WO1994022042A1 - Projection type display device - Google Patents

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WO1994022042A1
WO1994022042A1 PCT/JP1994/000419 JP9400419W WO9422042A1 WO 1994022042 A1 WO1994022042 A1 WO 1994022042A1 JP 9400419 W JP9400419 W JP 9400419W WO 9422042 A1 WO9422042 A1 WO 9422042A1
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light
lens
color
display device
projection
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PCT/JP1994/000419
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Tadaaki Nakayama
Yoshitaka Itoh
Akitaka Yajima
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Seiko Epson Corporation
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    • H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells

Definitions

  • the present invention separates a white light beam from a light source into three color light beams of red, blue, and green, modulates each of these color light beams through a light valve in accordance with video information, and modulates the modulated light beam of each color after modulation.
  • the present invention relates to a projection type display device that recombines and enlarges and projects on a screen via a projection lens. Background art
  • the projection display device includes a light source lamp, a color separation unit that separates a white light beam therefrom into three color light beams, three light valves that modulate the separated three color light beams, and a light valve that has been modulated. It is composed of a color synthesizing means for re-synthesizing the color luminous flux, and a projection lens for enlarging and displaying the light image obtained by the synthesis on a screen.
  • a liquid crystal panel is generally used as a light valve.
  • a projection type display device having this configuration a device in which a uniform illumination optical element called an optical integrator is incorporated in a light source portion thereof is known.
  • U.S. Pat. No. 5,098,184 discloses a projection display device incorporating this optical integration.
  • this publication describes a configuration in which dichroic mirrors are arranged in an X-shape as color synthesis means. It usually consists of a dichroic mirror with a dielectric multilayer film formed on a glass plate.
  • the projection type display device provided with the mirror combining system in which the color combining means is constituted by the dichroic mirror has the following problems.
  • the dichroic mirror is an optical element that is not rotationally symmetric with respect to the central axis of the projection lens. For this reason, astigmatism occurs in the image on the screen, and the MTF (Modulation Transfer Function) characteristic indicating the transfer characteristic of the projection optical system deteriorates. As a result, the image quality is blurred and the sharpness is reduced. Deterioration of the MTF characteristic is not so serious when the size of the liquid crystal panel is large relative to the number of pixels, that is, when the pixel pitch is large. However, when the pixel pitch becomes small as in a liquid crystal panel using a polysilicon TFT as a switching element, it cannot be ignored.
  • MTF Modulation Transfer Function
  • a type in which a color synthesizing means is provided with a prism synthesizing system configured by dichroic prism is known.
  • the dichroic prism is an optical element that is rotationally symmetric with respect to the central axis of the projection lens. Therefore, the aberration generated by this prism can be easily removed by designing the projection lens.
  • the MTF characteristic of a projection display device having a prism composition system is as described above. It is superior to those with a mirror synthesis system. Therefore, it is suitable when a liquid crystal panel having a small pixel pitch is used as a light valve.
  • the brightness distribution of the light beam is rotated by 180 degrees by the relay lens, so that the original brightness distribution is If it is not symmetric, non-axisymmetric color unevenness occurs on the screen display, deteriorating the display quality. If the brightness distribution of the luminous flux is axisymmetric, such color unevenness does not occur, but in reality, it is caused by the displacement of the mounting position of the light source lamp and slight asymmetry of the light source lamp and its reflector. Therefore, the brightness distribution is usually asymmetric.
  • the projection type display device it is required to increase the illuminance of the projected image, to eliminate the unevenness of the color and the illuminance, and to obtain an image quality close to that of a CRT direct-view image.
  • a prism synthesis system having good transfer characteristics as the color synthesis system.
  • an optical integrator as the light source to illuminate the liquid crystal panel with uniform brightness and efficiently ( however, when the optical path length of each color light in the color separation system is different, If the optical integrator is used as it is, the amount of color light assigned to the longest light path decreases, and the change in the illuminance distribution becomes remarkable, which appears as uneven color and a change in color temperature in the projected image.
  • the conventional technology cannot be used as it is.
  • a surface located at a finite position (the light exit surface of the integrated light) from the liquid crystal panel Divergence from the source This is because the light beam illuminates the liquid crystal panel, which is fundamentally different from the case where it can be regarded as illumination from a point light source that exists infinitely as in the conventional configuration.
