JP4258293B2 - Projection-type image display device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型液晶パネルあるいは反射型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、投射型ディスプレイ装置等の投射型映像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来からの投射型映像表示装置の構成として、偏光変換素子とライトパイプを組み合わせて用いた投射型映像表示装置が下記特許文献1に、回折光学素子の色分散性能を利用して単板パネルのカラーフィルタとした投射型映像表示装置の構成が下記特許文献2に、回折光学素子の偏光分離特性を偏光変換素子として用いた投射型映像表示装置の構成が下記特許文献3に開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−131647号公報
【特許文献2】
特開平8−240717号公報
【特許文献3】
特開2000−292745号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
投射型映像表示装置において、高輝度化と小型化が重要な課題である。一般的にリフレクタが大きいほど、また、パネルが大きいほど、プロジェクタは明るくなるが、セットサイズも大きくなる。すなわち、従来より、高輝度化と小型化の両立と云う課題があった。
【0005】
本発明の目的は、上記課題を解決し、高輝度化と小型化を実現する投射型映像表示装置を提供することに有る。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、光を放射する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である映像表示素子と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、照明光学系が略楕円偏光を略直線偏光へ変換する偏光変換素子を有し、該偏光変換素子は2つの光路を有し、一方の光路は偏光分離素子にて反射されて、前記映像表示素子へ向けて出射され、他の一方の光路は偏光分離素子を透過し、略1/2波長位相差板を透過し、反射素子にて反射されて後、前記映像表示素子へ向けて出射されるように構成する。
【0007】
【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。
【0008】
図1は、本発明における一実施例の構成図であり、ライトバルブとして反射型映像表示素子13を1枚用いた投射型映像表示装置22を示している。
【0009】
投射型映像表示装置22には光源1aを有する光源ユニット1があり、光源1a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1aからの発熱により、光源1a及びリフレクタ2は、高温となるため、後方に配置した冷却ファン(図示せず)により、これを冷却している。光源1a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2にて集光されて反射される。本実施例では楕円リフレクタにより集光され、凹レンズ7に入射する。凹レンズ7には、集光した光が入射するので、凹レンズによって、入射角が小さくなって、入射側ライトパイプへと出射される。これにより、反射型映像表示素子13及び検光子たる偏光分離素子への入射角の角度分布を狭くできるので、コントラストを向上できる。
【0010】
入射側ライトパイプ6は、その後端に偏光変換素子3を有している。入射側ライトパイプを経た光は偏光変換素子3に入射する。偏光変換素子3として、偏光分離素子3aと1/2波長位相差板3bと反射ミラー3cを組み合わせたものを用いている。偏光分離素子3aとして、回折効果によりP偏光を透過し、S偏光を反射する反射型偏光板を用いる。ここでは、S偏光は反射型偏光板3aにて反射されて、ライトパイプ5iに入射する。P偏光は反射型偏光板3aを透過し、1/2波長位相差板3bを透過してS偏光に変換されて後、反射ミラー3cにて反射されて、ライトパイプ5hに入射する。本構成により、偏光変換素子の中で90度、光路を折り曲げる機能を有するために、セットサイズを小型化できる。入射側ライトパイプ6は、4面の反射ミラーを接合して作成したミラーパイプにより構成される。
【0011】
入射側ライトパイプは、偏光変換素子3を保持する近傍の壁面も反射ミラーで構成されるため、偏光変換素子を保持する機能と同時に、照度を均一化する機能も有している。これにより、照度を均一にする効果を持つ部分の長さが長くなるため、照度をより均一にできる。あるいは、同程度の照度均一性を得るライトパイプに比較して、長さを短くでき、より装置を小型化できる。また、偏光変換素子3がライトパイプの後にあるため、入射する光を平均化でき、膜や回折面で構成される偏光分離面の光によるダメージを軽減することができる。
【0012】
偏光分離素子と反射ミラーは、ランプからの光軸を基準にすると、入射角が45度より大きく、傾斜している。ここでは、入射角55度であり、ライトパイプへの反射角も55度である。光源ユニット1と反射型映像表示素子13のなす角は110度である。光軸の光を考えると、偏光変換素子から、ライトパイプ5h、5iに、入射角0度で入射する。このように傾斜させることにより、偏光分離素子と反射面の開口を実効的に大きくできるので、効率を向上できる。
【0013】
その後、光は2段のライトパイプ5h、5iに入射し、この2つの出射開口の面積と略同等以上の入射開口面積を持つライトパイプ5jに入射する。本構成により、壁面での反射回数が多くなるので、より短い距離で、照度を平均化できるため、装置の小型化が可能である。ライトパイプ5h、5i、5jはガラスの直方体で作成されたロッドレンズ型のライトパイプである。ライトパイプ5hと5iはライトパイプ5jに貼り付けられている。ライトパイプ5h、5i、5jは同一の部材から作成してもよい。
【0014】
ライトパイプ5jは、反射型映像表示素子13と略同一、あるいは、それより少し大きな出射開口を有している。ライトパイプ5jからの出射像をそのまま、投影する。よって、反射型映像表示素子13へライトパイプ5jの出射像を投影するリレーレンズを不要とできるので、低コスト化可能である。
【0015】
前記表示素子13上の照明光の照射領域は、ライトパイプ5jの出射開口に対して、領域が拡大するため、前記表示素子13より大きな照射領域となる。この照射領域はライトパイプ等の大きさ、位置等のバラツキにより量産時には、前記表示素子13の表示領域に対して上下左右にずれたり、小さくなったりする。よって、量産マージンとして、この照射領域は前記表示素子13より大きくする必要があり、本構成でそれは満たせるので、量産時の歩留まりが良くなり、低コスト化可能である。
【0016】
その後に複数の微小レンズからなるマイクロレンズ35を有し、ライトパイプの出射開口を、反射型映像表示素子13に結像させる。これにより、光の拡散を防ぎ、周辺照度の劣化、及び、明るさの劣化を防止する。マイクロレンズがその性能上、前記表示素子13まで結像させることができない時は、出射開口と反射型映像表示素子の間に結像させて、少しでも、光の拡散を防止する。
【0017】
その出射側に入射偏光板14を配置して、偏光度を向上させてから、電子的色分離手段11に入射する。
【0018】
電子的色分離手段11は、各色用のR偏光回転制御素子、G偏光回転制御素子、B偏光回転制御素子を有し、偏光回転制御素子は、これに電圧を印加しないと、特定波長域の光の偏光軸が変換され、電圧を印加すると光の偏光軸が変換されずにそのまま出射される。これにより、電子的色分離手段11はR、G、Bと順次、各色の偏光を変換する。ここでは、電子的色分離手段11にS偏光で入射するので、GとBを、次のタイミングにBとR、次のタイミングにRとGをP偏光に変換して出射する。本構成により、出射側に配置された偏光ビームスプリッター19により、P偏光は透過し、S偏光は反射型映像表示素子側へ反射されるので、反射型映像表示素子側へはR、G、Bの順で出射される。この色光の照射のタイミングに合わせて、反射型映像表示素子13で各色用の映像を表示する。この各色光の切替のタイミングは180Hz以上と速いので、スクリーン(図示せず)上に投射される映像は、人間の目には、3色の映像が合成されたものとして表示される。
【0019】
入射光が、偏光分離素子にて透過した方向に反射型液晶表示素子13を配置している。前記表示素子13は、表示領域が縦長になるように配置しているので、偏光分離素子19(以下、PBSと略記する)のサイズを小さくできる。これにより、ライトパイプ5から前記表示素子13までの距離を短くできるので、前記表示素子13上での照射領域の拡大を小さくでき、より明るくできる。
【0020】
