JP4513516B2 - Video display device - Google Patents
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Description
本発明は、光源から照射される光を液晶パネルやマイクロミラーアレイパネルなどのライトバルブで光強度変調して光学像を形成し、該光学像をスクリーン上に投影する投射型映像表示装置に係わり、特にライトバルブに照射する複数の色光を光源からの光から空間的に分離する色分離素子に関する。 The present invention relates to a projection-type image display device that forms an optical image by modulating the light intensity of light emitted from a light source with a light valve such as a liquid crystal panel or a micromirror array panel, and projects the optical image on a screen. More particularly, the present invention relates to a color separation element that spatially separates a plurality of color lights irradiated to a light valve from light from a light source.
従来から、光源からの光をインテグレータ素子、コリメータレンズを通過させた後、複数のダイクロイックミラーで構成された色分離素子を用いて、R(赤色)光,G(緑色)光,B(青色)光に分離する。そして、分離された各色光をそれぞれ一つの反射型回転多面体を用いて光路を変え、映像表示素子である一つのライトバルブのそれぞれ異なった領域に同時に照射し、かつ、各色光で照射された短冊状(帯状)領域の場所を順次ライトバルブ上で一定方向に移動(スクロール)させるようにした、例えば下記特許文献1に記載の単板式投射型映像表示装置が知られている。
Conventionally, after light from a light source passes through an integrator element and a collimator lens, R (red) light, G (green) light, and B (blue) are used using a color separation element composed of a plurality of dichroic mirrors. Separate into light. Then, the strips irradiated with each color light are irradiated with each color light at the same time by changing the optical path of each separated color light using one reflection type rotating polyhedron and changing the light path. For example, a single-plate projection-type image display device described in
上記単板式投射型映像表示装置に用いられる色分離素子としては、例えば下記特許文献2に記載の複数のダイクロプリズムと反射面を組み合わせたカラープリズムがある。
As a color separation element used in the single-plate projection-type image display device, for example, there is a color prism that combines a plurality of dichroic prisms and a reflecting surface described in
また、単板式投射型映像表示装置としては、ライトバルブ上にR,G,B光を時分割して順次投射し、カラー表示を行う色順次表示方式のものも知られている。この種の単板式投射型映像表示装置の色分離素子としては、一般に、周方向に3分割された3つの扇状のR,G,Bのカラー領域を有するカラーホイールが用いられる。このカラーホイールを回転させて、光源からの光を例えばR,G,B光に時分割して分離するが、この際、カラーホイールにW(白色)光を透過させる領域を追加すれば、輝度を向上させることができる。このことは周知のことであり、例えば下記特許文献3に開示されている。 Further, as a single-plate projection type image display device, there is also known a color sequential display method in which R, G, B light is sequentially projected onto a light valve in a time-division manner to perform color display. A color wheel having three fan-shaped R, G, and B color regions divided into three in the circumferential direction is generally used as a color separation element of this type of single-plate projection type video display device. By rotating this color wheel, the light from the light source is separated into, for example, R, G, and B light in a time-sharing manner. At this time, if an area that transmits W (white) light is added to the color wheel, the luminance is increased. Can be improved. This is well known and disclosed in, for example, Patent Document 3 below.
本願発明者等は輝度向上を目的とし、回転多面体を用いた単板式投射型映像表示装置に使用する色分離素子である、複数のダイクロプリズムと反射面を組み合わせたカラープリズムにおけるW光を利用する検討を行った。 The inventors of the present application use W light in a color prism that combines a plurality of dichroic prisms and a reflecting surface, which is a color separation element used in a single-plate projection-type image display device using a rotating polyhedron for the purpose of improving luminance. Study was carried out.
図7はR,G,B,W光に分離する色分離素子の検討構成図で、図7(a)は検討した色分離素子の構成図、図7(b)は従来のカラープリズムである色分離素子の構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram of a color separation element that separates R, G, B, and W light. FIG. 7A is a configuration diagram of the studied color separation element, and FIG. 7B is a conventional color prism. It is a block diagram of a color separation element.
