JP5532772B2 - Projection display - Google Patents
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Description
本発明は、反射型ライトバルブを用いたスクリーン上に画像を投写する投写型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device that projects an image on a screen using a reflective light valve.
従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置において、光強度均一化素子として矩形のライトトンネルを用いた場合、反射型ライトバルブ上に照射される光束は、矩形から大きく歪みを生じるため光利用効率が低くなるという問題があった。この問題を解決するため、テーパーを設けたくさび状のライトトンネルを使用しているものがある(例えば、特許文献1参照)。このライトトンネルは入射面側に断面積が連続的に減少するように形成されたテーパー部を有し、出射面は入射面に対して一定角度傾斜させることにより反射型ライトバルブ上に照射される光束が形成する照明領域の歪みを軽減している。 When a rectangular light tunnel is used as a light intensity equalizing element in a conventional projection display device using a reflective light valve, the light beam radiated on the reflective light valve is greatly distorted from the rectangular light. There was a problem that utilization efficiency was lowered. In order to solve this problem, there is one using a wedge-shaped light tunnel provided with a taper (for example, see Patent Document 1). This light tunnel has a tapered portion formed so that the cross-sectional area continuously decreases on the incident surface side, and the exit surface is irradiated onto the reflective light valve by being inclined at a certain angle with respect to the incident surface. The distortion of the illumination area formed by the luminous flux is reduced.
しかし、このような光学系では、ライトトンネルの形状が複雑であるため、加工が困難であり高コスト化を招くという問題がある。 However, in such an optical system, since the shape of the light tunnel is complicated, there is a problem that processing is difficult and the cost is increased.
本発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、低コストで、光利用効率の高い投写型表示装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a projection display device with low cost and high light utilization efficiency.
本発明に係る投写型表示装置は、光源と、光源から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、光強度均一化素子から出射された光束を集光するレンズ群とを有する照明光学系と、レンズ群で集光された光束が照射される画像形成領域を有し、画像形成領域に画像を形成する反射型ライトバルブと、画像形成領域に形成された画像を拡大投写する投写光学系とを備え、レンズ群のうち照明光学系の光軸に垂直な面と画像形成領域に平行な面との交線を回転軸として回転した状態で保持されるレンズは、照明光学系の絞りの位置との関係に基づいて回転軸が通る頂点が設定され、光強度均一化素子から画像形成領域に入射する光束の量が増加するように、照明光学系の光軸に対して傾いていることを特徴とする。
A projection display device according to the present invention includes a light source, a light intensity uniformizing element that uniformizes an intensity distribution of a light beam emitted from the light source, and a lens group that collects the light beam emitted from the light intensity uniformizing element. A reflective light valve for forming an image in the image forming area, and an enlarged image formed in the image forming area. A projection optical system for projecting, and a lens that is held in a state of being rotated about a line of intersection between a plane perpendicular to the optical axis of the illumination optical system and a plane parallel to the image forming area of the lens group. The vertex through which the rotation axis passes is set based on the relationship with the position of the stop of the optical system, and the optical axis of the illumination optical system is increased so that the amount of light beam incident on the image forming area from the light intensity uniformizing element is increased. It is characterized by being inclined.
また、本発明に係る投写型表示装置は、光源と、光源から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、画像形成領域を有し、光束に基づいて画像形成領域に画像を形成する反射型ライトバルブと、光強度均一化素子から出射された光束を画像形成領域に導くレンズと、画像形成領域に形成された画像を拡大投写する投写光学系とを備え、光強度均一化素子から画像形成領域に入射する光束の量が増加するように、レンズを、光源、光強度均一化素子、及びレンズを含む照明光学系の光軸に対し偏芯させて保持することを特徴とする。 The projection type display apparatus according to the present invention includes a light source, and the light intensity equalizing element for equalizing the intensity distribution of the emitted light beam from a light source, an image forming area, images based on the light beam a reflection type light valve to form an image formation region, and a lens for guiding a light beam emitted from the light intensity equalizing element in the images forming region, a projection optical system for enlarging and projecting the image formed on images forming region the provided, so that the amount of the light beam incident to the light intensity equalizing element or al picture image forming region increases, the lenses, light sources, the light intensity equalizing element, the light of the illumination optical system including a及beauty lenses It is characterized by being held eccentrically with respect to the shaft .
本発明に係る投写型表示装置によれば、光強度均一化素子から出射された光束の反射型ライトバルブ上に照射される面積が、レンズに入射する光束の光軸とレンズから出射する光束の光軸とが一致している場合よりも小さくなるように回転した状態で保持されるレンズについて、照明光学系の絞りの位置との関係に基づいて回転軸が通る頂点が設定されることで、レンズが照明光学系の光軸に対して傾いているので、低コストで、照明領域の歪みを抑えることができ、光利用効率を向上させることができるという効果が得られる。 According to the projection display device according to the present invention, the area to be irradiated onto the reflection type light valve of the light beam emitted from the light intensity equalizing element is emitted from the optical axis and lenses of the light beam incident on the lenses For a lens held in a rotated state so as to be smaller than the case where the optical axis of the luminous flux coincides, the vertex through which the rotational axis passes is set based on the relationship with the position of the stop of the illumination optical system Thus, since the lens is tilted with respect to the optical axis of the illumination optical system, it is possible to suppress the distortion of the illumination area at low cost and to improve the light utilization efficiency.
また、光強度均一化素子から出射された光束の反射型ライトバルブ上に照射される面積が、レンズに入射する光束の光軸とレンズから出射する光束の光軸とが一致している場合よりも小さくなるように、レンズを偏心させて保持するので、低コストで、照明領域の歪みを抑えることができ、光利用効率を向上させることができるという効果が得られる。 The area to be irradiated on the reflection type light valve of the light beam emitted from the light intensity equalizing element, of the light beam emitted from the optical axis and lenses of the light beam incident to the lenses and the optical axis coincides to be smaller than if you are so held by decentering the lenses at low cost, it is possible to suppress the distortion of the illumination area, the effect that it is possible to improve the light utilization efficiency can be obtained.
実施の形態1.