前記表示素子13は、表示する画素に対応する(例えば横1365画素縦768画素)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、表示素子13の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がPBS19にて検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、PBS19の偏光度との関係で、PBS19にて検光される量が決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った映像を表示する。この時、前記表示素子13が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。前記表示素子13では、照射される色光に応じた映像が順次、表示される。即ち、R光の時はRの映像情報が、B光の時はBの映像情報が、G光の時はGの映像情報が表示される。
【0021】
前記表示素子13の直前に、コントラストを改善するために、1/4波長位相差板23を回転調整可能な状態で配した。
【0022】
PBS19を透過した光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ12を通過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ12により、反射型映像表示素子13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。
【0023】
PBS19の投射レンズと対向する壁面19cの位置と、ライトパイプの外形の壁面5jcの位置を略同一とし、これにより、PBSの壁面19cにも、照度を均一化する機能を持たせることができ、できるだけ、光の拡散を防ぎ、明るさを向上させている。壁面19cでは、前記表示素子13からの反射光の内の映像光となる有効光は、壁面に到達する前に膜面19aで反射される。これに対し、非有効光はPBS19を透過し、この壁面で光が反射してもそれが投射レンズ側に入り込むことはない。その他の壁面では、サイズをライトパイプ5の出射開口より大きくして、前記表示素子13からの反射光が膜面にて反射される前に、壁面に到達するのを防いでいる。これにより、反射型映像表示素子13で反射した光が、PBS19の壁面で反射して後、膜面で反射され、投射レンズ12側へ漏れこみ、ゴーストになるのを防止する。
【0024】
図2は、本発明における一実施例の構成図である。
【0025】
光源ユニット1の出射側に配置される入射側ライトパイプ6により、偏光変換素子3への取り込み量を多くして、明るさを向上している。偏光分離素子3aで反射する光路と透過する光路を比較すると、余分に1/2波長位相差板3bと反射ミラー3cを経るために、前者の光路に比べて、後者の光路の方が、出射光量が少ない。反射型映像表示素子上で均等な照度分布を得るには、双方に入射する光が均等な方が望ましい。反射して入射する光量と透過して入射する光量が略等しくなるように楕円リフレクタの焦点を配置する。あるいは、偏光変換素子の中心位置をより後端側にずらし、第2の光路の出射開口より、第1の光路の出射開口を大きくし、照度の均一化を図る。このことにより、短いライトパイプでも、均一な照度分布を有する投射型映像表示装置が得られ、装置の小型化が可能である。
【0026】
ライトパイプ5の出射側に反射型偏光板42を45度傾斜して配置している。ミラーパイプ型のライトパイプ5は、4枚の反射ミラーで、反射面を内側に向けて、長方形状の開口を持つ筒を作成している。ライトパイプの出射面は、反射型偏光板42と略平行な形状を有していて、反射型偏光板42の出射側には反射型映像表示素子13のみが存在する構成である。これにより、ライトパイプ出射面を少しでも、反射型映像表示素子13に近づけて光の拡散を防ぎ、明るさ劣化を防止できる。また、反射型偏光板42の表示素子13側にはライトパイプ5は存在しないため、これによるゴーストの発生も防止することができる。
【0027】
図3は、本発明における一実施例の構成図である。
【0028】
ライトパイプ5の出射側の端面は、45度の角度を有し、そこに偏光分離膜面が形成されている。ここでは、S偏光は偏光分離素子にて反射され、P偏光は偏光分離素子を透過し、略1/2波長位相差板を透過し、反射素子にて反射されて後、入射偏光板14に入射する。偏光変換素子の外形面を研磨し、内部の光が全反射条件を満たして壁面に入射する時、略全反射するようにしてあり、照度を均一化する機能を有している。本構成により、偏光変換素子にても、照度を均一化する機能を果たせるので、ライトパイプ5の長さを短くでき、装置の小型化ができる。また、偏光変換素子の中で90度、光路を折り曲げる機能を有するために、装置の小型化ができる。
【0029】
また、ライトパイプ5と偏光変換素子3は光学的に一体である。これにより、空気との界面でのロスを低減でき、透過率を向上でき、明るくできる。
【0030】
図4は、本発明における一実施例の構成図である。
【0031】
光源ユニット1、ライトパイプ5、透過型映像表示素子13t、投射レンズ12と直線状に並んでいる。入射側ライトパイプ6の後に、両面対向型の偏光変換素子を配置している。その後に、ライトパイプ5を配置し、さらに、入射側偏光板14、前記表示素子13t、出射側偏光板14’、投射レンズ12と直線状に並んでいる。この構成により、光路が折り曲げを有する構成と比較して、筒状の幅と厚さを抑えた細長い筒状の外形のものにすることができる。前記表示素子13tは、内部にRGBのカラーフィルタを有した3色画素構成である。
【0032】
また、足を持つ外枠ケース51に対し、光学系を内蔵する筒型ケース52は、矢印方向に回転可能な構成である。外装ケースの爪51aに対し、筒型ケースの爪52をはめ合い構成として、位置精度を確保している。これにより、投射型映像表示装置を固定した状態で、照射位置の傾きを回転調整可能であるため、ユーザーにとって使いやすい。結像性能を向上させるために、微小レンズを光軸方向に2列並べてもよい。
【0033】
ここでは、電子的色分離手段11に上下方向に色帯をスクロールさせている。その電子的色分離手段の色帯の像をマイクロレンズ35で透過型映像表示素子13tに結像している。マイクロレンズは、1個以上の微小レンズ系で、小さい面積の結像を行い、その微小レンズ系を光軸と略垂直をなす面に多数配置することにより、より大きな面の結像を行うことができる。収差を良くするために、ここでは、光軸方向に2列配置している。
【0034】
従来用いられてきた単レンズを複数用いた結像レンズ群による結像に比べ、距離を短くでき、装置の小型化ができる。前記表示素子13tは上部から下部へ1ライン毎に映像信号を表示する方式にて、駆動しており、電子的色分離手段11の色帯のスクロールに同期させて、その色に対応する映像信号の表示を行っている。これにより、1面が表示し終って色光を照射する方式に比べ、表示時間によるロスを最小にでき、より、装置を明るくできる。
【0035】
図5は、本発明における一実施例の構成図である。
【0036】
ライトパイプ5の後端が45度の角度を有して傾斜しており、そこに偏光分離膜を蒸着して、検光子として、使用する。これにより、空気との界面でのロスを低減でき、透過率を向上でき、明るくできる。反射型映像表示素子13は、内部にRGBのカラーフィルタを有した3色画素構成である。
【0037】
図6は、本発明における一実施例の構成図である。
【0038】
投射型映像表示装置には光源1aを有する光源ユニット1があり、光源1aは、超高圧水銀ランプ等の白色ランプである。光源1aの電球から放射される光は放物面のリフレクタ2にて集光されて反射される。リフレクタの後にUV光をカットするUVフィルタ(図示せず)を配置する。
【0039】
その後に、ホログラム等で構成される回折光学素子44を配置する。前記素子44により、光は入射面積より、より狭い面積に出射される。前記素子44は原理的に角度分散を有するので、前記素子44による出射面積を小さくするために、リフレクタ形状は、出射光の角度が狭い方物面の方が良い。
【0040】
同じ光路長で同じ反射型映像表示素子13に照射される条件では、エタンデューの法則により、入射領域の面積が広いと、入射角が大きくなる。入射角が大きい分、コントラストが低くなる。よって、本実施例を用いて出射面積を狭くするほど、反射型映像表示素子13への入射角度を狭くすることができ、高コントラスト化可能である。
【0041】
また、本構成では、前記素子44により光の面積が小さくなる方向と偏光変換素子3により、面積が拡大される方向が共に反射型液晶表示素子13の横方向である構成とすることにより、偏光変換素子3から出射する光の領域を、より正方形に近くでき、後段のコリメータレンズとコンデンサレンズにより構成される照明レンズ系の長さを短くできるので、セットサイズを小さくできる。
【0042】
この光は偏光変換素子3へ入射する。このプリズム面には偏光分離膜3aが施されており、入射光は、この偏光分離膜3aにてP偏光光とS偏光光に分離される。P偏光光は、そのまま偏光分離膜3aを透過して、このプリズムの出射面に設けられたλ/2位相差板3bにより、偏光方向が90°回転され、反射面で反射してから、出射される。一方、S偏光光は、偏光分離膜3aにより反射され、出射される。即ち、偏光変換素子3からはS偏光の光が出射される。
