JP5452301B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、空間的に強度変調された光を投写することによって画像を表示させる投写型表示装置に関する。
従来、ライトバルブ(反射型光変調素子)を用いた投写型表示装置では、照明光学系が光源からの光をライトバルブへ導き、ライトバルブが光を空間的に強度変調している。そして、空間的に強度変調された光(映像光)を、投写光学系がスクリーンへ導くことによってスクリーン上に画像を表示させている。
投写型表示装置の光源には、高圧水銀ランプやキセノンランプといった白色光源、LED(Light Emitting Diode)やレーザといった多色光源が用いられている。このため、照明光学系には、これら様々な光源が持つ固有の特徴によって画像品位が損なわれることなくライトバルブを効率良く照明する機能が求められる。また、近年の投写型表示装置には、インパクトのある映像表現を実現するための高コントラスト化が求められている。
投写型表示装置のうちプロジェクションテレビの分野では、光学系を比較的簡素な構成とするためにライトバルブとしてDMD(ディジタル・マイクロミラーデバイス)(登録商標)などが用いられている。このライトバルブは、各画素に対応する可動式のミラー素子を多数(例えば、数十万個)平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各ミラー素子の傾角を変化させるように構成されている。ライトバルブを備えた投写型表示装置では、ミラー素子がONの位置に傾いた場合には映像光が投写レンズを通してスクリーンに向かい、OFFの位置に傾いた場合には投写光学系の光軸から映像光が外れるよう、照明光学系、ライトバルブ、投写光学系が構成されている。
このようなライトバルブを用いた投写型表示装置では、ライトバルブ特有の動作に基づくコントラストの低下を考えなければならない。例えば、照明光学系のコントラストを改善する技術として、照明光学系内に絞り手段を設けて照明光線の角度分布を制御する方法がある(特許文献1参照)。
特許第4032658号公報(第4〜10頁、第1,8,9図)
上記従来の技術の場合、照明光学系の中心軸はライトバルブの法線に対して傾いて配置されるので、ライトバルブのカバーガラスの表面で反射する正反射光は、ONの光線が向かう方向とOFFの光線が向かう方向のちょうど中間あたりの方向へ向かう。このため、OFFの光線と正反射光が投写光学系の中に取り込まれないような光学設計が行われる。しかしながら、上記従来の技術では、ライトバルブの微細格子構造に起因する回折光や、照明光学系内部で生じる散乱光などの光成分がコントラストを低下させてしまうという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高いコントラストの画像を表示させることができる投写型表示装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源から出射された光の光強度を均一化する光強度均一化素子と、入射してくる光を空間的に強度変調して出射する光変調素子と、前記光強度均一化素子と前記光変調素子との間に配置されて前記光強度均一化素子からの光を拡散させる光拡散素子と、前記光拡散素子からの光を前記光変調素子へ導くとともに、前記光強度均一化素子の出射端面と前記光変調素子の表示素子面とが光学的に共役な関係となるよう構成されたリレー光学系と、前記光変調素子から出射された光をスクリーンに投写する投写光学系と、を備え、前記リレー光学系は、前記光強度均一化素子からの発散光を収束させる第1のレンズ手段と、当該第1のレンズ手段からの光をさらに収束させる第2のレンズ手段と、を有し、前記光拡散素子は、前記第1のレンズ手段が有するレンズのうち最も出射端面側のレンズと前記光強度均一化素子と、の間に配置され、前記第2のレンズ手段および前記光強度均一化素子は、前記第2のレンズ手段の光軸および前記光強度均一化素子の出射端面の中心が、それぞれ前記第1のレンズ手段の光軸から同じ方向にシフトするよう配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、高いコントラストの画像を表示させることが可能になるという効果を奏する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の構成を示す図である。 