WO2009110063A1 - 照明光学系及び投写型表示装置 - Google Patents

照明光学系及び投写型表示装置 Download PDF

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optical system
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裕之 斉藤
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Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/008—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using micromirror devices

Definitions

  • the present invention relates to an illumination optical system that guides a light beam from a light source to a display element that modulates an irradiated light beam according to an image signal, and a projection display device for projecting an image on a projection surface such as a screen.
  • FIG. 1 shows an illumination optical system of a projection display apparatus related to the present invention.
  • a reflective display element is used, and in order to reduce unevenness in the brightness of the image projected on the screen projected by the reflective display element, the non-uniform luminous flux from the light source 111 is made uniform.
  • the light tunnel 112 is provided.
  • the exit of the light tunnel 112 has a rectangular end surface, and forms an image on the reflective display element by a plurality of optical members 113, 114, 116, and 117 disposed between the light tunnel 112 and the display element 120. Is done.
  • This configuration uses a general DMD (Digital Micromirror Device) as a reflective display element.
  • DMD Digital Micromirror Device
  • illumination light from the exit of the light tunnel 112 needs to be incident from an obliquely downward or obliquely upward direction inclined with respect to the normal of the display surface of the display element (DMD) 120. Therefore, such illumination light cannot form an image of the exit of the light tunnel 112 in a rectangular shape on the display surface of the display element 120, is distorted into a trapezoidal shape, and the illuminance on the display surface of the display element 120 There was a problem of uneven distribution.
  • DMD Digital Micromirror Device
  • FIG. 2 shows an irradiation state irradiated on the display surface of the display element 120 in the configuration related to the present invention shown in FIG. 1 by an illuminance distribution using contour lines.
  • the light exit of the light tunnel 112 cannot be formed into a rectangular shape on the display surface of the display element 120 and is distorted in a trapezoidal shape.
  • the entire display area S11 which is a display surface constituted by the reflective mirror group of the display element 120
  • the area S12 must be secured larger than the entire display surface of the display element 120. As a result, there is an inconvenience that the light emitted to the outer peripheral side from the display area S11 of the display element 120 becomes an invalid light flux.
  • FIG. 3 shows the illuminance of the display surface of the display element 120 with respect to the direction parallel to the AA ′ cross section of the display surface of the display element 120 in FIG.
  • the horizontal axis indicates the position along the AA ′ direction, that is, the long side direction of the display surface
  • the vertical axis indicates the illuminance.
  • the position with the highest illuminance on the display surface of the display element 120 is located on the A ′ side with respect to the center position of the display surface of the display element 120, and the illuminance on the A ′ side is the A side.
  • the illuminance is higher and uneven.
  • the optical axis of the lens arranged on the optical path of the light beam emitted from the light tunnel is shifted (shifted) in parallel with the optical axis of the light tunnel, or 3
  • trapezoidal distortion correction keystone correction
  • FIG. 4 shows an example of an illumination optical system using the technique disclosed in this patent publication.
  • An object of the present invention is to provide an illumination optical system and a projection display device that can achieve uniform illumination distribution on the display surface of a display element and can reduce the overall size and weight of the illumination optical system. .
  • an illumination optical system guides a light beam from a light source to a display element that modulates a light beam irradiated on a display surface according to a video signal, and the light beam is perpendicular to the display surface.
  • An illumination optical system that is inclined with respect to the light and enters the display surface, A light tunnel that emits light with a uniform brightness distribution from the light source, An optical member for imaging the exit surface of the light tunnel on the display surface of the display element;
  • a prism element disposed on an optical path between the exit surface of the light tunnel and the optical member, and the entrance surface and the exit surface of the light beam from the light tunnel are formed in planes that are not parallel to each other.
  • the thickness parallel to the optical axis direction of the light tunnel at the outer periphery of the incident surface is made asymmetric with respect to the optical axis of the prism element over the outer periphery.
  • the projection display device includes the illumination optical system according to the present invention, a display element, and an imaging optical system for enlarging and projecting a light beam modulated by the display element.
  • the exit aperture of the light tunnel that is the object plane improves imaging characteristics on the display surface of the display element and displays
  • the shape of the irradiation area on the surface is close to a substantially rectangular shape.
  • a prism element in which the incident surface and the exit surface of the light beam from the light tunnel are formed in planes that are not parallel to each other is disposed near the exit of the light tunnel.
  • the optical distance (optical path length) between the exit port and the optical member is asymmetric with respect to the optical axis.
  • the invention's effect by suppressing the shape distortion of the irradiation area irradiated on the display surface of the display element and bringing it closer to a substantially rectangular shape, it is possible to reduce the luminous flux that is irradiated outside the display surface and becomes invalid, and display The brightness of the surface can be improved, and the unevenness of the illuminance distribution can be improved.
  • the lens diameter of the optical member can be reduced, and the entire illumination optical system can be reduced in size and weight.
  • FIG. 3 is a diagram showing an illuminance distribution with respect to the direction AA ′ in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram showing an illuminance distribution with respect to the direction AA ′ in FIG. 2.
