JP4572358B2 - projector - Google Patents
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Description
本発明は、複数の液晶パネルを用いて合成画像を投射するプロジェクタに関する。 The present invention relates to a projector that projects a composite image using a plurality of liquid crystal panels.
プロジェクタとして、光源光を3色に分離することによって各色の液晶表示素子を照明し、各色の液晶表示素子からの光束を合成し、投射レンズによって合成像をスクリーン上に投射するものが存在する(特許文献1参照)。このプロジェクタでは、光源部から射出される平行光束の光軸が、床面に対してある仰角を有するように設定され、この仰角が液晶表示素子の最適視角に設定されている。 Some projectors illuminate liquid crystal display elements of each color by separating light source light into three colors, synthesize light beams from the liquid crystal display elements of each color, and project a composite image on a screen by a projection lens ( Patent Document 1). In this projector, the optical axis of the parallel light beam emitted from the light source unit is set to have a certain elevation angle with respect to the floor surface, and this elevation angle is set to the optimum viewing angle of the liquid crystal display element.
しかし、上記のような、プロジェクタでは、予め設定されている仰角で使用しなければ、液晶表示素子を最適視角で利用できないというという問題がある。 However, the projector as described above has a problem that the liquid crystal display element cannot be used at the optimum viewing angle unless it is used at a preset elevation angle.
そこで、本発明は、プロジェクタが使用される仰角に関わりなく個々の液晶表示パネルの視野角特性に適合させて性能を有効に発揮させることができるプロジェクタを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a projector capable of effectively exhibiting performance by adapting to the viewing angle characteristics of individual liquid crystal display panels regardless of the elevation angle at which the projector is used.
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、(a)照明光を射出する照明光学系と、(b)照明光学系からの照明光を3つの色光用の光路に分離する色分離導光光学系と、(c)色分離光学系で分離されて各色光用の光路に導かれた光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する各色の光変調装置と、(d)各色の光変調装置で変調された各色の光束を合成する光合成光学系と、(e)光合成光学系を経た光束を投射する投射光学系とを備える。そして、本プロジェクタでは、(f)各色の光変調装置のうち、光合成光学系を透過する光を変調する通常視型の光変調装置と、光合成光学系で反射される光を変調する鏡像視型の光変調装置とで、視野角特性が互いに左右反転しており、(g)照明光学系及び色分離導光光学系に含まれる少なくとも1つの光学素子をシステム光軸に対してシフト及び/又は回転させることによって、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させる。ここで、光変調装置の視野角特性や照明光の入射角に関して左右とは、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸が配置される平面を基準とし、この平面の一方側をこの光学系に共通の上側として、着目する箇所の光束の進行方向を向いた場合の横2方向を意味するものとする。なお、システム光軸が通る上記のような平面は、通常重力を基準とした水平面に一致させるが、本発明は、このような場合に限るものではない。 In order to solve the above problems, a projector according to the present invention includes (a) an illumination optical system that emits illumination light, and (b) a color separation guide that separates the illumination light from the illumination optical system into three color light optical paths. A light optical system, (c) a light modulation device for each color that modulates light guided to the light path for each color light according to image information, and (d) a light modulation for each color. A light combining optical system that combines the light beams of the respective colors modulated by the apparatus; and (e) a projection optical system that projects the light beams that have passed through the light combining optical system. In this projector, (f) among the light modulation devices of the respective colors, a normal vision type light modulation device that modulates light transmitted through the light synthesis optical system, and a mirror image type that modulates the light reflected by the light synthesis optical system. (G) Shifting and / or shifting at least one optical element included in the illumination optical system and the color separation light guide optical system with respect to the system optical axis. By rotating, the average incident angle of the illumination light with respect to the normal-view-type light modulator and the mirror-view-type light modulator is reversed left and right according to the respective viewing angle characteristics. Here, the left and right with respect to the viewing angle characteristics of the light modulation device and the incident angle of the illumination light are based on the plane on which the system optical axis passing through the center of the image forming area of each color light modulation device is arranged, and one of the planes. Assuming that the side is the upper side common to the optical system, it means two lateral directions when the traveling direction of the light beam at the point of interest is directed. Note that the above-described plane through which the system optical axis passes coincides with a horizontal plane based on normal gravity, but the present invention is not limited to such a case.
上記プロジェクタでは、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とで視野角特性が互いに左右反転しており、光合成光学系によって合成された像は、結果的に視野角特性を左右に関して一致させて得たものになっており、各色の光変調装置が共通の特性を有する状態で使用される。さらに、本プロジェクタでは、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角を視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、各色の光変調装置をそれぞれの視野角特性に合わせて効率的に照明することができ、色ムラ等を低減した明るい高コントラストの画像を投射することができる。この際、照明光学系及び色分離導光光学系に含まれる少なくとも1つの光学素子をシステム光軸に対してシフト及び/又は回転させるだけであり、簡易に照明光の入射角を調整することができる。 In the projector described above, the viewing angle characteristics of the normal-view-type light modulation device and the mirror-view-type light modulation device are reversed from each other. As a result, the image synthesized by the light combining optical system changes the viewing-angle characteristics to the left and right. The light modulation devices of the respective colors are used in a state having common characteristics. Further, in this projector, the average incident angle of the illumination light with respect to the normal-view-type light modulator and the mirror-view-type light modulator is reversed left and right according to the viewing angle characteristics. Illumination can be efficiently performed according to the viewing angle characteristics, and a bright high-contrast image with reduced color unevenness can be projected. At this time, at least one optical element included in the illumination optical system and the color separation light guide optical system is simply shifted and / or rotated with respect to the system optical axis, and the incident angle of the illumination light can be easily adjusted. it can.