図1は、従来の投写型表示装置10aの構成を概略的に示す図である。従来の投写型表示装置10aは、図1に示されるように、照明光学系1と、反射型ライトバルブとしてのDMD素子2と、照明光学系1により照明されたDMD素子2の被照明面(画像形成領域)2bの画像をスクリーン(図示せず)に投写する投写光学系3とを有している。照明光学系1は、発光体4aより出射された光束をDMD素子2の被照明面2bに照射するための光学系である。照明光学系1は、光源ランプ4と、この光源ランプ4から出射された光束のうち特定の波長帯域の光束を通過させる回転カラーフィルタ5と、この回転カラーフィルタ5を透過した光束の当該光束断面内(すなわち、光束の中心軸に直交する平面内)における光強度分布を均一化する光強度均一化素子6と、リレーレンズ71〜73を含むリレーレンズ群7とを有している。リレーレンズ群7は光強度均一化素子6からの出射光束をDMD素子2に導く。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional projection display apparatus 10a. As shown in FIG. 1, the conventional projection display apparatus 10 a includes an illumination
光源ランプ4は、例えば、石英ガラス等で形成された略球状のガラスバルブの略中央に位置する棒状の陽電極と陰電極の間のアーク放電により白色光を出射する発光体4aと、この発光体4aの周囲に設けられた楕円面鏡4bとから構成されている。楕円面鏡4bは、楕円の第1中心に対応する第1焦点から出射された光束を反射して、楕円の第2中心に対応する第2焦点に収束させるものである。発光体4aは、楕円面鏡4bの第1焦点近傍に配置されており、この発光体4aから出射された光束は、楕円面鏡4bの第2焦点近傍に収束される。楕円面鏡4bの第1焦点と第2焦点とを通る軸線により、照明光学系1の照明光軸1aが規定される。なお、光源ランプ4は、図1に示した構成に限られず、例えば、楕円面鏡4bに代えて放物面鏡を用いてもよい。この場合には、発光体4aから出射された光束を放物面鏡により略平行化したのち、コンデンサレンズにより収束させればよい。また、楕円面鏡4bの替わりとして放物面鏡以外の凹面鏡を用いることもできる。
The
回転カラーフィルタ5は、円盤状の部材を、例えば、扇状に3分割して、それぞれ赤、緑、及び青の3つのフィルタ領域としたものである。赤、緑、及び青の3つのフィルタ領域は、それぞれ赤色、緑色、及び青色の各波長帯域に対応する光束のみを通過させるものである。回転カラーフィルタ5は、照明光軸1aと略平行な軸線5aを中心として回転し、それぞれのフィルタ領域が光源ランプ4の照明光軸1a上において、楕円面鏡4bの第2焦点近傍に位置するように構成されている。この回転カラーフィルタ5を画像信号に同期して回転させることにより、赤色光、緑色光、及び青色光が順に(フィールドシーケンシャルに)DMD素子2に照射される。なお、軸線5aは、照明光軸1aに対して角度を有していても構わない。
The
光強度均一化素子6は、回転カラーフィルタ5を通過した光束の、当該光束断面内における光強度分布を均一化する(すなわち、照度ムラを低減する)機能を有する。光強度均一化素子6としては、一般的に、ガラス又は樹脂等の透明材料で作られ、側壁内側が全反射面となるように構成された四角柱状のロッド(すなわち、断面形状が四角形の柱状部材)、又は、光反射面を内側にして筒状に組み合わされ、断面形状が四辺形のパイプ(管状部材)がある。光強度均一化素子6が四角柱状ロッドである場合には、透明材料と空気界面との全反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射端(出射口)から出射させる。光強度均一化素子6が四角形のパイプである場合には、内側を向く表面鏡の反射作用を利用して光を複数回反射させた後に、出射口から出射させる。光強度均一化素子6は、光束の進行方向に適当な長さを確保すれば、内部で複数回反射した光が光強度均一化素子6の出射端6bの近傍に重畳照射され、光強度均一化素子6の出射端6b近傍においては、略均一な光強度分布が得られる。この略均一な光強度分布を有する出射端6bを、リレーレンズ群7によってDMD素子2へと導き、DMD素子2の被照明面2bを照明する。
The light intensity uniformizing element 6 has a function of uniforming the light intensity distribution of the light beam that has passed through the
リレーレンズ群7は、光強度均一化素子6からDMD素子2に到る光路上に配置された1枚または、複数枚のリレーレンズにより構成されており、光強度均一化素子6より出射された光束をDMD素子2に集光させる。図1に示した例においては3枚のリレーレンズ71、72、73により構成されている。
The
DMD素子2は、各画素に対応する可動式の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マイクロミラーの傾角(チルト)を変化させるように構成されている。マイクロミラーが配列された面(すなわち、マイクロミラーが形成された基板の表面)を基準面とすると、DMD素子2は、各マイクロミラーを基準面に対して一定の方向に角度α(例えば、12度)だけ傾けることにより、入射光束を投写光学系3に向けて反射し、投写光学系3に入射した光束はスクリーン(図示せず)上の画像投写に利用される。また、DMD素子2は、またマイクロミラーを基準面に対して反対方向に角度αだけ傾けることにより、入射光束を投写光学系3から離れた位置に設けられた光吸収板(図示せず)に向けて反射し、光吸収板に入射した光束はスクリーン上の画像投写に利用されない。なお、DMD素子2において多数のマイクロミラーが配列された領域は、照明光学系1により照明されて画像を形成する画像形成領域に相当する。
The
投写光学系3は、鏡筒3c内にレンズ群(図示せず)を配置したものであり、その入射側開口部3bがDMD素子2に略対向している。投写光学系3のレンズ群の投写光軸3aは、DMD素子2の被照明面(画像形成領域)2bの中心を通る法線2aに対して、平行でかつ所定量δずれている。つまり、照明光軸1aと投写光軸3aは角度を有している。
The projection
次にリレーレンズ71、72、73を保持する構造について説明する。図2は、リレーレンズ71、72、73とこれら3枚のリレーレンズを保持する保持手段とを示す図である。図1と同一または対応する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。
Next, a structure for holding the
図2において、ベース部8には、レンズホルダ181、182、183がマグネシウムダイキャスト等により一体成形されている。レンズホルダ181には、リレーレンズ71のエッジ厚み部分(コバ)71bと対応し係合する形状の取り付け溝181aが彫られている。
In FIG. 2,