  • An object of the present invention is to propose a projection display device capable of forming a projection image of higher quality without unevenness in illumination and color, as compared with the above-mentioned conventional projection display device.
  • Another object of the present invention is to propose an inexpensive projection display device capable of forming a high-quality projected image.
  • a further object of the present invention is to propose a projection display device capable of forming a projection image with higher illuminance than in the past.
  • Still another object of the present invention is to propose a compact projection display device capable of forming a high-quality projected image.
  • Still another object of the present invention is to propose a projection display device having a configuration suitable for use as a front projection type. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a light source, color separation means for separating a white light beam emitted from the light source into three primary color light beams, and three light beams for modulating the separated light beams of the respective colors.
  • a light guide means disposed on an optical path of a light beam having the longest light path length among light beams of respective colors which are separated by the color separation means and enter each of the three light valves; and
  • a color combining means for combining modulated light fluxes of the respective colors modulated via a light valve, and a projection lens for projecting the combined modulated light flux on a screen.
  • Uniform illumination that is interposed in the optical path between the separation means, converts the white light flux from the light source into a uniform rectangular light flux, and emits the light toward the color separation means.
  • Bright optical means, and three condensing lenses which are respectively arranged in the light emitting sections for emitting light beams of the respective colors in the color separating means, and convert the divergent light beams from the uniform illumination optical means into substantially parallel light beams.
  • the color synthesizing means is constituted by a dichroic prism
  • the light guide means is constituted by an incident side reflecting mirror, an exit side reflecting mirror and at least one lens.
  • the light bulb is illuminated using uniform illumination optical means, and a converging lens is arranged in the optical path of each color light to convert the divergent light beam into a parallel light beam.
  • the optical path length of each color light is made optically equivalent. Therefore, according to the present invention, it is possible to form a brighter and higher-definition projected image with uniform illuminance distribution and without color unevenness, as compared with the related art.
  • the light guide means is provided with one intermediate lens, and the focal length of the intermediate lens is set to about 0.9 to 1.1 times the optical path length of the light guide means. It is preferable to set within the range.
  • a light guide means is provided between an incident lens disposed on the incident side of the incident side reflector, an exit lens disposed on the exit side of the exit side reflector, and a light guide between the incident side and the exit side reflector.
  • the focal length of the entrance and exit lenses can be set in a range of about 0.5 to 0.7 times the optical path length of the light guide means. It is preferable that the focal length of the intermediate lens is set within a range of about 0.25 to 0.4 times the optical path length of the light guide means to suppress the aberration.
  • the optical system is correspondingly formed.
  • a liquid crystal panel can be used as the upper light valve.
  • the pixel pitch of the liquid crystal panel is set to about 50 m or less to increase the definition of the projected image. I like it.
  • the uniform illumination optical means one having at least one lens plate having a configuration in which a plurality of lenses are arranged in a plane perpendicular to the main axis of the output light of the light source lamp can be adopted.
  • the number of lens divisions in one direction on the lens plate is between about three forces and about seven.
  • the color light passing through the light guide means be green light having a larger light amount than other color lights.
  • the color light passing through the light guide means be blue light, which has a relatively insignificant effect on image quality due to a change in light amount.
  • the uniform illumination optical means includes a first lens plate, a second lens plate, and a reflecting mirror interposed therebetween, and is configured to bend the optical path at a right angle, for example. Is also good.
  • This polarization conversion means includes a polarization separation element that separates random polarized light from the light source lamp into two linearly polarized lights of P and S waves, and a polarization plane of one of the two separated polarized lights. And a polarization plane rotation element that rotates the polarization plane by 90 degrees to match the polarization plane of the other linearly polarized light.
  • the projection type display device of the present invention is directed to a light guide unit having the above configuration.
  • An entrance-side triangular prism that is disposed on the entrance side and bends the optical path by 90 degrees, an exit-side triangular prism that is disposed on the exit side and bends the optical path by 90 degrees, and is disposed between these triangular prisms It is characterized in that it employs a configuration having the light guide member thus selected. Even in a projection display device having this configuration, a uniform illuminance distribution and no color unevenness can be obtained, and a brighter and higher quality projected image can be formed than before.
  • a quadrangular prism can be used as the light guide member.
  • ⁇ Reflection coating is preferably applied to the interface between the triangular prism and the quadrangular prism. Further, it is preferable that the total reflection surface of the triangular prism is coated with a metal film or a dielectric multilayer film.