  • It is a perspective view which shows the illumination optical system of the other projection type display apparatus relevant to this invention. It is a figure for demonstrating the principle of this invention.
  • It is a perspective view which shows the illumination optical system of the projection type display apparatus of 1st Embodiment.
  • It is a perspective view which shows the shape of the prism element with which the said optical system is provided.
  • It is a front view which shows the display surface of the display element with which the said optical system is provided.
  • FIG. 8 is a diagram showing an illuminance distribution with respect to the BB ′ direction in FIG. 7. It is a perspective view which shows the illumination optical system of the projection type display apparatus of 2nd Embodiment. It is a perspective view which shows the shape of the prism element with which the said optical system is provided.
  • the projection display device includes a display element that modulates a light beam applied to a display surface in accordance with an image signal, an illumination optical system that guides the light beam from a light source to the display element and makes the light incident on the display surface. And an imaging optical system for enlarging and projecting the light beam modulated by the display element.
  • FIG. 6A shows an illumination optical system provided in the projection display apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 6B is a perspective view showing the shape of the prism element.
  • the illumination optical system of the present embodiment includes a light source 11 that emits illumination light in the order of the optical path, a light tunnel 12 that emits light with a uniform luminance distribution of light beams incident from the light source, and a light tunnel.
  • a lens 18 Further, as shown in FIGS.
  • this illumination optical system is disposed on the optical path between the exit 12b of the light tunnel 12 and the first lens 13, and the incident surface of the light beam from the light tunnel 12
  • a prism element 19 is provided in which 19a and an exit surface 19b are formed in non-parallel planes.
  • the illumination optical system is configured so that the light beam from the light source 11 is incident on the display surface 20a with a predetermined inclination angle ⁇ with respect to the normal of the display surface 20a of the display element 20.
  • a DMD that is a reflective display element is used, and has a rectangular display surface 20a.
  • the light tunnel 12 is formed in a hollow quadrangular prism shape, and its end surface is formed in a rectangular shape so that the irradiation area S2 irradiated on the rectangular display surface 20a of the display element 20 is a rectangular shape.
  • the light tunnel 12 includes a light guide path surrounded by a plurality of reflection surfaces, an entrance opening provided on one end side of the light guide path, and an exit opening 12b which is an exit face provided on the other end side of the light guide path. Have.
  • the light tunnel 12 makes the luminance distribution of the light beam incident from the incident port uniform, and then emits the light from the output port 12b.
  • the uniforming of the luminance distribution by the light tunnel 12 is not limited to making the luminance distribution of the light beam substantially uniform, but also includes an effect of reducing the nonuniformity of the luminance distribution.
  • the exit 12b of the light tunnel 12 and the display surface 20a of the display element 20 have a relationship between an object plane and an image plane in the illumination optical system, respectively.
  • the four corners Oa, Ob, Oc, Od of the exit 12b of the light tunnel 12 are four corners Ia, Ib, Ic, Id in the display area S1 of the display element 20, respectively, as shown in FIGS. 6B and 6C.
  • the arrow indicates the incident direction of the illumination light.
  • the illumination light is incident on the display surface 20a at an inclination angle ⁇ with respect to the normal of the display surface 20a of the display element 20 from a direction close to the angle Ic of the display surface 20a of the display element 20. It is configured as follows.
  • the optical axes of the first and second lenses 13 and 14 are arranged so as to coincide with the optical axis of the light tunnel 12, respectively.
  • the first and second reflection mirrors 16 and 17 are arranged so that the optical axis of the illumination light from the second lens 14 is bent toward the display element 20.
  • the optical axis of the third lens 18 coincides with the optical axis of the illumination light from the second reflecting mirror 17.
  • the optical axis of the illumination light from the third lens 18 is inclined obliquely downward in the X and Y axis directions with respect to the normal of the display surface 20a of the display element 20, and toward the so-called fourth quadrant side of the display surface 20a. In this state, the light enters the display surface 20a.
  • the illumination light reflected by the display element 20 is projected onto a projection surface such as a screen by a projection lens included in an imaging optical system (not shown).
  • the prism element 19 is formed such that the incident surface 19 a is parallel to the exit 12 b of the light tunnel 12, that is, the incident surface 19 a is perpendicular to the optical axis of the light tunnel 12.
  • the emission surface 19 b of the prism element 19 is inclined with respect to the emission port 12 b of the light tunnel 12, that is, the emission surface 19 b is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the light tunnel 12. . That is, the entrance surface 19a and the exit surface 19b are non-parallel.
  • the optical distance from the exit 12b of the light tunnel 12 to the corner Ic of the display surface 20a of the display element 20 is the shortest, and the exit 12b of the light tunnel 12 to the display surface 20a.
  • the optical distance to the corner Ia is the longest.
  • the prism element 19 has a thickness that is parallel to the optical axis direction of the light tunnel 12 at the outer periphery of the incident surface 19a and is asymmetric with respect to the optical axis of the prism element 19 over the outer periphery. Yes. In other words, the prism elements 19 have different thicknesses at the four corners of the incident surface 19a.