【0043】
本構成により、偏光変換素子の中で90度、光路を折り曲げる機能を有するために、セットサイズを小型化できる。
【0044】
複数の集光レンズにより構成され、ランプ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32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13に第一のアレイレンズ32の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ33を通過する。
【0045】
コリメータレンズ34は、正の屈折力を有し、光を集光させる作用を持ち、コンデンサレンズ9を通過して、反射型液晶表示素子13を照射する。
【0046】
図7は、本発明における一実施例の構成図である。
【0047】
投射型映像表示装置には光源1aを有する。光源1aの電球から放射される光は楕円面のリフレクタ2にて集光されて反射される。リフレクタの後にUV光をカットするUVフィルタ(図示せず)を配置する。その後に、RGBの3原色に分離するダイクロイックプリズム36を配置する。G光はダイクロイックプリズムを透過して、ライトパイプ5gにて照度を略均一にされて出射され、G用透過型液晶表示素子13tgに入射する。R光は、ダイクロイックプリズムのR反射面36rで反射されて、ライトパイプ5rにて、照度を略均一にされて出射され、R用透過型液晶表示素子13trに入射する。B光は、ダイクロイックプリズムのB反射面36bで反射されて、ライトパイプ5bにて、照度を略均一にされて出射され、B用透過型液晶表示素子13tbに入射する。3色の液晶表示素子を透過した光はダイクロイックプリズム36’にて色合成されて後、投射レンズ12にて、スクリーンへ拡大投影される。アレイレンズや照明系レンズを不要とできるので、低コスト化できる。また、コリメータレンズ等も用いないので、その分、小型化できる。
【0048】
ここで、ライトパイプの出射開口は透過型映像表示素子の表示領域と略等しいか、量産時の部品の寸法ばらつきを考慮して、少し大きくしてある。
図1から図5及び図7に示した投射型映像表示装置に用いることができる、偏光変換素子3とライトパイプ5の他の実施例を図8に示す。ここでは、ライトパイプ5まで記載してある。以降の構成は各図に同じであり、省略する。本構成には、偏光変換素子の軸とライトパイプの軸がずれている。これにより、ライトパイプ5の対角方向が最も長いため、対角方向に、偏光変換素子3の偏光分離方向を持って来ることにより、偏光分離素子及び入射側ライトパイプのサイズを大きくでき、これにより、光源ユニット1からの、これらへの入射時のケラレを少なくできるので、効率を上げてより明るくできる。例えば、映像表示素子13のアスペクト比が4:3である時、その対角長は、比率で5となる。よって、偏光分離素子及び入射側ライトパイプ6の幅を横幅に合わせた時に比べて1.25倍でき、これにより、明るさを向上できる。ここでは、ほぼ、対角に合わせて、偏光分離素子を配置するので、偏光分離素子3は、ライトパイプ5に対して約37度傾いている。偏光分離素子から出射してくる偏光も約37度傾斜しているので、1/2波長板を、遅相軸18.5度にずらして、ライトパイプ5入射側に貼り付ける
ここでは、偏光変換素子から出てくるP偏光とS偏光は45度と−45度の直線偏光として入射して来る。よって、出射側にそれぞれ、1/2波長位相差板を22.5度と−22.5度の遅相軸に設定して貼り付けることにより、ライトパイプから見て同一の直線偏光へと回転させる。
【0049】
図1から図5及び図7に示した投射型映像表示装置に用いることができる、ライトパイプ5の他の実施例を図9、図10、図11に示す。ここでは、ライトパイプ5まで記載してある。以降の構成は各図に同じであり、省略する。
【0050】
図9(a)に示すライトパイプ5は、互いに屈折率の異なる台形ロッドレンズ5bと三角プリズム5aからなる。屈折率は台形ロッドレンズ5bの方が、三角プリズム5aより大きい硝材を用いている。台形ロッドレンズは出射側に向けて、末広がりの構成を有している。三角プリズムは、逆に、出射側に向けて狭まる構成となっている。三角プリズム5aは台形ロッドレンズ5bの上下を挟む形で、接着剤で接合されている。三角プリズム5aのランプ側の入射面5aaを除いた他の空気との界面には、反射膜がコーティングしてある。全反射条件を満たす光線は、硝材5bの中で内面反射を繰り返すため、5aと5bを同一の硝材で作成した時に比べ、角度成分を小さくできる。一方、5aaから入射した光も、最終的に台形ロッドレンズ5b内に取り込むことができるので、効率向上が可能である。
【0051】
図9(b)に示すライトパイプ5は台形ロッドレンズ5bとそれを囲むミラーパイプ5cからなる。これにより、全反射条件を満たす光線は、台形ロッドレンズ5bの中で内面反射を繰り返すため、台形ロッドレンズ5bとミラーパイプ5cを単一の硝材で作成した時に比べ、角度成分を小さくできる。一方、台形ロッドレンズ5bとミラーパイプ5cの間の開口に入射した光も、最終的に台形ロッドレンズ5b内に取り込むことができるので、効率向上が可能である。
【0052】
図10(a)は、台形ロッドレンズ5bの形状は、略平行であり、三角プリズム5aの入射側の開口が広く、徐々に狭まっている。屈折率は台形ロッドレンズ5bの方が、三角プリズム5aより大きい硝材を用いている。三角プリズム5aのランプ側の入射面5aaを除いた他の空気との界面には、反射膜がコーティングしてある。効果は、図9(a)と同様である。
【0053】
図10(b)は、台形ロッドレンズ5bの形状は、略平行な硝材であり、ミラーパイプ5cと台形ロッドレンズ5bで囲む入射側の開口が広く、徐々に狭まっている。効果は、図9(b)と同様である。
【0054】
図11(a)は、台形ロッドレンズ5bの四面をミラーパイプ5cで囲む構成となっている。図11(b)に、これに用いる台形ロッドレンズ5bを示す。途中までは、縦方向と横方向のどちらにも、側面は末広がりする形状で広がり、途中から、光軸と略平行になる。この略平行部5baにミラーパイプ5cを接合することにより、作成を容易にする。本構成では、縦方向と横方向のどちらにも、図10で説明する効果が得られるので、より大きな効果が得られる。
【0055】
図12(a)(b)に図9(b)に示すライトパイプ内での光線30の動きを、側面から見たものを示す。図12(a)に示すように、台形ロッドレンズ5bとミラーパイプ5cの間の開口から入射した光線30は、台形ロッドレンズ5bの側面から入射し、また、側面から出射すると、ミラーパイプの反射面で反射して、台形ロッドレンズ5bに再入射する。上記過程を繰り返す内に台形ロッドレンズ5bが末広がりの形状を有するため、光線の、台形ロッドレンズ5b壁面への入射角は徐々に大きくなり、やがて、全反射条件に到達し、台形ロッドレンズ5b内で全反射するようになり、最後には、台形ロッドレンズ5bの出射面から出射する。これにより、台形ロッドレンズ5bのみで、ライトパイプを作成した時に比べ、取り込む光を多くでき、明るくできる。また、台形ロッドレンズ内では、末広がりの構成のため、光軸基準の角度成分を、徐々に小さくすることができる。図12(b)に示すようにロッドレンズ5bの前面から入射した光線30は、ロッドレンズ5b内の側面を略全反射して、光軸基準の角度成分を、徐々に小さくして、最後に出射面から出射する。前記表示素子13は、角度成分が小さいほど、高コントラスト化可能であるので、これにより、装置の高コントラスト化が可能である。
【0056】
図1から図5及び図7に示した投射型映像表示装置に用いることができる、ライトパイプ5の他の実施例を図11に示す。ここでは、ライトパイプ5のみ記載してある。他の構成は各図に同じであり、省略する。
【0057】
また、ライトパイプ出射後の光は、略楕円形の照度分布になろうとするので、反射型映像表示装置上での照度分布は中央部分が膨らむ。よって、あらかじめ、図13(a)(b)に示すような、中央が凹んだ出射開口5zを有するライトパイプ5を用いることにより、照度分布の膨張による光の損失を抑えることができるので、明るさを向上できる。
【0058】
上記全ての実施例の光源ユニットとして、赤、橙、緑、シアン、青等のLEDを用いてもよい。これにより、単色の高純度化と小型化ができる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により小型化と高輝度化を両立させた投射型映像表示装置が実現できる。
【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投射型液晶表示装置の構成図である。