図7(a)において、色分離素子55は、2つの三角柱プリズムの界面に例えばハーフミラー膜が構成され、入射光(W光)の半分を透過し、半分を反射させるW用プリズム55aと、W用プリズム55aで反射されたW光のうちの第1の色光(ここではR光)を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるR用プリズム55bと、R用プリズム55bを透過した光のうち第2の色光(ここではG光)を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるG用プリズム55cと、G用プリズム55cを透過した光のうち第3の色光(ここではB光)を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるB用プリズム55dとからなる。
In FIG. 7A, the
各プリズムの出射面形状は、それぞれライトバルブ(図示せず)の表示領域を、長辺がライトバルブの長辺に平行な4つの略等しい短冊状(帯状)領域に分割したものに略相似となるようにされている。 The emission surface shape of each prism is substantially similar to the display area of a light valve (not shown) divided into four substantially equal strip-shaped (band-like) areas whose long sides are parallel to the long side of the light valve. It is supposed to be.
そして、図示しない光源からの光は、インテグレータ(図示せず)で光量分布が一様化され、色分離素子55のW用プリズム55aに入射され、W用プリズム55aと、R用プリズム55bと、G用プリズム55cと、B用プリズム55dとでW,R,G,B光に色分離される。
Then, light from a light source (not shown) is made uniform in light quantity distribution by an integrator (not shown), is incident on the
また、従来の色分離素子56は、入射光(W光)のうち第1の色光(R光)を透過させるダイクロイックプリズムであるR用透過プリズム56bと、R用透過プリズム56bで反射された光のうち第2の色光(G光)を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるG用プリズム56cと、G用プリズム56cを透過した光のうち第3の色光(B光)を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるB用プリズム56dとからなる。
Further, the conventional
各プリズムの出射面形状は、それぞれライトバルブ(図示せず)の表示領域を、長辺がライトバルブの長辺に平行な3つの略等しい短冊状(帯状)領域に分割したものに略相似となるようにされている。 The emission surface shape of each prism is substantially similar to the display area of a light valve (not shown) divided into three substantially equal strip (band) areas whose long sides are parallel to the long side of the light valve. It is supposed to be.
そして、図示しない光源からの光は、インテグレータ(図示せず)で光量分布が一様化され、色分離素子56のR用透過プリズム56bに入射し、R用透過プリズム56bと、G用プリズム56cと、B用プリズム56dとでR,G,B光に色分離される。
Light from a light source (not shown) is made uniform in light quantity distribution by an integrator (not shown), and is incident on the
以上述べたように、光源からの光が色分離素子を構成する一つのプリズムに入射される場合、ライトバルブのパネルサイズ100%に対し、従来の色分離素子56の入射開口サイズは約33%となるが、検討した色分離素子55の入射開口サイズは約25%となる。
As described above, when the light from the light source is incident on one prism constituting the color separation element, the incident aperture size of the conventional
つまり、輝度向上のためにW用プリズムを追加したにもかかわらず、光量(透過率)が当初の見積りよりも大きく劣化することが分かった。 That is, it was found that the light amount (transmittance) deteriorated more than originally estimated despite the addition of the W prism for improving the luminance.
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、W光の色分離素子(W光も色の一つと考え、色分離素子と表現する)を追加しても、光の利用効率向上が図れ、映像の高輝度化が可能な色分離素子及びそれを用いた投射型映像表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object thereof is to add a color separation element for W light (W light is also considered as one of the colors and expressed as a color separation element). An object of the present invention is to provide a color separation element capable of improving the utilization efficiency and increasing the luminance of an image and a projection type image display apparatus using the same.
上記目的を達成する為に、例えば、特許請求の範囲に記載されたように構成すればよい。
In order to achieve the above object, for example, it may be configured as described in the claims.
本発明によれば、光の利用効率が向上し、高輝度な投射型映像表示装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization efficiency of light can improve and it can provide a high-intensity projection type video display apparatus.
以下、図を用いて、本発明の最良の形態について、詳細に説明する。なお、回転多面体(以下の説明では反射型多面体)を用いて、色分離素子で空間的に複数色に色分離された各色光の短冊状(帯状)の出射形状をライトバルブ上のそれぞれ異なった場所に同時に照射し、該短冊状色光領域の照射場所をライトバルブ上で所定方向に移動(スクロール)させるスクロール技術は特許文献1で詳細に述べられているので、その詳細は省略する。
Hereinafter, the best mode of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, using a rotating polyhedron (in the following description, a reflective polyhedron), the strip-shaped (strip-shaped) emission shape of each color light spatially separated into a plurality of colors by a color separation element is different on the light valve. Since a scroll technique for simultaneously irradiating a place and moving (scrolling) the irradiation place of the strip-shaped color light region in a predetermined direction on the light valve is described in detail in
図2は、本発明による第1の一実施例を示す光学ユニットの構成図である。 FIG. 2 is a block diagram of an optical unit showing a first embodiment according to the present invention.