  • the inclination state of the exit surface 19b of the prism element 19 is determined by the thicknesses of the four corners of the prism element respectively located in the vicinity of the four corners Oa, Ob, Oc, and Od of the exit 12b of the light tunnel 12.
  • Da, Db, Dc, Dd is near the angle Oc corresponding to the angle Ic closest to the optical axis incident on the display surface 20a among the four angles Ia, Ib, Ic, Id of the display surface 20a of the display element 20.
  • the corner thickness Dc is formed to be the maximum.
  • the prism element 19 is formed so that the thickness Da at the corner near the corner Oa corresponding to the corner Ia that is the farthest from the corner Ic of the display surface 20a of the display element 20 is minimized.
  • the prism element 19 in the present embodiment is formed such that the thicknesses at the four corners of the incident surface 19a satisfy Dc> Dd> Db> Da.
  • the distance between the light tunnel exit port (object plane) and the lens disposed between the exit port and the display surface (image plane) of the display element is the light tunnel.
  • the distance is symmetric with respect to the central axis (optical axis) of the light exit.
  • the prism elements 19 are formed such that the thicknesses of the four corners on the outer periphery of the incident surface 19a are asymmetrical with respect to the optical axis of the prism element 19 (each having a different thickness). Is inserted between the light exit 12 b of the light tunnel 12 and the first lens 13.
  • This prism element 19 generates an asymmetric optical path length with respect to the optical axis of the light tunnel 12 (the central axis of the exit port 12b).
  • the optical path length is corrected so as to be equal, and thus good image formation is achieved. Sex is obtained. That is, the shape of the irradiation area S2 irradiated on the display surface 20a can be brought close to a substantially rectangular shape.
  • FIG. 7 shows the irradiation state irradiated on the display surface 20a of the display element 20 in the embodiment by contour lines of the illuminance distribution.
  • the shape distortion of the irradiation area S2 is reduced, and the amount of light that becomes ineffective when irradiated outside the display area S1 of the display element 20 is about 6%. It was possible to reduce.
  • FIG. 8 shows the illuminance value in the BB ′ cross section of the display surface 20a shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the position in the BB ′ direction, that is, the long side direction of the display surface, and the vertical axis indicates the illuminance.
  • the position of the illuminance peak is located approximately at the center of the display surface 20a, and the symmetry of the illuminance distribution with respect to the center in the BB ′ direction and the uniformity of the illuminance distribution in the BB ′ direction can be improved. It was.
  • the shape of the irradiation area S ⁇ b> 2 irradiated on the display surface 20 a of the display element 20 is suppressed so as to be close to a substantially rectangular shape, so that the display surface 20 a is irradiated outward.
  • the light flux that becomes ineffective can be reduced, the brightness of the display surface can be improved, and the unevenness of the illuminance distribution on the display surface 20a can be improved.
  • the optical axis of the lens is shifted (shifted) in parallel with the optical axis of the light tunnel, or at least one of the three axis directions By rotating around such an axis, it is possible to improve the non-uniformity of the illuminance distribution on the display surface 20a without tilting (rotating) the optical axis of the light tunnel. That is, according to the present embodiment, the shift amount and the rotation amount of the first and second lenses 13 and 14 can be made zero, so that the diameters of the first and second lenses 13 and 14 can be set according to the present invention.
  • the projection optical display system can be made smaller than the illumination optical system related to the above, and the entire illumination optical system including the holding mechanism for the first and second lenses 13 and 14 can be reduced in size and weight. Downsizing can be realized.
  • FIG. 9A shows an illumination optical system provided in the projection display apparatus of the second embodiment.
  • the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the optical axes of the first and second lenses in the first embodiment described above are shifted or rotated with respect to the optical axis of the light tunnel. Yes.
  • the optical axis 23a of the first lens 23 is arranged in a position shifted in parallel with the optical axis 12c of the light tunnel 12.
  • the optical axis 24 a of the second lens 24 is arranged to be inclined with respect to the optical axis 12 c of the light tunnel 12 by rotating around at least one of the three axes.
  • the prism element 29 is disposed between the light exit 12 b of the light tunnel 12 and the first lens 23.
  • the prism element 29 is formed in a shape in which the incident surface 29 a is parallel to the exit port 12 b of the light tunnel 12 and the exit surface 29 b of the prism element is inclined with respect to the exit port 12 b of the light tunnel 12.
  • both the first and second lenses 23 and 24 and the prism element 29 perform correction for making the shape of the irradiation area S2 on the display surface 20a of the display element 20 rectangular.
  • the prism element 29 has a reverse shape, that is, a portion that is excessively corrected to make the irradiation area S2 rectangular by shifting and rotating the first and second lenses 23 and 24, that is, Since it can be deformed so as to be distorted in a trapezoidal shape, the inclined state of the emitting surface 29b of the prism element 29 may not be formed in the same manner as the inclined state of the emitting surface 19b in the first embodiment.
  • the prism element 29 in the present embodiment has a thickness of each of the four corners of the prism element 29 located in the vicinity of the four corners Oa, Ob, Oc, and Od of the light exit 12b of the light tunnel 12. Da, Db, Dc, and Dd are formed so as to satisfy Dd> Dc> Da> Db.