図2は、実施の形態1に係る投写型表示装置の光学系の共役関係を説明するための図である。 図3は、第1のレンズ手段の構成の一例を示す図である。 図4は、従来の第2のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。 図5は、図4に示した配置位置に第2のレンズ手段を配置した場合のライトバルブ上の明領域を示す図である。 図6は、実施の形態1に係る投写型表示装置内での第2のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。 図7は、図6に示した配置位置に第2のレンズ手段を配置した場合のライトバルブ上の明領域を示す図である。 図8は、照明光学系の構成の一例を示す図である。 図9は、照明光学系の他の構成例を示す図である。 図10は、第1のレンズ手段および第2のレンズ手段の構成例を示す図である。 図11は、実施の形態2に係る投写型表示装置の照明光学系の構成を示す図である。 図12は、リア投写型プロジェクタ装置の構成を示す図である。
以下に、本発明の実施の形態に係る投写型表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の構成を示す図である。図1では、投写型表示装置10の断面構成の概略を示している。投写型表示装置10は、ライトバルブによって空間的に変調された光を拡大投写する装置である。本実施の形態の投写型表示装置10は、照明光学系の内部で生じる散乱光成分などを低減するよう構成されている。
投写型表示装置10は、光学装置(照明装置)と後述のスクリーン7などを含んで構成されている。光学装置は、光源1と、インテグレータ素子2と、光拡散素子3と、リレー光学系4と、反射型ライトバルブ5と、投写光学系6と、を有している。
光源1は、画像表示に用いる光を出射する装置である。光源1は、複数の単色光源であってもよいし、LED(Light Emitting Diode)やレーザといった多色光源であってもよい。光源1は、出射した光の光軸が第1のレンズ手段41の光軸と同じになるよう配置されており、光をインテグレータ素子2に向けて出射する。以下では、光源1が光の一例としてレーザ光を出射する場合について説明する。
インテグレータ素子(光強度均一化素子)2は、光源1からのレーザ光(光線)を混合する素子である。インテグレータ素子2は、光源1からのレーザ光を入射させるとともに、インテグレータ素子2の内側面でレーザ光線を反射させることによってレーザ光の光強度を均一化させる。インテグレータ素子2は、インテグレータ素子2の出射端面を面光源21として、面光源21から光強度の均一なレーザ光を出射する。インテグレータ素子2の面光源21から出射されたレーザ光は光拡散素子3に送られる。
光拡散素子3は、光学作用面が照明光学系の中心軸に対してほぼ垂直となるように配置された板状の素子である。光拡散素子3は、入射してくるレーサ光を拡散させてリレー光学系4に送る。
リレー光学系4は、第1のレンズ手段(第1のレンズ群)41、第2のレンズ手段(第2のレンズ群)42を有している。第1のレンズ手段41は、1〜複数枚のレンズを有しており、光拡散素子3からのレーザ光を集光して第2のレンズ手段42に導く。第2のレンズ手段42は、1〜複数枚のレンズを有しており、第1のレンズ手段41からのレーザ光を集光して反射型ライトバルブ5に導く。換言すると、リレー光学系4は、光拡散素子3からの発散光を収束させる第1のレンズ手段41と、第1のレンズ手段41からのレーザ光をさらに収束させて反射型ライトバルブ5に導く第2のレンズ手段42と、を備えている。リレー光学系4は、面光源21からのレーザ光を反射型ライトバルブ5に導いて反射型ライトバルブ5を照明する。
反射型ライトバルブ5は、入射してくるレーザ光を空間的に強度変調して出射する素子であり、2次元的に多数の画素が配列されている。反射型ライトバルブ5は、例えばDMD(ディジタル・マイクロミラーデバイス)(登録商標)などの反射型光変調素子である。反射型ライトバルブ5は、各画素に対応する可動式のミラー素子(マイクロミラー)を多数(例えば、数十万個)平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各ミラー素子の傾角(チルト)を変化させるように構成されている。