  • the projection type display device of the present invention is suitable for use as a front projection type, and includes a light source and color separation means for separating a white light beam emitted from the light source into three primary color light beams. And three light valves that modulate the separated light beams of each color, and the light path with the longest optical path length among the light beams of each color that are separated by the color separation means and enter each of the three light valves.
  • Light guiding means arranged on the optical path of the light beam, color synthesizing means for synthesizing the modulated light beams of the respective colors modulated via the light valve, and projection lens means for projecting the synthesized modulated light beam onto a screen.
  • a uniform illumination that is interposed in an optical path between the light source and the color separation means, converts a white light flux from the light source into a uniform rectangular light flux, and emits the light toward the color separation means.
  • Optical means And three condensing lenses that are respectively disposed in the light beam emitting units that emit light beams of the respective colors in the color separation unit, and that convert divergent light beams from the uniform illumination optical unit into substantially parallel light beams.
  • Dike mouth color synthesis means The light guide means is composed of an incident-side reflector, an exit-side reflector, and at least one lens.
  • An optical path is formed so that the directions of the projection light from the projection lens are parallel and opposite to each other, and cooling means for the light source is arranged in an apparatus case on the side of the emission direction of the projection light.
  • the exhaust port of the means is formed on the side surface of the case on the side of the projection light emission direction.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an optical system of a projection display according to a first example of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing a relationship between a pixel density and a transfer characteristic (MTF) of a liquid crystal panel used as a light valve in a projection display device.
  • MTF transfer characteristic
  • FIGS. 3 (A), (B) and (C) are schematic perspective views showing the configuration of first and second lens plates constituting the uniform illumination optical element of FIG. 1, respectively.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the number of divisions of the lens plate of the uniform illumination optical element and color unevenness.
  • FIGS. 5 (A) and (B) are explanatory diagrams for explaining the function of the uniform illumination optical element.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a modification of the light guide system in the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 (A) and (B) are a schematic configuration diagram showing another modified example of the light guide system in the first embodiment of the present invention, and an explanatory diagram showing its operation.
  • FIGS. 8 (A) and (B) are a schematic configuration diagram showing still another modification of the light guide system in the first embodiment of the present invention, and an explanatory diagram showing its operation.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the light guide system shown in FIG. 8 (A).
  • FIGS. 10 (A) and (B) are a schematic configuration diagram showing an optical system of a projection display apparatus according to a second embodiment of the present invention, and an explanatory diagram showing a light guide system thereof.
  • FIGS. 10 (C) and (D) are explanatory diagrams showing modified examples of FIG. 10 (B).
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an optical system and a cooling fan of a projection display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing a configuration of a polarization conversion element incorporated in the illumination optical system of FIG.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a modified example of the uniform illumination optical element in FIG.
  • FIGS. 14 (A) and (B) are a schematic configuration diagram showing a projection display device according to a third embodiment of the present invention, and a schematic configuration diagram showing a modification thereof.
  • FIG. 15 (A) is an explanatory view showing the light guide system of FIG. 14 (A)
  • FIG. 15 (B) is an explanatory view showing a modification of the light guide system shown in FIG. 15 (A). It is a figure. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 shows an optical system of a projection display according to a first embodiment of the present invention.
  • the projection display apparatus 1 of the present example has an illumination optical system 2A including a light source 2, a uniform bright optical element 3, and a white light beam emitted from the illumination optical system 2A via the uniform illumination optical element 3.
  • a color separation optical system 4 that separates W into red, green, and blue light fluxes R, G, and B, and three liquid crystal panels 5 R, 5 G, and 5 as light valves that modulate each color light flux B, a color synthesizing optical system 6 for re-synthesizing the modulated color light beam, and a projection lens 7 for enlarging and projecting the synthesized light beam on a screen 8.
  • the light guide system 9 has a light guide system 9 for guiding the blue light beam G among the respective color light beams separated by the color separation optical system 4 to the corresponding liquid crystal bulb 5G.
  • the light source 2 of the present example is composed of a light source lamp 21 and a curved reflecting mirror 22.
  • As the light source lamp 21, a halogen lamp, a metallurgical lamp, a xenon lamp, or the like can be used.
  • the uniform illumination optical system 3 is composed of a first lens plate 31 and a second lens plate 32 arranged on a plane perpendicular to the central optical axis 1a of the illumination optical system, as will be described in detail later. .