【図2】本発明の第2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3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4】本発明の第4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5】本発明の第5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6】本発明の第6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7】本発明の第6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8】本発明に用いる偏光変換素子とライトパイプの一実施形態の構成図である。
【図9】本発明に用いるライトパイプとそれに用いる台形ロッドレンズの一実施形態の構成図である。
【図10】本発明に用いるライトパイプとそれに用いる台形ロッドレンズの他の一実施形態の構成図である。
【図11】本発明に用いるライトパイプとそれに用いる台形ロッドレンズの別の一実施形態の構成図である。
【図12】本発明に用いるライトパイプ内の光線の動きを示した図である。
【図13】本発明に用いるライトパイプの一実施形態の構成図である。
【符号の説明】
1…光源ユニット、1a…光源,2…リフレクタ、3…偏光変換素子、3a…偏光分離素子、3b…1/2波長位相差板、3c…反射ミラー、5、5h、5i、5j…ライトパイプ、5jc…側面、5a…三角プリズム、5aa…入射面、5b…台形ロッドレンズ、5ba…略平行部、5c…ミラーパイプ、5z…出射開口、6…入射側ライトパイプ、7…凹レンズ、9…コンデンサレンズ、10…カラーホイール、11…電子的色分離手段、12…投射レンズ、12’…着脱機構、13…反射型映像表示素子、14…入射偏光板、14´…出射偏光板、15…入射側ライトパイプ、19…偏光分離素子、19a…偏光分離膜、21…電源、22…投射型映像表示装置、23…1/4波長位相差板、25…視野角補償位相差板、26…位相差板、30…光線、32…第1のアレイレンズ、 33…第2のアレイレンズ、34…コリメータレンズ、35…マイクロレンズ、36…ダイクロイックプリズム、37…シャーシ、42…反射型偏光板、43…結像レンズ群、44…回折光学素子。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection device for projecting an image on a screen using a light valve element such as a transmissive liquid crystal panel or a reflective image display device, for example, a liquid crystal projector device, a reflective image display projector device, a projection type The present invention relates to a projection type video display device such as a display device.
[0002]
[Prior art]
As a configuration of a conventional projection type image display device, a projection type image display device using a combination of a polarization conversion element and a light pipe is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2003-259542, which uses a chromatic dispersion performance of a diffractive optical element. The configuration of a projection-type image display device using a color filter is disclosed in Patent Document 2 below, and the configuration of a projection-type image display device using the polarization separation characteristic of a diffractive optical element as a polarization conversion element is disclosed in Patent Document 3 below.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-131647 A
[Patent Document 2]
JP-A-8-240717
[Patent Document 3]
JP 2000-292745 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a projection display apparatus, high brightness and downsizing are important issues. In general, the larger the reflector and the larger the panel, the brighter the projector, but the larger the set size. That is, conventionally, there has been a problem of achieving both high brightness and downsizing.
[0005]
An object of the present invention is to provide a projection type video display device that solves the above-described problems and realizes high luminance and miniaturization.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a light source unit that emits light, an illumination optical system that irradiates a video display element with light from the light source unit, and a light valve unit that forms an optical image according to a video signal. A projection-type image display device comprising: an image display element, and projection means for projecting light emitted from the image display element, wherein the illumination optical system converts substantially elliptically polarized light into substantially linearly polarized light. The polarization conversion element has two optical paths, one of the optical paths is reflected by the polarization separation element and emitted toward the image display element, and the other optical path is transmitted through the polarization separation element. Then, the light is transmitted through the substantially half-wave retardation plate, reflected by the reflecting element, and then emitted toward the image display element.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0008]
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention, and shows a projection type video display device 22 using one reflection type video display element 13 as a light valve.