反射型ライトバルブ5の各ミラー素子は、入射してくるレーザ光を画像表示に用いる場合には、ミラー素子の配列された基準面に対して一定の方向に所定の角度(例えば、12度)だけ傾けられる。これにより、ミラー素子に入射してくるレーザ光の入射光束が投写光学系6に向けて反射される。
また、反射型ライトバルブ5の各ミラー素子は、入射してくるレーザ光を画像表示に用いない場合には、ミラー素子の配列された基準面に対して一定の方向に所定の角度(例えば、−12度)だけ傾けられる。これにより、ミラー素子に入射してくるレーザ光の入射光束が光吸収板(図示せず)に向けて反射される。
投写光学系6は、投写レンズを含んで構成されている。投写光学系6は、反射型ライトバルブ5から導かれてきたレーザ光を投写レンズを介して、後述のスクリーン7に映像として投写する。なお、光吸収板に入射した光束は、スクリーン7上の画像投写に利用されない。
本実施の形態の投写型表示装置10では、インテグレータ素子2と第2のレンズ手段42が、第1のレンズ手段41などの光軸(中心軸)から所定距離だけずらされた状態で投写型表示装置10内に配設されている。
図1において、第1のレンズ手段41の光軸が光軸L0である。また、第2のレンズ手段42の光軸(配置位置を調整した後の光軸)が光軸L3であり、インテグレータ素子2の光軸(配置位置を調整した後の光軸)が光軸L2である。また、投写光学系の光軸が光軸L1である。なお、光軸L0は、従来の照明光学系(第2のレンズ手段、インテグレータ素子)の光軸でもある。
ここで、インテグレータ素子2について説明する。インテグレータ素子2は、ガラス等の透明均質媒質で作成された柱状部材(ロッド)や、反射ミラーを内側に向けて中空のパイプ状にした管状部材(ライトパイプ)などを含んで構成されている。
インテグレータ素子2内に入射したレーザ光は側面で多数回反射することによってミキシングされる。インテグレータ素子2を構成する部材が光軸方向に対して十分に長い場合には、インテグレータ素子2の出射端面である面光源21においてレーザ光の強度分布が略均一となる。
ところが、インテグレータ素子2の側面が互いに平行となるよう構成されている場合は、入射するレーザ光の角度成分が維持されながらレーザ光が伝播するので、光源1からのレーザ光が特徴的な角度分布を有する場合にはレーザ光を平均化することができない。そして、不均一な角度分布を持つ照明光でライトバルブを照明した場合、後段の投写光学系やスクリーンとの相互作用によって、色むらや輝度むらといった症状が画面に現れることがあり、不都合である。
例えば、LEDやレーザなどの多色光源の場合、各原色の発光角度特性に顕著な差があることが多い。このため、空間的に別の位置から発せられた各単色光を合成光学系等でほぼ共通の光軸に揃えたとしても、合成された光源光の角度分布は不均一なままである。また、各単色光源がそれぞれ唯一ではなく複数個用いられる場合も、各単色光源の空間的な配置に伴う特徴的な角度分布が発生するので、色むら等が発生する一因となる。
また、光源がレーザである場合には、コヒーレント光の場合に顕著に発生するスペックルを低減させなければ高品位な画面(画像表示)を提供することができない。このような光源光の角度分布の不均一性や、コヒーレント光起因のスペックルを改善するためには、照明光学系を構成する光学面の一部を散乱面としたり、拡散板などの光学要素を追加したりすればよい。
本実施の形態の投写型表示装置10では、インテグレータ素子2の後段で且つ第1のレンズ手段41の前段(手前)に光拡散素子3を配置しており、これにより、光源1の角度分布の均一化を図っている。光拡散素子3を照明光学系内の何れの位置に配置するかは、投写型表示装置10全体への影響を考慮して決定されている。
図2は、実施の形態1に係る投写型表示装置の光学系の共役関係を説明するための図である。なお、ここでは説明を簡単にするために、反射型ライトバルブ5の代わりに透過型のライトバルブ51を用いた場合について説明する。