  • the display area S1 of the display element 20 is compared with the illumination optical system (FIG. 4) related to the present invention, which is configured by shifting and rotating the optical axis of the lens of the illumination optical system.
  • the illumination optical system FOG. 4
  • the prism element 29 By using the prism element 29 while suppressing the amount of light that becomes ineffective outside, the shift amount and the rotation amount of the first and second lenses 23 and 24 of the illumination optical system can be reduced. For this reason, the diameters of the first and second lenses 23 and 24 can be reduced.
  • the diameter of the first lens 23 can be reduced by about 10%
  • the weight of the first lens 23 can be reduced by about 8%
  • the diameter of the second lens 24 can be reduced by about 30%.
  • the weight of the second lens 24 could be reduced by about 30%.
  • the second embodiment it is possible to reduce the size and weight of the entire illumination optical system including the holding mechanism (not shown) of the first and second lenses 23 and 24, and to perform projection.
  • the entire size display device can be reduced in size.
  • the light tunnel is not limited to a hollow quadrangular prism, and a prismatic lens, a so-called rod lens may be used.
  • the light tunnel in the present invention includes an optical element including such a rod lens. pointing.

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Abstract

　本発明の照明光学系は、表示面２０ａに照射された光束を映像信号に応じて変調する表示素子２０に、光源１１からの光束を導いて、光束を表示面２０ａの垂線に対して傾斜させて表示面２０ａに入射させる。この照明光学系は、光源１１から入射した光束の輝度分布を均一化して出射するライトトンネル１２と、ライトトンネル１２の出射口１２ｂを表示素子２０の表示面２０ａ上に結像させるための第１のレンズ１３と、ライトトンネル１２の出射面１２ｂと第１のレンズ１３との間の光路上に配置されてライトトンネル１２からの光束の入射面１９ａと出射面１９ｂが互いに非平行な平面にそれぞれ形成されたプリズム素子１９と、を備える。プリズム素子１９は、入射面１９ａの外周における、ライトトンネル１２の光軸方向に平行な厚みが、この外周に亘ってプリズム素子１９の光軸に対して非対称にされている。

Description

照明光学系及び投写型表示装置
　本発明は、照射された光束を映像信号に応じて変調する表示素子に、光源からの光束を導く照明光学系、及びスクリーン等の投写面に映像を投写するための投写型表示装置に関する。
　図１に、本発明に関連する投写型表示装置の照明光学系を示す。この照明光学系では、反射型表示素子が用いられており、反射型表示素子によって投写されたスクリーン上の映像の明るさのムラを低減するために、光源１１１からの不均一な光束を均一化するライトトンネル１１２を備えている。ライトトンネル１１２の出射口は、端面が長方形状をなしており、ライトトンネル１１２と表示素子１２０との間に配置された複数の光学部材１１３，１１４，１１６，１１７によって反射型表示素子に結像される。
　この構成は、反射型表示素子として、一般的なＤＭＤ(Digital　Micromirror　Device）を用いたものである。この構成では、ライトトンネル１１２の出射口からの照明光を、表示素子（ＤＭＤ）１２０の表示面の垂線に対して傾斜させた斜め下方、又は斜め上方から入射させる必要がある。したがって、このような照明光は、表示素子１２０の表示面上に、ライトトンネル１１２の出射口を長方形状に結像させることができず、台形状に歪み、表示素子１２０の表示面上における照度分布が不均一になる問題があった。