  • the color separation optical system 4 includes a blue-green reflecting dichroic mirror 410, a blue reflecting dichroic mirror 402, and a reflecting mirror 403.
  • the white light beam W is first reflected by the blue-green reflecting dichroic mirror 401 at which the blue light beam B and the green light beam G contained therein are reflected at a right angle. Head to the side.
  • the red light flux R passes through the mirror 401, is reflected at a right angle by the rear reflecting mirror 403, and is emitted from the red light emission part 404 to the color combining optical system side.
  • the blue and green luminous fluxes B and G reflected at the mirror 401 are reflected only at the blue reflection dichroic mirror 402 by the blue luminous flux B at a right angle, and the blue luminous flux output section 40 The light is emitted from 5 toward the color combining optical system.
  • the green light flux G that has passed through the mirror 402 is emitted from the emission part 406 of the green light flux toward the light guide system 9.
  • the distances from the emission part of the white luminous flux of the uniform illumination optical element 3 to the emission parts 404, 405, and 406 of each color luminous flux in the color separation optical system 4 are all equal. Is set to
  • each of the condenser lenses 101 which are formed by plano-convex lenses, 102 and 103 are arranged. Therefore, the light beams of the respective colors emitted from the emission units are incident on these condenser lenses 101 to 103 and are collimated.
  • the red and blue luminous fluxes R and B of the color luminous fluxes R, G and B after being collimated are the liquid crystal panels 5 R and 5 B disposed immediately after the condenser lenses 101 and 102. And is modulated, and video information corresponding to each color light is added. That is, switching control is performed on these liquid crystal panels by drive means (not shown) in accordance with the video information, thereby modulating each color light passing therethrough.
  • a driving unit a known unit can be used as it is, and a description thereof is omitted in this embodiment.
  • the green luminous flux G is guided to the corresponding liquid crystal panel 5G via the light guide system 9, where it is similarly modulated according to video information.
  • the liquid crystal panel of this example uses a TFT having a pixel pitch of 50 m or less using polysilicon TFT as a switching element.
  • the light guide system 9 in this example is composed of an entrance-side reflector 9 1 and an exit-side reflector 9 2 And an intermediate lens 93 arranged between them.
  • the focal length of the intermediate lens 93 is set equal to the total optical path length of the light guide system 9. This focal length can be set within a range of about 0.9 to about 1.1 times the total optical path length of the light guide system.
  • the light path length of each color light beam that is, the distance from the light source lamp 21 to each liquid crystal panel, is the longest for the green light beam G, and therefore, the light amount loss of this light beam is the largest.
  • the loss of light quantity can be suppressed.
  • the optical path length of each color light beam can be made substantially equivalent.
  • the color light beam passing through the light guide system 9 can be a red or blue light beam.
  • the amount of green light is smaller than that of other colors. Therefore, it is preferable to assign the green light flux to the light path passing through the light guide system 9.
  • a blue luminous flux having low visibility and relatively inconspicuous illuminance may be assigned to the light guide system 9.
  • each color light beam modulated through each of the liquid crystal panels 5R, 5G, and 5B is incident on the color synthesizing optical system 6, where it is recombined.
  • the color synthesizing optical system 6 is configured using dichroic rhythm.
  • a mirror combining system having a configuration in which dichroic mirrors are arranged in an X shape can be used.
  • the dichroic mirror is an optical element that is not rotationally symmetric with respect to the center axis of the projection lens. Becomes As a result, astigmatism occurs in the image on the screen, and the MTF (M0 du1 ati 0n Transfer Function) characteristic of the projection optical system is degraded. As a result, the image quality is blurred and the sharpness is reduced.
  • Deterioration of the MTF characteristic is not so problematic when the size of the liquid crystal panel is large relative to the number of pixels, that is, when the pixel pitch is large.
  • the pixel pitch is small as in the case of a liquid crystal panel using a polysilicon TFT as a switching element as in this example, it cannot be ignored.
  • a dichroic prism is used as the color synthesizing optical system 6, such a problem can be avoided.
  • FIG. 1 shows the MTF characteristics of the projection display device having the prism synthesis system of the present example and the projection display device when the color synthesis system is a mirror synthesis system.
  • the horizontal axis is the spatial frequency (1ineZmm) indicating the fineness of the pixels of the liquid crystal panel
  • the vertical axis is the MTF (%).