光学ユニットとは、光源と、該光源からの光の光量分布を一様化するインテグレータと、インテグレータで光量分布が一様化された光を入力映像信号に応じて光強度変調して光学象を形成するライトバルブと、該光学像を拡大して投射する投射レンズを少なくとも備える光学系を指すものである。光学ユニットを映像処理回路や電源回路等とともに筐体に収納したものが投射型映像表示装置である。 The optical unit is a light source, an integrator that uniformizes the light amount distribution of the light from the light source, and an optical image obtained by modulating the light intensity of the light whose light amount distribution has been made uniform by the integrator according to an input video signal. The optical system includes at least a light valve to be formed and a projection lens for enlarging and projecting the optical image. A projection-type video display device is an optical unit that is housed in a casing together with a video processing circuit, a power supply circuit, and the like.
図2において、1は略白色光を出射するランプ、2はランプ1からの光を反射するリフレクタで、ランプ1とリフレクタ2とで光源が構成されている。3は偏光方向を所定偏光方向(ここではS偏光)に揃える偏光変換素子の偏光ビームスプリッタ、4は本発明に係わる出射開口の大きさが入射開口より大きい、光量分布の一様化を行うインテグレータであるライトパイプ、5は本発明に係わるライトパイプ4からの光をW,R,G,B光に空間的に分離する色分離素子、6は色分離素子5からの出射光を折り曲げる全反射ミラ―、10は平板型偏光ビームスプリッタ、12はライトバルブ(映像表示素子)である反射型液晶パネル、13は反射型回転多面体、14,15,16は色分離素子5の出射面形状を反射型液晶パネル12上に結像させる結像レンズ群、17aは所定偏光方向の偏光光(ここではS偏光)を透過させる入射側偏光板、17bは入射側偏光板17aと異なる偏光方向の偏光光(ここではP偏光)を透過させる出射側偏光板、18は偏光ビームスプリッタプリズム、19は入射側偏光板17aの前に配置された偏光方向を変換するλ/2波長板、4bは偏光方向を調整するλ/4波長板、4cは偏光ビームスプリッタプリズム18と反射型液晶パネル12との間に配置されてコントラストの向上を行うλ/4波長板、23は投射レンズである。
In FIG. 2, 1 is a lamp that emits substantially white light, 2 is a reflector that reflects light from the
ここで、以下の説明を容易とするために、便宜上、図2に示すような直交座標系を導入する。即ち、ライトパイプ4の光軸方向をX軸、反射型回転多面体13の回転軸方向をZ軸、X軸,Z軸に直交する軸をY軸とする。
Here, in order to facilitate the following description, for convenience, an orthogonal coordinate system as shown in FIG. 2 is introduced. That is, the optical axis direction of the light pipe 4 is the X axis, the rotational axis direction of the reflective
従って、反射型液晶パネル12の表示面は、図2から明らかなように、XZ平面に平行となる。なお、反射型液晶パネル12の長辺方向は図2紙面に垂直なZ軸に平行で、短辺方向はX軸に平行とする。
Therefore, the display surface of the reflective
以上のように構成された光学ユニットにおいて、ランプ1から出射された光をリフレクタ2で反射して得られる光源からの白色光は、光の偏光方向を揃える為の偏光変換素子である偏光ビームスプリッタ3に入射される。ここで偏光方向を例えばS偏光に揃えられた光は光量分布の一様化を行うインテグレータであるライトパイプ4へ入射される。ライトパイプ4は入射光を内部で多重反射させることにより、光量分布の一様化を行う。ライトパイプ4から出射された光は、色分離素子5の所定領域(詳細は後述)の入射面に同時に照射される。
In the optical unit configured as described above, the white light from the light source obtained by reflecting the light emitted from the
なお、本発明のライトパイプ4と色分離素子5の構成、及び機能については図1を用いて後から詳細に説明する。
The configurations and functions of the light pipe 4 and the
色分離素子5に照射された光は、W光と、R,G,B光の3色光とにY軸方向に空間的に分離される。従って、反射型液晶パネル12上には、パネルの長辺(Z軸に平行)にその長辺が平行な4本のスクロール帯が照射されることになる。
The light applied to the
分離されたそれぞれの色光(W光を含む)は、全反射ミラー6で光路が折り曲げられ、平板型偏光ビームスプリッタ10に入射する。入射光はS偏光なので反射され、反射型回転多面体13に向かい、反射型回転多面体13で反射され、再び平板型偏光ビームスプリッタ10に入射する。平板型偏光ビームスプリッタ10と反射型回転多面体13との間にはλ/4波長板4bが挿入されているので、この間を往復する間に偏光方向がS偏光からP偏光に変換されて、平板型偏光ビームスプリッタ10にはP偏光で入射する。今度は、各色光は平板型偏光ビームスプリッタ10を透過するが、λ/2波長板19でS偏光に変換された後、入射側偏光板17aを透過し、偏光ビームスプリッタプリズム18で反射され、反射型液晶パネル12に照射される。この時、図6(a)のように、各色光(W光を含む)のスクロール帯12W,12R,12G,12Bはそれぞれ反射型液晶パネル12の異なった場所に、照射される。そして、各スクロール帯は反射型液晶パネル12の短辺方向(X軸方向)に平行にスクロールされる。
