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JP3757222B2 - Projection display - Google Patents

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JP3757222B2
JP3757222B2 JP2003298434A JP2003298434A JP3757222B2 JP 3757222 B2 JP3757222 B2 JP 3757222B2 JP 2003298434 A JP2003298434 A JP 2003298434A JP 2003298434 A JP2003298434 A JP 2003298434A JP 3757222 B2 JP3757222 B2 JP 3757222B2
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Description

本発明は投写型表示装置に関し、特に画像表示素子を照明するための光学系の改善に関する。   The present invention relates to a projection display device, and more particularly to improvement of an optical system for illuminating an image display element.

大画面映像を容易に実現するための装置として投写型表示装置が知られている。これは、液晶パネルやディジタルミラーデバイス(DMD)等の画像表示素子を表示パネルとして用い、光源からの光を用いて照明光学系により表示パネルを照明し、表示パネル上の画像を投写レンズでスクリーンに投写して拡大表示するものである。この照明光学系には、光源からの光を効率良く用いて表示パネル面を均一に照明する目的から、インテグレータと呼ばれる光学素子を配備している。インテグレータはロッド状のものや、フラアイレンズ状のものが知られており、主に液晶パネルを用いた装置では、フライアイレンズが、またDMDを用いた装置ではロッドのインテグレータが使用されることが多い。投写型表示装置は、一般に小型・軽量・低コスト・高輝度なものが市場からの要求であり、表示パネルにDMDを1個用いた単板型のものが非常に有望である。   A projection display device is known as a device for easily realizing a large screen image. This uses an image display element such as a liquid crystal panel or a digital mirror device (DMD) as a display panel, illuminates the display panel with an illumination optical system using light from a light source, and screens the image on the display panel with a projection lens. It is projected on the screen and enlarged. In this illumination optical system, an optical element called an integrator is provided for the purpose of efficiently illuminating the display panel surface using light from a light source efficiently. Integrators are known to be rod-shaped or fly-eye lens-shaped, and fly-eye lenses are used mainly for devices using liquid crystal panels, and rod integrators are used for devices using DMD. There are many. Projection type display devices are generally demanded from the market for small size, light weight, low cost, and high brightness, and a single plate type using one DMD as a display panel is very promising.

ところで、表示パネルであるDMDは、デバイス1つ当たりに約50万個から 131万個程度敷きつめられたマイクロミラーを、電源のオンオフにより傾きを制御して、光源からの光を反射させて反射させた光をスクリーン上に写し出す仕組みとなっており、オンとオフの回数の制御で画像の濃淡を表現する。そのデバイス構造は、ヨークが一体成形の柔らかく細い紐状のヒンジで引っ張られ空間に保持されている。ミラーとヨークは静電気力で対角軸を中心に回転し、±10度ないし±12度でヨークが基板と接触することで安定状態となる。5つのトランジスタで構成されるSRAMセルが1つのミラーを駆動する。ツインウエルCMOSの0.72μmルール、二層メタルで製造され、CMP酸化膜を介した同SRAM上にミラー部が形成される。このようなDMDは、1画素を構成するマイクロミラーの大きさは不変であるから、解像度に応じて、デバイスの大きさが変化する。例えばマイクロミラーが13.68 μm四方の場合には、SVGAの解像度(800 ×600 )であれば有効表示エリアは対角0.55インチなのに対して、XGA(1024×768)では対角0.7 インチの有効表示エリアになる。すなわち、解像度が高精細になるほど有効表示エリアが増加する。   By the way, the DMD, which is a display panel, reflects and reflects the light from the light source by controlling the inclination of the micromirrors laid between about 500,000 to 1.31 million per device by turning the power on and off. The light is projected onto the screen, and the contrast of the image is expressed by controlling the number of on and off times. In the device structure, the yoke is held in a space by being pulled by an integrally formed soft and thin string-like hinge. The mirror and the yoke are rotated around the diagonal axis by electrostatic force, and the yoke comes into contact with the substrate at ± 10 degrees to ± 12 degrees to be in a stable state. An SRAM cell composed of five transistors drives one mirror. A mirror part is formed on the same SRAM through a CMP oxide film manufactured with a 0.72 μm rule, twin-well CMOS, double-layer metal. In such a DMD, since the size of the micromirror that constitutes one pixel is unchanged, the size of the device changes according to the resolution. For example, if the micromirror is 13.68 μm square, the effective display area is 0.55 inches diagonal for SVGA resolution (800 x 600), whereas the effective display area is 0.7 inches diagonal for XGA (1024 x 768). become. That is, the effective display area increases as the resolution becomes higher.