  • the solid line shows the characteristics of a projection optical system having a prism combining system.
  • the thick solid line is the characteristic at the center of the screen, and the thin solid line is the characteristic at the periphery of the screen.
  • the dashed line is the characteristic in the projection optical system provided with the mirror combining system.
  • the thick dashed line is the characteristic at the center of the screen, and the thin dashed line is the characteristic at the periphery.
  • the MTF characteristics of the projection lens alone are degraded by astigmatism in the mirror combining system because the mirror is inserted at an angle of 45 degrees.
  • an MT of 30% or more is obtained when the spatial frequency is 20 (1 ine / mm).
  • F characteristic is required.
  • the mirror synthesis system it can be seen that sufficient MTF characteristics cannot be obtained at the periphery of the screen.
  • the prism combining system is used as in this example, the aberration generated by the prism can be removed by the design of the projection lens. It can be seen that there is no deterioration.
  • the light beams of the respective colors are combined in a color combining system composed of dichroic Kubrism to obtain an optical image, and this optical image is projected onto the screen 8 by the projection lens 7. It is enlarged and projected.
  • the projection lens a lens close to a telecentric lens is preferable.
  • Fig. 3 (A) shows the basic configuration for use in a projection display device.
  • the uniform illumination optical element 3 is composed of a first lens plate 31 and a second lens plate 32.
  • the first lens plate 31 has a configuration in which a plurality of rectangular lenses 301 are arranged in a matrix.
  • the second lens plate 32 is also a rectangular lens 310.
  • the shape of each rectangular lens 301 of the first lens plate 31 is similar to the shape of the liquid crystal panel to be illuminated.
  • the images of these rectangular lenses 301 are superimposed and formed on the liquid crystal panel by the corresponding rectangular lenses of the rectangular lenses 302 forming the second lens plate 32. Therefore, the liquid crystal panel is illuminated with uniform illuminance and almost no color unevenness.
  • rectangular lenses are arranged in each of the lens plates 31 and 32 so as to have a matrix of 4 rows ⁇ 3 columns.
  • the maximum number of divisions in the vertical or horizontal direction is preferably in the range of about 3 to 7.
  • the first lens plate 31 and the second lens plate 32 need not always be separated.
  • the lens plate 3 1, 3 t of Raniwa 2 can be brought close to, integrated into a single lens plate It is also possible to do so.
  • the relationship between the number of divisions by the rectangular lenses of the lens plates 31 and 32 constituting the uniform illumination optical element 3 and the color unevenness will be described with reference to FIG. In the graph of Fig.
  • the horizontal axis shows the number of divisions of the first and second lens plates (integer lenses), the vertical axis shows the color unevenness, and the central part (one position) on the screen 8.
  • the difference in color between the peripheral parts (four places) is displayed as the difference on the U'V chromaticity coordinates.
  • the value indicated by the broken line in the figure is the maximum color unevenness determined to be acceptable as the color unevenness.
  • FIG. 3 (B) shows the first component of the uniform illumination optical element 3.
  • each lens plate is formed of a rectangular lens plate having the same dimensions.
  • the number of divisions in the vertical direction is 7, and in the horizontal direction, the upper and lower rows are 3 divisions, the center 3 rows are 5 divisions, and the rows between these are 4 divisions. ing,
  • a first lens plate 31 composed of a plurality of cylindrical lenses 301 ′, and a plurality of cylindrical lenses 3.
  • a second lens plate 32 composed of O 2 ′.
  • the illuminance is made uniform in only one direction, and the central illuminance of the illumination target becomes higher than in the cases of FIGS. 3 (A) and (B).
  • the lens configuration is relatively simple, it is easy to reduce the thickness.
  • a light source near the point such as a halogen lamp, a metal halide lamp, and a xenon lamp is used as the light source lamp 21 constituting the light source 2 as described above.
  • the luminous flux from the lamp is reflected by the reflecting mirror 22.
  • An elliptical surface can be used as the reflecting surface shape of the reflecting mirror 22.
  • the first focal point is made coincident with the light emitting portion of the light source lamp 21 and the second focal point is set on the liquid crystal panel 5 (5). R, 5G, 5B) at the center. As a result, the light beam reflected by the reflecting mirror 22 is directed to the center of the liquid crystal panel 5.