本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記プロジェクタにおいて、投射光学系の光軸が、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して、各色の光変調装置から射出され光合成光学系で合成される光束の平均射出方向にシフト及び/又は回転して配置されている。本発明のプロジェクタでは、照明光の平均入射角がシステム光軸に対して左右に傾いており、各色の光変調装置からの主な光束がシステム光軸に対して左右に傾いて射出される。よって、投射光学系の光軸を、システム光軸を基準として光合成光学系等を経た光束の平均射出方向にシフトや回転させることで、光を無駄なく投射することができる。 According to a specific aspect or aspect of the present invention, in the projector described above, the light modulation device for each color with respect to the system optical axis in which the optical axis of the projection optical system passes through the center of the image forming region of the light modulation device for each color. Are shifted and / or rotated in the average emission direction of the light beams emitted from the light and synthesized by the light combining optical system. In the projector of the present invention, the average incident angle of the illumination light is tilted to the left and right with respect to the system optical axis, and main light beams from the light modulators of the respective colors are emitted tilted to the left and right with respect to the system optical axis. Therefore, light can be projected without waste by shifting or rotating the optical axis of the projection optical system in the average emission direction of the light beam that has passed through the light combining optical system or the like with the system optical axis as a reference.
本発明の別の態様によれば、各色の光変調装置が、液晶表示パネルを含む液晶ライトバルブである。この場合、比較的安価な複数の液晶表示パネルを合成することによって得た高品位の画像を安定して投射することができる。なお、液晶表示パネルはプレチルトによって視野角特性を持ちやすい傾向があるが、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置との視野角特性を互いに左右反転させ、照明光の平均入射角を視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、色ムラ等を低減した高品位の画像を投射することができる。 According to another aspect of the present invention, the light modulation device for each color is a liquid crystal light valve including a liquid crystal display panel. In this case, a high-quality image obtained by synthesizing a plurality of relatively inexpensive liquid crystal display panels can be stably projected. Liquid crystal display panels tend to have viewing angle characteristics due to pretilt, but the viewing angle characteristics of the normal-view type light modulator and the mirror-view type light modulator are reversed from each other so that the average incidence of illumination light is achieved. Since the angles are reversed to the left and right according to the viewing angle characteristics, a high-quality image with reduced color unevenness can be projected.
本発明のさらに別の態様によれば、照明光学系が、光束を射出する光源と、光源からの光束を複数の部分光束に分割する第1レンズアレイと、第1レンズアレイからの光束を個別に集光する第2レンズアレイと、第2レンズアレイからの光束を各色の光変調装置の画像形成領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、光源、第1レンズアレイ、及び第2レンズアレイの光軸を、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して同一方向にシフトさせる。この場合、照明光学系を構成する例えば光源等をシステム光軸に平行にシフトさせるだけの簡単な構成で、照明光の各色の光変調装置に対する平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて調整することができる。 According to still another aspect of the present invention, the illumination optical system includes a light source that emits a light beam, a first lens array that divides the light beam from the light source into a plurality of partial light beams, and a light beam from the first lens array. A light source, a first lens array, and a second lens array, and a superimposing lens that superimposes a light beam from the second lens array on an image forming region of each color light modulation device. Are shifted in the same direction with respect to the system optical axis passing through the center of the image forming area of each color light modulation device. In this case, the average incident angle of the illumination light with respect to the light modulation device of each color is adjusted according to the viewing angle characteristics with a simple configuration in which the illumination optical system, for example, the light source is shifted in parallel with the system optical axis. can do.
本発明のさらに別の態様によれば、照明光学系が、光束を射出する光源と、光源からの光束を複数の部分光束に分割する第1レンズアレイと、第1レンズアレイからの光束を個別に集光する第2レンズアレイと、第2レンズアレイからの光束を各色の光変調装置の画像形成領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、光源、第1レンズアレイ、及び重畳レンズの光軸を、各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して同一方向にシフトさせる。この場合、照明光学系を構成する例えば光源等をシステム光軸に平行にシフトさせるだけの簡単な構成で、照明光の各色の光変調装置に対する平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて調整することができる。 According to still another aspect of the present invention, the illumination optical system includes a light source that emits a light beam, a first lens array that divides the light beam from the light source into a plurality of partial light beams, and a light beam from the first lens array. And a superimposing lens that superimposes the light flux from the second lens array on the image forming area of each color light modulator, and the light from the light source, the first lens array, and the superimposing lens. The axis is shifted in the same direction with respect to the system optical axis passing through the center of the image forming area of each color light modulator. In this case, the average incident angle of the illumination light with respect to the light modulation device of each color is adjusted according to the viewing angle characteristics with a simple configuration in which the illumination optical system, for example, the light source is shifted in parallel with the system optical axis. can do.