カバー191は、リレーレンズ71のエッジ厚み部分に対応する形状の保持溝191aが形成されたプラスティックカバーである。取り付け溝181aにリレーレンズ71を載置し、リレーレンズ71の上からカバー191を被せることにより、カバー191の保持溝191aとリレーレンズ71の外形とが係合し、リレーレンズ71を固定し保持することができる。このように、レンズホルダ181とカバー191とは、リレーレンズ71を保持する保持部を構成している。
The
レンズホルダ182には、リレーレンズ72のエッジ厚み部分(コバ)72bと対応し係合する形状の取り付け溝182aが彫られている。カバー192は、リレーレンズ72のエッジ厚み部分に対応する形状の保持溝192aが形成されたプラスティックカバーである。取り付け溝182aにリレーレンズ72を載置し、リレーレンズ72の上からカバー192を被せることにより、カバー192の保持溝192aとリレーレンズ72の外形とが係合し、リレーレンズ72を固定し保持することができる。このように、レンズホルダ182とカバー192とは、リレーレンズ72を保持する保持部を構成している。
The
レンズホルダ183には、リレーレンズ73のエッジ厚み部分(コバ)73bに対応し係合する形状の取り付け溝183aが彫られている。カバー193は、リレーレンズ73のエッジ厚み部分に対応する形状の保持溝193aが形成されたプラスティックカバーである。取り付け溝183aにリレーレンズ73を載置し、リレーレンズ73の上からカバー193を被せることにより、カバー193の保持溝193aとリレーレンズ73の外形とが係合し、リレーレンズ73を固定し保持することができる。このように、レンズホルダ183とカバー193とは、リレーレンズ73を保持する保持部を構成している。
The
一般的な照明光学系(図1の照明光学系1に対応する照明光学系)においては、光強度均一化素子の断面形状は入射端(図1の入射端6aに対応する入射端)から出射端(図1の出射端6bに対応する出射端)まで一定であり、DMD素子2の被照明面2bと相似な矩形で形成されている。図3に光強度均一化素子6の出射面6bを示す。図3において、点A1,B1,C1,D1は、DMD素子2側より光強度均一化素子6の出射端に向かって見た場合の出射面6bの4隅(4つの角部)である。また、リレーレンズ群7が光軸1aに対して垂直に配列されている。また、DMD素子2を用いた照明光学系1においては、図1に示すように、リレーレンズ73からDMD素子2の被照明面2bに対して垂直な法線方向(図1における軸線2a方向)に対して傾斜した斜め方向から照射するため、DMD素子2の被照明面2b上の実際の照明領域(実照明領域)は歪み、矩形ではなくなる。
In a general illumination optical system (an illumination optical system corresponding to the illumination
図4に示されるように、光強度均一化素子6を用いたDMD素子2上の実照明領域2cはDMD素子2の被照明面2bの形状(矩形)に比べて歪んだ形状となっている。また、被照明面2b外の領域(以後、照明マージンとする)が被照明面2bより大きい場合、被照明面2b以外の部分においては照明光束がDMD素子2の有効領域(被照明面2b)に照射されないため、投写光学系3に到達せず、光利用効率が低くなるという問題がある。
As shown in FIG. 4, the
以上が従来例の説明である。次に実施の形態1に係る投写型表示装置の特徴部分について説明する。実施の形態1に係る投写型表示装置では、リレーレンズ群7のうち少なくとも1つのリレーレンズを光軸1aに対して垂直ではなく、一定方向に回転させた状態で保持することにより、DMD素子2上の実照明領域2cの歪んだ形状を改善し、光利用効率を向上させることが可能である。
The above is the description of the conventional example. Next, features of the projection display apparatus according to
ここで、リレーレンズの回転軸と回転中心について説明する。図4には、DMD素子2の被照明面2bを投写光学系3側から見た場合の実照明領域2cの4隅(4つの角部)の点A2,B2,C2,D2を示し、図5には、図4に示された点A2,B2,C2,D2に対応する、DMD素子2側より光強度均一化素子6の出射端に向かって見た場合の出射面6bの4隅(4つの角部)の点A1,B1,C1,D1を示す。図4に示されるDMD素子2上の実照明領域2cの点A2,B2,C2,D2はそれぞれ、光強度均一化素子6の出射面6bの点A1,B1,C1,D1に対応する。回転させるリレーレンズの回転軸をそれぞれ図5に示すように点B1と点C1とを通る軸線BCと平行となるようにした。また、回転中心はリレーレンズ71、72、73それぞれの入射面頂点、または出射面頂点とした。
Here, the rotation axis and rotation center of the relay lens will be described. FIG. 4 shows four corners (four corners) A2, B2, C2, D2 of the
リレーレンズ71、72、73それぞれについて入射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸で回転させた場合と、出射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸で回転させた場合の光利用効率の比較を行った。図6にそれぞれの回転軸と回転方向を示す。θ1はリレーレンズ71において入射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸での回転を示す。θ2はリレーレンズ71において出射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸での回転を示す。θ3はリレーレンズ72において入射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸での回転を示す。θ4はリレーレンズ72において出射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸での回転を示す。θ5はリレーレンズ73において入射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸での回転を示す。θ6はリレーレンズ73において出射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸での回転を示す。
Each of the
図7にリレーレンズ71を回転させた場合のシミュレーション結果を示す。縦軸は、回転をさせていない場合を100%とした光利用効率の相対値を示す。ここでの光利用効率は、DMD素子2の被照明面2bに照明される光量を光源ランプ4から出射された光量で割ったものである。横軸は、リレーレンズの回転角度を示す。曲線61は、リレーレンズ71をリレーレンズ71の入射面頂点を回転中心として回転させた場合(θ1)、曲線62は、リレーレンズ71をリレーレンズ71の出射面頂点を回転中心として回転させた場合(θ2)を示す。シミュレーション結果より、リレーレンズ71の入射面頂点を通り軸線BCと平行な回転軸において正の向きに2.4度回転させた場合(θ1=2.4度)、効率が約0.5%向上する。このように、リレーレンズ71のように照明光学系1の絞りの位置よりも光強度均一化素子6側に配置されるリレーレンズは、当該リレーレンズの入射面頂点を通る回転軸を中心として回転させることにより光利用効率を向上させることができる。なお、光強度均一化素子6の出射面6bの4隅から光軸と平行に出射した主光線が、光軸とおおよそ交わる位置が照明光学系1の絞り位置となる。