  • each rectangular lens 302 of the second lens plate 32 is placed on a line from the center of each rectangular lens 301 of the first lens plate 31 to the center of the liquid crystal panel 5.
  • the dimensions of the second lens plate 32 that is, the dimensions of each of the rectangular lenses 302 constituting this lens plate, are set to be smaller than those of the first lens plate. It is.
  • Each rectangular lens 301 of the first lens plate 31 concentrates a light beam on the center of each rectangular lens 302 of the corresponding second lens plate 32.
  • Each rectangular lens 302 of the second lens plate 32 displays the image of the lens of the rectangular lens 301 on the side of the corresponding first lens plate ′ in the display area 5 A of the liquid crystal panel 5 (the hatched area in the figure). (Area indicated by).
  • an image of the light emitting portion of the light source lamp 21 is formed as described above. Function as a secondary light source.
  • the principal ray 303 of the light beam incident on the end of the display area 5A of the liquid crystal panel 5 coincides with the line segment connecting the center of the second lens plate 32 and the end of the display area 5A. That is, the illumination light beam to the liquid crystal panel 5 becomes divergent light from the second lens plate 32. Therefore, in order for parallel light to enter the liquid crystal panel 5, it is necessary to collimate the divergent light.
  • the focusing lenses 101, 102, and 103 are arranged.
  • the focal length of this condenser lens is set equal to the distance b between the second lens plate 32 and the condenser lens.
  • the condenser lens a plano-convex lens arranged with the convex surface facing the liquid crystal panel 5 is used.
  • the convex surface may be arranged so as to face the second lens plate.
  • a plano-convex lens a biconvex lens or a Fresnel lens can also be used.
  • FIG. 5 (B) shows a modification of the illumination optical system.
  • a parabolic surface is used as the reflecting surface of the reflecting mirror 22 of the light source 2 (in this case, the focal point of the parabolic surface matches the light emitting portion of the light source lamp 21,
  • the luminous flux reflected by the reflector 22 becomes a luminous flux almost parallel to the central axis 1a of the illumination system, so that the uniform illumination optical element 3 used in this case is a first lens plate having the same dimensions.
  • Each of the rectangular lenses of the second lens plate 3 2 ′ is composed of 3 1 ′ and a second lens plate 3 2 ′, and the focal lengths of the rectangular lenses forming each lens plate are also equal.
  • the image of the corresponding rectangular lens of the first lens plate 3 1 ′ is formed at infinity, so in this case, the lens 306 is added, and the image that can be formed at infinity is displayed on the liquid crystal panel. It is formed on the display area 5 A of the lens 5.
  • the focal length of the lens 36 is equal to the distance between this lens and the liquid crystal panel 5. Note that the lens 3.06 may be integrated with the second lens plate 32.
  • the number of divisions by the rectangular lenses of the lens plates 3 1 and 3 2 is relatively large. If the number is small, the distance between the lens plates can be made relatively large. As shown in FIG. 13, a reflecting mirror 33 can be interposed between the lens plates. In this case, there is an advantage that the volume occupied by the uniform illumination optical element is about 1/2 that of the previous example. Further, as shown in this figure, the arrangement of all the optical systems can be made closer to a square, which contributes to downsizing of the entire device.
  • the light guide system 9 of the present example includes the two reflecting mirrors 91 and 92 and the intermediate lens 93 disposed therebetween.
  • the two reflecting mirrors 91 and 92 and the intermediate lens 93 disposed therebetween.
  • the light guide system 9A shown in FIG. 6 has a configuration in which the intermediate lens 93 is omitted from the light guide system 9 of this example.
  • the light guide system 9B shown in FIG. 7 (A) has the same structure as the light guide system 9 of the present example, with the addition of an incident lens 94 on the incident side thereof, and
  • the configuration is such that an exit lens 95 is added to the exit section side.
  • the operation of the light guide system 9B having this configuration will be described with reference to FIG. 7 (B).
  • a pair of reflecting mirrors 91 and 92 are shown as a linear system in which the pair is omitted.
  • the intermediate lens 93 is located exactly at the center of the entire optical path of the light guide system 9B, and the total optical path length is 2a.
  • the focal length of the intermediate lens 93 is set to be approximately equal to a / 2. Therefore, the intermediate lens 93 forms an image of the object 96 on the incident side of the light guide system 9B as an inverted image 97 on the output side of the light guide system. That is, the illuminance distribution on the incident side is transmitted by being rotated by 180 degrees on the exit side.
