通過し、スクリーン９に結像する。
【００４１】
上述したように、本実施形態においては、反射角変換光学系として、偏心したコンデンサーレンズ５″をＤＭＤ６′の直前に配置している。偏心したコンデンサーレンズ５″の光軸は一点鎖線αで示している。この場合、コンデンサーレンズ５″の偏心量は、ＤＭＤ６′のコンデンサーレンズ５″の偏心方向への像高をＨとしたとき、コンデンサーレンズ５″のレンズ光軸αが投影光学系８のレンズ光軸βから０．５Ｈ〜２．０Ｈ偏心しているものである事が望ましい。
【００４２】
０．５Ｈ以下であると、偏心量が少ないため、広画角の光学系において全域で良好に照明する事ができず、ほぼテレセントリックな光学系が必要となる。２．０Ｈ以上であると、偏心量が多いため、コンデンサーレンズ５″の最も端のところでは、曲率が強すぎて非点格差が大きくなりすぎ、良好な像性能が得られない。さらに、投影光学系８を非テレセントリックにし、コンパクトな構成を得るためには、コンデンサーレンズ５″の焦点距離が２０Ｈ〜６Ｈにあるのが望ましい。
【００４３】
図５は、コンデンサーレンズ５″及びＤＭＤ６′の光路イメージ図である。同図の右上からの照明光は、偏心したコンデンサーレンズ５″を通過してＤＭＤ６′の例えば中央部Ｐ，左部Ｐ′，右部Ｐ″に入射し、反射されて再度コンデンサーレンズ５″を逆に通過して、同図の上方へと上記投影光学系８に向かう。同図に示すように、ＤＭＤ６′の右部Ｐ″においては、表面に対して入射角３４゜，反射角−２２゜で、偏心したコンデンサーレンズ５″に照明光Ａ″，投影光Ｂ″が出入りする。このとき、入射角＋反射角は１２゜である。
【００４４】
ここではコンデンサーレンズ５″の光軸α付近を光線が通過するため、光線がコンデンサーレンズ５″により大きく曲げられる事はない。尚、反射型表示パネルとしてのＤＭＤは、上記従来の技術で示したように、表示ＯＮの画素に対しては、表面への入射角２０゜の照明光を垂直に反射する。即ち、反射角＝２０−入射角である。ちなみにＤＭＤ６′表面直接の入射角は４１．９゜、反射角は−２１．９゜である。
【００４５】
また、ＤＭＤ６′の左部Ｐ′においては、表面に対して入射角３４．５゜，反射角１５．６゜で、偏心したコンデンサーレンズ５″に照明光Ａ′，投影光Ｂ′が出入りする。このとき、入射角＋反射角は５０．１゜である。ここではコンデンサーレンズ５″の端を光線が通過するため、光線がコンデンサーレンズ５″により大きく曲げられる。この結果、ＤＭＤ本来の入射−反射角特性とは大きく変わったものとなる。ちなみにＤＭＤ６′表面直接の入射角は１８．４゜、反射角は１．６゜である。尚、中央部Ｐにおいては照明光Ａ，投影光Ｂが出入りする。
【００４６】
このように、偏心したコンデンサーレンズを用いる事により、上記従来例において図９で示したような、狭い投影画角しか得られなくて投影光学系のイメージ領域の一部しか使えないという事はなく、投影光学系のイメージ領域を全域利用する事ができるので、小型で広画角な投影光学系を構成する事が可能となる。
【００４７】
以下に、本実施形態における投影光学系のコンストラクションデータを示す。本実施形態での偏心方向への像高は、Ｈ＝１８．４である。データ中で＊印をつけた面は非球面であり、非球面係数も続いて示している。また、偏心したレンズの偏心量や位置等も別途示している。非球面の式は、第１の実施形態で示したものと同じである。光学系の構成要素の位置関係は、図４に示すように、紙面に平行で投影光学系８の光軸方向であるＸ軸と、それと直角を成すＹ軸及び紙面に垂直のＺ軸が示す３次元座標により表される。
【００４８】
尚、第１０面（r10），第１１面（r11）を持つレンズが偏心したコンデンサーレンズ５″である。また、図６にこの投影光学系の収差図を示す。同図の球面収差図において、実線（ｄ）はｄ線における球面収差を表し、破線（ｓｃ）は正弦条件を表している。また、非点収差図において、実線（ＤＳ）と破線（ＤＭ）は、それぞれサジタル光束とメリディオナル光束の非点収差を表している。
【００４９】