FIG. 7 shows a simulation result when the
図8にリレーレンズ72を回転させた場合のシミュレーション結果を示す。縦軸は、回転をさせていない場合を100%とした光利用効率の相対値を示す。横軸は、リレーレンズの回転角度を示す。曲線63は、リレーレンズ72をリレーレンズ72の入射面頂点を回転中心として回転させた場合(θ3)、曲線64は、リレーレンズ72をリレーレンズ72の出射面頂点を回転中心として回転させた場合(θ4)を示す。シミュレーション結果よりリレーレンズ72においては入射面頂点を回転中心とし軸線BCと平行な回転軸において正の向きに2.4度回転させた場合(θ3=2.4度)において効率が約0.2%しか向上しない。リレーレンズ72の回転においては照明光学系1の絞り位置近傍のため、主光線に対する影響度が小さいため、照明領域の歪みを抑える効果が低いからである。
FIG. 8 shows a simulation result when the
図9にリレーレンズ73を回転させた場合のシミュレーション結果を示す。縦軸は、回転をさせていない場合を100%とした光利用効率の相対値を示す。横軸は、リレーレンズの回転角度を示す。曲線65は、リレーレンズ73をリレーレンズ73の入射面頂点を回転中心として回転させた場合(θ5)、曲線66は、リレーレンズ73をリレーレンズ73の出射面頂点を回転中心として回転させた場合(θ6)を示す。シミュレーション結果よりリレーレンズ73の出射面頂点を回転中心とし、軸線BCと平行な回転軸において正の向きに4.6度回転させた場合(θ6=4.6度)、効率が約1.4%向上する。このように、リレーレンズ73のように照明光学系1の絞りの位置よりもDMD素子2側に配置されるリレーレンズは、当該リレーレンズの出射面頂点を通る回転軸を中心として回転させることにより光利用効率を向上させることができる。
FIG. 9 shows a simulation result when the
上記より、リレーレンズ71入射面頂点、あるいはリレーレンズ73出射面頂点を通る回転軸を中心として、リレーレンズ71あるいはリレーレンズ73を、被照明面2bを含む面とリレーレンズ71あるいはリレーレンズ73の光軸との成す角が小さくなるように傾けた場合、光利用効率が向上する。光強度均一化素子6の出射端6bのD1とA1の倍率が異なることにより、歪みが軽減し光利用効率が向上することとなる。
From the above, the
図10は、実施の形態1に係るある投写型表示装置10bの構成を概略的に示す図、すなわち、照明光学系1においてリレーレンズ73の出射面頂点を回転中心とし、軸線BC(図5に示す。)と平行に正の向きに4.6度回転させた場合(θ6=4.6度)の模式図である。図10において、図1と同一または対応する構成については、同一符号を付し、説明を省略する。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a certain
図11は、図10に示す投写型表示装置10bにおいて、リレーレンズ71、72、73とこれら3枚のリレーレンズを保持する保持手段とを示す図である。図11において図2と同一または対応する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。図11は、レンズホルダ183がレンズホルダ83になっている点と、カバー193がカバー93になっている点とが図2と異なっている。
FIG. 11 is a diagram showing
次に、レンズホルダ83とレンズホルダ183の構造の違いについて説明する。図12は、レンズホルダ83の形状と従来のレンズホルダ183の形状との違いを示す図である。図12(a)はレンズホルダ83とリレーレンズ73の上面図であり、図12(b)は従来のレンズホルダ183とリレーレンズ73の上面図である。
Next, the difference in structure between the
レンズホルダ83の取り付け溝83aは、従来のレンズホルダ183の取り付け溝183aよりもリレーレンズ73の入射面頂点を中心として所定の角度θ6(=4.6度)傾いて形成されている。そのため、リレーレンズ73は、従来のレンズホルダ183に取り付けた状態よりも光軸がθ6(=4.6度)だけ傾いた状態で、レンズホルダ83に取り付けられている。
The mounting
図13に、被照明面2bと実照明領域2d、2cとの関係を示す。図13において、実照明領域2dは図10に示す実施の形態1に係る投写型表示装置10bにおけるDMD素子2上の実照明領域を示しており、実照明領域2cは図1に示す従来の投写型表示装置10aにおけるDMD素子2上の実照明領域を示している。
FIG. 13 shows the relationship between the
図13より、実照明領域2dの領域は、リレーレンズを回転させない場合の実照明領域2cの領域と比較して小さくなっている。実照明領域2dは実照明領域2cに対して全体的に右下に移動しているが、特に点A3が他の点に比べて大きく右下(内側)に移動していることにより歪みが軽減され実照明領域2dの面積が小さくなることで光利用効率が高くなっている。
From FIG. 13, the area of the
図14は、実施の形態1に係る他の投写型表示装置10cの構成を概略的に示す図、すなわち、照明光学系1においてリレーレンズ71の入射面頂点を回転中心とし、軸線BC(図5に示す。)と平行に正の向きに2.4度回転させた場合(θ1=2.4度)の模式図である。図14において、図1と同一または対応する構成については、同一符号を付し、説明を省略する。
FIG. 14 is a diagram schematically showing the configuration of another
図15は、図14に示す投写型表示装置10cにおいて、リレーレンズ71、72、73とこれら3枚のリレーレンズを保持する保持手段とを示す図である。図15において図2と同一または対応する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。図15は、レンズホルダ181がレンズホルダ81になっている点と、カバー191がカバー91になっている点とが図2と異なっている。
FIG. 15 is a diagram showing
次に、レンズホルダ81とレンズホルダ181の構造の違いについて説明する。図16は、レンズホルダ83の形状と従来のレンズホルダ183の形状との違いを示す図である。図16(a)はレンズホルダ81とリレーレンズ71の上面図であり、図16(b)は従来のレンズホルダ181とリレーレンズ71の上面図である。
Next, the difference in structure between the