ところで、投写型表示装置の照明光学系、それを構成する光学部品ならびにそのパラメータは、装置の諸性能が良好となるように、最適化設計されている。例えば、対角 1.3インチの大きさのDMDの投写型表示装置おいては、照明光学系は 1.3インチのDMDの全域を均一かつ高効率に照明するようになっている。そのため、DMDを 0.9インチの大きさのものに置き換えたときには、照明範囲に比べてDMDが小さくなってしまい光束の利用効率が低下する。また、逆に 1.3インチよりも大きなDMDに置き換えたときには、照明範囲が小さすぎて光量が不足する事態になる。このように最適化されていた各種パラメータの条件下では、異なるサイズのDMDへの置き換えを困難にしている。   By the way, the illumination optical system of the projection display apparatus, the optical components constituting the illumination optical system, and parameters thereof are optimized and designed so that various performances of the apparatus are good. For example, in a DMD projection display device having a diagonal size of 1.3 inches, the illumination optical system uniformly and efficiently illuminates the entire area of the 1.3 inch DMD. Therefore, when the DMD is replaced with a 0.9 inch size, the DMD becomes smaller than the illumination range, and the use efficiency of the light beam is reduced. Conversely, when a DMD larger than 1.3 inches is replaced, the illumination range is too small and the amount of light is insufficient. Thus, under the conditions of various parameters that have been optimized, it is difficult to replace the DMD with a different size.

このような要求に対して、特許文献1では、図9に示すように、光源101から出射された光束を反射鏡102でインテグレータ103に集光し、インテグレータ103を通して出射される光束を画像表示素子としての表示パネル107に照射させるためのリレーレンズ106を少なくとも2枚のレンズ106A,106Bで構成し、さらにこれら2枚のレンズ106A,106Bの光軸上の間隔を可変とすることで、リレーレンズ106の焦点距離を変化させるズーム構成としている。リレーレンズ106の焦点距離を変化調整することで表示パネルにおける明るさおよび照明範囲を調整することが可能となる。しかしながら、特許文献1の構成では、リレーレンズ106は通常の構成において1枚で済むところ少なくとも2枚以上のレンズが必要になるので、コスト高になるという問題があり、同時に投写型表示装置の重量が重くなるという問題がある。また、カラー表示に必要なR、G、Bの各色光を形成するためには、ダイクロイックミラーやフィルタ等の光学部品が必要となる訳であるが、移動可能なレンズの移動空間を確保してく必要があり、前記のR、G、Bに分光する光学部品と干渉しないように物理的な空間を確保しなければならず、装置の大型を招き好ましくない。さらにまた、前記の2枚のレンズの移動にて、合成焦点距離が変化することで、表示パネルに入射する光束の傾き角度が変化してしまいコントラストを低下を引き起こす可能性があり好ましくない。   In response to such a request, in Patent Document 1, as shown in FIG. 9, the light beam emitted from the light source 101 is condensed on the integrator 103 by the reflecting mirror 102, and the light beam emitted through the integrator 103 is converted into the image display element. The relay lens 106 for irradiating the display panel 107 is configured with at least two lenses 106A and 106B, and the distance between the two lenses 106A and 106B on the optical axis is made variable, so that the relay lens The zoom configuration changes the focal length of 106. By changing and adjusting the focal length of the relay lens 106, it is possible to adjust the brightness and illumination range of the display panel. However, in the configuration of Patent Document 1, there is a problem that the relay lens 106 requires only one lens in the normal configuration, but at least two or more lenses are required, which increases the cost, and at the same time the weight of the projection display device. There is a problem that becomes heavy. In addition, optical components such as dichroic mirrors and filters are required to form the R, G, and B color lights necessary for color display, but ensure a movable space for moving the lens. It is necessary, and a physical space must be secured so as not to interfere with the optical components that separate R, G, and B, which is not preferable because the apparatus is large. Furthermore, since the combined focal length changes due to the movement of the two lenses, the tilt angle of the light beam incident on the display panel may change, which may cause a decrease in contrast.

一方、特許文献2には、光源から出射された光を反射させる照明装置において、中央部が透明の光束出射部を設けた全反射ミラーを設けた技術が提案されている。この特許文献2では、リフレクタで反射されて光束出射部を透過した光で表示デバイスを表示し、光束出射部以外の光束は全反射ミラーで反射させ、再度リフレクタで反射させた上で光束出射部を透過させる構成とすることで、表示デバイスにおける光利用率の向上による明るさの向上を図るとともに、単純構成化、小型軽量を実現可能としている。
特開2003−15102号公報 特開2003−15219号公報
On the other hand, Patent Document 2 proposes a technique in which an illumination device that reflects light emitted from a light source is provided with a total reflection mirror provided with a light beam emitting portion having a transparent central portion. In this patent document 2, a display device is displayed with light reflected by a reflector and transmitted through a light beam emitting part, and a light beam other than the light beam emitting part is reflected by a total reflection mirror and reflected again by a reflector, and then the light beam emitting part. By adopting a configuration that transmits light, it is possible to improve brightness by improving the light utilization rate in the display device, and to achieve a simple configuration and a small size and light weight.
JP 2003-15102 A JP 2003-15219 A

特許文献2の技術は、光利用率の向上を図ることを実現しているが、照明装置から出射できない光が発生しないように光束出射部の透明(開口)部の最小径を設定する等して光束出射部のサイズを一義的に決定している。これは前述したようなDMD等のような表示パネルのサイズの変更について考慮していないためであり、そのため特許文献2の技術では特定のサイズの表示パネルに対しては有効であるが、サイズが変更された表示パネルに対しては前述したような問題を解消することは困難である。   Although the technique of Patent Document 2 realizes improvement of the light utilization rate, the minimum diameter of the transparent (opening) part of the light beam emitting part is set so that light that cannot be emitted from the illumination device is not generated. Thus, the size of the light beam emitting portion is uniquely determined. This is because the change in the size of the display panel such as the DMD as described above is not taken into consideration. For this reason, the technique of Patent Document 2 is effective for a display panel of a specific size. It is difficult to solve the problems described above for the changed display panel.