[0009]
The projection display device 22 includes a light source unit 1 having a light source 1a. The light source 1a is a white lamp such as an ultrahigh pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a mercury xenon lamp, or a halogen lamp. Due to the heat generated from the light source 1a, the light source 1a and the reflector 2 are heated to high temperatures, so that they are cooled by a cooling fan (not shown) arranged at the rear. The light emitted from the light bulb of the light source 1a is collected and reflected by the ellipsoidal, parabolic or aspherical reflector 2. In this embodiment, the light is collected by an elliptical reflector and enters the concave lens 7. Since the condensed light is incident on the concave lens 7, the incident angle is reduced by the concave lens and is emitted to the incident side light pipe. Thereby, the angle distribution of the incident angle to the reflection type image display element 13 and the polarization separation element as the analyzer can be narrowed, so that the contrast can be improved.
[0010]
The incident side light pipe 6 has the polarization conversion element 3 at its rear end. The light that has passed through the incident-side light pipe enters the polarization conversion element 3. As the polarization conversion element 3, a combination of the polarization separation element 3a, the half-wave retardation plate 3b, and the reflection mirror 3c is used. As the polarization separation element 3a, a reflective polarizing plate that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light by a diffraction effect is used. Here, the S-polarized light is reflected by the reflective polarizing plate 3a and enters the light pipe 5i. The P-polarized light passes through the reflective polarizing plate 3a, passes through the half-wave retardation plate 3b, is converted to S-polarized light, is reflected by the reflecting mirror 3c, and enters the light pipe 5h. With this configuration, the set size can be reduced because the polarization conversion element has a function of bending the optical path by 90 degrees. The incident side light pipe 6 is constituted by a mirror pipe formed by joining four reflecting mirrors.
[0011]
Since the incident side light pipe is also configured by a reflecting mirror in the vicinity of the wall surface that holds the polarization conversion element 3, it has a function of holding the polarization conversion element and a function of making the illuminance uniform. Thereby, since the length of the part which has the effect of making illumination intensity uniform becomes long, illumination intensity can be made more uniform. Alternatively, the length can be shortened and the apparatus can be further downsized as compared with a light pipe that obtains the same level of illuminance uniformity. In addition, since the polarization conversion element 3 is located behind the light pipe, incident light can be averaged, and damage caused by light on a polarization separation surface formed of a film or a diffraction surface can be reduced.
[0012]
The polarization separation element and the reflection mirror are inclined with an incident angle larger than 45 degrees with respect to the optical axis from the lamp. Here, the incident angle is 55 degrees, and the reflection angle to the light pipe is also 55 degrees. The angle formed by the light source unit 1 and the reflective image display element 13 is 110 degrees. Considering the light of the optical axis, the light enters the light pipes 5h, 5i from the polarization conversion element at an incident angle of 0 degree. By tilting in this way, the apertures of the polarization separating element and the reflecting surface can be effectively increased, so that the efficiency can be improved.
[0013]
Thereafter, the light enters the two-stage light pipes 5h and 5i, and enters the light pipe 5j having an incident opening area approximately equal to or larger than the areas of the two exit openings. With this configuration, since the number of reflections on the wall surface increases, the illuminance can be averaged over a shorter distance, and thus the apparatus can be miniaturized. The light pipes 5h, 5i, and 5j are rod lens type light pipes made of a glass cuboid. The light pipes 5h and 5i are attached to the light pipe 5j. The light pipes 5h, 5i, and 5j may be made from the same member.
[0014]
The light pipe 5j has an exit opening that is substantially the same as or slightly larger than the reflective image display element 13. The image emitted from the light pipe 5j is projected as it is. This eliminates the need for a relay lens for projecting the output image of the light pipe 5j onto the reflective image display element 13, thereby reducing the cost.
[0015]
The irradiation area of the illumination light on the display element 13 is larger than the display element 13 because the area is enlarged with respect to the exit opening of the light pipe 5j. This irradiation area is shifted vertically or horizontally with respect to the display area of the display element 13 or becomes smaller during mass production due to variations in the size and position of the light pipe and the like. Therefore, it is necessary to make this irradiation region larger than the display element 13 as a mass production margin, and this configuration can satisfy this, so that the yield during mass production is improved and the cost can be reduced.
[0016]
Thereafter, a microlens 35 composed of a plurality of microlenses is provided, and an image of the exit opening of the light pipe is formed on the reflective image display element 13. Thereby, diffusion of light is prevented, and deterioration of ambient illuminance and brightness are prevented. When the microlens cannot form an image up to the display element 13 due to its performance, the microlens forms an image between the exit aperture and the reflection type image display element to prevent light diffusion even a little.
[0017]
An incident polarizing plate 14 is arranged on the exit side to improve the degree of polarization, and then enters the electronic color separation means 11.
[0018]
The electronic color separation means 11 has an R-polarization rotation control element, a G-polarization rotation control element, and a B-polarization rotation control element for each color, and the polarization rotation control element has a specific wavelength range unless a voltage is applied thereto. The polarization axis of the light is converted, and when a voltage is applied, the polarization axis of the light is emitted as it is without being converted. Thereby, the electronic color separation means 11 sequentially converts the polarized light of each color as R, G, B. Here, since it is incident on the electronic color separation means 11 as S-polarized light, G and B are converted into B-polarized light at the next timing, and R and G are converted into P-polarized light at the next timing and emitted. With this configuration, the P-polarized light is transmitted and the S-polarized light is reflected to the reflective image display element side by the polarization beam splitter 19 disposed on the output side, so that R, G, and B are reflected to the reflective image display element side. Are emitted in this order. The image for each color is displayed on the reflective image display element 13 in accordance with the timing of the color light irradiation. Since the switching timing of each color light is as fast as 180 Hz or more, an image projected on a screen (not shown) is displayed to the human eye as a combination of three color images.
[0019]
The reflective liquid crystal display element 13 is arranged in a direction in which incident light is transmitted by the polarization separation element. Since the display element 13 is arranged so that the display region is vertically long, the size of the polarization separation element 19 (hereinafter abbreviated as PBS) can be reduced. Thereby, since the distance from the light pipe 5 to the display element 13 can be shortened, the expansion of the irradiation area on the display element 13 can be reduced and the brightness can be further increased.
[0020]
The display element 13 is provided with a number of liquid crystal display portions corresponding to the pixels to be displayed (for example, 1365 pixels in the horizontal direction and 768 pixels in the vertical direction). Then, according to a signal driven from the outside, the polarization angle of each pixel of the display element 13 changes, and the light having the same polarization direction is analyzed by the PBS 19. The amount of light having polarized light at this midway angle is determined by the PBS 19 in relation to the degree of polarization of the PBS 19. In this way, an image according to a signal input from the outside is displayed. At this time, when the display element 13 performs black display, the polarization direction is substantially the same as the incident light, and the light is returned to the light source side along the incident optical path. On the display element 13, images corresponding to the irradiated color light are sequentially displayed. That is, R video information is displayed for R light, B video information is displayed for B light, and G video information is displayed for G light.
[0021]
In order to improve the contrast immediately before the display element 13, a quarter-wave retardation plate 23 is arranged in a state in which the rotation can be adjusted.
[0022]
The light transmitted through the PBS 19 passes through the projection lens 12 such as a zoom lens and reaches the screen. An image formed on the reflective video display element 13 by the projection lens 12 is enlarged and projected on a screen to function as a display device.