【００５０】
〔第４面（r4）の非球面係数〕
ε= 0.2244
A= 2.40543×10^-5
B=-1.11726×10^-7
C= 4.58245×10^-10
D=-6.78252×10^-13
【００５１】
〔第１０面（r10）の平行偏心〕
16=0.87H
〔像面(DMD6')の傾き偏心〕
-3.2゜
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大幅にテレセントリック状態から外れた投影光学系を使用可能とし、且つ小型の照明光学系を達成し、反射型表示パネルを用いた、コンパクトで低コストの表示光学系を提供する事ができる。
【００５３】
特に、請求項１及び２によるならば、従来使用されていたような偏光ビームスプリッタ等の照明光，投影光の分離手段が不用となり、コストダウンを図る事ができる。さらに、反射型表示パネル全域を良好に照明する事ができ、像性能も良好となる。
【００５４】
また、請求項１によるならば、反射型ＬＣＤ（液晶表示）パネルを用いる事により、手軽で安価な構成とする事ができる。
【００５５】
また、請求項２によるならば、ＤＭＤを用いる事により、コントラストの高い高画質の画像を得る事ができる。そしてＤＭＤを使用しても大幅にテレセントリック状態から外れた投影光学系が使用可能となり、広い投影画角を得る事ができる。
【００５６】
また、請求項３によるならば、偏心したコンデンサーレンズによる像面の傾きを補正する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の全体構成を示す縦断面図。
【図２】コンデンサーレンズ及び反射型ＬＣＤパネルの光路イメージ図。
【図３】第１の実施形態における投影光学系の収差図。
【図４】本発明の第２の実施形態の全体構成を示す縦断面図。
【図５】コンデンサーレンズ及びＤＭＤの光路イメージ図。
【図６】第２の実施形態における投影光学系の収差図。
【図７】表示光学系の従来例の構成を示す図。
【図８】ＤＭＤのマイクロミラーの反射イメージを示す斜視図。
【図９】ＤＭＤを使用した表示光学系の従来例の構成を縦断面図。
【符号の説明】
１光源
２リフレクター
３照明光学系
４照明側偏光板
５″ コンデンサーレンズ
６反射型ＬＣＤパネル
６′ ＤＭＤ
７投影側偏光板
８，８′ 投影光学系
９スクリーン
１０絞り[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display optical system using a reflective display panel.
[0002]
[Prior art]
Recently, a reflective LCD having higher display efficiency than a transmissive LCD (Liquid Crystal Display) has attracted attention. This reflection type LCD has a function of reflecting illumination light incident on the surface thereof as a reflection type display panel at a reflection angle that is substantially the same as the incident angle and having the same sign as that of the incident angle, and emitting it as so-called specular reflection projection light. Conventionally, as a display optical system using this reflective LCD, the surface is illuminated from a substantially vertical direction, and the projection light is emitted in the vertical direction so that the projection light passes through the projection optical system. Have proposed that form an image.
[0003]
A configuration of a conventional example of the display optical system is shown in FIG. In the figure, 21 is a light source, 22 is connected to the light source 21, and a reflector that reflects and collects light from the

light source

21, and 23 is disposed in the front part of the reflector 22. Illumination optical system for uniform illumination, 24 is a polarization beam splitter, 25 is a reflective LCD, 26 is a projection optical system, and 27 is a screen.
[0004]
As shown in the figure, the illumination light emitted from the light source 21 and the reflector 22 passes through the illumination optical system 23 and enters the polarization beam splitter 24. Then, only the S-polarized light beam is reflected by the polarization beam splitter 24 and enters the surface of the reflective LCD 25 perpendicularly. The vertically incident illumination light is selectively converted into P-polarized light for each pixel by the reflective LCD 25 and is regularly reflected. The projection light that has been specularly reflected vertically from the reflective LCD 25 passes only the P-polarized light through the polarization beam splitter 24 and forms an image on the screen 27 by the projection optical system 26.
[0005]
Also, DMD (Digital Micromirror Device) has attracted attention as another reflective display panel. This is because the surface is divided into a plurality of pixels, and each pixel has, for example, a small square mirror (micromirror), and the micromirror rotates around the two diagonals of the pixel so that each pixel It is tilted ± 10 °. Then, for example, the state tilted by + 10 ° is set to ON, and the state tilted by −10 ° is set to OFF.
[0006]
FIG. 8 is a perspective view showing a reflection image of a DMD micromirror. In this figure, 31 is a DMD as a reflective display panel, 32 is indicated by a solid line, 32 is a micromirror in one pixel of the