リレー光学系4の作用を示す光学的な共役関係81(以下、共役関係81という)は、インテグレータ素子2の出射端面に形成される面光源21が物体面であり、ライトバルブ51の表示素子面が像面である。換言すると、面光源21とライトバルブ51は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置10の光路内に配置されており、これにより、面光源21とライトバルブ51とが共役関係81を有している。
また、光学的な共役関係82(以下、共役関係82という)は、ライトバルブ51が物体面であり、スクリーン7が像面である。換言すると、ライトバルブ51とスクリーン7は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置10の光路内に配置されており、これにより、ライトバルブ51とスクリーン7とが共役関係82を有している。
また、光学的な共役関係83(以下、共役関係83という)は、インテグレータ素子2の入射端面22が物体面であり、第1のレンズ手段41と第2のレンズ手段42の間にある仮想面43が像面である。換言すると、入射端面22と仮想面43は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置10の光路内に配置されており、これにより、入射端面22と仮想面43とが共役関係83を有している。
また、光学的な共役関係84(以下、共役関係84という)は、仮想面43が物体面であり、投写光学系6内に含まれる光学絞り61が像面である。換言すると、仮想面43と光学絞り61は、それぞれが物体面と像面となるよう、投写型表示装置10の光路内に配置されており、これにより、仮想面43と光学絞り61とが共役関係84を有している。なお、図2では、第1のレンズ手段41を物体面とした場合の像面に相当する仮想面を仮想面44で示している。
上述した4つの共役関係81〜84が同時に成り立つ構成としているので、光源1からのレーザ光をリレー光学系4が効率良く伝播することができる。また、リレー光学系4を伝播したレーザ光によってライトバルブ51を照明し、これにより映像光をスクリーン7へ導くことができる。
ここで、共役関係81と共役関係82を合わせて考えると、面光源21はスクリーン7と光学的に共役な関係となっている。このため、光拡散素子3は、光源1からのレーザ光が有する角度分布の不均一性を低減させるだけでなく、スクリーン7へも直接的な作用を及ぼすことができる。例えば、レーザ光源を用いた投写型表示装置10の場合、スクリーン7上に発生するスペックルを低減させることが可能となる。
なお、光拡散素子3を仮想面43に配置した場合であっても、光源1からのレーザ光が有する角度分布の不均一性を低減させることが可能となる。これは、第1のレンズ手段41を通過した光線の角度分布は面光源21から変化しているが、光拡散素子3の特性を光拡散素子3の配置位置での光線の角度分布に応じて最適化すれば、ほぼ同じ光拡散効果が配置位置に依らず得られるからである。ところが、共役関係84が示すように、仮想面43は、投写光学系6の光学絞り61と光学的に共役な関係であるので、光拡散素子3によるスクリーン7への積極的な効果を得ることは難しくなる。
ところで、面光源21と第1のレンズ手段41の間に光拡散素子3を配置すると、新たな問題(コントラストの低下など)が生じる場合がある。ここで、第1のレンズ手段41の具体的な実装方法について説明する。図3は、第1のレンズ手段の構成の一例を示す図である。図3では、第1のレンズ手段41の概略構成を斜視図で示している。
第1のレンズ手段41は、レンズ410を固定する押え部品411と、ネジ412と、投写型表示装置10の筐体9に形成されるとともにレンズ410の配置を決める溝構造91と、を含んで構成されている。
第1のレンズ手段41では、溝構造91にレンズ410の下部が挿入されている。そして、レンズ410の位置や姿勢が変わらないように押え部品411でレンズ410の上部が押えられるとともに、ネジ412によって押え部品411が筐体9に固定される。溝構造91を成型して筐体9の一部としておくこの構造は、レンズ410のホルダ部品を省略できるので、組立性が良くなる点、レンズ410の位置精度を向上させることができる点、総じてコストを低減させることができる点で優れている。