Each of the separated color lights (including W light) has its optical path bent by the
反射型液晶パネル12から出射されたS偏光からP偏光に変換された光学像(映像)の光は、今度は偏光ビームスプリッタプリズム18を通過し、更に出射側偏光板17bを透過した後、投射レンズ23を通してスクリーン(図示せず)に拡大投影される。
The light of the optical image (video) converted from S-polarized light to P-polarized light emitted from the reflective
尚、ライトバルブとしては、本実施例では反射型液晶パネルを用いているが、これに限定されるものではなく、透過型液晶パネル、強誘電性液晶パネル、及びマイクロミラーアレイパネル等のいずれかを適宜使用することができる。勿論、用いるライトバルブに合わせて、最適な光学系が選定されるのはいうまでもない。 As the light valve, a reflective liquid crystal panel is used in this embodiment. However, the present invention is not limited to this, and any one of a transmissive liquid crystal panel, a ferroelectric liquid crystal panel, a micromirror array panel, and the like is used. Can be used as appropriate. Of course, it goes without saying that an optimal optical system is selected in accordance with the light valve to be used.
次に、図1を用いて、色分離素子5について詳細に説明する。図1は図2の色分離素子近傍の要部拡大図で、その(a)図は本発明による第1の実施例を示す色分離素子の動作説明図、(b)図は色分離素子の出射面形状を示す図である。なお、図1では説明の都合上偏光ビームスプリッタ3を省略している。
Next, the
図1において、色分離素子5は、ライトパイプ4から入射した白色光(W光)をそのまま透過(導光)させる第1の色分離素子(W光も色の一つと考え色分離素子と表現)であるW用ロッドレンズ5aと、ライトパイプ4から入射した白色光(W光)から光の3原色に色分離する第2の色分離素子であるカラープリズム5fとからなり、該カラープリズム5fは入射光(W光)のうち第1の色光(ここではR光)を透過させて分離するダイクロイックプリズムであるR用プリズム5bと、R用プリズム5bで反射された光のうち第2の色光(ここではG光)を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるG用プリズム5cと、G用プリズム5cを透過した光のうち第3の色光(ここではB光)を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるB用プリズム5dとからなる。なお、B用プリズム5dとしては、B光を反射させるダイクロイックプリズムに代えて、色純度が多少劣化するが、例えばアルミコトート面による反射作用を有するプリズムを用いてもよい。
In FIG. 1, a
色分離素子5のW用ロッドレンズ5aは、側面の空気界面で全反射して導光するものなので、W用ロッドレンズ5aとカラープリズム5f(具体的に言えばR用プリズム5b)との対向する側面の間には空気層が形成されるように、色分離素子5のW用ロッドレンズ5aとカラープリズム5fは保持固定されている(保持手段は図示せず)。
Since the
ライトパイプ4は出射開口の大きさが入射開口より大きい、光量分布の一様化を行うインテグレータで、光源から入射した光はライトパイプ内部で反射を繰り返して、出射開口部で略一様な光量分布になる。また、本発明に用いたライトパイプ4では、出射開口の大きさが入射開口より大きく、その断面積が出射面に向かって次第に大きくなっている為、入射光線のF値よりも出射光線のF値が大きくなり、光線角度の発散成分を低減することが可能となる。つまりライトパイプ4はF値変換機能を有している。 The light pipe 4 is an integrator that makes the light quantity distribution uniform, with the exit opening being larger than the entrance opening. The light incident from the light source is repeatedly reflected inside the light pipe, and the light quantity is substantially uniform at the exit opening. Distribution. Further, in the light pipe 4 used in the present invention, the size of the exit aperture is larger than that of the entrance aperture, and its cross-sectional area gradually increases toward the exit surface. The value becomes larger, and the divergent component of the ray angle can be reduced. That is, the light pipe 4 has an F value conversion function.