DMD

31, 32 ′ indicated by a broken line is OFF, and 33 is above the DMD 31. This is a projection optical system that is provided and forms an image by allowing projection light (described later) from the DMD 31 to pass therethrough.
[0007]
As shown in the figure, the pivot shaft ab of the micro mirror 32 is at a 45 ° direction with respect to the short side c or the long side d of the rectangle formed by the DMD 31 as indicated by an arrow e. The display optical system using the DMD 31 has illumination light in a cross section perpendicular to the pivot axis ab of rotation, that is, in a plane forming another 45 ° with respect to the short side c or the long side d as indicated by an arrow f. An illumination optical device (not shown) is configured so that A is incident at an incident angle of 20 ° with respect to the surface of the DMD 31.
[0008]
When this illumination light A is reflected by the micromirror 32 in the ON state, it becomes projection light B having a reflection angle of 0 ° with respect to the surface of the DMD 31, and when it is reflected by the micromirror 32 'in the OFF state, the surface of the DMD 31. Projection light B ′ having a reflection angle of −40 °. The projection optical system 33 forms an image using only the projection light B which is a light beam having a reflection angle of 0 °.
[0009]
The sum of the incident angle and the reflection angle is referred to as an incident-reflection angle characteristic, and is defined as “incident angle + reflection angle” with respect to the incident angle and the reflection angle expressed with a sign as described above. . A panel exhibiting specular reflection characteristics, such as the reflection type LCD, has an incident angle + reflection angle = 0 °, and in the DMD, the micromirror is turned on, the pixel is perpendicular to the rotation axis of the micromirror. In a simple cross section, the incident angle + reflection angle = 20 °.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the reflective LCD has a regular reflection characteristic of vertically reflecting illumination light incident vertically, in the configuration shown in FIG. 7, the illumination light and the projection light have substantially the same optical path. Therefore, it is necessary to separate the optical path of the illumination light and the optical path of the projection light, such as the polarization beam splitter described above, and a large glass block or multilayer thin film processing must be employed. It will increase the cost.
[0011]
The polarizing beam splitter further divides the light beam to be passed according to the direction of the polarization plane of the reflected light (projection light) from the reflective LCD. However, the polarization plane is disturbed due to the homogeneity unevenness in the glass block, and an unnecessary light beam. The component may be allowed to pass, leading to a decrease in contrast. In order to easily separate the optical path of the illumination light and the optical path of the projection light, the surface of the reflective LCD may be illuminated from an oblique direction. However, in that case, the projection light is emitted in the opposite oblique direction due to the specular reflection characteristics. However, based on the projection light emitted in the oblique direction, projection optics that forms a good image conjugate with the reflective LCD It is very difficult to construct a system.
[0012]
On the other hand, the DMD obtains reflected light perpendicular to the panel when illumination light with an incident angle of 20 ° is incident on the surface within a plane of 45 ° from the short side or long side of the panel. Therefore, the optical path of the illumination light and the optical path of the projection light can be separated, and the problem in the case of using the reflection type LCD can be solved. Since the configuration in which the illumination light is incident within a plane that is 45 ° from the long side and the reflected light perpendicular to the panel is obtained is the same, the predetermined condition such that the projection optical system is in a telecentric state is satisfied. There must be.
[0013]
In order to remove such conditions, a display optical system using a DMD has been proposed in which the illumination optical system is devised and the projection optical system is a non-telecentric optical system. FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional display optical system using the DMD. In this figure, 41 is a light source, 42 is a reflector having a parabolic shape, for example, disposed so as to surround the