本発明は、同一の光学系にて複数のサイズの表示パネルを搭載でき、しかも性能の劣化がほとんど無く非常に汎用性の高い投写型表示装置の光学系を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide an optical system for a projection display apparatus that can mount display panels of a plurality of sizes with the same optical system and that has almost no deterioration in performance.

本発明は、光源と、光源からの光束を集光する集光手段と、集光手段で集光された光束が入射面から出射面に向けて導光されるロッドインテグレータと、投写する画像を表示する画像表示素子と、ロッドインテグレータの出射面から出射される光束を画像表示素子に結像して照明を行うリレーレンズとを有する投写型表示装置において、ロッドインテグレータの入射面および出射面にはそれぞれ開口領域とその周囲の反射領域を有する開口部材が配置されており、少なくとも出射面に配置される開口部材は画像表示素子の有効表示領域の大きさに応じて開口寸法が変化可能な構成であることを特徴としている。   The present invention includes a light source, a condensing unit that condenses the light beam from the light source, a rod integrator that guides the light beam collected by the condensing unit from the incident surface toward the exit surface, and an image to be projected. In a projection display device having an image display element to be displayed and a relay lens for illuminating by forming a light beam emitted from the exit surface of the rod integrator on the image display element, the incident surface and the exit surface of the rod integrator Opening members each having an opening region and a reflection region around the opening region are disposed, and at least the opening member disposed on the emission surface has a configuration in which the opening size can be changed according to the size of the effective display region of the image display element. It is characterized by being.

本発明によれば、ロッドインテグレータの少なくとも出射面に配置される出射側開口部材を複数種類用意し、それらを交換することにより、同一の光学系において異なる表示パネルに対応できるので非常に汎用性の高い投写型表示装置を得られるという効果がある。また、入射側と出射側の開口部材での反射によりロッドインテグレータに入射した光をほぼ全部表示パネルの照明に利用することができ、光利用効率を高めることも可能になる。 According to the present invention, by preparing a plurality of types of exit side opening members arranged on at least the exit surface of the rod integrator and exchanging them, it is possible to cope with different display panels in the same optical system. There is an effect that a high projection display device can be obtained. In addition, almost all of the light incident on the rod integrator due to the reflection at the opening members on the incident side and the emission side can be used for illumination of the display panel, and the light utilization efficiency can be improved.

本発明では、出射面の開口部材の開口領域は画像表示素子の有効表示領域と相似の開口形状とする。例えば、入射面に配置される開口部材の開口領域は円形であり、出射面に配置される開口部材の開口領域は矩形であることが好ましい。また、ロッドインテグレータの少なくとも出射面に配置される開口部材は開口領域の形状、寸法が異なる複数の開口部材を交換して着脱可能である構成とする。これらの場合、開口部材は内面を反射面とした板部材の一部に開口領域を開口し、この内面側を前記ロッドインテグレータの入射面及び出射面に向けて当該ロッドインテグレータに取着した構成とする。あるいは、入射面に配置される開口部材はロッドインテグレータの入射面に設けた反射膜で構成してもよい。   In the present invention, the opening area of the opening member on the exit surface has an opening shape similar to the effective display area of the image display element. For example, it is preferable that the opening area of the opening member arranged on the incident surface is circular, and the opening area of the opening member arranged on the emitting surface is rectangular. Further, the opening member disposed on at least the exit surface of the rod integrator is configured to be removable by replacing a plurality of opening members having different shapes and dimensions of the opening region. In these cases, the opening member has a configuration in which an opening region is opened in a part of a plate member having an inner surface as a reflecting surface, and the inner surface side is attached to the rod integrator with the incident surface and the emitting surface of the rod integrator facing each other. To do. Or you may comprise the opening member arrange | positioned at an entrance plane with the reflecting film provided in the entrance plane of the rod integrator.