　図２に、図１に示した本発明に関連する構成における、表示素子１２０の表示面上に照射された照射状態を、等高線を用いた照度分布で示す。図２に示すように、表示素子１２０の表示面上には、ライトトンネル１１２の出射口を長方形状に結像することができずに、台形状に歪んだ状態となる。このため、表示素子１２０の反射ミラー群によって構成される表示面である表示エリアＳ１１全体を、台形状に歪んだ照射エリアＳ１２内に位置させる必要があるので、表示素子１２０の表示面上の照射エリアＳ１２は、表示素子１２０の表示面全体よりも大きく確保しなければならない。その結果、表示素子１２０の表示エリアＳ１１よりも外周側に照射された光が無効光束となってしまう不都合がある。
　図３に、図２における表示素子１２０の表示面のＡ－Ａ'断面に平行な方向に対する表示素子１２０の表示面の照度を示す。図３において、横軸はＡ－Ａ'方向、すなわち表示面の長辺方向に対する位置、縦軸は照度を示している。図３に示すように、表示素子１２０の表示面において最も照度が高い位置は、表示素子１２０の表示面の中央の位置よりもＡ'側に位置しており、Ａ'側の照度がＡ側の照度よりも高く、かつ不均一な状態になっている。
　これらの問題を解決する関連技術として、ライトトンネルから出射された光束の光路上に配置されたレンズの光軸を、ライトトンネルの光軸と平行に位置をずらして配置（シフト）、または、３軸方向の少なくともいずれかの軸回りに回転させることでライトトンネルの光軸に対して傾斜させて配置（回転）させた偏芯光学系を備えることで、台形歪補正（キーストン補正）を行う構成が開示されている(特開２００４－４５７１８号公報)。図４に、この特許公報に開示されている技術を利用した照明光学系の一例を示す。しかしながら、この構成では、ライトトンネル１１２の光軸１１２ｃに対して、レンズ１２３、１２４の光軸１２３ａ、１２４ａをシフト及び回転させることによって、照明光学系の部品サイズが大きくなってしまう。このため、照明光学系のレンズ１２３、１２４のシフト及び回転に伴って、照明光学系のレンズ１２３、１２４を保持する機構部品の形状が複雑化する問題があり、装置のサイズ、重量の増大や製造コストの増加を招く問題があった。
　本発明の目的は、表示素子の表示面における照度分布の均一化を図ると共に、照明光学系全体の小型化、軽量化を図ることができる照明光学系及び投写型表示装置を提供することにある。
　上述の目的を達成するため、本発明に係る照明光学系は、表示面に照射された光束を映像信号に応じて変調する表示素子に、光源からの光束を導いて、光束を表示面の垂線に対して傾斜させて表示面に入射させる照明光学系であって、
　光源から入射した光束の輝度分布を均一化して出射するライトトンネルと、
　ライトトンネルの出射面を表示素子の表示面上に結像させるための光学部材と、
　ライトトンネルの出射面と光学部材との間の光路上に配置されてライトトンネルからの光束の入射面と出射面が互いに非平行な平面にそれぞれ形成されたプリズム素子と、を備える。そして、プリズム素子は、入射面の外周における、ライトトンネルの光軸方向に平行な厚みが、この外周に亘ってプリズム素子の光軸に対して非対称にされている。
　また、本発明に係る投写型表示装置は、本発明に係る照明光学系と、表示素子と、表示素子で変調された光束を拡大投影するための結像光学系とを備える。
　以上のように構成される本発明では、ライトトンネルの出射面である出射口を物体面とし、表示素子の表示面を結像面とする照明光学系において、物体面であるライトトンネルの出射口と、光学部材との間の光学的な距離を、ライトトンネルの光軸に対して非対称にするプリズム素子が配置されることで、表示素子の表示面上での結像特性を改善し、表示面における照射エリアの形状を略矩形に近づけるものである。
　本実施形態では、例えば、ライトトンネルの出射口の近傍に、ライトトンネルからの光束の入射面と出射面とが互いに非平行な平面に形成されたプリズム素子が配置されることで、ライトトンネルの出射口と光学部材との間の光学的な距離（光路長）が、光軸に対して非対称にされている。
　図５に示すように、ライトトンネルの出射面に相当する物体面１０１を、レンズ１０２，１０３，１０４などの光学部材を用いて結像面１０５に結像させる光学系において、物体面１０１とレンズ１０２との間の光路上にガラスなどのプリズム素子１０６が挿入されることで、結像面１０５の位置をより遠方へと変化させることができる。本発明ではこの原理を応用している。
　（発明の効果）
　本発明によれば、表示素子の表示面上に照射される照射エリアの形状歪みを抑えて略矩形に近づけることで、表示面の外方に照射されて無効になる光束を低減して、表示面の明るさを向上し、かつ、照度分布の不均一を改善することができる。また、本発明によれば、光学部材が有するレンズの直径を小さくすることが可能になり、照明光学系全体の小型化、重量の低減を図ることができる。
本発明に関連する投写型表示装置の照明光学系を示す斜視図である。 表示素子の表示面における表示エリアと照射エリアを示す正面図である。 図２におけるＡ－Ａ'方向に対する照度分布を示す図である。 本発明に関連する他の投写型表示装置の照明光学系を示す斜視図である。 本発明の原理を説明するための図である。 第１の実施形態の投写型表示装置の照明光学系を示す斜視図である。 上記光学系が備えるプリズム素子の形状を示す斜視図である。 上記光学系が備える表示素子の表示面を示す正面図である。 上記表示素子の表示面における表示エリアと照射エリアを示す正面図である。 図７におけるＢ－Ｂ'方向に対する照度分布を示す図である。 第２の実施形態の投写型表示装置の照明光学系を示す斜視図である。 上記光学系が備えるプリズム素子の形状を示す斜視図である。
　以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
　　（第１の実施形態）
　第１の実施形態の投写型表示装置は、表示面に照射された光束を映像信号に応じて変調する表示素子と、光源からの光束を表示素子に導いて表示面に入射させる照明光学系と、表示素子によって変調された光束を拡大投影する結像光学系とを備えている。
　図６Ａに、第１の実施形態の投写型表示装置が備える照明光学系を示す。図６Ｂに、プリズム素子の形状を示す斜視図を示す。