light source

41, 43 is an illumination optical system disposed obliquely below the

reflector

42, and 44 is disposed at the tip. DMD to be installed. A projection optical system 45 is disposed above the DMD 44.
[0014]
As shown in the figure, the illumination light in which the direct light from the light source 41 and the reflected light from the reflector 42 are mixed passes through the illumination optical system 43 and enters the DMD 44. The illumination light incident on the DMD 44 is reflected with a predetermined incident-reflection angle characteristic, and enters the projection optical system 45 as projection light. However, in such a configuration, since the incident-reflection angle characteristics are the same over the entire surface of the DMD panel, the illumination optical system becomes large, and a projection optical system that is significantly out of the telecentric state cannot be used. There is a problem.
[0015]
That is, in the figure, a non-telecentric optical system is used for the projection optical system 45, but the area where illumination and projection can be configured based on the incident-reflection angle characteristic of the DMD 44 is only the area a shown in FIG. The DMD 44 as a reflective display panel must be disposed here. At this time, the center of the panel is at a position deviated from the optical axis of the projection optical system, and the remaining portion other than the region (a) in the region (b) where the performance of the projection optical system 45 is good cannot be used. Even if a projection optical system 45 having a wide angle of view is prepared, it is possible to obtain only a narrow projection angle of view as shown in FIG.
[0016]
In view of the above problems, the present invention enables use of a projection optical system that is significantly out of the telecentric state, achieves a compact illumination optical system, and uses a reflective display panel to provide a compact and low-cost display optical system. The purpose is to provide a system.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a reflective display panel, and an illumination optical device that illuminates the reflective display panel with illumination light,
The reflective display panel is a reflective type in which a surface is divided into a plurality of pixels, and the illumination light incident on the surface is selectively reflected as projection light having a first or second polarization characteristic for each pixel. A liquid crystal display panel ,
In a display optical system comprising a projection optical device that forms only an image by passing only projection light having the second predetermined polarization characteristic,
The illumination optical device illuminates the reflective display panel with the illumination light from an oblique direction, thereby separating the optical path of the illumination light and the optical path of the projection light, and the reflection of the illumination light. A condenser lens that converts an incident-reflection angle characteristic so that an incident angle with respect to the display panel and a reflection angle with respect to the reflective display panel of the projection light differ depending on a region of the corresponding reflective display panel. Provided immediately before the display panel, the normal line of the reflective display panel is slightly inclined toward the direction in which the illumination light enters with respect to the optical axis of the projection optical apparatus, and the optical axis of the projection optical apparatus The center of the reflective display panel is substantially above, and the optical axis of the condenser lens is decentered with respect to the optical axis of the projection optical apparatus, and the image height of the reflective display panel in the decentered direction is When the H, the optical axis of the condenser lens, the illumination light is configured to have 0.5H to 2.0H eccentric come direction incident to the optical axis of the projection optical system.
[0018]
If the reflective display panel is a reflective liquid crystal display panel, leaving the previous SL illumination optical apparatus, the light beam is limited to a predetermined plane of polarization, by the reflection type display panel selectively polarization planes for each pixel It is rotated by 90 ° or reflected without being rotated and enters the projection optical apparatus. In the projection optical apparatus, only a light beam whose polarization plane is rotated by 90 ° can be passed to form an image.
[0019]