レンズホルダ81の取り付け溝81aは、従来のレンズホルダ181の取り付け溝181aよりもリレーレンズ71の入射面頂点を中心として所定の角度θ1(=2.4度)傾いて形成されている。そのため、リレーレンズ71は、従来のレンズホルダ181に取り付けた状態よりも光軸がθ1(=2.4度)だけ傾いた状態で、レンズホルダ81に取り付けられている。
The mounting
図17に、被照明面2bと実照明領域2d、2cとの関係を示す。図17において、実照明領域2dは図14に示す実施の形態1に係る投写型表示装置10cにおけるDMD素子2上の実照明領域を示しており、実照明領域2cは図1に示す従来の投写型表示装置10aにおけるDMD素子2上の実照明領域を示している。
FIG. 17 shows the relationship between the
図17より、被照明面2dの領域は、リレーレンズを回転させない場合の実照明領域2cの領域と比較して小さくなっている。実照明領域2dは実照明領域2cに対して全体的に左上に移動しているが、点D3が他よりも大きく左上(内側)に移動していることにより歪みが軽減され実照明領域2dの面積が小さくなることで光利用効率が高くなっている。
From FIG. 17, the area of the illuminated
図18は、実施の形態1に係る他の投写型表示装置10dの構成を概略的に示す図、すなわち、照明光学系1においてリレーレンズ71の入射面頂点を回転中心とし、軸線BC(図5に示す。)と平行に正の向きに2.4度回転させ(θ1=2.4度)、さらにリレーレンズ73の出射面頂点を回転中心とし、軸線BC(図5に示す。)と平行に正の向きに4.6度回転させた場合(θ6=4.6度)の模式図である。図18において、図1と同一または対応する構成については、同一符号を付し、説明を省略する。
FIG. 18 is a diagram schematically showing the configuration of another
図19は、図18に示す投写型表示装置10dにおいて、リレーレンズ71、72、73とこれら3枚のリレーレンズを保持する保持手段とを示す図である。図19において図2と同一または対応する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。図19は、レンズホルダ181、183がレンズホルダ81、83になっている点と、カバー191、193がカバー91、93になっている点とが図2と異なっている。
FIG. 19 is a diagram showing
図20に、被照明面2bと実照明領域2d、2cとの関係を示す。図20において、実照明領域2dは図18に示す実施の形態1に係る投写型表示装置10dにおけるDMD素子2上の実照明領域を示しており、実照明領域2cは図1に示す従来の投写型表示装置10aにおけるDMD素子2上の実照明領域を示している。
FIG. 20 shows the relationship between the
図20より、被照明面2dの領域は、リレーレンズを回転させない場合の実照明領域2cの領域と比較して小さくなっている。点B3及び点C3はほぼ移動せず、点A3が右下(内側)に移動し、且つ点D3が左上(内側)に移動することにより実照明領域2dの面積が小さくなることで光利用効率が高くなっている。具体的にはリレーレンズ71、且つリレーレンズ73を回転させることにより光利用効率はシミュレーション上約1.5%向上することが確認できた。
From FIG. 20, the area of the illuminated
回転角度θは投写光学系3のレンズ群の投写光軸3aとDMD素子2の被照明面2bの中心を通る法線2aとのずれ量δの大きさ、及び他のパラメータによって適宜決定することが望ましい。
The rotation angle θ is appropriately determined according to the amount of deviation δ between the projection
以上より、リレーレンズ71をリレーレンズ71の入射面頂点を回転中心とし、図5に示す軸線BCと平行に回転すること、またはリレーレンズ73をリレーレンズ73の出射面頂点を回転中心とし、軸線BCと平行に回転すること、または、リレーレンズ71をリレーレンズ71の入射面頂点を回転中心とし、軸線BCと平行に回転し、且つリレーレンズ73をリレーレンズ73の出射面頂点を回転中心とし、軸線BCと平行に回転することにより光利用効率を高めることが可能となる。
As described above, the
次に、図21及び図22を用いて、リレーレンズの回転中心について説明する。図21は、DMD素子2に入射される光束が、本実施の形態のように傾いておらず、垂直に入射する場合の光学部品の配置を示す模式図である。図21において、図18と同一または対応する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。図21において、光強度均一化素子6の出射端6bとDMD素子2表面とは互いに共役な関係にあり、光強度均一化素子6の出射端6bとDMD素子2表面とは相似形になっている。そのため、光強度均一化素子6の出射端6bの中心から出射した光束はDMD素子2の中心に集光し、光強度均一化素子6の出射端6bの端部から出射した光束はDMD素子2の端部に集光する。図22は、図22に示す配置において、DMD素子2に相当する位置での光束の断面図を示す図である。図22において、(a)はリレーレンズを回転させない場合の光束の断面図、(b)はリレーレンズ71を入射面頂点で回転させた場合の光束の断面図、(c)はリレーレンズ71をレンズ中心で回転させた場合の光束の断面図、(d)はリレーレンズ71を出射面頂点で回転させた場合の光束の断面図を示している。図22(a)〜(d)において、実線は被照射面2bを表しており、被照射面2bの中央付近の点集合は光強度均一化素子6の出射端6bの中央から出射された光束の集光スポット、被照射面2bの四隅の点集合は光強度均一化素子6の出射端6bの四隅から出射された光束の集光スポットを表している。
Next, the rotation center of the relay lens will be described with reference to FIGS. 21 and 22. FIG. 21 is a schematic diagram showing the arrangement of optical components when the light beam incident on the
リレーレンズを回転させない場合は、図22(a)に示すように、光スポットは被照射面2bの中央及び四隅を中心として均一に分布する。リレーレンズ71を入射面頂点で回転させた場合は、図22(b)に示すように、光束の集光スポットが中央よりも上側にシフトする。
リレーレンズ71をレンズ中心で回転させた場合は、図22(c)に示すように、光束の集光スポットがほとんど移動しないため、照明エリアの位置を変化させることができず、効率向上が見込めないものと思われる。リレーレンズ71を出射面頂点で回転させた場合は、図22(b)に示すように、光束の集光スポットが中央よりも下側にシフトする。図10、14、18に示す構成では、光束の集光スポットが中央よりも上側にシフトする場合に光利用効率が高くなるので、リレーレンズ71を入射面頂点で回転させた場合に最も光利用効率が高くなることが分かる。