　図６Ａに示すように、本実施形態の照明光学系は、光路順に、照明光を出射する光源１１と、この光源から入射した光束の輝度分布を均一化して出射するライトトンネル１２と、ライトトンネル１２の出射口１２ｂを表示素子２０の表示面２０ａ上に結像させるための光学部材としての第１及び第２のレンズ１３、１４、第１及び第２の反射ミラー１６、１７、第３のレンズ１８とを備えている。また、この照明光学系は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、ライトトンネル１２の出射口１２ｂと第１のレンズ１３との間の光路上に配置され、ライトトンネル１２からの光束の入射面１９ａと出射面１９ｂが互いに非平行な平面にそれぞれ形成されたプリズム素子１９を備えている。
　また、この照明光学系は、光源１１からの光束を、表示素子２０の表示面２０ａの垂線に対して所定の傾斜角θで傾斜させて表示面２０ａに入射させるように構成されている。
　本実施形態の投写型表示装置が備える表示素子２０としては、反射型表示素子であるＤＭＤが用いられており、四角形状の表示面２０ａを有している。
　ライトトンネル１２は、中空四角柱状に形成されており、表示素子２０の四角形状の表示面２０ａに照射される照射エリアＳ２が四角形になるように端面が矩形に形成されている。ライトトンネル１２は、複数の反射面に囲まれた導光路と、この導光路の一端側に設けられた入射口と、導光路の他端側に設けられた出射面である出射口１２ｂとを有している。そして、ライトトンネル１２は、入射口から入射した光束の輝度分布を均一化した後に出射口１２ｂから出射する。なお、ライトトンネル１２による輝度分布の均一化とは、光束の輝度分布をほぼ均一にすることのみに限定されるものではなく、輝度分布の不均一を低減する程度の作用も含まれる。
　ライトトンネル１２の出射口１２ｂと、表示素子２０の表示面２０ａとは、それぞれ照明光学系における物体面と結像面との関係にある。ライトトンネル１２の出射口１２ｂの４つの角Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄは、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、それぞれ表示素子２０の表示エリアＳ１における４つの角のＩａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄにそれぞれ対応して結像されている。図６Ｃにおいて、矢印は照明光の入射方向を示している。つまり、本実施形態は、照明光が表示素子２０の表示面２０ａの角Ｉｃに近い方向から、表示素子２０の表示面２０ａの垂線に対して傾斜角θで傾斜して表示面２０ａに入射するように構成されている。
　また、第１及び第２のレンズ１３、１４の光軸は、ライトトンネル１２の光軸とそれぞれ一致されて配置されている。第１及び第２の反射ミラー１６、１７は、第２のレンズ１４からの照明光の光軸を表示素子２０側に曲げるように配置されている。第３のレンズ１８の光軸は、第２の反射ミラー１７からの照明光の光軸と一致されている。第３のレンズ１８からの照明光の光軸は、表示素子２０の表示面２０ａの垂線に対して、Ｘ、Ｙ軸方向に傾斜された斜め下方、表示面２０ａのいわゆる第４象限側に傾いた状態で、表示面２０ａに入射する。そして、表示素子２０で反射された照明光は、図示しない結像光学系が有する投写レンズによって、例えばスクリーン等の投写面上へ投影される。
　プリズム素子１９は、入射面１９ａがライトトンネル１２の出射口１２ｂと平行にされて、つまり入射面１９ａがライトトンネル１２の光軸に対して垂直にされて形成されている。一方、プリズム素子１９の出射面１９ｂは、ライトトンネル１２の出射口１２ｂに対して傾斜されて、つまり出射面１９ｂがライトトンネル１２の光軸に垂直な平面に対して傾斜されて形成されている。すなわち、入射面１９ａと出射面１９ｂは、非平行になっている。したがって、プリズム素子１９がない場合には、ライトトンネル１２の出射口１２ｂから表示素子２０の表示面２０ａの角Ｉｃまでの光学距離が一番短く、ライトトンネル１２の出射口１２ｂから表示面２０ａの角Ｉａまでの光学距離が一番長いことになる。
　プリズム素子１９は、図６Ｂに示すように、入射面１９ａの外周における、ライトトンネル１２の光軸方向に平行な厚みが、この外周に亘ってプリズム素子１９の光軸に対して非対称にされている。言い換えれば、プリズム素子１９は、入射面１９ａの４つの角における厚みがそれぞれ異なっている。
　具体的には、プリズム素子１９の出射面１９ｂの傾斜状態は、ライトトンネル１２の出射口１２ｂの４つの角Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄ近傍にそれぞれ位置するプリズム素子の４つの角の各厚さＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄが、表示素子２０の表示面２０ａの４つの角Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄのうちで、表示面２０ａに入射する光軸に最も近い角Ｉｃに対応する角Ｏｃ近傍の角の厚さＤｃが最大になるように形成されている。また、プリズム素子１９は、表示素子２０の表示面２０ａの角Ｉｃから最も遠い位置である角Ｉａに対応する角Ｏａ近傍の角における厚さＤａが最小になるように形成されている。
　本実施形態におけるプリズム素子１９は、入射面１９ａの４つの角における各厚さが、Ｄｃ＞Ｄｄ＞Ｄｂ＞Ｄａを満たすように形成されている。