In order to achieve the above object, the present invention includes a reflective display panel and an illumination optical device that illuminates the reflective display panel with illumination light, and the reflective display panel has a plurality of surfaces. A DMD that is divided into pixels and that reflects the illumination light incident on the surface as projection light having a first or second reflection angle characteristic selectively for each pixel, the second predetermined reflection In a display optical system including a projection optical device that forms only an image by passing only projection light reflected in a corner direction, the illumination optical device illuminates the reflective display panel with the illumination light from an oblique direction. Thus, the optical path of the illumination light and the optical path of the projection light are separated, the incident angle of the illumination light with respect to the reflective display panel, and the reflection angle of the projection light with respect to the reflective display panel; Before A condenser lens for converting the incident-reflection angle characteristic so as to vary depending on the area of the reflective display panel is provided immediately before the reflective display panel, and the normal line of the reflective display panel is set with respect to the optical axis of the projection optical apparatus. The illumination light is slightly inclined toward the incident direction, the reflection display panel center is substantially on the optical axis of the projection optical apparatus, and the optical axis of the condenser lens is the optical axis of the projection optical apparatus When the image height of the reflective display panel in the eccentric direction is H, the illumination light is incident on the optical axis of the condenser lens with respect to the optical axis of the projection optical device. It is assumed that the eccentricity is 0.5H to 2.0H in the coming direction.
If the reflective display panel is a DMD (Digital Micromirror Device), the table surface is divided into a plurality of pixels, having for example a square of minute mirrors per the pixel (micro mirror), 2 the micromirrors of pixels One of the pivots diagonal to the fulcrum, rather 10 ° tilt ± for each pixel. For example, when the state tilted by + 10 ° is set to ON and the state tilted by −10 ° is set to OFF, and the illumination light is reflected by the micromirror that is in the ON state, the projection light has a reflection angle of 0 ° with respect to the DMD surface. When the illumination light is reflected on the micromirror in the state, it becomes projection light having a reflection angle of −40 ° with respect to the DMD surface , and the projection optical device forms an image using only the projection light that is a light beam having a reflection angle of 0 °. It can be configured to do.
[0020]
Also, the reflective display panel, the optical axis of the normals the projection optical device, a configuration that is inclined in the 2 ° to 8 °.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a light source, 2 is arranged so as to surround the light source 1, and a reflector having a parabolic shape, for example, which makes light from the light source 1 substantially parallel, 3 is disposed obliquely below the reflector 2, An illumination optical system for efficiently and uniformly illuminating a reflective LCD panel, which will be described later, 4 is an illumination-side polarizing plate disposed obliquely below, and further disposed obliquely with respect to 4. Denoted at 5 ″ is a decentered condenser lens as a reflection angle conversion optical system, and denoted at 6 is a reflective LCD panel as a reflective display panel.
[0022]
In addition, 7 is disposed above the condenser lens 5 ″, 7 is a projection-side polarizing plate, 8 ′ is an upper projection optical system, and 9 is further disposed above the screen. It is a stop provided in the system 8. Further, the constructions 1 to 4 described above are the illumination optical apparatus in the claims, and the construction of 7, 8 '(or 8 described later) is the same as the projection optical apparatus. However, in the second embodiment, which will be described later, since the DMD is used, the illumination side polarizing plate 4 and the projection side polarizing plate 7 are not provided.
[0023]
As shown in the figure, the illumination light in which the direct light from the light source 1 and the reflected light of the reflector 2 are mixed passes through the illumination optical system 3 and further passes through the illumination side polarizing plate 4 to change the light flux into a predetermined polarization plane. The incident light is incident on the condenser lens 5 ″. The behavior of the light will be described in detail later with reference to FIG. 2. Illumination light that has passed through the condenser lens 5 ″ is reflected on each pixel by the reflective LCD panel 6. Each time, the polarization plane is selectively rotated by 90 °, or reflected without being rotated, and again enters the projection-side polarizing plate 7 through the condenser lens 5 ″. Of the reflected light (projection light) from the LCD panel 6, only the light whose polarization plane has been rotated by 90 ° passes through.The projection light that has passed through the projection-side polarizing plate 7 is a projection optical system 8 ′ that is a non-telecentric optical system. By scree It focused on the 9.
[0024]
Although the illumination optical system 3 is shown with only one convex lens in FIG. 1, it does not throw away a light beam other than a light beam of a predetermined polarization plane required for an integrator or a liquid crystal array. If a polarization conversion optical system that is converted into a surface and used for illumination is used, illumination can be performed more efficiently and without unevenness.
[0025]