また、溝構造91によって筐体9内のレンズ410の前段と後段との空間をほぼ分離することができるので、筐体9の内部で発生する迷光成分がレンズ410の後段に伝播しにくくなる。この結果、画像表示のコントラストが向上する。
しかしながら、レンズ410より前段に光拡散素子3が配置される場合、光拡散素子3による後方散乱成分や、レンズ410の受容角度を超えてしまう光線成分が、光拡散素子3が存在しない場合に生じる迷光より強い迷光となって筐体9の内部(レンズ410の前段側)に閉じ込められることとなる。この迷光は、画像表示のコントラストを悪くする原因となる。そして、画像表示のコントラストが悪くなると、黒表示時の投写画面に悪い影響を及ぼす。
ここで、レンズ410より前段に光拡散素子3を配置した場合にコントラストが低下する理由について説明する。ここでは、光拡散素子3によって発生する強い散乱光の振る舞いとして、レンズより前段の空間で発生した散乱光がライトバルブに与える影響を説明する。
図4は、従来の第2のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。図4では、レンズ410近傍の壁構造を壁構造910として図示している。また、第2のレンズ手段42Xがレンズ410を物体面とした場合の像面に相当する仮想面を仮想面44で示している。光学的な共役関係85(以下、共役関係85という)は、レンズ410が物体面であり、仮想面44が像面である。
従来、図4に示すように、第2のレンズ手段42Xの光軸とレンズ410の光軸とが同じ位置になるよう第2のレンズ手段42Xが投写型表示装置10内に配置されていた。この場合において、第2のレンズ手段42Xは、レンズ410との組合せによって面光源21とライトバルブ51とを光学的な共役関係とするものである。また、第2のレンズ手段42Xは、第2のレンズ手段42Xのみの作用によってレンズ410近傍の面をライトバルブ51の後段に結像するという作用を有している。
第2のレンズ手段42Xは、ライトバルブ51に対してレンズ410よりも近い位置に配置されている。このため、図4の光線911,912で示すようにレンズ410の開口部だけでなく開口部の周辺のレーザ光が遮られている壁構造910の一部を含めた範囲を物体面として、レーザ光がライトバルブ51の後段に結像することになる。このとき、図5に示すように、ライトバルブ51X上の所定範囲(中心に位置する明領域511)だけが有効エリア510内の他の領域よりも僅かに明るくなるという現象が起きる。
このため、本実施の形態では、第2のレンズ手段42の光軸が、レンズ410の光軸の位置から少しずれた位置となるよう第2のレンズ手段42を投写型表示装置10内に配置しておく。
図6は、実施の形態1に係る投写型表示装置内での第2のレンズ手段の配置位置を説明するための図である。第2のレンズ手段42をレンズ410の光軸に対して垂直下方に少し移動させると、共役関係81においてライトバルブ51上での照明エリアが第2のレンズ手段42の移動量に応じた距離だけ移動する。ライトバルブ51にとっては照明エリアが部分的に欠落することになるものの、図7に示すように、ライトバルブ51の中央に生じていた僅かに明るい明領域511の一部をライトバルブ51の有効エリア510外へ移動させることができる。
さらに、インテグレータ素子2を、第2のレンズ手段42の配置位置に応じた位置に配置しておく。具体的には、インテグレータ素子2を、前記照明エリアの移動による光軸のずれを補正する方向に、ずれを補正できる距離だけ移動させておく。このインテグレータ素子2の配置位置によって第2のレンズ手段42の配置位置に整合した照明光学系が形成され、ライトバルブ51の照明が部分的に欠落する現象を解消できる。
インテグレータ素子2の移動量が所定値よりも小さい場合、光拡散素子3による散乱光成分の発生には影響を与えることがない。なぜなら、ライトバルブ51上に到達する散乱光成分は、前段の第2のレンズ手段42の移動(配置位置)によってライトバルブ51の外側に追いやられたままだからである。