When the relay lens is not rotated, as shown in FIG. 22A, the light spots are uniformly distributed around the center and four corners of the
When the
以上より、リレーレンズ71のように照明光学系1の絞りの位置よりも光強度均一化素子6側に配置されたリレーレンズでは、リレーレンズの中心から入射面頂点までの線分上の点を回転中心とすることにより光利用効率を向上させることができ、回転中心を入射面頂点としたときに最も効率を高くできることが分かる。また、リレーレンズ73のように、照明光学系1の絞りの位置よりもDMD素子2側に配置されたリレーレンズでは、リレーレンズの中心から出射面頂点までの線分上の点を回転中心とすることにより光利用効率を向上させることができ、回転中心を出射面頂点としたときに最も効率を高くできることが分かる。また、いずれの場合も被照明面2bを含む面とリレーレンズの光軸との成す角が小さくなるようにリレーレンズを傾けることにより光利用効率を向上させることができる。
From the above, in the relay lens disposed on the light intensity equalizing element 6 side of the stop of the illumination
本実施の形態に係る投写型表示装置によれば、光強度均一化素子6から被照射面2bに入射する光束の量が増加するように、リレーレンズを、照明光学系1の光軸に対し傾けて保持することにより、光利用効率を高めることができる。
According to the projection display apparatus according to the present embodiment, the relay lens is arranged with respect to the optical axis of the illumination
さらに、リレーレンズを軸中心に回転させるという簡単な構造で実現することができるため、低コストで実現することが可能である。 Furthermore, since it can be realized with a simple structure in which the relay lens is rotated about the axis, it can be realized at low cost.
また、本実施の形態は、リレーレンズ71及び/またはリレーレンズ72を、照明光学系1の光軸に垂直な面と被照射面2bに平行な面との交線を回転軸として回転した状態で保持するようにしたので、実照明領域2dの面積が実照明領域2cよりも小さくなり、光強度均一化素子6から被照明面2bに入射する光束の量が増加することにより、光利用効率を高めることができる。
Further, in the present embodiment, the
本実施の形態は、一例を示しており、実照明領域の歪みが大きい投写型表示装置であれば、さらに光利用効率を高める効果が得られる。 This embodiment shows an example, and if the projection display device has a large distortion in the actual illumination region, an effect of further improving the light utilization efficiency can be obtained.
本実施の形態は、リレー光学系をリレーレンズ群7で示したが、リレー光学系にミラーを有していても同様の効果が得られる。リレー光学系にミラーを有する場合、回転させるリレーレンズとDMD素子2との位置関係がミラーの配置により変化してしまう。しかし、この場合においても、照明光学系1の絞りの位置よりも光強度均一化素子6側に配置されるリレーレンズを、当該リレーレンズの中心から入射面頂点までの線分上の点を通り、照明光学系1の光軸に垂直な面と被照明面2bに平行な面との交線を回転軸として傾けるようにすれば、光利用効率を高くすることが可能である。同様に、照明光学系1の絞りの位置よりも被照明面2b側に配置されるリレーレンズを、当該リレーレンズの中心から出射面頂点までの線分上の点を通り、照明光学系1の光軸に垂直な面と被照明面2bに平行な面との交線を回転軸として傾けるようにすれば、光利用効率を高くすることが可能である。
In this embodiment, the relay optical system is shown by the
実施の形態2.
図23は、本実施の形態2の投写型表示装置10eの構成の一例を概略的に示す図である。図において、投写型表示装置10eは、照明光学系1と、反射型ライトバルブとしてのDMD素子2と、照明光学系1により照明されたDMD素子2の被照明面(画像形成領域)2bの画像をスクリーン(図示せず)に投写する投写光学系3とを有し、照明光学系1は、光源ランプ4と、この光源ランプ4から出射された光束のうち特定の波長帯域の光束を通過させる回転カラーフィルタ5と、この回転カラーフィルタ5を透過した光束の当該光束断面内(すなわち、中心光束に直交する平面内)における光強度分布を均一化する光強度均一化素子6と、リレーレンズ71〜73を含むリレーレンズ群7とを有している。図23において、リレーレンズ群7以外は図1と同様であるので、同様の部分についての説明は省略する。
FIG. 23 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the projection display apparatus 10e according to the second embodiment. In the figure, a projection display device 10e includes an illumination
本実施の形態2ではリレーレンズ群7のうち少なくとも1つのリレーレンズを光軸1aに対して、一定方向に偏芯させることにより、DMD素子2上の実照明領域の歪んだ形状を改善し、光利用効率を向上させることが可能となる。
In the second embodiment, at least one relay lens in the
ここで、リレーレンズの偏芯させる方向について説明する。図24には、DMD素子2側より光強度均一化素子6の出射端に向かって見た場合の出射面6bを表す図である。図23において、図5と同一の点については同一の符号を付し、説明を省略する。偏芯させるリレーレンズの移動軸をそれぞれ図24に示す出射面6bの4隅(4つの角部)の点A1,B1,C1,D1のうち、点A1と点D1とを通る軸線ADと平行となるようにした。
Here, the direction in which the relay lens is decentered will be described. FIG. 24 is a diagram illustrating the
リレーレンズ71、72、73それぞれについて軸線ADと平行な向きで偏芯させた場合の光利用効率の比較を行った。図25にそれぞれの偏芯方向を示す。71aはリレーレンズ71において入射面頂点と出射面頂点とを結んだレンズ光軸を示す。72aはリレーレンズ72において入射面頂点と出射面頂点とを結んだレンズ光軸を示す。73aはリレーレンズ73において入射面頂点と出射面頂点とを結んだレンズ光軸を示す。