[0023]
The position of the wall surface 19c facing the projection lens of the PBS 19 and the position of the outer wall surface 5jc of the light pipe are made substantially the same, whereby the PBS wall surface 19c can also have a function of making the illuminance uniform, As much as possible, light diffusion is prevented and brightness is improved. On the wall surface 19c, the effective light that becomes the image light in the reflected light from the display element 13 is reflected by the film surface 19a before reaching the wall surface. On the other hand, the ineffective light passes through the PBS 19 and does not enter the projection lens side even if the light is reflected by this wall surface. On the other wall surfaces, the size is made larger than the exit opening of the light pipe 5 to prevent the reflected light from the display element 13 from reaching the wall surface before being reflected by the film surface. As a result, the light reflected by the reflective image display element 13 is reflected by the wall surface of the PBS 19 and then reflected by the film surface to prevent leakage into the projection lens 12 and ghosting.
[0024]
FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
[0025]
The incident-side light pipe 6 disposed on the emission side of the light source unit 1 increases the amount of light taken into the polarization conversion element 3 to improve the brightness. Comparing the optical path reflected by the polarization separation element 3a and the optical path transmitted therethrough, the latter optical path passes through the half-wave retardation plate 3b and the reflecting mirror 3c. There is little light quantity. In order to obtain a uniform illuminance distribution on the reflective image display element, it is desirable that the light incident on both sides is uniform. The focal point of the elliptical reflector is arranged so that the amount of light that is reflected and incident is substantially equal to the amount of light that is transmitted and incident. Alternatively, the center position of the polarization conversion element is shifted to the rear end side, and the exit opening of the first optical path is made larger than the exit opening of the second optical path, so that the illuminance is made uniform. As a result, even with a short light pipe, a projection-type image display device having a uniform illuminance distribution can be obtained, and the device can be miniaturized.
[0026]
A reflective polarizing plate 42 is disposed at an inclination of 45 degrees on the light exit side of the light pipe 5. The mirror pipe type light pipe 5 is composed of four reflecting mirrors, and creates a cylinder having a rectangular opening with the reflecting surface facing inward. The exit surface of the light pipe has a shape substantially parallel to the reflective polarizing plate 42, and only the reflective video display element 13 exists on the outgoing side of the reflective polarizing plate 42. As a result, the light pipe exit surface can be brought close to the reflective image display element 13 to prevent light diffusion and brightness deterioration. In addition, since the light pipe 5 does not exist on the display element 13 side of the reflective polarizing plate 42, it is possible to prevent the occurrence of ghost.
[0027]
FIG. 3 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
[0028]
An end face on the light emission side of the light pipe 5 has an angle of 45 degrees, and a polarization separation film surface is formed there. Here, the S-polarized light is reflected by the polarization separation element, and the P-polarized light is transmitted through the polarization separation element, is transmitted through the substantially half-wave retardation plate, is reflected by the reflection element, and then is incident on the incident polarizing plate 14. Incident. The outer surface of the polarization conversion element is polished so that when the internal light satisfies the total reflection condition and enters the wall surface, it is substantially totally reflected, and has a function of making the illuminance uniform. With this configuration, even the polarization conversion element can perform the function of making the illuminance uniform, so that the length of the light pipe 5 can be shortened and the apparatus can be downsized. Further, since the polarization conversion element has a function of bending the optical path by 90 degrees, the apparatus can be miniaturized.
[0029]
The light pipe 5 and the polarization conversion element 3 are optically integrated. Thereby, the loss at the interface with air can be reduced, the transmittance can be improved, and it can be brightened.
[0030]
FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
[0031]
The light source unit 1, the light pipe 5, the transmissive image display element 13t, and the projection lens 12 are arranged in a straight line. A double-sided polarization conversion element is disposed after the incident-side light pipe 6. Thereafter, the light pipe 5 is disposed, and is further arranged in a straight line with the incident side polarizing plate 14, the display element 13 t, the output side polarizing plate 14 ′, and the projection lens 12. With this configuration, it is possible to obtain an elongated cylindrical outer shape in which the cylindrical width and thickness are suppressed as compared with a configuration in which the optical path is bent. The display element 13t has a three-color pixel configuration having RGB color filters therein.
[0032]
Further, the cylindrical case 52 containing the optical system is configured to be rotatable in the arrow direction with respect to the outer frame case 51 having legs. The cylindrical case claw 52 is fitted to the outer case claw 51a to ensure positional accuracy. Accordingly, since the tilt of the irradiation position can be adjusted while the projection display apparatus is fixed, it is easy for the user to use. In order to improve the imaging performance, two rows of micro lenses may be arranged in the optical axis direction.
[0033]
Here, the color band is scrolled up and down by the electronic color separation means 11. The image of the color band of the electronic color separation means is formed on the transmission type image display element 13t by the microlens 35. A micro lens is an image of a small area formed by one or more micro lens systems, and a large surface is imaged by arranging a large number of micro lens systems on a surface substantially perpendicular to the optical axis. Can do. In order to improve the aberration, two rows are arranged in the optical axis direction here.
[0034]
The distance can be shortened and the apparatus can be downsized as compared with the conventional imaging using an imaging lens group using a plurality of single lenses. The display element 13t is driven by a method of displaying a video signal line by line from the upper part to the lower part, and the video signal corresponding to the color is synchronized with the scroll of the color band of the electronic color separation means 11. Is displayed. As a result, the loss due to the display time can be minimized and the apparatus can be made brighter than the method of irradiating colored light after the display of one surface.
[0035]
FIG. 5 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
[0036]
The rear end of the light pipe 5 is inclined at an angle of 45 degrees, and a polarization separation film is deposited thereon and used as an analyzer. Thereby, the loss at the interface with air can be reduced, the transmittance can be improved, and it can be brightened. The reflective image display element 13 has a three-color pixel configuration having RGB color filters therein.
[0037]
FIG. 6 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
[0038]
The projection display apparatus includes a light source unit 1 having a light source 1a, and the light source 1a is a white lamp such as an ultrahigh pressure mercury lamp. The light emitted from the light bulb of the light source 1a is condensed and reflected by the reflector 2 having a parabolic surface. A UV filter (not shown) for cutting the UV light is disposed after the reflector.
[0039]
Thereafter, a diffractive optical element 44 composed of a hologram or the like is disposed. The element 44 emits light in a smaller area than the incident area. Since the element 44 has an angular dispersion in principle, in order to reduce the emission area by the element 44, the reflector shape is preferably a surface having a narrow angle of emitted light.
[0040]
Under the condition that the same reflection type image display element 13 is irradiated with the same optical path length, the incidence angle is increased when the area of the incident region is wide according to Etendue's law. The greater the incident angle, the lower the contrast. Therefore, the narrower the exit area using this embodiment, the narrower the angle of incidence on the reflective image display element 13 and the higher the contrast.