このような照明光学系の僅かな配置の調整により、第1のレンズ手段41の最終光学面(後述の第2のレンズ410Bの光学面)の光学像が、投写レンズの入射開口から外れた位置に形成される。したがって、光拡散素子3の特徴的な配置によって生じる散乱光が原因で生じるコントラスト低下を防ぐことが可能となる。この結果、各構成要素の光軸の関係が、例えば図1に示したような関係(光軸L1〜L3)となる。
図8は、照明光学系の構成の一例を示す図である。図8では、第2のレンズ手段42とインテグレータ素子2の配置位置の一例を示している。同図に示すように、本実施の形態の第2のレンズ手段42は、レンズ410の光軸L0から所定距離だけ離れた位置が第2のレンズ手段42の光軸となるよう配置されている。ここでの光軸L0からの第2のレンズ手段42の光軸のずれ量は、明領域511の一部をライトバルブ51の有効エリア外へ移動させることができ、且つライトバルブ51上に到達する散乱光成分がライトバルブ51の外側に追いやることができる距離である。
また、インテグレータ素子2は、レンズ410の光軸L0から所定距離だけ離れた位置がインテグレータ素子2の光軸となるよう光軸L0から平行移動した位置に配置されている。換言すると、インテグレータ素子2は、インテグレータ素子2の光軸L2が第1のレンズ手段41の光軸L0と平行になり、光軸L2が光軸L0から所定距離だけ離されるよう配置されている。これにより、投写型表示装置10では、第2のレンズ手段42とインテグレータ素子2は、調整前の光軸L0に対してともに同じ方向にシフトさせられている。ここでの光軸L0からのインテグレータ素子2の光軸のずれ量は、インテグレータ素子2から出射されたレーザ光の中心軸が第2のレンズ手段42の中心へ入射することができる距離である。
また、光源1は、光源1からのレーザ光がインテグレータ素子2の中心に入射されるよう、投写型表示装置10内に配置されている。具体的には、光源1は、インテグレータ素子2と同じ方向に同じ距離だけ移動させられた位置に配置されている。換言すると、光源1は、出射した光の光軸がインテグレータ素子2の光軸と同じになるよう配置されている。
なお、インテグレータ素子2や光源1の配置位置は図8に示した配置位置に限らない。図9は、照明光学系の他の構成例を示す図である。図9では、第2のレンズ手段42とインテグレータ素子2の配置位置の他の例を示している。同図に示すように、第2のレンズ手段42は、レンズ410の光軸L0から所定距離だけ離れた位置が第2のレンズ手段42の光軸となるよう配置されている。
また、インテグレータ素子2は、レーザ光の入射面の中心位置を回転軸として、レーザ光の出斜面側が回転させられている。具体的には、インテグレータ素子2の入射面の中心を光軸L0が通過するとともに、インテグレータ素子2の出射面が図8に示したインテグレータ素子2の出射面と略同じ位置となるよう、インテグレータ素子2が配置されている。換言すると、インテグレータ素子2は、入射面の中心が光源1から出射された光の光軸上であり且つ出射面の中心が第1のレンズ手段41の光軸上からシフトするよう配置されている。これにより、インテグレータ素子2の光軸は、光源1から出射された光の光軸から所定の角度だけ傾いている。なお、光源1は、移動させる必要はなく、光軸L0上にレーザ光を出射できる位置に配置しておく。
つぎに、図10を参照して、第1のレンズ手段41、第2のレンズ手段42の具体的な設計例について説明する。図10は、第1のレンズ手段および第2のレンズ手段の構成例を示す図である。ここでは、照明光学系の一例として、インテグレータ素子2とライトバルブ51の間に3枚のレンズが配置されている照明光学系について説明する。
照明光学系内には、第1のレンズ手段41のレンズ410として第1のレンズ410Aと第2のレンズ410Bが配置されている。ここでの第2のレンズ410Bが、第1のレンズ手段41の最終光学面(最終レンズ手段)である。換言すると、第2のレンズ410Bは、第1のレンズ手段41が有するレンズのうち最も出射端面側に配置されているレンズである。また、照明光学系内には、第2のレンズ手段42のレンズとして第3のレンズ420が配置されている。この構成により、インテグレータ素子2からの発散光線は、第1のレンズ410A、第2のレンズ410Bを介して後段の第3のレンズ420へ導かれる。