　上述した本発明に関連する構成では、ライトトンネルの出射口（物体面）と、この出射口から表示素子の表示面（結像面）までの間に配置されるレンズとの距離が、ライトトンネルの出射口の中心軸（光軸）に対して対称的な距離にされている。一方、本実施形態では、入射面１９ａの外周の４つの各角の厚さが、プリズム素子１９の光軸に対して非対称な厚さに（各々異なる厚さに）それぞれ形成されたプリズム素子１９が、ライトトンネル１２の出射口１２ｂと第１のレンズ１３との間に挿入されている。このプリズム素子１９で、ライトトンネル１２の光軸（出射口１２ｂの中心軸）に対して非対称な光路長を発生させている。これによって、表示面２０ａが照明光の光軸に対して所定の傾斜角θで傾斜されている表示素子２０の表示面２０ａ上において、光路長が等しくなるように補正されるので良好な結像性が得られる。すなわち、表示面２０ａに照射される照射エリアＳ２の形状を略矩形状に近づけることができる。
　図７に、実施形態における表示素子２０の表示面２０ａ上に照射された照射状態を照度分布の等高線で示す。本発明に関連する構成例の照度分布（図２）に比べて、照射エリアＳ２の形状歪みが軽減され、表示素子２０の表示エリアＳ１の外方に照射されて無効になる光量を６％程度低減することができた。図８は、図７に示した表示面２０ａのＢ－Ｂ'断面における照度値を示している。図８において、横軸はＢ－Ｂ'方向、つまり表示面の長辺方向の位置を示し、縦軸は照度を示している。照度ピークの位置は、表示面２０ａのほぼ中央に位置しており、Ｂ－Ｂ'方向の中央に対する照度分布の対称性、及びＢ－Ｂ'方向における照度分布の均一性を向上することができた。
　上述したように、本実施形態によれば、表示素子２０の表示面２０ａ上に照射される照射エリアＳ２の形状歪みを抑えて略矩形に近づけることで、表示面２０ａの外方に照射されて無効になる光束を低減して、表示面の明るさを向上し、かつ、表示面２０ａにおける照度分布の不均一を改善することができる。
　また、本実施形態は、本発明に関連する照明光学系のように、レンズの光軸を、ライトトンネルの光軸と平行に位置をずらして配置（シフト）、または、３軸方向の少なくともいずれかの軸回りに回転させることでライトトンネルの光軸に対して傾斜させて配置（回転）させることなく、表示面２０ａにおける照度分布の不均一を改善することができる。すなわち、本実施形態によれば、第１及び第２のレンズ１３、１４のシフト量及び回転量をゼロにすることができるので、第１及び第２のレンズ１３、１４の直径を、本発明に関連する照明光学系よりも小さくすることが可能になり、第１及び第２のレンズ１３、１４の保持機構を含めた照明光学系全体の小型化、重量の低減を図り、投写型表示装置の小型化を実現することができる。
　　（第２の実施形態）
　図９Ａに、第２の実施形態の投写型表示装置が備える照明光学系を示す。本実施形態において、便宜上、第１の実施形態の構成部材と同一の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
　本実施形態は、上述した第１の実施形態における第１及び第２のレンズの光軸が、ライトトンネルの光軸に対してシフトまたは回転されている点が、第１の実施形態と異なっている。
　図９Ａに示すように、第１のレンズ２３の光軸２３ａは、ライトトンネル１２の光軸１２ｃと平行に位置をずらして配置されている。また、第２のレンズ２４の光軸２４ａは、３軸方向の少なくともいずれかの軸回りに回転させることで、ライトトンネル１２の光軸１２ｃに対して傾斜されて配置されている。
　本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、プリズム素子２９は、ライトトンネル１２の出射口１２ｂと第１のレンズ２３との間に配置されている。また、プリズム素子２９は、入射面２９ａがライトトンネル１２の出射口１２ｂと平行にされ、プリズム素子の出射面２９ｂがライトトンネル１２の出射口１２ｂに対して傾斜された形状に形成されている。
　本実施形態では、第１及び第２のレンズ２３、２４とプリズム素子２９との両方で、表示素子２０の表示面２０ａ上の照射エリアＳ２の形状を矩形化する補正を行っている。本実施形態の照明光学系では、第１及び第２のレンズ２３、２４をシフト及び回転させることで、照射エリアＳ２を矩形化する補正が過多になる部分を、プリズム素子２９によって逆形状、つまり台形状に歪ませるように変形することができるので、プリズム素子２９の出射面２９ｂの傾斜状態が、第１の実施形態における出射面１９ｂの傾斜状態と同様に形成されなくても良い。
　本実施形態におけるプリズム素子２９は、図９Ｂに示すように、ライトトンネル１２の出射口１２ｂの４つの角Ｏａ，Ｏｂ，Ｏｃ，Ｏｄ近傍にそれぞれ位置するプリズム素子２９の４つの各角の厚さＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄが、Ｄｄ＞Ｄｃ＞Ｄａ＞Ｄｂを満たすように形成されている。
　本実施形態によれば、照明光学系のレンズの光軸をシフト及び回転させることによって構成された、本発明に関連する照明光学系（図４）と比較して、表示素子２０の表示エリアＳ１の外方で無効となる光量を同程度に抑え、プリズム素子２９を使用することで照明光学系の第１及び第２のレンズ２３、２４のシフト量及び回転量を少なくすることができる。このため、第１及び第２のレンズ２３、２４の直径を小さくすることが可能になった。
　したがって、本実施形態では、ライトトンネル１２の出射口１２ｂの開口数をＮＡ＝０．３５として、出射口１２ｂを２倍の倍率で表示素子２０の表示面２０ａへ結像させた場合、関連する照明光学系に比較して、第１のレンズ２３の直径を１０％程度、第１のレンズ２３の重量を８％程度低減することができると共に、第２のレンズ２４の直径を３０％程度、第２のレンズ２４の重量を３０％程度低減することができた。
　したがって、第２の実施形態によれば、第１及び第２のレンズ２３、２４の保持機構（不図示）を含めた照明光学系全体の小型化、軽量化を図ることが可能になり、投写型表示装置全体の小型化を実現することができる。