以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて詳細に説明する。図1は、本発明の投写型表示装置の実施例1の構成図である。図1において、光源1は高圧水銀ランプで構成される。高圧水銀ランプ以外にもメタルハライドランプ等の白色光源を使用することができる。また、集光手段として光源1に楕円面形状の反射鏡2を組み合わせ、光源1を反射鏡2の第1焦点付近に配置することで、光源1から出射される光束は反射鏡2の第2焦点付近に収束光として集光される。この第2焦点にはロッドインテグレータ3の入射面が配置される。前記ロッドインテグレータ3は、図2に示すように、角柱状のガラスから構成されており、入射面3a及びその反対側の出射面3b、さらに符号は省略するが上下左右の4つの側面の6つの面が光学的に研磨された4角柱として構成されている。このロッドインテグレータ3はガラス以外にも、光学樹脂製のものでも構わない。また、4角柱以外にも円柱形状でもあるいは5角柱以上の多角形柱でも構わない。さらには、反射鏡を筒状に構成したものであってもよい。前記ロッドインテグレータ3の出射面3bに対向してリレーレンズ6が配設されており、前記ロッドインテグレータ3の出射面から出射される光を結像して表示パネル7を照明する。ここでは表示パネル7は透過型の液晶パネルで構成される。この照明光により照明された表示パネル7に表示された画像は投写レンズ8によりスクリーン9上に拡大投写される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of Embodiment 1 of the projection display apparatus of the present invention. In FIG. 1, the light source 1 is composed of a high-pressure mercury lamp. Other than the high-pressure mercury lamp, a white light source such as a metal halide lamp can be used. Further, by combining the light source 1 with the ellipsoidal reflecting mirror 2 as the light condensing means and arranging the light source 1 in the vicinity of the first focal point of the reflecting mirror 2, the luminous flux emitted from the light source 1 is the second of the reflecting mirror 2. It is condensed as convergent light near the focal point. The incident surface of the rod integrator 3 is disposed at the second focal point. As shown in FIG. 2, the rod integrator 3 is made of prismatic glass, and includes an entrance surface 3a and an exit surface 3b opposite to the entrance surface 3a. The surface is configured as a quadrangular prism whose surface is optically polished. The rod integrator 3 may be made of optical resin other than glass. In addition to the quadrangular prism, a cylindrical shape or a polygonal prism having five or more prisms may be used. Furthermore, the reflecting mirror may be configured in a cylindrical shape. A relay lens 6 is disposed opposite to the exit surface 3 b of the rod integrator 3, and the display panel 7 is illuminated by forming an image of light emitted from the exit surface of the rod integrator 3. Here, the display panel 7 is composed of a transmissive liquid crystal panel. The image displayed on the display panel 7 illuminated by the illumination light is enlarged and projected on the screen 9 by the projection lens 8.

前記ロッドインテグレータ3の入射面3a側の端部には、円形の開口領域4aを有する反射部材からなる入射側開口部材4が配置されている。また、前記ロッドインテグレータの出射面3b側の端部には、矩形の開口領域5aを有する反射部材からなる出射側開口部材5が配置されている。前記入射側開口部材4は、図3(a)に示すようにロッドインテグレータ3の外形と同じ矩形をした反射板で構成されており、この反射板の中央に外形よりも小さい寸法をした円形の開口領域4aが開口され、この開口領域4aを光が透過されるようになっている。また、その周囲には反射領域4bが形成されている。前記出射側開口部材5は、図3(b)に示すようにロッドインテグレータ3の外形と同じ矩形をした反射板で構成されており、この反射板の中央に外形よりも小さい寸法をして表示パネル7の有効表示領域と相似の矩形の開口領域5aが開口され、この開口領域5aを光が透過されるようになっている。また、その周囲には反射領域5bが形成されている。   At the end of the rod integrator 3 on the incident surface 3a side, an incident side opening member 4 made of a reflecting member having a circular opening region 4a is disposed. Further, an exit-side opening member 5 made of a reflective member having a rectangular opening region 5a is disposed at the end on the exit surface 3b side of the rod integrator. As shown in FIG. 3A, the incident side opening member 4 is formed of a reflector having the same rectangular shape as the outer shape of the rod integrator 3, and a circular shape having a size smaller than the outer shape at the center of the reflector. An opening region 4a is opened, and light is transmitted through the opening region 4a. In addition, a reflection region 4b is formed around the periphery. As shown in FIG. 3B, the exit-side opening member 5 is composed of a reflector having the same rectangular shape as the outer shape of the rod integrator 3, and is displayed with a dimension smaller than the outer shape at the center of the reflector. A rectangular opening area 5a similar to the effective display area of the panel 7 is opened, and light is transmitted through the opening area 5a. In addition, a reflection region 5b is formed around the periphery.

ここで、前記入射側開口部材と出射側開口部材は、例えば、板状ガラスに所要形状の開口領域を残してアルミニウムの薄膜が形成されたものを利用できる。あるいは、金属製の開口を有する板金にアルミニウムの薄膜が形成されたものを用いても良い。そして、これらの開口部材4,5はいずれも周縁に沿って板厚方向に複数のバネ片4c,5cが一体的に取り付けられており、これらのバネ片4c,5cを利用して前記ロッドインテグレータ3の入射面側と出射面側の各端部にそれぞれ嵌合状態に着脱可能とされている。また、本発明においては特に出射側開口部材5については、図3(b),(c)に示すように有効表示領域のサイズが異なる複数の表示パネルに対応して開口領域5aの寸法が異なる複数種類の出射側開口部材51,52が用意されており、これらの開口部材51,52を交換してロッドインテグレータ3に着脱可能とされている。   Here, as the incident side opening member and the emission side opening member, for example, a sheet glass in which an aluminum thin film is formed leaving an opening region of a required shape can be used. Alternatively, a sheet metal having a metal opening formed with an aluminum thin film may be used. Each of the opening members 4 and 5 is integrally attached with a plurality of spring pieces 4c and 5c in the plate thickness direction along the periphery, and the rod integrator is utilized by using these spring pieces 4c and 5c. 3 can be attached to and detached from the respective end portions on the incident surface side and the emission surface side. In the present invention, in particular, with respect to the exit side opening member 5, the dimensions of the opening area 5a are different corresponding to a plurality of display panels having different effective display area sizes as shown in FIGS. Plural kinds of exit side opening members 51 and 52 are prepared, and these opening members 51 and 52 are exchanged so as to be detachable from the rod integrator 3.