本発明のさらに別の態様によれば、色分離導光光学系が、複数のミラーを有し、色分離導光光学系において、通常視型の光変調装置に至る光の反射回数は、鏡像視型の光変調装置に至る光の反射回数に対して奇数差になっている。この場合、ダイクロイックミラー等を含む複数のミラーを組み合わせて通常通り配置したままの色分離導光光学系に対して、照明光学系からの照明光束を一括してシステム光軸に対して傾けるだけで、照明光の各色の光変調装置に対する均入射角の方向を各色の光変調装置の視野角特性に対応したものとすることができる。 According to still another aspect of the present invention, the color separation light guide optical system has a plurality of mirrors, and in the color separation light guide optical system, the number of reflections of light reaching the normal viewing type light modulation device is a mirror image. There is an odd difference with respect to the number of reflections of light reaching the visual light modulation device. In this case, the illumination light beam from the illumination optical system is simply tilted with respect to the system optical axis with respect to the color separation light guide optical system that is normally arranged by combining a plurality of mirrors including a dichroic mirror. The direction of the uniform incident angle of the illumination light with respect to the light modulation device of each color can correspond to the viewing angle characteristics of the light modulation device of each color.
本発明のさらに別の態様によれば、色分離導光光学系が、複数のミラーを有し、複数のミラーのうち少なくとも1つのミラーを左右に関して回転させることによって、通常視型の光変調装置と鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角を視野角特性に応じて互いに左右反転させる。この場合、色分離導光光学系を構成する少なくとも1つのミラーを回転させるだけの簡単な構成で、照明光の各色の光変調装置に対する平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて調整することができる。 According to still another aspect of the present invention, the color separation light guide optical system includes a plurality of mirrors, and rotates at least one of the plurality of mirrors with respect to the left and right, thereby causing a normal vision type light modulation device. And the mirror image-type light modulation device, the average incident angle of the illumination light is horizontally reversed according to the viewing angle characteristics. In this case, the average incident angle of the illumination light with respect to the light modulation device of each color is adjusted according to each viewing angle characteristic with a simple configuration in which at least one mirror constituting the color separation light guide optical system is rotated. Can do.
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るプロジェクタ10の光学系を示す模式図である。このプロジェクタ10は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射する光学機器であり、照明光を発生する照明光学系20と、照明光学系20からの照明光を赤緑青の3色に分割する色分離導光光学系40と、色分離導光光学系40から射出された各色の照明光によって照明される光変調部60と、光変調部60からの各色の光束を合成するクロスダイクロイックプリズム70と、クロスダイクロイックプリズム70を経た光束をスクリーン(不図示)に投射する投射光学系80とを備える。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical system of a
以上のプロジェクタ10において、照明光学系20は、光源ランプユニット21と、第1及び第2レンズアレイ31,32と、偏光変換装置34と、重畳レンズ35とを備える。
In the
このうち、光源ランプユニット21は、色分離導光光学系40等を介して光変調部60を照明するための照明光を射出する光源であり、放電発光型のランプである発光管23と、発光管23から射出された光源光を反射する楕円面のリフレクタである凹面鏡24と、凹面鏡24で反射された光源光をコリメートする凹レンズ25とを備える。発光管23は、例えば高圧水銀ランプ等であり、略白色光を発生する。この照明光学系20において、発光管23から射出された光源光は、凹面鏡24及び凹レンズ25を経て平行化され、前方側すなわち色分離導光光学系40側に射出される。なお、上述した楕円の凹面鏡24に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、凹面鏡24の後段に凹レンズ25等を設けなくとも、照明光学系20から平行光束を射出させることが可能となる。
Among these, the light
第1レンズアレイ31は、光源ランプユニット21から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸SAと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。各小レンズの輪郭形状は、後述する光変調部60を構成する液晶表示パネル61b,61g,61rの画像形成領域すなわち被照明領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。第2レンズアレイ32は、前述した第1レンズアレイ31により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第1レンズアレイ31と同様にシステム光軸SAに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶表示パネル61b,61g,61rの画像形成領域の形状と対応している必要はない。