ライトパイプ4と色分離素子5とは図示しない保持手段でほぼ密着されて保持されており、また、ライトパイプ4の出射開口形状は、色分離素子5の第1の色分離素子であるW用ロッドレンズ5aの入射面と第1の色光のR用プリズム5bの入射面(即ち、第2の色分離素子であるカラープリズム5fの入射面)とを合わせた面形状と略等しくされている。ライトパイプ4と色分離素子5とはほぼ密着されているので、ライトパイプ4からの光を無駄なく効率よく色分離素子5の所定領域に導光することができる。
The light pipe 4 and the
以上述べたように、ライトパイプ4と色分離素子5が構成され、配置されているので、ライトパイプ4で光量分布が一様化された光(W光)は、図1から明らかなように、色分離素子5のうちのW用ロッドレンズ5aと第1の色光のR用プリズム5bの入射面(即ち、第2の色分離素子であるカラープリズム5fの入射面)に同時に照射される。
As described above, since the light pipe 4 and the
色分離素子5のW用ロッドレンズ5aに入射したW光はそのまま透過(導光)されて出射する。また、色分離素子5のカラープリズム5fのR用プリズム5bに入射したW光は、カラープリズム5fつまりR用プリズム5bと、G用プリズム5cと、B用プリズム5dとでR,G,B光に色分離され、出射する。
The W light incident on the
色分離素子5の出射面形状は、図1の(b)図のように、W用ロッドレンズ5aとカラープリズム5fの各プリズム5b,5c,5dのそれぞれの出射面形状である、各短辺がほぼ等しい、4つの短冊状(帯状)領域5aW,5bR,5cG,5dBからなり、その全体形状は反射型液晶パネル12に略相似な形状となっている。
The exit surface shape of the
以上述べたように、色分離素子5を構成するW用ロッドレンズ5aとカラープリズム5f(具体的には、本実施例では、W用ロッドレンズ5aに隣接する第1の色光の分離プリズムであるR用プリズム)に同時に光を入射させることによって、光源からの光(W光)を直接W色として利用でき、またライトパイプ4の出射開口形状を、色分離素子5のうちのW用ロッドレンズ5aとR用プリズム5bの入射面とを合わせた面形状と略等しくすることで開口率を大きくすることができ、光ビームの面積と光ビーム発散の立体角との積であるエタンデュー(Etendue)が向上することから高輝度化を図ることができる。
As described above, the
以上の説明では、色分離素子5のカラープリズム5fによって色分離される色は、R,G,Bの3色であるが、Y(黄色),C(シアン),M(マゼンダ)の組み合わせでもよい。また、3色以上の複数色の組み合わせ、例えばR,Y,G,C,Mの組み合わせ、あるいはR,O(オレンジ),G,B,V(紫)の組み合わせでもよく、この場合は、色分離素子のカラープリズムを構成するダイクロイックプリズムの数は4個以上の複数個となり、ライトバルブ上のスクロール帯は5種類以上となる。なお、3色以上の複数色を用いれば、色数を増やすことで、一般的なxy色度図において、3色では三角形に表現されていた色度の表示可能範囲が、四角で表現できるので、色度表現範囲が広がる効果がある。
In the above description, the colors separated by the
また、カラープリズム5fの各プリズムの出射面に必要に応じて適宜IRカットフィルタ,トリミングフィルタ,UVカットフィルタを貼り付けてもよい。具体的に述べれば、R用プリズム5bにIRカットフィルタを、G用プリズム5cにトリミングフィルタ、B用プリズム5dにUVカットフィルタを貼り付け、R光、G光、B光を分離するようにしても良い。IRカットフィルタを貼り付けることで、赤外線を除去し、赤外線による発熱を防止でき、トリミングフィルタを貼り付けることで、黄色の波長域にあるランプ光源の輝線を除去でき、色目を良くする効果がある。また、UVカットフィルタを貼り付けることで、紫外線を除去し、有機材料からなる光学部品(例えば偏光板)の劣化を防止する効果がある。
Further, an IR cut filter, a trimming filter, and a UV cut filter may be appropriately attached to the emission surface of each prism of the
また、本実施例では、色分離素子5のW用ロッドレンズ5aとR用プリズム5bとの間に空気層を設けるようにしたが、これに限定されるものではなく、W用ロッドレンズ5aとR用プリズム5bの対向するいずれか一方の側面に例えばアルミを蒸着して反射面を形成し、W用ロッドレンズ5aとR用プリズム5bとを図示しない例えば接着剤で接合するようにしてもよい。このようにすれば、W用ロッドレンズ5aにおけるR用プリズム5b側側面での内面多重反射を確保することができ、また、空気層をなくすことができるので、その分色分離素子5を小型化することができる。
In this embodiment, an air layer is provided between the