この投写型表示装置では、光源1および反射鏡2からの光束は入射側開口部材4の円形の開口領域4aを通してロッドインテグレータ3の入射面3aに入射する。入射された光束はロッドインテグレータ3の内部においては4つの側面の各内面での全反射を繰り返し、均一な照明光となってロッドインテグレータ3の出射面3bに到達する。その後、出射面側に配置された出射側開口部材5の矩形の開口領域5aを通過して出射され、リレーレンズ6による結像作用で表示パネル7の画像を表示している有効表示領域を照明し、表示パネル7に形成された画像が投写レンズ8によりスクリーン9上に拡大投写される。   In this projection display device, light beams from the light source 1 and the reflecting mirror 2 enter the incident surface 3 a of the rod integrator 3 through the circular opening region 4 a of the incident side opening member 4. The incident light beam repeats total reflection on the inner surfaces of the four side surfaces inside the rod integrator 3 to reach the exit surface 3b of the rod integrator 3 as uniform illumination light. After that, the effective display area which is emitted through the rectangular opening area 5a of the emission side opening member 5 arranged on the emission surface side and which displays the image of the display panel 7 by the image forming action by the relay lens 6 is illuminated. Then, the image formed on the display panel 7 is enlarged and projected on the screen 9 by the projection lens 8.

ここで、出射側開口部材5の開口領域5aの形状は、表示パネル7の有効表示領域と相似、すなわち両者の縦横寸法比を同一にしており、同時にロッドインテグレータ3の出射面3bと表示パネル7との間で光学的な共約関係となるようリレーレンズ6の焦点距離ならびに配置される位置を選定している。即ち、ロッドインテグレータ3の出射面3bがリレーレンズ6によって投写倍率mでm倍されて、表示パネル7に結像するようリレーレンズ6のパラメータを設定する。こうすることで、ロッドインテグレータ3の出射面3bの照明情報、すなわち、照明の均一性や照明光の形状が、表示パネル7に伝達される訳である。   Here, the shape of the opening area 5a of the emission side opening member 5 is similar to the effective display area of the display panel 7, that is, the vertical and horizontal dimension ratios thereof are the same, and at the same time, the emission surface 3b of the rod integrator 3 and the display panel 7 The focal length of the relay lens 6 and the position where the relay lens 6 is arranged are selected so as to be in an optical agreement with each other. That is, the parameters of the relay lens 6 are set so that the exit surface 3 b of the rod integrator 3 is multiplied by the projection magnification m by the relay lens 6 and imaged on the display panel 7. By doing so, the illumination information of the exit surface 3b of the rod integrator 3, that is, the uniformity of illumination and the shape of illumination light are transmitted to the display panel 7.

次にロッドインテグレータ3と前記入射側及び出射側の各開口部材4,5について、その光学的な動作を図4を用いて詳細に説明する。この実施例1では、例えば投写型表示装置を表示パネル7の有効表示面の大きさが、対角寸法でX1インチとX2インチの2種類(X1>X2)に対応させるケースを考える。図4(a)のように、リレーレンズ6の焦点距離をf、倍率をmとすれば、このリレーレンズ6ではロッドインテグレータ3の出射面での大きさ(ここでは図3(b)に示した出射側開口部材5の開口領域5aの対角寸法とする)をyとすればmyの大きさで表示パネル7に拡大される。図4(b)のように表示パネル7の対角寸法がX1であれば、ロッドインテグレータ3の出射側開口部材5の開口領域5aの対角寸法yはX1/mの大きさに、また、図4(c)のように表示パネル7の対角寸法がX2なら出射側開口部材5の開口領域5aの対角寸法yはX2/mの大きさになる。したがって、予め開口領域の対角寸法がX1/mの開口部材と、開口領域の対角寸法がX2/mの開口部材との2種類を用意しておき、これらの開口部材を投写型表示装置に配備した表示パネル7の有効表示領域の対角寸法に対応させて選択してロッドインテグレータ3に着脱するようにすれば、リレーレンズ6は交換することなく有効表示領域の寸法が異なる2種類の表示パネルに対応した照明光学系が構成できることになる。   Next, the optical operation of the rod integrator 3 and each of the entrance side and exit side opening members 4 and 5 will be described in detail with reference to FIG. In the first embodiment, consider a case where, for example, the projection display device corresponds to two types of X1 inch and X2 inch (X1> X2) in terms of the size of the effective display surface of the display panel 7. As shown in FIG. 4A, if the focal length of the relay lens 6 is f and the magnification is m, the size of the relay lens 6 on the exit surface of the rod integrator 3 (here, shown in FIG. 3B). If the diagonal dimension of the opening region 5a of the exit-side opening member 5 is y, the display panel 7 is enlarged to a size of my. If the diagonal dimension of the display panel 7 is X1 as shown in FIG. 4B, the diagonal dimension y of the opening region 5a of the exit side opening member 5 of the rod integrator 3 is X1 / m, If the diagonal dimension of the display panel 7 is X2 as shown in FIG. 4C, the diagonal dimension y of the opening region 5a of the emission side opening member 5 is X2 / m. Accordingly, two types of aperture members having an opening area having a diagonal dimension X1 / m and an opening member having an opening area having a diagonal dimension X2 / m are prepared in advance, and these opening members are used as a projection display device. If the relay lens 6 is selected according to the diagonal dimension of the effective display area of the display panel 7 provided in FIG. 5 and is attached to or detached from the rod integrator 3, the relay lens 6 can be replaced with two types having different effective display area dimensions. An illumination optical system corresponding to the display panel can be configured.