The
偏光変換装置34は、PBSアレイと位相差板とで形成されており、第1レンズアレイ31により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。この偏光変換装置34のPBSアレイは、詳細な図示を省略しているが、システム光軸SAに対して傾斜配置される偏光分離膜及び反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。前者の偏光分離膜は、各部分光束に含まれるP偏光光束及びS偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、後者の反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわちシステム光軸SAに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換装置34の光束射出面にストライプ状に設けられる位相差板によって偏光変換され、すべての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換装置34を用いることにより、光源ランプユニット21から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、光変調部60で利用する光源光の利用率を向上させることができる。
The
重畳レンズ35は、第1レンズアレイ31、第2レンズアレイ32、及び偏光変換装置34を経た複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル61b,61g,61rの画像形成領域に対応する被照明領域上に重畳させて入射させるための光学素子である。この重畳レンズ35から射出された光束は、均一化されつつ次段の色分離導光光学系40に射出される。つまり、両レンズアレイ31,32と重畳レンズ35とを経た照明光は、以下に詳述する色分離導光光学系40を経て、光変調部60の被照明領域すなわち各色の液晶表示パネル61b,61g,61rの画像形成領域を均一に重畳照明する。
The superimposing
この色分離導光光学系40において、照明光学系20から入射した照明光は、まず第1ダイクロイックミラー41aに入射する。第1ダイクロイックミラー41aで反射された青色光LBは、第1光路OP1に導かれ、システム光軸SAに対して45°傾斜した反射ミラー42aを経て最終段のフィールドレンズ43bに入射する。また、第1ダイクロイックミラー41aを透過して第2ダイクロイックミラー41bで反射された緑色光LGは、第2光路OP2に導かれ最終段のフィールドレンズ43gに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー41bを通過した赤色光LRは、第3光路OP3に導かれ、システム光軸SAに対して45°傾斜した反射ミラー42b,42cやリレーレンズ45,46を経て最終段のフィールドレンズ43rに入射する。
In the color separation and light guide
色分離導光光学系40は、第1及び第2ダイクロイックミラー41a,41b、反射ミラー42a,42b,42c、フィールドレンズ43b,43g,43r、及びリレーレンズ45,46を備える。これらのうち、第1及び第2ダイクロイックミラー41a,41bを含んで構成される色分離光学系は、照明光を、青(B)色光、緑(G)色光、及び赤(R)色光の3つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー41a,41bは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸SAに対してともに45°傾斜した状態で配置される。第1ダイクロイックミラー41aは、赤・青・緑(R・G・B)の3色のうち青色光LBを反射し、緑色光LGと赤色光LRとを透過させる。また、第2ダイクロイックミラー41bは、入射した緑色光LG及び赤色光LRのうち緑色光LGを反射し赤色光LRを透過させる。色分離導光光学系40の射出側に設けられた各色用のフィールドレンズ43b,43g,43rは、第2レンズアレイ32から射出され光変調部60に入射する各部分光束が、システム光軸SAに対して適当な収束度又は発散度となるように設けられている。一対のリレーレンズ45,46は、青色用の第1光路OP1や緑色用の第2光路OP2よりも相対的に長い赤色用の第3光路OP3上に配置されている。これらのリレーレンズ45,46は、入射側の第1のリレーレンズ45の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ43rに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。
The color separation light guide
この色分離導光光学系40において、照明光学系20から照明光学系30を経て入射した照明光は、まず第1ダイクロイックミラー41aに入射する。第1ダイクロイックミラー41aで反射された青色光LBは、第1光路OP1に導かれ、システム光軸SAに対して45°傾斜した反射ミラー42aを経て最終段のフィールドレンズ43bに入射する。また、第1ダイクロイックミラー41aを透過して第2ダイクロイックミラー41bで反射された緑色光LGは、第2光路OP2に導かれ最終段のフィールドレンズ43gに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー41bを通過した赤色光LRは、第3光路OP3に導かれ、システム光軸SAに対して45°傾斜した反射ミラー42b,42cやリレーレンズ45,46を経て最終段のフィールドレンズ43rに入射する。
In the color separation light guide
光変調部60は、3色の照明光LB,LG,LRがそれぞれ入射する3つの液晶表示パネル61b,61g,61rと、各液晶表示パネル61b,61g,61rを挟むように配置される3組の偏光フィルタ62b,62g,62rとを備える。ここで、例えば青色光LB用の液晶表示パネル61bと、これを挟む一対の偏光フィルタ62b,62bとは、照明光を画像情報に基づいて2次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光LG用の液晶表示パネル61gと、対応する偏光フィルタ62g,62gも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光LR用の液晶表示パネル61rと、偏光フィルタ62r,62rも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶表示パネル61b,61g,61rは、具体的な図示は省略するが、例えばツィストネマティック方式の透過型の液晶パネルであり、TFT基板と対向基板との間に液晶分子が密閉封入された構成を有し、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。
The