また、図1(b)では、4つの短冊状領域5aW,5bR,5cG,5dBは略等しいとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、色度階調を優先した場合には、必要に応じて短冊状領域5aWの短辺を短くして、その領域を小さくし、その分、3つの短冊状領域5bR,5cG,5dBをそれぞれ略均等に大きくするようにしてもよい。 In FIG. 1B, the four strip regions 5aW, 5bR, 5cG, and 5dB are substantially equal. However, the present invention is not limited to this, and when priority is given to chromaticity gradations. If necessary, the short side of the strip-like region 5aW may be shortened to make the region small, and the three strip-like regions 5bR, 5cG, 5dB may be enlarged substantially equally by that amount.
また、上記では、反射型液晶パネル12の長辺方向をZ軸方向として、色分離素子5でY軸方向に空間的に分離し、反射型液晶パネルの短辺方向(X軸方向)に平行にスクロールするようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば反射型液晶パネル12’の短辺方向をZ軸方向として、図6(b)に示すように、反射型液晶パネルの長辺方向(X軸方向)に平行にスクロールするようにしてもよい。このようにすれば、ライトパイプ4の出射開口形状を、本実施例の場合と比較して、正方形に近づけることができ、より光効率を向上させることができる。
In the above description, the long side direction of the reflective
また、図2ではインテグレータとして、ライトパイプ4を用いているが、図3のように、マルチレンズアレイによる方式でも同様の効果は得られる。 In FIG. 2, the light pipe 4 is used as an integrator, but the same effect can be obtained by a multi-lens array system as shown in FIG.
図3は、インテグレータとして、ライトパイプに代えてマルチレンズアレイ方式を用いた光学ユニットの構成図である。なお、図3において、図2に共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。 FIG. 3 is a configuration diagram of an optical unit that uses a multi-lens array system instead of a light pipe as an integrator. 3, elements having functions common to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図3において、30と31は周知のマルチレンズアレイ方式インテグレータを構成する第1のレンズアレイと第2のレンズアレイ、32は偏光方向を所定偏光方向(ここではS偏光)に揃える偏光変換素子、33と34は第1のレンズアレイ30を構成する各レンズセルの形状を第2のレンズアレイ31とともに色分離素子5の所定領域の入射面(即ち、W用ロッドレンズ5aとR用プリズム5bの入射面)に重畳して結像させる集光レンズ群である。なお、一般に、リフレクタ2の反射面形状としては、ロッドレンズの場合は例えば楕円面であるが、マルチレンズアレイ方式の場合は放物面とされる。
In FIG. 3,
光源からの光束は、第1のレンズアレイと第2のレンズアレイで複数の光束に分割され、偏光変換素子32でS偏光に偏光方向が揃えられ、集光レンズ群33と34により上記した色分離素子5の所定領域に重畳して照射される。以降の動作は図2に同じであり、その説明を省略する。
The light beam from the light source is divided into a plurality of light beams by the first lens array and the second lens array, the polarization direction is aligned with the S-polarized light by the
第1の実施例では、色分離手段のW光分離素子としてロッドレンズを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。色分離手段のW光分離素子として内面が反射ミラーで構成されたミラー型のライトパイプを用いた第2の実施例について、以下説明する。 In the first embodiment, the rod lens is used as the W light separation element of the color separation means, but the present invention is not limited to this. A second embodiment using a mirror type light pipe whose inner surface is constituted by a reflection mirror as a W light separation element of the color separation means will be described below.