そのため、全体の光学系の構成が同一で表示パネルの構成のみが異なる複数種類の投写型表示装置においては、単にロッドインテグレータ3の出射側開口部材5を表示パネル7の有効表示領域の寸法に対応させて交換するだけで、他の光学系をそのまま利用して異なる規格の投写型表示装置を構成することが可能になる。このことは、出射側開口部材5を3種類以上用意すれば、3種類以上の異なる表示パネルを備える投写型表示装置にも対応できることは明らかであり、結局非常に汎用性の高い投写型表示装置が実現できる。   Therefore, in a plurality of types of projection display devices having the same overall optical system configuration but different display panel configurations, the exit-side opening member 5 of the rod integrator 3 simply corresponds to the size of the effective display area of the display panel 7. By simply replacing them, it becomes possible to construct a projection display device of a different standard using other optical systems as they are. This clearly shows that if three or more kinds of exit side opening members 5 are prepared, it can be applied to a projection display apparatus having three or more different display panels. Can be realized.

ところで、前記ロッドインテグレータ3において、図5(a)のように、表示パネル7の有効表示領域の対角寸法の大きさがX2のとき、出射側開口部材5の開口領域5aを通過する光束はそのまま照明光として表示パネル7を照明するが、開口領域5aの周囲の反射領域5bに達した光束は図5(b)のように、出射面3bから出射されることなく反射されて入射面3aに向けて戻される。この戻された光束はロッドインテグレータ3内を入射面3aにまで進行された後、当該入射面3aに配置されている入射側開口部材4の反射領域4bにて再度ロッドインテグレータ3内を出射面3bに進路を変えて進行を開始し、出射面3bに達した光線は開口領域5aを通過して照明光となる。あるいは、再度出射側開口部材5の反射領域5bにおいて反射され、入射面3aに戻される。このような反射を繰り返すことで、ロッドインテグレータ3の入射面3aに入射された光束は最終的に出射側開口部材5の開口領域5aを通過して表示パネル7の照明光として利用されるため、ロッドインテグレータ3の出射面での光透過面積を出射側開口部材5によって制限しても光束の減少を起こすことなく効率的に照明を行うことが可能になる。   By the way, in the rod integrator 3, as shown in FIG. 5A, when the diagonal dimension of the effective display area of the display panel 7 is X2, the light flux passing through the opening area 5a of the emission side opening member 5 is The display panel 7 is illuminated as it is, but the light beam that has reached the reflection region 5b around the opening region 5a is reflected without being emitted from the emission surface 3b as shown in FIG. Returned to The returned light beam travels through the rod integrator 3 to the incident surface 3a, and then again travels through the rod integrator 3 at the reflecting region 4b of the incident side opening member 4 disposed on the incident surface 3a. The light beam that has reached the exit surface 3b passes through the aperture region 5a and becomes illumination light. Alternatively, the light is reflected again at the reflection region 5b of the emission side opening member 5 and returned to the incident surface 3a. By repeating such reflection, the light beam incident on the incident surface 3a of the rod integrator 3 is finally used as illumination light for the display panel 7 through the opening region 5a of the emission side opening member 5, Even if the light transmission area on the exit surface of the rod integrator 3 is limited by the exit-side opening member 5, illumination can be performed efficiently without causing a decrease in luminous flux.

なお、入射側開口部材4の円形の開口領域4aは光源1の光を集光する反射鏡2により集光される光束が円形であることを前提として円形に形成しているが、反射鏡2の形状によって光束が楕円形あるいは多角形状に集束される場合には、この光束形状に合わせてて開口領域の形状を相違させるようにしてもよい。また、光源は必ずしも点光源として構成することができず、集束された光束もある程度の径寸法を有しているので、光源の種類によって入射側開口部材4は開口領域4aの寸法が異なるものを交換するようにしてもよい。   In addition, although the circular opening area | region 4a of the incident side opening member 4 is formed circularly on the assumption that the light beam condensed by the reflecting mirror 2 which condenses the light of the light source 1 is circular, the reflecting mirror 2 is formed. When the light beam is converged into an elliptical shape or a polygonal shape depending on the shape, the shape of the opening region may be made different according to the light beam shape. Further, the light source cannot necessarily be configured as a point light source, and the converged light flux has a certain diameter, so that the incident side opening member 4 has a different size of the opening region 4a depending on the type of the light source. It may be exchanged.