この光変調部60において、第1光路OP1に導かれた青色光LBは、フィールドレンズ43bを介して液晶表示パネル61bの位置に設けた画像形成領域に入射し液晶表示パネル61b内の画像形成領域を照明する。第2光路OP2に導かれた緑色光LGは、フィールドレンズ43gを介して液晶表示パネル61gの位置に設けた画像形成領域に入射し液晶表示パネル61g内の画像形成領域を照明する。第3光路OP3に導かれた赤色光LRは、第1及び第2リレーレンズ45,46及びフィールドレンズ43rを介して液晶表示パネル61rの位置に設けた画像形成領域に入射し液晶表示パネル61r内の画像形成領域を照明する。各液晶表示パネル61b,61g,61rは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置である。各液晶表示パネル61b,61g,61rにそれぞれ入射した各色光LB,LG,LRは、各液晶表示パネル61b,61g,61rに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ62b,62g,62rによって、各液晶表示パネル61b,61g,61rに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶表示パネル61b,61g,61rから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
In the
図2は、光変調部60を構成する各液晶表示パネル61b,61g,61rの視野角特性を説明するグラフである。図2(A)は、青及び赤色用の液晶表示パネル61b,61rの視野角特性を例示し、図2(B)は、緑色用の液晶表示パネル61gの視野角特性を例示する。
FIG. 2 is a graph illustrating the viewing angle characteristics of the liquid
図2(A)に示すように、青及び赤色用の液晶表示パネル61b,61rは、右側に傾いた視野角特性を有する。ここで、青色用の液晶表示パネル61bの視野角特性について、右傾斜とは、システム光軸SA方向に沿って液晶表示パネル61bを光入射側から観た場合において、液晶表示パネル61bの画像形成領域への入射角が右側(+X側)に所定の微小角だけ傾いているときに、コントラストが高まることを意味する。同様に、赤色用の液晶表示パネル61rの視野角特性について、右傾斜とは、システム光軸SA方向に沿って液晶表示パネル61rを光入射側から観た場合において、液晶表示パネル61rの画像形成領域への入射角が右側(−X側)に所定の微小角だけ傾いているときに、コントラストが高まることを意味する。なお、両液晶表示パネル61b,61rは、対向基板側のラビング方向を基準として、TFT基板のラビング方向を90度左(反時計方向に)回転させ、液晶分子を左ねじれに設定した液晶パネルであり、配向膜の近傍に存在する液晶のプレチルトによって上記のような右傾斜の視野角特性を有する。
As shown in FIG. 2A, the blue and red liquid
一方、図2(B)に示すように、緑色用の液晶表示パネル61gは、左側に傾いた視野角特性を有する。ここで、緑色用の液晶表示パネル61gの視野角特性について、左傾斜とは、システム光軸SA方向に沿って液晶表示パネル61gを光入射側から観た場合において、液晶表示パネル61gの画像形成領域への入射角が左側(+Y側)に所定の微小角だけ傾いているときに、コントラストが高まることを意味する。なお、図2(B)の液晶表示パネル61gは、図2(A)に示す液晶表示パネル61b,61rとはタイプの異なる液晶、対向基板側のラビング方向を基準として、TFT基板のラビング方向を90度右(時計方向に)回転させ、液晶分子を右ねじれに設定した液晶パネルであり、配向膜の近傍に存在する液晶のプレチルトによって上記のような左傾斜の視野角特性を有する。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, the green liquid
図3は、各液晶表示パネル61b,61g,61rへの照明光の入射状態を説明する図である。図3(A)に示す青色用の液晶表示パネル61bの画像形成領域Ibには、光源ランプユニット21等のシフトを利用して、右傾斜状態の代表光束Rbを入射させる。この代表光束Rbは、画像形成領域Ibに対する青色光LBの平均入射角αb(システム光軸SA方向に沿って液晶表示パネル61bを光入射側から観た場合において、画像形成領域Ibへ右側(+X側)に傾いた所定の微小角)に相当する入射角で画像形成領域Ibに入射する。図3(B)に示す緑色用の液晶表示パネル61gの画像形成領域Igには、光源ランプユニット21等のシフトを利用して、左傾斜状態の代表光束Rgを入射させる。この代表光束Rgは、画像形成領域Igに対する緑色光LGの平均入射角αg(システム光軸SA方向に沿って液晶表示パネル61gを光入射側から観た場合において、画像形成領域Igへ左側(+Y側)に傾いた所定の微小角)に相当する入射角で画像形成領域Igに入射する。図3(C)に示す赤色用の液晶表示パネル61rの画像形成領域Irには、光源ランプユニット21等のシフトを利用して、右傾斜状態の代表光束Rrを入射させる。この代表光束Rrは、画像形成領域Irに対する赤色光LRの平均入射角αr(システム光軸SA方向に沿って液晶表示パネル61rを光入射側から観た場合において、画像形成領域Irへ右側(−X側)に傾いた所定の微小角)に相当する入射角で画像形成領域Irに入射する。
FIG. 3 is a diagram for explaining an incident state of illumination light to each of the liquid
なお、図1の色分離導光光学系40において、右傾斜状態で照明される液晶表示パネル61b,61rに至る光路OP1,OP3において光が反射される回数(具体的には光路OP1においてはミラー41a,42aでの反射、光路OP3においてはミラー42b,42cでの反射)は、それぞれ2回の偶数回となっており、左傾斜状態で照明される液晶表示パネル61gに至る光路OP2において光が反射される回数(具体的には光路OP2においてはミラー41bでの反射)は、1回で奇数回となっている。つまり、液晶表示パネル61b,61rに至る光路OP1,OP3における光の反射回数は、液晶表示パネル61gに至る光路OP2における反射回数に対して奇数回差になっている。これにより、光源ランプユニット21等のシフトを利用して各色を一括した光源のシフトを行った場合であっても、光路内における反射回数に応じて、液晶表示パネル61b,61g,61rを右傾斜状態及び左傾斜状態のいずれで照明するかを簡易に設定することができる。
In the color separation light guide
図4は、クロスダイクロイックプリズム70を経た光束の投射光学系80への入射を説明する図である。図4(A)に示す青色用の液晶表示パネル61bは、鏡像視型の光変調装置であり、第1誘電体多層膜71によって鏡像視される虚像として表示されている。この液晶表示パネル61bは、図3(A)の平均入射角αbの正負を入れ替えた左傾斜状態に対応する代表光束Rbを射出する。図4(B)に示す緑色用の液晶表示パネル61gは、通常視型の光変調装置であり、クロスダイクロイックプリズム70をそのまま通過する実像として表示されている。この液晶表示パネル61gは、図3(B)の平均入射角αgのままの左傾斜状態に対応する代表光束Rgを射出する。図4(C)に示す赤色用の液晶表示パネル61rは、鏡像視型の光変調装置であり、第2誘電体多層膜72によって鏡像視される虚像として表示されている。この液晶表示パネル61rは、図3(C)の平均入射角αrの正負を入れ替えた左傾斜状態に対応する代表光束Rrを射出する。以上の図3(A)〜3(C)から明らかなように、投射光学系80に入射する各色の代表光束Rb,Rg,Rrは、システム光軸SAに対して同一方向に同一の角αb,αg,αrで傾斜した状態となっている。よって、投射光学系80をシステム光軸SAに対してシフトさせ、投射光学系80の光軸PLAがシステム光軸SAの右側に適当な間隔だけ平行シフトした状態とする。これにより、各液晶表示パネル61b,61g,61rの像を少ないピントずれ及び歪でスクリーン上に投射することができる。なお、図1において、点線で示す投射光学系180は、その光軸をシステム光軸SAに対して一致させた従来型の比較例を示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the incidence of the light beam that has passed through the cross