　なお、ライトトンネルとしては、中空四角柱状に限定されるものではなく、角柱状のレンズ、いわゆるロッドレンズが用いられてもよく、本発明におけるライトトンネルは、このようなロッドレンズを含む光学素子を指している。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

Claims (7)

  1. 　表示面に照射された光束を映像信号に応じて変調する表示素子に、光源からの光束を導いて、該光束を前記表示面の垂線に対して傾斜させて前記表示面に入射させる照明光学系であって、
    　前記光源から入射した光束の輝度分布を均一化して出射するライトトンネルと、
    　前記ライトトンネルの出射面を前記表示素子の前記表示面上に結像させるための光学部材と、
    　前記ライトトンネルの前記出射面と前記光学部材との間の光路上に配置され、前記ライトトンネルからの光束の入射面と出射面が互いに非平行な平面にそれぞれ形成されたプリズム素子と、を備え、
    　前記プリズム素子は、前記入射面の外周における、前記ライトトンネルの光軸方向に平行な厚みが、該外周に亘って前記プリズム素子の光軸に対して非対称にされている、照明光学系。
  2. 　前記プリズム素子は、前記入射面が前記ライトトンネルの前記出射面に平行な矩形状に形成され、前記入射面の各角における前記厚みがそれぞれ異なっている、請求の範囲１に記載の照明光学系。
  3. 　前記光学部材は、複数のレンズを有し、少なくとも１つの前記レンズの光軸が前記ライトトンネルの前記光軸と一致されて配置されている、請求の範囲１に記載の照明光学系。
  4. 　前記光学部材は、複数のレンズを有し、少なくとも１つの前記レンズの光軸が、前記ライトトンネルの前記光軸と平行に位置をずらされて配置、または前記ライトトンネルの前記光軸に対して傾斜されて配置されている、請求の範囲１に記載の照明光学系。
  5. 　前記光学部材は、複数のレンズと、少なくとも１つの反射ミラーとを有し、少なくとも１つの前記レンズの光軸が前記ライトトンネルの前記光軸と一致されて配置されている、請求の範囲１に記載の照明光学系。
  6. 　前記光学部材は、複数のレンズと、少なくとも１つの反射ミラーとを有し、少なくとも１つの前記レンズの光軸が、前記ライトトンネルの前記光軸と平行に位置をずらされて配置、または前記ライトトンネルの前記光軸に対して傾斜されて配置されている、請求の範囲１に記載の照明光学系。
  7. 　請求の範囲１ないし６のいずれかに記載の照明光学系と、前記表示素子と、前記表示素子によって変調された光束を拡大投影するための結像光学系とを備える投写型表示装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019144394A (ja) * 2018-02-20 2019-08-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学装置及び投写型表示装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06265823A (ja) * 1993-03-16 1994-09-22 Seiko Epson Corp 照明光学系及び投写型表示装置
JP2004045718A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Nec Viewtechnology Ltd 照明光学系及び拡大投写型ディスプレイ装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6185047B1 (en) * 1999-05-17 2001-02-06 Infocus Corporation Image projection system packaged to operate lying flat with a very low profile
KR100397428B1 (ko) * 2000-12-29 2003-09-13 엘지전자 주식회사 전반사 프리즘 및 이를 이용한 화상 투사장치
TW585255U (en) * 2002-10-09 2004-04-21 Young Optics Inc Projection optical apparatus having a wedge prism
JP3098126U (ja) * 2003-02-14 2004-02-19 デルタ　エレクトロニクス　インコーポレーテッド 照明システムの導光装置
WO2006068363A1 (en) * 2004-12-21 2006-06-29 Lg Electronics Inc. Thin type projector
US20080143973A1 (en) * 2006-10-12 2008-06-19 Jing Miau Wu Light source device of laser LED and projector having the same device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06265823A (ja) * 1993-03-16 1994-09-22 Seiko Epson Corp 照明光学系及び投写型表示装置
JP2004045718A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Nec Viewtechnology Ltd 照明光学系及び拡大投写型ディスプレイ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019144394A (ja) * 2018-02-20 2019-08-29 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光学装置及び投写型表示装置

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