As described above, in the present embodiment, as the reflection angle conversion optical system, the decentered condenser lens 5 ″ is disposed immediately in front of the reflective LCD panel 6. The optical axis of the decentered condenser lens 5 ″ is an alternate long and short dash line. Indicated by α. In this case, the decentering amount of the condenser lens 5 ″ is such that when the image height in the decentering direction of the condenser lens 5 ″ of the reflective display panel 6 is H, the lens optical axis α of the condenser lens 5 ″ is the projection optical system 8 ′. It is desirable that the lens be decentered by 0.5H to 2.0H from the lens optical axis β.
[0026]
If it is 0.5H or less, since the amount of decentration is small, it is not possible to illuminate well over the entire area in an optical system with a wide angle of view, and an almost telecentric optical system is required. In particular, a rear projection projector requires a projection optical system with a very wide angle of view, and is preferably 0.8H or higher. If it is 2.0H or more, since the amount of eccentricity is large, the curvature is too strong and the astigmatic difference becomes too large at the extreme end of the condenser lens 5 ″, and good image performance cannot be obtained. In order to make the optical system 8 'non-telecentric and obtain a compact configuration, it is desirable that the focal length of the condenser lens 5 "be 20H to 6H.
[0027]
In the present embodiment, the illumination optical system 3 does not form parallel light but forms a divergent light beam. As described above, since the projection optical system 8 'is a non-telecentric optical system, the lens diameter is relatively small and the number of lenses is also small. In order to correct the tilt of the image plane caused by the decentered condenser lens 5 ″, the reflective LCD panel 6 is slightly tilted from the vertical with respect to the lens optical axis β direction of the projection optical system 8 ′. If it is too small, the tilt of the image plane cannot be corrected, and if it is too large, a large distortion occurs. Therefore, 2 ° <| tilt angle | <8 ° is desirable.
[0028]
2 is an optical path image diagram of the condenser lens 5 ″ and the reflective LCD panel 6. Illumination light from the upper right in the figure passes through the decentered condenser lens 5 ″, for example, at the center P, left of the LCD panel 6. The light enters the part P ′ and the right part P ″, is reflected, passes through the condenser lens 5 ″ again, and goes upward in the figure toward the projection optical system 8 ′. As shown in the figure, at the central portion P of the reflective LCD panel 6, the incident light A, the incident light A, is incident on the decentered condenser lens 5 ″ with an incident angle of 21.9 ° and a reflection angle of −5.0 ° with respect to the surface. Projection light B enters and exits, where the incident angle + reflection angle is 16.9 °.
[0029]
In the left part P ′ of the reflective LCD panel 6 in the figure, the illumination light A ′ and the projection light B are applied to the decentered condenser lens 5 ″ with an incident angle of 25.2 ° and a reflection angle of 1.7 ° with respect to the surface. At this time, the incident angle + the reflection angle is 26.9 °, and the projection is performed by changing the incident-reflection angle characteristic according to the display area of the reflective display panel 6 as in this embodiment. The optical system 8 'can be a non-telecentric optical system, and the cost can be reduced by reducing the lens system and the number of lenses.
[0030]
The construction data of the projection optical system in the present embodiment is shown below. The surface marked with * in the data is an aspheric surface, and the formulas representing the aspheric coefficient and the aspheric surface are also shown. In addition, the eccentric amount and position of the decentered lens are also shown separately. As shown in FIG. 1, the positional relationship of the components of the optical system is such that the X axis that is parallel to the paper surface and the optical axis direction of the projection optical system 8 ', the Y axis that is perpendicular to the X axis, and the Z axis that is perpendicular to the paper surface. It is represented by the three-dimensional coordinates shown. The same applies to FIG. 4 which is a configuration diagram to be described later.
[0031]
In addition, the lens having the eleventh surface (r11) and the twelfth surface (r12) is a decentered condenser lens 5 ″. In this embodiment, the decentering direction of the condenser lens 5 ″ is the short side direction of the reflective LCD panel 6. And H = 11. Further, considering the projection optical system and the reflection angle conversion optical system together as in the present embodiment, when it can be regarded as an optical system including a decentered lens, a part of the projection optical system, that is, the eighth lens in the present embodiment. By decentering the lens having the surface (r8) and the ninth surface (r9) slightly, better performance can be obtained.
[0032]
FIG. 3 shows aberration diagrams of the projection optical system. In the spherical aberration diagram of the same figure, the solid line (d) represents the spherical aberration at the d line, and the broken line (sc) represents the sine condition. In the astigmatism diagram, the solid line (DS) and the broken line (DM) represent the astigmatism of the sagittal beam and the meridional beam, respectively.
[0033]