以上説明したプロジェクタ10では、鏡像視型の液晶表示パネル61b,61rと、通常視型の液晶表示パネル61gとで視野角特性が互いに左右反転しており、クロスダイクロイックプリズム70によって合成された像は、結果的に視野角特性を左右に関して一致させて得たものになっており、各色の液晶表示パネル61b,61g,61rが共通の特性を有する状態で使用される。さらに、本プロジェクタ10では、鏡像視型の液晶表示パネル61b,61rと、通常視型の液晶表示パネル61gとに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、各色の液晶表示パネル61b,61g,61rの視野角特性に合わせて効率的に照明することができ、色ムラ等を低減した明るい高コントラストの画像を投射することができる。この際、照明光学系20に含まれる光源ランプユニット21と、第1及び第2レンズアレイ31,32と、偏光変換装置34とをシステム光軸SAに対して同一のX方向に同一距離だけそれぞれシフトして配置させるだけであり、簡易に各色の液晶表示パネル61b,61g,61rに対する照明光の入射角を調整することができる。
In the
図4は、クロスダイクロイックプリズム70を経た光束の投射光学系80への入射を説明する図である。図4(A)に示す青色用の液晶表示パネル61bは、鏡像視型の光変調装置であり、第1誘電体多層膜71によって鏡像視される虚像として表示されている。この液晶表示パネル61bは、図3(A)の平均入射角αbの正負を入れ替えた左傾斜状態に対応する代表光束Rbを射出する。図4(B)に示す緑色用の液晶表示パネル61gは、通常視型の光変調装置であり、クロスダイクロイックプリズム70をそのまま通過する実像として表示されている。この液晶表示パネル61bは、図3(B)の平均入射角αgのままの左傾斜状態に対応する代表光束Rgを射出する。図4(C)に示す赤色用の液晶表示パネル61rは、鏡像視型の光変調装置であり、第2誘電体多層膜72によって鏡像視される虚像として表示されている。この液晶表示パネル61rは、図3(C)の平均入射角αrの正負を入れ替えた左傾斜状態に対応する代表光束Rrを射出する。以上の図3(A)〜3(C)から明らかなように、投射光学系80に入射する各色の代表光束Rb,Rg,Rrは、システム光軸SAに対して同一方向に同一の角αb,αg,αrで傾斜した状態となっている。よって、投射光学系80をシステム光軸SAに対してシフトさせ、投射光学系80の光軸PLAがシステム光軸SAの右側に適当な間隔だけ平行シフトした状態とする。これにより、各液晶表示パネル61b,61g,61rの像を少ないピントずれ及び歪でスクリーン上に投射することができる。なお、図1において、点線で示す投射光学系180は、その光軸をシステム光軸SAに対して一致させた従来型の比較例を示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the incidence of the light beam that has passed through the cross
以上説明したプロジェクタ10では、鏡像視型の液晶表示パネル61b,61rと、通常視型の液晶表示パネル61gとで視野角特性が互いに左右反転しており、クロスダイクロイックプリズム70によって合成された像は、結果的に視野角特性を左右に関して一致させて得たものになっており、各色の液晶表示パネル61b,61g,61rが共通の特性を有する状態で使用される。さらに、本プロジェクタ10では、鏡像視型の液晶表示パネル61b,61rと、通常視型の液晶表示パネル61gとに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させるので、各色の液晶表示パネル61b,61g,61rの視野角特性に合わせて効率的に照明することができ、色ムラ等を低減した明るい高コントラストの画像を投射することができる。この際、照明光学系30に含まれる光源ランプユニット21と、第1及び第2レンズアレイ31,32と、偏光変換装置34とをシステム光軸SAに対して同一のX方向に同一距離だけそれぞれシフトして配置させるだけであり、簡易に各色の液晶表示パネル61b,61g,61rに対する照明光の入射角を調整することができる。
In the
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第2実施形態のプロジェクタは、第1実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、特に説明しない部分については第1実施形態と同様であるものとする。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a projector according to a second embodiment of the invention will be described. Note that the projector according to the second embodiment is obtained by partially changing the projector according to the first embodiment, and parts that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
図5は、本実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。このプロジェクタ210の場合、照明光学系220において、光源ランプユニット21と、第1レンズアレイ31と、重畳レンズ235とが、システム光軸SAに対して同一のX方向にそれぞれシフトして配置されている。具体的には、光源ランプユニット21と、第1レンズアレイ31とに共通する光軸A2は、システム光軸SAに対して同一の+X方向に所定距離だけシフトしたものとなっており、重畳レンズ235の光軸A3も、システム光軸SAに対して同一の+X方向に所定距離だけシフトしたものとなっている。一方、第2レンズアレイ132と偏光変換装置134とは、従来同様にシステム光軸SAに対してシフトすることなく配置されている。なお、点線で示す光源ランプユニット121と、第1レンズアレイ131と、重畳レンズ135とは、システム光軸SAに対して光軸A2,A3を一致させた従来型の比較例を示している。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an optical system of the projector according to the present embodiment. In the case of the