図4は本発明による第2の実施例を示す色分離素子の概略構成図で、その(a)図は色分離素子の斜視図、(b)図は(a)図におけるA−A線に沿った断面図である。なお、図1,図2に同一な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4A is a perspective view of the color separation element, and FIG. 4B is a line AA in FIG. FIG. Elements having the same functions in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図4において、本実施例による色分離素子50は、ライトパイプ4から入射したW光をそのまま透過(導光)させるミラー型のライトパイプ50aと、ライトパイプ4から入射した白色光(W光)から光の3原色に色分離するカラープリズム50fとからなり、該カラープリズム50fはR光を分離するダイクロイックプリズムであるR用プリズム50bと、G光を分離するダイクロイックプリズムであるG用プリズム50cと、B光を分離するダイクロイックプリズムであるB用プリズム50dとからなる。
In FIG. 4, the
ミラー型ライトパイプ50aは、図4から明らかなように、カラープリズム50f側側面を除いた側面が全反射ミラー8で、カラープリズム50f側側面がR用プリズム50bの側面50b1で囲まれた中空のパイプとなっている。また、ミラー型ライトパイプ50aのR用プリズム50bの側面50b1は、例えばアルミが蒸着され、金属反射ミラーを構成している。なお、ミラー型ライトパイプ50aは図示しない保持手段でカラープリズム50fに固定されている。
Mirror type
従って、ライトパイプ4からミラー型ライトパイプ50aに入射したW光は、全反射ミラー8とR用プリズム50bの側面50b1の金属反射ミラーで反射されて出射側に導光される。ライトパイプ4からカラープリズム50fに入射したW光は、図1と同様に、各プリズム50b,50c,50dでR,G,B光に分離される。
Therefore, W light incident from the light pipe 4 to the mirror type
本実施例によれば、第1の実施例と同様に輝度向上が図れるとともに、第1の実施例と異なり、W光分離素子とカラープリズムとの界面に空気層を必要としないので、その分、各分離素子の積層方向の厚みを薄くすることができ、より小型化できる。 According to the present embodiment, the luminance can be improved as in the first embodiment, and unlike the first embodiment, an air layer is not required at the interface between the W light separating element and the color prism. The thickness of each separation element in the stacking direction can be reduced and the size can be further reduced.
上記では、W光以外の色分離素子としてダイクロイックプリズムで構成されたカラープリズムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。W光以外の色分離素子として平板型のダイクロイックミラーを用いた第3の実施例について、以下説明する。 In the above, a color prism composed of a dichroic prism is used as a color separation element other than W light, but the present invention is not limited to this. A third embodiment using a flat dichroic mirror as a color separation element other than W light will be described below.
図5は、W光以外の色分離素子として平板型のダイクロイックミラーを用いた第3の実施例を示す色分離素子の概略構成図で、その(a)図は色分離素子の斜視図、(b)図は(a)図における42に平行な面での断面図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a color separation element showing a third embodiment using a flat dichroic mirror as a color separation element other than W light, and FIG. 5A is a perspective view of the color separation element. b) The figure is a cross-sectional view in a plane parallel to 42 in the figure (a).
図5において、色分離素子51は、ライトパイプ4から入射したW光をそのまま透過(導光)させる例えばロッドレンズのW光分離素子51aと、ライトパイプ4から入射した白色光(W光)から光の3原色に色分離するカラーダイクロイックミラー51fとからなり、該カラーダイクロイックミラー51fはR光を分離する平板型のR用ダイクロイックミラー51bと、G光を分離する平板型のダイクロイックミラー51cと、B光を分離する平板型のダイクロイックミラー51dとからなる。
In FIG. 5, the
本実施例はカラープリズムに代えて平板型のダイクロイックミラーで構成されたカラーダイクロイックミラーを用いた点で、第1および第2の実施例と異なっており、その他については同様であり、その詳細な説明を省略する。 This embodiment is different from the first and second embodiments in that a color dichroic mirror composed of a flat plate type dichroic mirror is used in place of the color prism. Description is omitted.