[0041]
Further, in this configuration, both the direction in which the area of light is reduced by the element 44 and the direction in which the area is expanded by the polarization conversion element 3 are both in the lateral direction of the reflective liquid crystal display element 13. The area of the light emitted from the conversion element 3 can be made closer to a square, and the length of the illumination lens system constituted by the subsequent collimator lens and condenser lens can be shortened, so that the set size can be reduced.
[0042]
This light enters the polarization conversion element 3. The prism surface is provided with a polarization separation film 3a, and incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarization separation film 3a. The P-polarized light passes through the polarization splitting film 3a as it is, and the polarization direction is rotated by 90 ° by the λ / 2 phase difference plate 3b provided on the exit surface of the prism, is reflected by the reflection surface, and then exits. Is done. On the other hand, the S-polarized light is reflected and emitted by the polarization separation film 3a. That is, S-polarized light is emitted from the polarization conversion element 3.
[0043]
With this configuration, the set size can be reduced because the polarization conversion element has a function of bending the optical path by 90 degrees.
[0044]
Consists of a plurality of condenser lenses, condenses the light emitted from the lamp unit, enters the first array lens 32 for forming a plurality of secondary light source images, and further comprises a plurality of condenser lenses Then, it passes through the second array lens 33 that is arranged in the vicinity of the above-described plurality of secondary light source images and that forms the individual lens images of the first array lens 32 on the liquid crystal display element 13.
[0045]
The collimator lens 34 has a positive refractive power and has a function of condensing light, passes through the condenser lens 9 and irradiates the reflective liquid crystal display element 13.
[0046]
FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
[0047]
The projection display apparatus has a light source 1a. The light emitted from the light bulb of the light source 1a is collected and reflected by the ellipsoidal reflector 2. A UV filter (not shown) for cutting the UV light is disposed after the reflector. Thereafter, a dichroic prism 36 for separating the three primary colors of RGB is disposed. The G light passes through the dichroic prism, is emitted with the illuminance being substantially uniform by the light pipe 5g, and is incident on the G transmissive liquid crystal display element 13tg. The R light is reflected by the R reflecting surface 36r of the dichroic prism, emitted from the light pipe 5r with substantially uniform illuminance, and enters the R transmissive liquid crystal display element 13tr. The B light is reflected by the B reflecting surface 36b of the dichroic prism, emitted from the light pipe 5b with substantially uniform illuminance, and enters the B transmissive liquid crystal display element 13tb. The light transmitted through the three color liquid crystal display elements is color-combined by the dichroic prism 36 ′, and then enlarged and projected onto the screen by the projection lens 12. Since an array lens and an illumination system lens can be eliminated, the cost can be reduced. Further, since no collimator lens or the like is used, the size can be reduced accordingly.
[0048]
Here, the exit opening of the light pipe is substantially the same as the display area of the transmissive image display element, or is slightly larger in consideration of the dimensional variation of parts during mass production.
FIG. 8 shows another embodiment of the polarization conversion element 3 and the light pipe 5 that can be used in the projection type image display apparatus shown in FIGS. 1 to 5 and 7. Here, up to the light pipe 5 is described. The subsequent configuration is the same in each figure and is omitted. In this configuration, the axis of the polarization conversion element and the axis of the light pipe are shifted. Thereby, since the diagonal direction of the light pipe 5 is the longest, the size of the polarization separation element and the incident side light pipe can be increased by bringing the polarization separation direction of the polarization conversion element 3 in the diagonal direction. Thus, the vignetting from the light source unit 1 when entering the light source unit 1 can be reduced, so that the efficiency can be increased and the brightness can be increased. For example, when the aspect ratio of the video display element 13 is 4: 3, the diagonal length is 5 in ratio. Therefore, the width of the polarization separating element and the incident side light pipe 6 can be increased by 1.25 times compared to the case where the width is adjusted to the horizontal width, thereby improving the brightness. Here, since the polarization separation element is arranged almost in a diagonal manner, the polarization separation element 3 is inclined about 37 degrees with respect to the light pipe 5. Since the polarized light emitted from the polarization separation element is also tilted by about 37 degrees, the half-wave plate is shifted to the slow axis of 18.5 degrees and attached to the light pipe 5 incident side.
Here, P-polarized light and S-polarized light coming out of the polarization conversion element are incident as 45-degree and -45-degree linearly polarized light. Therefore, the 1/2 wavelength phase difference plate is set to the slow axis of 22.5 degrees and -22.5 degrees on the emission side, respectively, and is rotated to the same linearly polarized light as viewed from the light pipe. Let
[0049]
Other embodiments of the light pipe 5 that can be used in the projection type image display apparatus shown in FIGS. 1 to 5 and 7 are shown in FIGS. 9, 10, and 11. FIG. Here, up to the light pipe 5 is described. The subsequent configuration is the same in each figure and is omitted.
[0050]
The light pipe 5 shown in FIG. 9A includes a trapezoidal rod lens 5b and a triangular prism 5a having different refractive indexes. The refractive index of the trapezoidal rod lens 5b is larger than that of the triangular prism 5a. The trapezoidal rod lens has a divergent configuration toward the exit side. On the contrary, the triangular prism is configured to narrow toward the emission side. The triangular prism 5a is joined with an adhesive so as to sandwich the upper and lower sides of the trapezoidal rod lens 5b. A reflective film is coated on the interface with other air except for the incident surface 5aa on the lamp side of the triangular prism 5a. A light beam that satisfies the total reflection condition repeats internal reflection in the glass material 5b, so that the angle component can be reduced as compared with the case where 5a and 5b are made of the same glass material. On the other hand, since the light incident from 5aa can be finally taken into the trapezoidal rod lens 5b, the efficiency can be improved.
[0051]
The light pipe 5 shown in FIG. 9B includes a trapezoidal rod lens 5b and a mirror pipe 5c surrounding it. As a result, the light beam satisfying the total reflection condition repeats internal reflection in the trapezoidal rod lens 5b, so that the angle component can be made smaller than when the trapezoidal rod lens 5b and the mirror pipe 5c are made of a single glass material. On the other hand, since the light incident on the opening between the trapezoidal rod lens 5b and the mirror pipe 5c can be finally taken into the trapezoidal rod lens 5b, the efficiency can be improved.
[0052]
In FIG. 10A, the shape of the trapezoidal rod lens 5b is substantially parallel, the opening on the incident side of the triangular prism 5a is wide and gradually narrows. The refractive index of the trapezoidal rod lens 5b is larger than that of the triangular prism 5a. A reflective film is coated on the interface with other air except for the incident surface 5aa on the lamp side of the triangular prism 5a. The effect is the same as in FIG.
[0053]
In FIG. 10B, the shape of the trapezoidal rod lens 5b is a substantially parallel glass material, and the opening on the incident side surrounded by the mirror pipe 5c and the trapezoidal rod lens 5b is wide and gradually narrows. The effect is the same as in FIG.
[0054]
In FIG. 11A, the four surfaces of the trapezoidal rod lens 5b are surrounded by a mirror pipe 5c. FIG. 11B shows a trapezoidal rod lens 5b used for this. Up to the middle, the side faces expand in a divergent shape in both the vertical and horizontal directions, and from the middle become substantially parallel to the optical axis. The mirror pipe 5c is joined to the substantially parallel portion 5ba to facilitate the creation. In this configuration, the effect described in FIG. 10 can be obtained in both the vertical direction and the horizontal direction, and thus a greater effect can be obtained.