本実施形態の場合、光源ランプユニット21及び第1レンズアレイ31の光軸A2と、重畳レンズ235の光軸A3とは、システム光軸SAに対して右側(この場合、+X側)にシフトしたものとなっている。このように、光源ランプユニット21等をシステム光軸SAに対して同一の+X方向にシフトさせることにより、第2レンズアレイ132に偏芯した光束が入射することになる。これにより、照明光学系20から射出される照明光の光束を反時計方向に所定角度だけ回転させた右傾斜状態(光束が光源側で右側に僅かに傾けた状態)とすることができ、変調部60を構成する各色の画像形成領域Ib,Ig,Irに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて必要だけ傾けたものとすることができる。具体的には、第1実施形態の場合と同様に、各色の液晶表示パネル61b,61g,61rを構成する画像形成領域Ib,Ig,Irに、代表光束Rb,Rg,Rrに代表されるような右傾斜状態或いは左傾斜状態の照明光を入射させることができる。
In the present embodiment, the optical axis A2 of the light
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態に係るプロジェクタについて説明する。なお、第3実施形態のプロジェクタは、第1実施形態のプロジェクタを一部変更したものであり、特に説明しない部分については第1実施形態と同様であるものとする。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a projector according to a third embodiment of the invention will be described. Note that the projector according to the third embodiment is obtained by partially changing the projector according to the first embodiment, and parts that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
図6は、本実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。このプロジェクタ310の場合、各色の液晶表示パネル61b,61g,61rの前段に配置されるミラー342a,342c,341bを、各色液晶表示パネル61b,61g,61rの視野角特性に応じて傾斜させたものとなっている。具体的には、右傾斜状態で照明され鏡像視状態で合成される青色用の液晶表示パネル61bについては、−Z方向に沿って観た場合に反射ミラー342aを反時計方向に所定の微小角だけ回転させ(左に回転)ることで、液晶表示パネル61bへの代表光束Rbの入射角すなわち照明光の平均入射角を調整する。また、左傾斜状態で照明され通常視状態で合成される緑色用の液晶表示パネル61gについては、−Z方向に沿って観た場合にダイクロイックミラー341bを時計方向に所定の微小角だけ回転させ(右に回転)ることで、液晶表示パネル61gへの代表光束Rgの入射角すなわち照明光の平均入射角を調整する。さらに、右傾斜状態で照明され鏡像視状態で合成される赤色用の液晶表示パネル61rについては、−Z方向に沿って観た場合に反射ミラー342cを反時計方向に所定の微小角だけ回転させ(左に回転)ることで、液晶表示パネル61rへの代表光束Rrの入射角すなわち照明光の平均入射角を調整する。なお、点線で示す反射ミラー42a,ダイクロイックミラー41b,反射ミラー42cは、システム光軸SAに対して45°傾斜させた従来型の比較例を示している。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an optical system of the projector according to the present embodiment. In the case of the
本実施形態でも、変調部60を構成する各色の画像形成領域Ib,Ig,Irに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて必要だけ傾けたものとすることができる。具体的には、第1実施形態の場合と同様に、各色の液晶表示パネル61b,61g,61rを構成する画像形成領域Ib,Ig,Irに、代表光束Rb,Rg,Rrに代表されるような右傾斜状態或いは左傾斜状態の照明光を入射させることができる。
Also in the present embodiment, the average incident angle of the illumination light with respect to the image forming regions Ib, Ig, Ir of each color constituting the
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、液晶表示パネル61b,61rを鏡像視状態で使用し、液晶表示パネル61gを通常視状態で使用しているが、これらの組み合わせは、クロスダイクロイックプリズム70の周囲における液晶表示パネル61b,61g,61rの配置や、誘電体多層膜71,72の特性変更等によって適宜変更することができる。
Although the present invention has been described based on the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above-described embodiment, the liquid
また、上記実施形態では、液晶表示パネル61b,61rを右傾斜状態で照明し、液晶表示パネル61gを左傾斜状態で照明しているが、各液晶表示パネル61b,61g,61rの視野角特性を左右反転させることができ、この場合、各液晶表示パネル61b,61g,61rに対する照明の傾斜方向を反転させることになる。
In the above embodiment, the liquid
また、上記実施形態では、クロスダイクロイックプリズム70が四角柱であるとしたが、クロスダイクロイックプリズム70の各液晶表示パネル61b,61g,61rに対向する入射面をシステム光軸SAに対して傾斜させることもできる。
In the above embodiment, the cross
また、上記実施形態のプロジェクタ10では、照明光学系20を、光源ランプユニット21、第1及び第2レンズアレイ31,32、偏光変換装置34、及び重畳レンズ35で構成したが、レンズアレイ31,32、偏光変換装置34等については省略することができ、光源ランプユニット21も、LED等の別光源に置き換えることができる。
In the
上記実施形態のプロジェクタ10では、照明光学系20等からの光を複数の部分光束に分割するため、2つのレンズアレイ31,32を用いていたが、この発明は、このようなレンズアレイ31,32を用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、レンズアレイ31,32をロッドインテグレータに置き換えることもできる。
In the
また、上記実施形態では、光源装置等からの光を特定方向の偏光とするPBSアレイを用いていたが、この発明は、このようなPBSアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。 In the above-described embodiment, the PBS array in which light from the light source device or the like is polarized in a specific direction is used. However, the present invention can also be applied to a projector that does not use such a PBS array.