  • the uniform illumination optical element 3 is provided.
  • the illuminance distribution is almost symmetric with respect to the rotation of 180 degrees. Therefore, the illuminance distribution has a rotation like this Or, even if the display is reversed, no color unevenness of the display occurs.
  • the incident lens 94 has a focal length equal to the distance a to the intermediate lens 93, and passes the principal ray 9a of the light flux G that has passed through the condenser lens 103 and becomes parallel to the intermediate lens 93. Turn to the center. Therefore, an image of the second lens plate 32 on the emission side of the uniform illumination optical element 3 is formed at the center of the intermediate lens 93.
  • the focal length of the exit lens 95 is set to be equal to a, and the principal ray of the luminous flux diverging from the center of the intermediate lens 93 is emitted in parallel.
  • the incident lens 94 is a plano-convex lens with its convex surface facing the incident side, thereby reducing the spherical aberration of the lens.
  • the exit lens 95 is also a plano-convex lens, and is arranged so that the convex side faces the exit side.
  • the focal length of the entrance lens and the exit lens may be set within a range of about 0.5 force or about 0.7 times the total optical path length (2a) of the light guide system 9B. Further, from the viewpoint of reducing spherical aberration, the focal length of the intermediate lens is preferably slightly longer than the total optical path length (2a) of 14, and is about 0.25 to about 0.4 times. May be set within the range.
  • FIG. 8 (A) shows a modification of the above light guide system 9B.
  • the incident lens 94 in the light guide system 9B is a lens 97 integrated with the condenser lens 103 disposed in front of the light path direction. It is.
  • the focal length of the lens 97 is set to a value obtained by adding the refractive powers of the incident lens 94 and the condenser lens 103. That is, as shown in FIG. 8 (B), it is set to ab / (a + b).
  • This lens 97 is preferably a biconvex lens in order to reduce spherical aberration.
  • the intermediate lens 93 is composed of two plano-convex lenses 931 and 932. It is shown in the state where it was done. As shown in the figure, in this case, the focal length of each plano-convex lens 931, 932 is set to a.
  • the spherical aberration can be extremely reduced as compared with a single biconvex lens.
  • the illuminance distribution on the entrance side of the light guide system can be transmitted to the exit side very accurately.
  • FIG. 9 shows a modification of the light guide system 9C.
  • the lens 97 integrated in the light guide system 9C is an aspheric lens 98.
  • the aspherical lens 98 By using the aspherical lens 98 in this way, the spherical aberration can be further reduced as compared with the case where a biconvex lens is used. Therefore, it is possible to transmit the illumination distribution on the incident side of the light guide system very accurately on the exit side ((Effects of the first embodiment)
  • the projection display apparatus 1 of the present embodiment uses a uniform illumination optical element 3 as its illumination optical system, and uses a dichroic optical element, which is an axially symmetric optical element, as the color synthesis optical system.
  • a Tsuk prism is used. Therefore, it is possible to realize a projection type display device with less color unevenness and illuminance unevenness and high illumination efficiency.
  • the use of a color synthesizing system composed of dichroic hybridism makes it possible to shorten the focal length of the projection lens and to display a large screen over a short distance. Therefore, if the configuration of this example is applied to a rear projector, the depth can be shortened, and the device can be made compact.
  • the focal lengths of the intermediate lens, the entrance lens, and the exit lens which are the optical elements that make up the light guide system, are set to appropriate values, the generation of color unevenness and The loss can be reduced, and this can also suppress the occurrence of unevenness in color, illuminance, etc. of the projected image. A bright image can be formed.
  • the configuration in which the incident lens and the condenser lens in the light guide system are integrated is adopted, the number of components can be reduced, and the optical system can be made compact and inexpensive accordingly.
  • the integrated lens is an aspherical lens, the optical system can be made compact and the spherical aberration can be reduced.
  • the number of divisions in the uniform illumination optical element is in the range of 3 to 7
  • the pixel pitch of the liquid crystal panel is set to 50 ⁇ m or less. It is possible to suppress the occurrence of unevenness, blurring, and the like, and therefore, it is possible to realize a projection display device that can form a projection image with high image quality.
  • FIG. 10 shows a projection display apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the projection display device 100 of this example is the same as the projection display device 1 of the first embodiment described above except for the configuration of the light guide system. Therefore, corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the light guide system 9 E in the projection display device 100 of the present example is a triangular prism 90 1, an emission-side triangular prism 902, and a quadrangular prism 903 arranged therebetween.