[0055]
FIGS. 12A and 12B show the movement of the light beam 30 in the light pipe shown in FIG. 9B as viewed from the side. As shown in FIG. 12A, the light beam 30 incident from the opening between the trapezoidal rod lens 5b and the mirror pipe 5c is incident from the side surface of the trapezoidal rod lens 5b and is reflected from the mirror pipe when exiting from the side surface. The light is reflected by the surface and reenters the trapezoidal rod lens 5b. Since the trapezoidal rod lens 5b has a divergent shape while the above process is repeated, the incident angle of light rays on the wall surface of the trapezoidal rod lens 5b gradually increases, eventually reaching the total reflection condition, and within the trapezoidal rod lens 5b. Finally, the light is totally reflected and finally exits from the exit surface of the trapezoidal rod lens 5b. As a result, only the trapezoidal rod lens 5b can increase the amount of light to be captured and brighten it as compared with the case where the light pipe is formed. In addition, since the trapezoidal rod lens has a divergent configuration, the angle component based on the optical axis can be gradually reduced. As shown in FIG. 12B, the light beam 30 incident from the front surface of the rod lens 5b is substantially totally reflected from the side surface in the rod lens 5b, and the angle component based on the optical axis is gradually reduced. The light exits from the exit surface. Since the display element 13 can increase the contrast as the angle component is smaller, the contrast of the device can be increased.
[0056]
FIG. 11 shows another embodiment of the light pipe 5 that can be used in the projection type image display apparatus shown in FIGS. 1 to 5 and 7. Here, only the light pipe 5 is shown. Other configurations are the same in each figure and are omitted.
[0057]
In addition, since the light emitted from the light pipe tends to have an approximately elliptical illuminance distribution, the central portion of the illuminance distribution on the reflective video display device swells. Therefore, by using the light pipe 5 having the exit opening 5z having a recessed center as shown in FIGS. 13A and 13B in advance, light loss due to expansion of the illuminance distribution can be suppressed. Can be improved.
[0058]
Red, orange, green, cyan, blue, and other LEDs may be used as the light source units in all the above embodiments. Thereby, the purity and size reduction of a single color can be achieved.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a projection-type image display device that achieves both miniaturization and high brightness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of an embodiment of a polarization conversion element and a light pipe used in the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of an embodiment of a light pipe used in the present invention and a trapezoidal rod lens used therefor.
FIG. 10 is a configuration diagram of another embodiment of a light pipe used in the present invention and a trapezoidal rod lens used therefor.
FIG. 11 is a configuration diagram of another embodiment of a light pipe used in the present invention and a trapezoidal rod lens used therefor.
FIG. 12 is a diagram showing the movement of light rays in the light pipe used in the present invention.
FIG. 13 is a configuration diagram of an embodiment of a light pipe used in the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source unit, 1a ... Light source, 2 ... Reflector, 3 ... Polarization conversion element, 3a ... Polarization separation element, 3b ... 1/2 wavelength phase difference plate, 3c ... Reflection mirror 5, 5h, 5i, 5j ... Light pipe 5jc ... side surface, 5a ... triangular prism, 5aa ... incident surface, 5b ... trapezoidal rod lens, 5ba ... substantially parallel portion, 5c ... mirror pipe, 5z ... output aperture, 6 ... incident side light pipe, 7 ... concave lens, 9 ... Condenser lens, 10 ... Color wheel, 11 ... Electronic color separation means, 12 ... Projection lens, 12 '... Removable mechanism, 13 ... Reflective display device, 14 ... Incident polarizing plate, 14' ... Outgoing polarizing plate, 15 ... Incident side light pipe, 19... Polarization separation element, 19 a... Polarization separation film, 21... Power source, 22... Projection type image display device, 23. Retardation plate DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Light ray, 32 ... 1st array lens, 33 ... 2nd array lens, 34 ... Collimator lens, 35 ... Micro lens, 36 ... Dichroic prism, 37 ... Chassis, 42 ... Reflective type polarizing plate, 43 ... Imaging Lens group, 44: diffractive optical element.

Claims (3)

光を放射する光源ユニットと、
前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、
映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、
前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段と、
照明光学系が放射した略楕円偏光を略直線偏光へ変換する偏光変換素子を有する投射型映像表示装置であって、
前記偏光変換素子は前記光源ユニットから放射される光を入射して光の照度を均一化するライトパイプに一体化されるとともに、
前記偏光変換素子は偏光分離素子と 1/2 波長位相差板と反射素子とから構成され、
前記光源ユニットから放射され該ライトパイプの端面から導光された光の S 偏光は前記偏光分離素子で反射して光路を90度折り曲げられ、該ライトパイプの壁面から出射され、
前記光源ユニットから放射され、該ライトパイプの端面から導光された光の P 偏光は前記偏光分離素子で透過し、前記 1/2 波長位相差板で S 偏光に変換され、前記反射素子で反射して光路を90度折り曲げられ、該ライトパイプの壁面から出射されることを特徴とする投射型映像表示装置。
A light source unit that emits light;
An illumination optical system for irradiating the image display element with light from the light source unit;
An image display element for forming an optical image corresponding to the image signal;
Projecting means for projecting light emitted from the image display element;
A projection-type image display device having a polarization conversion element that converts substantially elliptically polarized light emitted by an illumination optical system into substantially linearly polarized light,
The polarization conversion element is integrated with a light pipe that makes the light emitted from the light source unit incident and uniforms the illuminance of the light,
The polarization conversion element is composed of a polarization separation element, a half- wave retardation plate and a reflection element,
S- polarized light of light emitted from the light source unit and guided from the end face of the light pipe is reflected by the polarization separation element, the optical path is bent 90 degrees, and is emitted from the wall surface of the light pipe.
The P- polarized light emitted from the light source unit and guided from the end face of the light pipe is transmitted by the polarization separation element, converted to S- polarization by the half- wave retardation plate, and reflected by the reflection element. Then, the optical path is bent 90 degrees and emitted from the wall surface of the light pipe .
請求項1に記載の投射型映像表示装置において、In the projection type video display device according to claim 1,
前記偏光分離素子は、45度の角度を有する該ライトパイプの端面に偏光分離膜として形成され、The polarization separation element is formed as a polarization separation film on an end face of the light pipe having an angle of 45 degrees,
該ライトパイプと前記偏光変換素子は光学的に一体に形成されることを特徴とする。  The light pipe and the polarization conversion element are optically formed integrally.
請求項1に記載の投射型映像表示装置において、In the projection type video display device according to claim 1,
前記偏光分離素子で反射された光の出射光量と前記反射素子で反射された光の出射光量が略等しくなるように、前記照明光学系の位置を変えることを特徴とする投射型映像表示装置。  A projection-type image display apparatus, wherein the position of the illumination optical system is changed so that an emitted light amount of light reflected by the polarization separating element and an emitted light amount of light reflected by the reflecting element are substantially equal.
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