なお、図5において、41,42は、色分離素子51を保持する保持部材であり、保持部材41,42によって、前記光学部品を高精度に位置決めすることが可能となる。
In FIG. 5,
また、上記では、B光を分離する素子としてダイクロイックミラーを用いたが、多少色純度が劣化するが、全反射ミラーとしてもよいことはいうまでもない。 In the above description, the dichroic mirror is used as an element for separating the B light. However, although the color purity is somewhat deteriorated, it goes without saying that it may be a total reflection mirror.
また、以上説明した実施例では、導光手段であるライトパイプ4と色分離素子51は、例えば図2に示す光学ユニットに固定配置された場合で説明したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、ライトパイプ4と色分離素子51を着脱可能とする場合においても本願発明が適用可能であることは明らかである。例えば、図8に示すように、ライトパイプ4と色分離素子51の配置領域をA×Bとしたとき、明るさを重視する場合には、図8(a)に示すように、白色光(W光)の開口部をAの25%とした色分離素子51aを装着する。そして、出射側の開口部がAの50%となるライトパイプ4aを装着する。また、色再現性を重視する場合には、図8(b)に示すように、白色光(W光)の開口部をAの16%とした色分離素子51bを装着する。そして、出射側の開口部がAの44%となるライトパイプ4bを装着する。
In the embodiment described above, the light pipe 4 and the
上記したようにライトパイプ4と色分離素子51を着脱可能な構成とすることにより、使用環境に応じた使用が可能となる。
As described above, the light pipe 4 and the
1…ランプ、2…リフレクタ、3…偏光ビームスプリッタ、4…ライトパイプ、5…色分離素子、12…反射型液晶パネル、13…反射型回転多面体、23…投射レンズ。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記光源からの光の光量分布を均一化する導光手段と、A light guide means for uniformizing a light quantity distribution of light from the light source;
前記導光手段からの光を、白色光を含む4色以上の色光に分離する色分離素子と、A color separation element that separates light from the light guiding means into four or more color lights including white light;
前記色分離素子で分離された前記色光から光学像を形成する映像表示素子と、An image display element that forms an optical image from the color light separated by the color separation element;
前記映像表示素子から出射された光学像を拡大投射する投射レンズとを有し、A projection lens for enlarging and projecting an optical image emitted from the image display element;
前記導光手段から出射された光を、前記色分離素子の前記白色光の分離部の開口部と他の色光の分離部の1つの開口部とに導くことを特徴とする映像表示装置。An image display device, wherein the light emitted from the light guide unit is guided to an opening of the white light separation unit and one opening of another color light separation unit of the color separation element.
前記白色光の分離部は、ロッドレンズで形成され、
前記他の色光の分離部をダイクロイックプリズムで形成されたことを特徴とする映像表示装置。 The video display device according to claim 1,
The white light separating portion is formed of a rod lens,
An image display device, wherein the other color light separation portion is formed of a dichroic prism.
前記ロッドレンズと前記ダイクロイックプリズムは、その接合面に空気層を設けた一体化構造であることを特徴とする映像表示装置。The rod lens and the dichroic prism have an integrated structure in which an air layer is provided on a joint surface between the rod lens and the dichroic prism.
前記導光手段の出射開口部は、前記白色光の分離部の開口部と前記他の色光の分離部の1つの開口部とを合わせた開口部と略同等であることを特徴とする映像表示装置。The light emitting means has an exit opening substantially equal to an opening formed by combining an opening of the white light separating portion and one opening of the other color light separating portion. apparatus.
前記導光手段は、入射開口断面積よりも出射開口断面積を大とし、F値変換機能を有するライトパイプであることを特徴とする映像表示装置。The image display device, wherein the light guide means is a light pipe having an exit aperture cross-sectional area larger than an entrance aperture cross-sectional area and having an F-number conversion function.
前記白色光の分離部の開口部と、前記他の色光の分離部の1つの開口部の断面積が異なることを特徴とする映像表示装置。An image display device, wherein an opening of the white light separation unit and a cross-sectional area of one of the other color light separation units are different.
前記導光手段と前記色分離素子は、前記光学ユニットから着脱可能であることを特徴とする映像表示装置。The video display device, wherein the light guide means and the color separation element are detachable from the optical unit.
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