[0034]
[Aspherical coefficient of the 4th surface (r4)]
ε = 0.016404
A = 0.647162 × 10 ^-5
B = -0.293621 × 10 ^-8
C = 0.141308 × 10 ^-10
D = -0.167644 × 10 ^-13
[0035]
[Expression for aspheric surface]

In this formula:
r = (y ² + z ² ) ^1/2
ε: quadric surface parameter c: curvature (reciprocal of curvature radius cr)
[0036]
[Parallel eccentricity of the 8th surface (r8)]
0.301943
[Eighth surface (r8) tilt eccentricity]
0.623887 ° [0037]
[Eleventh surface (r11) surface vertex position, diaphragm surface reference]
84.679785
[Parallel eccentricity of the eleventh surface (r11)]
16.324282 = 1.48H
[0038]
[Eccentric eccentricity of image plane (LCD panel 6)]
-5.467717 ° [Image surface (LCD panel 6) surface vertex position, 10th surface reference]
80.870644
[0039]
FIG. 4 is an overall configuration diagram of the second embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a light source, 2 is arranged so as to surround the light source 1, and a reflector having a parabolic shape, for example, which makes light from the light source 1 substantially parallel, 3 is disposed obliquely below the reflector 2, An illumination optical system for efficiently illuminating a DMD, which will be described later, and an oblique condenser lens as a reflection angle conversion optical system, and 5 ″ disposed obliquely with respect to 3 are disposed below the illumination optical system. Reference numeral 6 'designates a DMD as a reflection type display panel. Further, 8 provided above the condenser lens 5 "is a projection optical system, and 9 further provided above is a screen. Reference numeral 10 denotes a stop provided in the projection optical system 8.
[0040]
As shown in the figure, the illumination light in which the direct light from the light source 1 and the reflected light from the reflector 2 are mixed passes through the illumination optical system 3 and enters the condenser lens 5 ″. The behavior of the light here will be described later. The illumination light that has passed through the condenser lens 5 ″ is selectively reflected by the DMD 6 ′ for each pixel with a predetermined incident-reflection angle characteristic, and again passes through the condenser lens 5 ″ to be specified. Only the reflected light (projection light) having the incident-reflection angle characteristic passes through the projection optical system 8 which is a non-telecentric optical system and forms an image on the screen 9.
[0041]
As described above, in the present embodiment, as the reflection angle conversion optical system, the decentered condenser lens 5 ″ is disposed immediately before the DMD 6 ′. The optical axis of the decentered condenser lens 5 ″ is indicated by a one-dot chain line α. ing. In this case, the decentering amount of the condenser lens 5 ″ is such that the lens optical axis α of the condenser lens 5 ″ is the lens optical axis of the projection optical system 8 when the image height in the decentering direction of the condenser lens 5 ″ of the DMD 6 ′ is H. It is desirable that it be eccentric from β by 0.5H to 2.0H.
[0042]
If it is 0.5H or less, since the amount of decentration is small, it is not possible to illuminate well over the entire area in an optical system with a wide angle of view, and an almost telecentric optical system is required. If it is 2.0H or more, since the amount of eccentricity is large, the curvature is too strong and the astigmatic difference becomes too large at the extreme end of the condenser lens 5 ″, and good image performance cannot be obtained. In order to make the optical system 8 non-telecentric and to obtain a compact configuration, it is desirable that the focal length of the condenser lens 5 ″ be 20H to 6H.
[0043]
FIG. 5 is an optical path image diagram of the condenser lens 5 ″ and DMD 6 ′. Illumination light from the upper right of the figure passes through the decentered condenser lens 5 ″, for example, the central portion P, the left portion P ′, and the like of the DMD 6 ′. The light enters the right portion P ″, is reflected, passes through the condenser lens 5 ″ again, and travels upward to the projection optical system 8 in FIG. As shown in the drawing, in the right part P ″ of the DMD 6 ′, the illumination light A ″ and the projection light B ″ are incident on the decentered condenser lens 5 ″ with an incident angle of 34 ° and a reflection angle of −22 ° with respect to the surface. coming and going. At this time, the incident angle + reflection angle is 12 °.
[0044]
Here, since the light beam passes near the optical axis α of the condenser lens 5 ″, the light beam is not greatly bent by the condenser lens 5 ″. Note that the DMD as the reflective display panel reflects the illumination light having an incident angle of 20 ° to the surface perpendicularly to the display-on pixels, as shown in the conventional technique. That is, reflection angle = 20−incident angle. Incidentally, the incident angle directly on the DMD 6 'surface is 41.9 °, and the reflection angle is -21.9 °.
[0045]
At the left part P ′ of the DMD 6 ′, the illumination light A ′ and the projection light B ′ enter and exit the decentered condenser lens 5 ″ with an incident angle of 34.5 ° and a reflection angle of 15.6 ° with respect to the surface. At this time, the incident angle + the reflection angle is 50.1 ° .In this case, since the light beam passes through the end of the condenser lens 5 ″, the light beam is greatly bent by the condenser lens 5 ″. -The reflection angle characteristic is greatly changed, the incident angle directly on the surface of the DMD 6 'is 18.4 °, and the reflection angle is 1.6 °. B enters and exits.
[0046]
As described above, by using the decentered condenser lens, it is not possible to obtain only a narrow projection angle of view as shown in FIG. 9 in the conventional example and only a part of the image area of the projection optical system. Since the entire image area of the projection optical system can be used, a projection optical system having a small size and a wide angle of view can be configured.
[0047]
The construction data of the projection optical system in the present embodiment is shown below. The image height in the eccentric direction in the present embodiment is H = 18.4. Surfaces marked with * in the data are aspheric surfaces, and the aspheric coefficients are also shown. In addition, the eccentric amount and position of the decentered lens are also shown separately. The aspherical formula is the same as that shown in the first embodiment. As shown in FIG. 4, the positional relationship of the components of the optical system is indicated by an X axis that is parallel to the paper surface and is the optical axis direction of the projection optical system 8, a Y axis that is perpendicular to the X axis, and a Z axis that is perpendicular to the paper surface. Represented by three-dimensional coordinates.
[0048]
The lens having the tenth surface (r10) and the eleventh surface (r11) is a decentered condenser lens 5 ″. FIG. 6 is an aberration diagram of the projection optical system. In the spherical aberration diagram of FIG. The solid line (d) represents the spherical aberration at the d line, the broken line (sc) represents the sine condition, and in the astigmatism diagram, the solid line (DS) and the broken line (DM) represent the sagittal beam and the meridional, respectively. It represents the astigmatism of the luminous flux.
[0049]