なお、実施例1では表示パネル7は液晶パネル等の透過型の表示デバイスを想定した説明になっているが、使用する表示パネルは反射型の液晶パネルあるいはDMD等の表示デバイスでも構わない。さらに表示パネルが1つの単板型の説明を行っているが、単板に限定されるものではなくRGBのカラー構成の3板型でも差し支えない。さらに、説明を簡略化するため、カラー形成手段につては省略しているが、カラー形成手段としてカラーホイールやダイクロイックミラー等を利用することが可能である。   In the first embodiment, the display panel 7 is described assuming a transmissive display device such as a liquid crystal panel. However, the display panel used may be a reflective liquid crystal panel or a display device such as a DMD. Furthermore, although the description has been given of a single panel type display panel, the display panel is not limited to a single panel and may be a three-panel type having an RGB color configuration. Further, for the sake of simplicity, the color forming means is omitted, but a color wheel, a dichroic mirror, or the like can be used as the color forming means.

図6は実施例2におけるロッドインテグレータ3Aと開口部材を示す図である。この実施例2では、ロッドインテグレータ3Aを円柱形状のものとし、また開口部材の部品点数を削減する意味から、ロッドインテグレータ3Aの入射側開口部材4Aとしてロッドインテグレータ3Aの入射面3aに円形の開口領域4aとその周囲の反射領域4bを有する反射膜41を蒸着により形成している。また、出射側開口部材5Aは実施例1と同様にロッドインテグレータ3Aとは別部材として構成し、バネ片5cによってロッドインテグレータ3Aの出射面側の端部に着脱可能に嵌合させている。出射側開口部材5Aは図7(a),(b)に示すように、中央に表示パネルの有効表示領域に対応した矩形の開口領域5aが設けられ、その周囲に反射面としての反射領域5bが形成されている。そして、表示パネルの有効表示領域の寸法に対応して、開口領域5aの寸法が異なる複数の出射側開口部材5A1,5A2を用意しておき、これらを選択してロッドインテグレータ3Aの出射面側の端部に配置することが可能となる。この実施例2では、入射側開口部材4Aを独立した部品として用意する必要がなく部品点数が削減できる。一方、出射側開口部材5Aは表示パネルの形状、サイズに対応させて開口領域を相違させるために実施例1と同様に交換可能な構成にでき、汎用性の高い投写型表示装置を得ることができる。   FIG. 6 is a diagram illustrating the rod integrator 3A and the opening member in the second embodiment. In the second embodiment, the rod integrator 3A has a cylindrical shape, and a circular opening region is formed on the incident surface 3a of the rod integrator 3A as the incident side opening member 4A of the rod integrator 3A in order to reduce the number of parts of the opening member. A reflective film 41 having 4a and the surrounding reflective region 4b is formed by vapor deposition. Similarly to the first embodiment, the exit opening member 5A is configured as a separate member from the rod integrator 3A, and is detachably fitted to the end on the exit surface side of the rod integrator 3A by a spring piece 5c. As shown in FIGS. 7A and 7B, the output side opening member 5A is provided with a rectangular opening area 5a corresponding to the effective display area of the display panel at the center, and a reflection area 5b as a reflection surface around the opening area 5a. Is formed. And corresponding to the dimension of the effective display area of the display panel, a plurality of emission side opening members 5A1 and 5A2 having different dimensions of the opening area 5a are prepared, and these are selected and arranged on the emission surface side of the rod integrator 3A. It becomes possible to arrange | position to an edge part. In the second embodiment, it is not necessary to prepare the incident side opening member 4A as an independent component, and the number of components can be reduced. On the other hand, the exit-side opening member 5A can be configured to be exchangeable in the same manner as in the first embodiment in order to make the opening area different according to the shape and size of the display panel, and a highly versatile projection display device can be obtained. it can.

なお、前記実施例1,2において、出射側開口部材5,5Aはロッドインテグレータ3,3Aに対して交換可能とするために、ロッドインテグレータ3,3Aの端部に嵌合可能なバネ片5cを一体的に備えた構成としているが、例えば、図8に示すように、ロッドインテグレータ3の少なくとも出射面側の端部に一体的に設けた枠部材31によって側方に開口するスリット32を形成しておき、このスリット32内に開口領域5aと反射領域5bを有する板状の開口部材5を抜き差しするように構成してもよい。開口領域の寸法が異なる開口部材を交換してスリット32に内挿させることで、所望の開口部材を選択してロッドインテグレータに配置することが可能になる。あるいは、図示は省略するが開口部材に可動式スライダ等を設けることで、開口領域を可変調整可能にすることで、開口領域の寸法が異なる開口部材を交換することと実質的に同じになる構成としてもよい。   In the first and second embodiments, the exit-side opening members 5 and 5A are exchangeable with respect to the rod integrators 3 and 3A, so that the spring pieces 5c that can be fitted to the end portions of the rod integrators 3 and 3A are provided. For example, as shown in FIG. 8, a slit 32 that opens laterally is formed by a frame member 31 that is integrally provided at least at the end of the output side of the rod integrator 3. In addition, the plate-like opening member 5 having the opening region 5a and the reflection region 5b may be inserted into and removed from the slit 32. By exchanging opening members having different sizes of opening regions and inserting them into the slits 32, it becomes possible to select a desired opening member and arrange it on the rod integrator. Alternatively, although not shown in the figure, by providing a movable slider or the like on the opening member, the opening region can be variably adjusted, so that substantially the same configuration as replacing an opening member having a different size of the opening region. It is good.