The light utilization efficiency was compared when each of the
図26にリレーレンズ71、72、73それぞれについて軸線ADと平行な向きで偏芯させた場合のシミュレーション結果を示す。縦軸は、偏芯をさせていない場合を100%とした光利用効率の相対値を示す。横軸は、リレーレンズの偏芯量を示す。曲線67は、リレーレンズ71を軸線ADと平行な向きで偏芯させた場合、曲線68は、リレーレンズ72を軸線ADと平行な向きで偏芯させた場合、曲線69は、リレーレンズ73を軸線ADと平行な向きで偏芯させた場合を示す。シミュレーション結果よりリレーレンズ73を軸線ADと平行で負の向きに0.3mm偏芯させた場合、効率が約0.2%向上する。また、リレーレンズ71を軸線ADと平行で正の向きに0.2mm偏芯させた場合、効率が約0.1%向上する。
FIG. 26 shows a simulation result when each of the
このように、リレーレンズ71のように照明光学系1の絞りの位置よりも光強度均一化素子6側に配置されるリレーレンズは、照明光学系1の光軸に垂直な面と被照明面2bに平行な面との交線を移動軸として、被照明面2bかとの距離が大きくなるように偏芯させることで光利用効率を高めることができる。また、リレーレンズ73のように照明光学系1の絞りの位置よりも被照明面2b側に配置されるリレーレンズは、照明光学系1の光軸に垂直な面と被照明面2bに平行な面との交線を移動軸として、被照明面2bとの距離が小さくなるように偏芯させることで光利用効率を高めることができる。
As described above, the relay lens disposed on the light intensity uniformizing element 6 side of the stop position of the illumination
次に照明光学系1においてリレーレンズ71を軸線ADと平行な向きで正の向きに0.15mm偏芯させ(71s=0.15mm)、さらにリレーレンズ73を軸線ADと平行な向きで負の向きに0.2mm偏芯させた場合(73s=−0.2mm)のシミュレーションを行った。図27に被照射面2bと実照明領域2d、2cとの関係を示す。図27より被照明面2dの領域がレンズを偏芯させない場合の被照明面2cの領域と比較して小さくなっている。点A3、点B3及び点C3はほぼ移動せず、点D3が左上(内側)に移動することにより2dの面積が小さくなることで光利用効率が高くなっている。具体的にはリレーレンズ71、且つリレーレンズ73を偏芯させることにより光利用効率は計算上約0.3%向上することが確認できた。
Next, in the illumination
図28は、図23に示す投写型表示装置10eにおいて、リレーレンズ71、72、73とこれら3枚のリレーレンズを保持する保持手段とを示す図である。図28において図20と同一または対応する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。図28は、レンズホルダ183、181がレンズホルダ103、101になっている点と、カバー193、191がカバー113、111になっている点とが図2と異なっている。
FIG. 28 is a diagram showing
次に、レンズホルダ101とレンズホルダ181の構造の違いについて説明する。図29は、レンズホルダ101の形状と従来のレンズホルダ181の形状との違いを示す図である。図29(a)はレンズホルダ101とリレーレンズ71の上面図であり、図29(b)は従来のレンズホルダ181とリレーレンズ71の上面図である。
Next, the difference in structure between the
レンズホルダ101の取り付け溝101aは、従来のレンズホルダ181の取り付け溝181aよりも所定の偏芯量71s(=0.15mm)ずらして形成されている。そのため、リレーレンズ71は、従来のレンズホルダ181に取り付けた状態よりも光軸が71s(=0.15mm)だけずれた状態で、レンズホルダ101に取り付けられている。
The mounting
次に、レンズホルダ103とレンズホルダ183の構造の違いについて説明する。図30は、レンズホルダ103の形状と従来のレンズホルダ183の形状との違いを示す図である。図30(a)はレンズホルダ103とリレーレンズ73の上面図であり、図30(b)は従来のレンズホルダ183とリレーレンズ73の上面図である。
Next, the difference in structure between the
レンズホルダ103の取り付け溝103aは、従来のレンズホルダ183の取り付け溝183aよりも所定の偏芯量73s(=−0.2mm)ずらして形成されている。そのため、リレーレンズ73は、従来のレンズホルダ183に取り付けた状態よりも光軸が73s(=−0.2mm)だけずれた状態で、レンズホルダ103に取り付けられている。
The mounting
図29(a)及び図30(a)における所定の偏芯量71s及び73sは、投写光学系3のレンズ群の投写光軸3aとDMD素子2の被照明面2bの中心を通る法線2aとのずれ量δの大きさ、及び他のパラメータによって適宜決定することが望ましい。
Predetermined
以上より、リレーレンズ71を軸線ADと平行な方向に偏芯すること、またはリレーレンズ73を軸線ADと平行な方向に偏芯すること、または、リレーレンズ71を軸線ADと平行な方向に偏芯し、且つリレーレンズ73を軸線ADと平行な方向に偏芯することにより光利用効率を高めることが可能となる。
As described above, the
本実施の形態に係る投写型表示装置によれば、光強度均一化素子6から被照射面2bに入射する光束の量が増加するように、リレーレンズを、照明光学系1の光軸に対し偏芯させて保持することにより、光利用効率を高めることができる。
According to the projection display apparatus according to the present embodiment, the relay lens is arranged with respect to the optical axis of the illumination
さらに、リレーレンズを軸線ADと平行に偏芯させるという簡単な構造で実現することができるため、低コストで実現することが可能である。 Furthermore, since the relay lens can be realized with a simple structure in which the relay lens is decentered in parallel with the axis AD, it can be realized at low cost.
本実施の形態は、一例を示しており、実照明領域の歪みが大きい投写型表示装置であれば、さらに効果が得られる。 This embodiment shows an example, and a further effect can be obtained if the projection display device has a large distortion in the actual illumination region.