[0050]
[Aspherical coefficient of the 4th surface (r4)]
ε = 0.2244
A = 2.40543 × 10 ^-5
B = -1.11726 × 10 ^-7
C = 4.58245 × 10 ^-10
D = -6.78252 × 10 ^-13
[0051]
[Parallel eccentricity of the 10th surface (r10)]
16 = 0.87H
(Eccentric eccentricity of image plane (DMD6 '))
-3.2 ° 【0052】
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to use a projection optical system that is significantly out of the telecentric state, achieve a small illumination optical system, and use a reflective display panel. A display optical system can be provided.
[0053]
In particular, according to the first and second aspects, illumination light and projection light separating means such as a polarization beam splitter, which has been conventionally used, are unnecessary, and the cost can be reduced . Et al is, it is possible to satisfactorily illuminate the reflection type display panel throughout the image performance is improved.
[0054]
Also, if due to claim 1, by using a reflection type LCD (liquid crystal display) panel, can be an easy and inexpensive construction.
[0055]
According to the second aspect of the present invention, a high-quality image with high contrast can be obtained by using DMD. Even if DMD is used, a projection optical system that is significantly out of the telecentric state can be used, and a wide projection angle of view can be obtained.
[0056]
According to the third aspect of the present invention , it is possible to correct the inclination of the image plane due to the decentered condenser lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an overall configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an optical path image diagram of a condenser lens and a reflective LCD panel.
FIG. 3 is an aberration diagram of the projection optical system according to the first embodiment.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an optical path image diagram of a condenser lens and a DMD.
FIG. 6 is an aberration diagram of the projection optical system according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional example of a display optical system.
FIG. 8 is a perspective view showing a reflection image of a DMD micromirror.
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional example of a display optical system using a DMD.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Reflector 3 Illumination optical system 4 Illumination side polarizing plate 5 "Condenser lens 6 Reflective type LCD panel 6 'DMD
7 Projection-side polarizing plates 8, 8 'Projection optical system 9 Screen 10 Aperture

Claims

A reflective display panel, and an illumination optical device that illuminates the reflective display panel with illumination light,
The reflective display panel is a reflective type in which a surface is divided into a plurality of pixels, and the illumination light incident on the surface is selectively reflected as projection light having a first or second polarization characteristic for each pixel. A liquid crystal display panel ,
In a display optical system comprising a projection optical device that forms only an image by passing only projection light having the second predetermined polarization characteristic,
The illumination optical device illuminates the reflective display panel with the illumination light from an oblique direction, thereby separating the optical path of the illumination light and the optical path of the projection light, and the reflection of the illumination light. A condenser lens that converts an incident-reflection angle characteristic so that an incident angle with respect to the display panel and a reflection angle with respect to the reflective display panel of the projection light differ depending on a region of the corresponding reflective display panel. Provided immediately before the display panel, the normal line of the reflective display panel is slightly inclined toward the direction in which the illumination light enters with respect to the optical axis of the projection optical apparatus, and the optical axis of the projection optical apparatus The center of the reflective display panel is substantially above, and the optical axis of the condenser lens is decentered with respect to the optical axis of the projection optical apparatus, and the image height of the reflective display panel in the decentered direction is When the H, the optical axis of the condenser lens, the display optics, characterized in that the illumination light with respect to the optical axis of the projection optical device is 0.5H to 2.0H eccentric in a direction coming incident system.

A reflective display panel, and an illumination optical device that illuminates the reflective display panel with illumination light,
The reflective display panel has a surface divided into a plurality of pixels, and DMD that selectively reflects the illumination light incident on the surface as projection light having first or second reflection angle characteristics for each pixel. Because
In a display optical system provided with a projection optical device that forms only an image by passing only the projection light reflected in the direction of the second predetermined reflection angle ,
The illumination optical device illuminates the reflective display panel with the illumination light from an oblique direction, thereby separating the optical path of the illumination light and the optical path of the projection light, and the reflection of the illumination light. A condenser lens that converts an incident-reflection angle characteristic so that an incident angle with respect to the display panel and a reflection angle with respect to the reflective display panel of the projection light differ depending on a region of the corresponding reflective display panel. Provided immediately before the display panel, the normal line of the reflective display panel is slightly inclined toward the direction in which the illumination light enters with respect to the optical axis of the projection optical apparatus, and the optical axis of the projection optical apparatus The center of the reflective display panel is substantially above, and the optical axis of the condenser lens is decentered with respect to the optical axis of the projection optical apparatus, and the image height of the reflective display panel in the decentered direction is When the H, the optical axis of the condenser lens, the display optics, characterized in that the illumination light with respect to the optical axis of the projection optical device is 0.5H to 2.0H eccentric in a direction coming incident system.

3. The display optical according to claim 1, wherein a normal line of the reflective display panel is inclined within a range of 2 to 8 degrees with respect to an optical axis of the projection optical apparatus. system.