本発明の投影型表示装置の構成図である。It is a block diagram of the projection type display apparatus of this invention. 実施例1のロッドインテグレータと開口部材の斜視図である。It is a perspective view of the rod integrator and opening member of Example 1. 入射側及び出射側の開口部材の正面図である。It is a front view of the opening member on the incident side and the emission side. 出射側開口部材の開口領域の寸法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the dimension of the opening area | region of the radiation | emission side opening member. 開口部材による光利用効率を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light utilization efficiency by an opening member. 実施例2のロッドインテグレータと開口部材の斜視図である。It is a perspective view of the rod integrator and opening member of Example 2. 出射側の開口部材の正面図である。It is a front view of the opening member on the output side. 変形例の要部の斜視図である。It is a perspective view of the principal part of a modification. 従来の投写型表示装置の照明光学系の構成図である。It is a block diagram of the illumination optical system of the conventional projection display apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 反射鏡
3 ロッドインテグレータ
4,4A 入射側開口部材
5(51,52),5A(5A1,5A2) 出射側開口部材
4a,5a 開口領域
4b,5b 反射領域
4c,5c バネ片
6 リレーレンズ
7 表示パネル
8 投写レンズ
9 スクリーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Reflecting mirror 3 Rod integrator 4, 4A Incident side opening member 5 (51, 52), 5A (5A1, 5A2) Outgoing side opening member 4a, 5a Opening area 4b, 5b Reflecting area 4c, 5c Spring piece 6 Relay lens 7 Display panel 8 Projection lens 9 Screen

Claims (7)

光源と、前記光源からの光束を集光する集光手段と、前記集光手段で集光された光束が入射面から出射面に向けて導光されるロッドインテグレータと、投写する画像を表示する画像表示素子と、前記ロッドインテグレータの出射面から出射される光束を前記画像表示素子に結像して照明を行うリレーレンズとを有する投写型表示装置において、前記ロッドインテグレータの入射面および出射面にはそれぞれ開口領域とその周囲の反射領域を有する開口部材が配置されており、少なくとも前記出射面に配置される開口部材は、前記画像表示素子の有効表示領域の大きさに応じて開口寸法が変化可能な構成であることを特徴とする投写型表示装置。   A light source, a condensing unit that condenses the light beam from the light source, a rod integrator that guides the light beam collected by the condensing unit from the incident surface toward the exit surface, and displays an image to be projected In a projection display device having an image display element and a relay lens that performs illumination by imaging a light beam emitted from the exit surface of the rod integrator on the image display element, Are each provided with an opening member having an opening region and a reflection region around the opening region, and at least the opening member arranged on the light exit surface has an opening dimension that changes according to the size of the effective display region of the image display element. A projection display device characterized in that the configuration is possible. 前記ロッドインテグレータの出射面の開口部材の開口領域は前記画像表示素子の有効表示領域と相似の開口形状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 projection display device according to claim 1, wherein an opening area of the opening member on the exit surface of the rod integrator has an opening shape similar to an effective display area of the image display element. 入射面に配置される開口部材の開口領域は円形であり、出射面に配備される開口部材の開口領域は矩形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 projection display device according to claim 2, wherein the opening area of the opening member disposed on the incident surface is circular, and the opening area of the opening member disposed on the emission surface is rectangular. 前記ロッドインテグレータの少なくとも出射面に配置される開口部材は開口領域の形状、寸法が異なる複数の開口部材を交換して着脱可能であることを特徴とする請求項1ないし のいずれかに記載の投写型表示装置。   The projection according to claim 1, wherein the opening member disposed on at least the exit surface of the rod integrator is detachable by replacing a plurality of opening members having different shapes and dimensions of the opening region. Type display device. 前記ロッドインテグレータが多角柱または円柱形状であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の投写型表示装置。   The projection display device according to claim 1, wherein the rod integrator has a polygonal column shape or a cylindrical shape. 前記開口部材は内面を反射面とした板部材の一部に開口領域を開口し、前記内面側を前記ロッドインテグレータの入射面及び出射面に向けて当該ロッドインテグレータに取着したことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の投写型表示装置。   The opening member is characterized in that an opening region is opened in a part of a plate member having an inner surface as a reflecting surface, and the inner surface side is attached to the rod integrator with the incident surface and the emitting surface of the rod integrator facing each other. The projection display device according to claim 1. 前記入射面に配置される開口部材は前記ロッドインテグレータの入射面に設けた反射膜で構成されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の投写型表示装置。   6. The projection display device according to claim 1, wherein the opening member disposed on the incident surface is formed of a reflective film provided on the incident surface of the rod integrator.
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