上記第1実施形態等では、照明光学系20において、光源ランプユニット21、第1及び第2レンズアレイ31,32、偏光変換装置34、重畳レンズ235等をシステム光軸SAに対してシフトして配置しているが、これらをシステム光軸SAに対して回転して配置することもできる。
In the first embodiment and the like, in the illumination
上記第1実施形態等では、投射光学系80をシステム光軸SAに対してシフトして配置しているが、これをシステム光軸SAに対して回転して配置することもできる。
In the first embodiment and the like, the projection
プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図1のプロジェクタ10の構成は、いずれにも適用可能である。
As the projector, there are a front projector that projects an image from the direction of observing the projection surface and a rear projector that projects an image from the side opposite to the direction of observing the projection surface. The configuration of the
10…プロジェクタ、 20…照明光学系、 21…光源ランプユニット、 23…発光管、 25…光変調部、 25a〜25c…液晶パネル、 27…クロスダイクロイックプリズム、 30…照明光学系、 31…第1レンズアレイ、 32…第2レンズアレイ、 34…偏光変換装置、 35…重畳レンズ、 40…色分離導光光学系、 41a,41b…ダイクロイックミラー、 42a,42b,42c…反射ミラー、 43b,43g,43r…フィールドレンズ、 60…光変調部、 60…変調部、 61b,61g,61r…液晶表示パネル、 62b,62g,62r…偏光フィルタ、 70…クロスダイクロイックプリズム、 80…投射光学系、 A1,A2,A3…光軸、 Ib,Ig,Ir…画像形成領域、 LB,LG,LR…照明光、 OP1,OP2,OP3…光路、 SA…システム光軸。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記照明光学系からの照明光を3つの色光用の光路に分離する色分離導光光学系と、
前記色分離光学系で分離されて各色光用の光路に導かれた光を、画像情報に応じてそれぞれ変調する各色の光変調装置と、
前記各色の光変調装置で変調された各色の光束を合成する光合成光学系と、
前記光合成光学系を経た光束を投射する投射光学系と、を備え、
前記各色の光変調装置のうち、前記光合成光学系を透過する光を変調する通常視型の光変調装置と、前記光合成光学系で反射される光を変調する鏡像視型の光変調装置とで、視野角特性が互いに左右反転しており、
前記照明光学系及び前記色分離導光光学系に含まれる少なくとも1つの光学素子をシステム光軸に対してシフト及び/又は回転させることによって、前記通常視型の光変調装置と前記鏡像視型の光変調装置とに対する照明光の平均入射角をそれぞれの視野角特性に応じて互いに左右反転させ、
前記照明光学系は、光束を射出する光源と、前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する第1レンズアレイと、前記第1レンズアレイからの光束を個別に集光する第2レンズアレイと、前記第2レンズアレイからの光束を前記各色の光変調装置の画像形成領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、
前記光源、前記第1レンズアレイ、及び前記重畳レンズの光軸を、前記各色の光変調装置の画像形成領域の中心を通るシステム光軸に対して同一方向にシフトさせるプロジェクタ。 An illumination optical system that emits illumination light;
A color separation light guide optical system that separates illumination light from the illumination optical system into three color light paths;
A light modulation device for each color that modulates light separated by the color separation optical system and guided to an optical path for each color light according to image information;
A light combining optical system for combining the light beams of the respective colors modulated by the light modulation devices of the respective colors;
A projection optical system that projects a light beam that has passed through the light combining optical system,
Of the light modulation devices of the respective colors, a normal vision type light modulation device that modulates light transmitted through the light synthesis optical system and a mirror image type light modulation device that modulates light reflected by the light synthesis optical system. , The viewing angle characteristics are reversed left and right,
By shifting and / or rotating at least one optical element included in the illumination optical system and the color separation / light guiding optical system with respect to the system optical axis, the normal-view light modulation device and the mirror-view type The average incident angle of the illumination light with respect to the light modulation device is reversed left and right according to the respective viewing angle characteristics ,
The illumination optical system includes a light source that emits a light beam, a first lens array that divides the light beam from the light source into a plurality of partial light beams, and a second lens array that individually collects the light beam from the first lens array. And a superimposing lens that superimposes the light flux from the second lens array on the image forming area of the light modulation device of each color,
A projector that shifts the optical axes of the light source, the first lens array, and the superimposing lens in the same direction with respect to a system optical axis passing through a center of an image forming region of the light modulation device of each color .
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