本実施の形態は、リレー光学系をリレーレンズ群で示したが、リレー光学系にミラーを有していても同様の効果が得られる。リレー光学系にミラーを有する場合、偏心させるリレーレンズとDMD素子2との位置関係がミラーの配置により変化してしまう。しかし、この場合においても、照明光学系1の絞りの位置よりも光強度均一化素子6側に配置されるリレーレンズを、当該リレーレンズの中心から入射面頂点までの線分上の点を通り、照明光学系1の光軸に垂直な面と照明光学系1の光軸を含み被照明面2bに垂直な面との交線を移動軸として偏芯させることにより、光利用効率を高くすることが可能である。同様に、照明光学系1の絞りの位置よりも被照明面2b側に配置されるリレーレンズを、当該リレーレンズの中心から出射面頂点までの線分上の点を通り、照明光学系1の光軸に垂直な面と照明光学系1の光軸を含み被照明面2bに垂直な面との交線を移動軸として偏芯させるようにすれば、光利用効率を高くすることが可能である。
In this embodiment, the relay optical system is shown as a relay lens group, but the same effect can be obtained even if the relay optical system has a mirror. When the relay optical system has a mirror, the positional relationship between the relay lens to be decentered and the
1 照明光学系、 1a 照明光軸、 2 DMD素子、 2b 被照明面、 2c 従来の投写型表示装置の実照明領域、 3 投写光学系、 4 光源ランプ、 5 回転カラーフィルタ、 6 光強度均一化素子、 6a 入射面、 6b 出射面、 7 リレーレンズ群、 8 ベース部、 10a〜10e 投写型表示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記レンズ群で集光された光束が照射される画像形成領域を有し、前記画像形成領域に画像を形成する反射型ライトバルブと、
前記画像形成領域に形成された画像を拡大投写する投写光学系と
を備え、
前記レンズ群のうち前記照明光学系の光軸に垂直な面と前記画像形成領域に平行な面との交線を回転軸として回転した状態で保持されるレンズは、前記照明光学系の絞りの位置との関係に基づいて前記回転軸が通る頂点が設定され、前記光強度均一化素子から前記画像形成領域に入射する光束の量が増加するように、前記照明光学系の光軸に対して傾いていること
を特徴とする投写型表示装置。 An illumination optical system having a light source, a light intensity uniformizing element that uniformizes the intensity distribution of the light beam emitted from the light source, and a lens group that collects the light beam emitted from the light intensity uniformizing element;
A reflection type light valve having an image forming area irradiated with a light beam condensed by the lens group, and forming an image in the image forming area;
A projection optical system for enlarging and projecting an image formed in the image forming area,
In the lens group, a lens held in a state of being rotated about a line of intersection between a plane perpendicular to the optical axis of the illumination optical system and a plane parallel to the image forming area is a diaphragm of the illumination optical system. The vertex through which the rotation axis passes is set based on the relationship with the position, and the optical axis of the illumination optical system is increased so that the amount of the light beam incident on the image forming area from the light intensity uniformizing element is increased. A projection display device characterized by being tilted.
前記第1のレンズの第1の回転軸が通る頂点は、前記第1のレンズの出射面頂点であること
を特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。 The lens is a first lens disposed on the image forming region side of the stop position of the illumination optical system, and the rotation axis is a first rotation axis of the first lens,
The projection display device according to claim 1, wherein a vertex through which the first rotation axis of the first lens passes is an exit surface vertex of the first lens.
前記第2のレンズの第2の回転軸が通る頂点は、前記第2のレンズの入射面頂点であること
を特徴とする請求項1に記載の投写型表示装置。 The lens is a second lens disposed closer to the light intensity uniformizing element than the position of the diaphragm of the illumination optical system, and the rotation axis is a second rotation axis of the second lens,
The projection display device according to claim 1, wherein a vertex through which the second rotation axis of the second lens passes is an entrance surface vertex of the second lens.
前記第3のレンズは、前記照明光学系の絞りの位置よりも前記光強度均一化素子側に配置されると共に第3の回転軸で回転し、
前記第3のレンズの前記第3の回転軸が通る頂点は、前記第3のレンズの入射面頂点であること
を特徴とする請求項2に記載の投写型表示装置。 The lens group further includes a third lens different from the first lens,
The third lens is disposed on the light intensity uniformizing element side with respect to the stop position of the illumination optical system and rotates around a third rotation axis.
The projection display device according to claim 2, wherein an apex through which the third rotation axis of the third lens passes is an apex surface apex of the third lens.
を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の投写型表示装置。 5. The projection according to claim 1, wherein the lens is tilted and held so that an angle formed between a surface including the image forming region and an optical axis of the lens is small. Type display device.
前記光源から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子と、
画像形成領域を有し、前記光束に基づいて前記画像形成領域に画像を形成する反射型ライトバルブと、
前記光強度均一化素子から出射された光束を前記画像形成領域に導くレンズと、
前記画像形成領域に形成された画像を拡大投写する投写光学系と
を備え、
前記光強度均一化素子から前記画像形成領域に入射する光束の量が増加するように、前記レンズを、前記光源、前記光強度均一化素子、及び前記レンズを含む照明光学系の光軸に対し偏芯させて保持するようにしたこと
を特徴とする投写型表示装置。 A light source;
A light intensity uniformizing element for uniformizing the intensity distribution of the light beam emitted from the light source;
A reflective light valve that has an image forming area and forms an image in the image forming area based on the luminous flux;
A lens for guiding the light beam emitted from the light intensity uniformizing element to the image forming area;
A projection optical system for enlarging and projecting the image formed in the image forming area,
The lens is arranged with respect to the optical axis of an illumination optical system including the light source, the light intensity uniformizing element, and the lens so that an amount of a light beam incident on the image forming area from the light intensity uniformizing element is increased. A projection display device characterized by being eccentrically held.
を特徴とする請求項6に記載の投写型表示装置。 The lens is decentered with a line of intersection between a plane perpendicular to the optical axis of the illumination optical system and a plane including the optical axis of the illumination optical system and perpendicular to the image forming area as a movement axis. Item 7. The projection display device according to Item 6.
前記レンズを、前記画像形成領域との距離が小さくなる方向に偏芯させること
を特徴とする請求項7に記載の投写型表示装置。 When the lens is disposed closer to the image forming area than the position of the stop of the illumination optical system,
The projection display device according to claim 7, wherein the lens is decentered in a direction in which a distance from the image forming region is reduced.
前記レンズを、前記画像形成領域との距離が大きくなる方向に偏芯させること
を特徴とする請求項7に記載の投写型表示装置。 When the lens is disposed closer to the light intensity equalizing element than the position of the stop of the illumination optical system,
The projection display device according to claim 7, wherein the lens is decentered in a direction in which a distance from the image forming region increases.
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