例えば、第1のレンズ410Aの焦点距離が18.7mmであり、第2のレンズ410Bの焦点距離が39.6mmであり、第3のレンズ420の焦点距離が40.8mmであるとする。また、インテグレータ素子2から第1のレンズ410Aまでの距離が7mmであり、第1のレンズ410Aと第2のレンズ410Bとの間の間隔が2.3mmであり、第2のレンズ410Bと第3のレンズ420の間の間隔が64.3mmであるとする。この場合、Fナンバーが約2.5となる照明光学系を構成することができ、対角寸法が約0.65インチのライトバルブ51を効率良く照明することができる。この設計例では、第3のレンズ420を光軸L0に対して約1mmシフト配置するだけで上記散乱光成分をライトバルブ51の外側に追いやることが可能となる。
このように、本実施の形態では、高いコントラストの画像を表示させるために、ライトバルブ51の微細格子構造に起因する回折光や、照明光学系内部で生じる散乱光などの光成分の扱いを考慮して、第2のレンズ手段42やインテグレータ素子2などを配置している。これにより、光学系内部で発生する散乱光成分を低減して高コントラスト映像を表示することが可能となる。
このように実施の形態1によれば、光拡散素子3がインテグレータ素子2と第1のレンズ手段41の最終レンズとの間に配設されるとともに、第2のレンズ手段42の光軸とインテグレータ素子2の出射端面が第1のレンズ手段41の光軸から同じ方向にシフトするよう配置されている。このため、インテグレータ素子2の出射端面とライトバルブ51との光学的な共役関係を維持して光の伝達効率を保つことができる。また、第1のレンズ手段41の最終光学面の光学像が、投写レンズの入射開口から外れた位置に形成されるので、黒表示時に不要な散乱光が投写レンズに進入することを避けることができる。したがって、高いコントラストの画像を表示させることが可能になる。
実施の形態2.
つぎに、図11を用いてこの発明の実施の形態2について説明する。実施の形態2では、カーブミラー(反射ミラー)、ライトバルブ51、投写光学系6が、Z字折り曲げ構成で配置されるとともに、カーブミラーの配置位置を調整することによって光拡散素子3の散乱光成分などをライトバルブ51に入射させないようにする。なお、本実施の形態の投写型表示装置10は、ライトバルブ51の近傍(後述するカーブミラー421B)以外は、実施の形態1の投写型表示装置10と同様の構成を有しており、重複する説明は省略する。
図11は、実施の形態2に係る投写型表示装置の照明光学系の構成を示す図である。図11では、照明光学系の断面構成の概略を示している。本実施の形態に係る投写型表示装置の照明光学系は、ライトバルブ51の直前(前段)に配置されたカーブミラー421Bを有している。
投写型表示装置10では、光源1からのレーザ光がカーブミラー421Bに導かれ、カーブミラー421Bでレーザ光が反射されてライトバルブ51に入射される。そして、ライトバルブ51で反射されたレーザ光が投写光学系6から画像光としてスクリーン7に投写される。
図11では、従来のカーブミラー421Aの法線(ミラー面の中心からの法線方向)を法線Aで示し、本実施の形態のカーブミラーの421Bの法線を法線Bで示している。本実施の形態では、光拡散素子3の散乱光成分をライトバルブ51へ導かないようにするために、カーブミラーを、カーブミラー421Aの位置からカーブミラー421Bの位置に移動調整して配置しておく。具体的には、法線Aに対して法線Bが平行移動となるよう、カーブミラー421Bをカーブミラー421Aの位置から平行移動させる。換言すると、カーブミラー421Bは、カーブミラー421Aに入射するレーザ光の光軸に対して垂直方向にシフトするよう配置されている。
これにより、照明光学系から導かれたレーザ光線430がライトバルブ51に入射し、ライトバルブ51からのレーザ光線430が映像光として投写光学系6に入射する。また、照明光学系から導かれたレーザ光線のうち、映像光には用いられないレーザ光線431(光拡散素子3の散乱光成分など)は、ライトバルブ51に入射することなく、吸収板などに入射する。
このように実施の形態2によれば、カーブミラー421Bを備えているので、レンズ素子だけで照明光学系を構成する場合よりも柔軟な光学系レイアウトが可能となる。また、カーブミラー421B、ライトバルブ51、投写光学系6が、Z字折り曲げ構成を有しているので、コンパクトな投写型表示装置10を構成することができる。
また、カーブミラー421Bの配置位置をカーブミラー421Aの位置から平行移動させているので、レンズ素子だけで照明光学系を構成した実施の形態1の投写型表示装置10と同様の散乱光低減作用を得ることができる。したがって、高いコントラストの画像を表示させることが可能になる。
なお、実施の形態1,2で説明した投写型表示装置10をプロジェクタ装置に適用する場合、リア投写型プロジェクタ装置(背面投写型表示装置)に適用してもよいし、フロント投写型プロジェクタ装置(前面投写型表示装置)に適用してもよい。
図12は、リア投写型プロジェクタ装置の構成を示す図である。リア投写型プロジェクタ装置100は、実施の形態1,2で説明した投写型表示装置10と、反射ミラー72と、スクリーン71と、を備えて構成されている。投写型表示装置10から出射されたレーザ光は、反射ミラー72で反射されてスクリーン71に導かれる。投写型表示装置10は、リア投写型プロジェクタ装置およびフロント投写型プロジェクタ装置の何れに適用した場合であっても、表示画像のコントラストを向上させることが可能となる。
以上のように、本発明に係る投写型表示装置は、空間的に強度変調された光を用いての画像の投写表示に適している。
1 光源
2 インテグレータ素子
3 光拡散素子
4 リレー光学系
5 反射型ライトバルブ
6 投写光学系
7,71 スクリーン
9 筐体
10 投写型表示装置
21 面光源
22 入射端面
41 第1のレンズ手段
42 第2のレンズ手段
43,44 仮想面
51 ライトバルブ
72 反射ミラー
81〜85 共役関係
91 溝構造
100 リア投写型プロジェクタ装置
410 レンズ
410A 第1のレンズ
410B 第2のレンズ
420 第3のレンズ
421B カーブミラー
430,431 レーザ光線
511 明領域
910 壁構造
911,912 光線
L0〜L3 光軸

Claims (3)

  1. 光源と、
    前記光源から出射された光の光強度を均一化する光強度均一化素子と、
    入射してくる光を空間的に強度変調して出射する光変調素子と、
    前記光強度均一化素子と前記光変調素子との間に配置されて前記光強度均一化素子からの光を拡散させる光拡散素子と、
    前記光拡散素子からの光を前記光変調素子へ導くとともに、前記光強度均一化素子の出射端面と前記光変調素子の表示素子面とが光学的に共役な関係となるよう構成されたリレー光学系と、
    前記光変調素子から出射された光をスクリーンに投写する投写光学系と、
    を備え、
    前記リレー光学系は、前記光強度均一化素子からの発散光を収束させる第1のレンズ手段と、当該第1のレンズ手段からの光をさらに収束させる第2のレンズ手段と、を有し、
    前記光拡散素子は、前記第1のレンズ手段が有するレンズのうち最も出射端面側のレンズと前記光強度均一化素子と、の間に配置され、
    前記第2のレンズ手段および前記光強度均一化素子は、前記第2のレンズ手段の光軸および前記光強度均一化素子の出射端面の中心が、それぞれ前記第1のレンズ手段の光軸から同じ方向にシフトするよう配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
  2. 前記光強度均一化素子は、前記光強度均一化素子の光軸が前記第1のレンズ手段の光軸と平行になるよう配置され、
    前記光源は、出射した光の光軸が前記光強度均一化素子の光軸と同じになるよう配置されていることを特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。
  3. 前記光源は、出射した光の光軸が前記第1のレンズ手段の光軸と同じになるよう配置され、
    前記光強度均一化素子は、入射端面の中心が前記光源から出射された光の光軸上であり且つ出射端面の中心が前記第1のレンズ手段の光軸上からシフトするよう配置されていることを特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。
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