  • the operation of the light guide system 9E of this example will be described with reference to FIG. 10 (B).
  • the light beam collimated by the condenser lens 103 enters the incident surface 904 of the triangular prism 901 perpendicularly, is reflected by the total reflection surface 905, and exits from the emission surface 906.
  • the total reflection surface 905 may be simply a glass material or a plastic optical flat surface. However, if the incident beam contains light rays that are not totally reflected, It is preferable to coat a metal film such as silver. Instead, a dielectric multilayer reflective film may be coated.
  • the entrance surface 904 and the exit surface 906 have the function of guiding light by total reflection, so they need to be at the interface between air and glass material, and must be bonded to adjacent optical elements. Can not. Therefore, the triangular prism 901 must have all five surfaces that are optically flat surfaces, and in some cases, apply an anti-reflection coating to the entrance surface 904 and the exit surface 906 There is a need. In particular, it is preferable to apply a non-reflective coating to the interface with the adjacent quadrangular prism 903.
  • the quadrangular prism 903 has all six optically flat surfaces, and the four surfaces 907 parallel to the principal axis of the passing light beam guide the light beam by total reflection.
  • the emission-side triangular prism 902 has the same configuration as the incident-side triangular prism 901. The emitted light beam enters the display unit 5A of the liquid crystal panel 5G.
  • the shape of the entrance surface 904 of the triangular prism 901, and the shape of the exit surface of the triangular prism 902 are rectangular to increase the transmittance of the luminous flux. And almost the same.
  • the uniform illumination optical element 3 of the illumination optical system comprises, as shown in FIG. 3, first and second lens plates 31 and 32 in which rectangular lenses are arranged in a matrix. Have been. Therefore, the incident surface 9 04 of the triangular prism 90 1 on the entrance side is almost uniformly illuminated according to its rectangular shape.
  • the three prisms have a uniform brightness distribution with the amount of incident light flux.
  • the light is transmitted to the display unit 5A of the liquid crystal panel 5G while it is held, and the exit side triangular prism 902 and the liquid crystal panel 5G must be placed close to each other, but there is a distance that cannot be ignored.
  • a prism / lens for guiding light may be additionally arranged.
  • a light guide member having a cylindrical shape by combining four reflecting mirrors may be used.
  • the prism 903 in FIG. 10 (B) is a cylindrical light guide system composed of four reflecting mirrors 90 3 ′ as shown in FIG. 10 (C). You may. Although the reflectance of the light guide surface is slightly lower, the function is the same. As shown in Fig. 10 (D), the light guide system is composed of two upper and lower reflectors 911 and 912, and two reflectors 913 x 9 for bending the optical path. It may be composed of 14. In this case, the incident light beam cannot be transmitted without loss, but the loss can be reduced by shortening the focal length of the lens 103 somewhat. In this case, since the illuminance distribution cannot be preserved, it is a method suitable for a uniform illumination optical element using a cylindrical lens as shown in Fig. 3 (C). Third embodiment
  • FIG. 14 (A) shows a projection display apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • the projection display device 500 of this example is the same as the above-described first example except for the configuration of the light guide system. Therefore, corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the light guide system 9F in the projection display device 500 of this example is composed of a field lens 921 on the incident side, a field lens 922 on the exit side, and a concave mirror 923.
  • the converging lens 103 near the entrance of the light guide system 9F and the field lens 921 can be integrated and replaced with a single lens.
  • the light guide system 9G having this configuration is shown in FIG. 14 (B).
  • the integrated lens 9 24 is composed of an eccentric biconvex lens as shown in the figure.
  • the specific configuration of the above light guide system 9F is shown in FIG. 15 (A). If the distance between the concave mirror 923 at the center of the optical path and the field lens 921 or the field lens 922 is a, then the focal length of the concave mirror 923 is almost equal to a2.
  • the curved shape of the concave mirror 923 is a spherical surface or an elliptical surface. Therefore, the concave mirror 923 forms an image of the object 800 at the entrance as a reflected image 800 at the exit, and in fact, the illuminance distribution at the entrance is inverted at the exit and output. Is done.
  • the focal lengths of the field lenses 9 2 1 and 9 2 2 are equal to a, and the optical axis 8 0 1 of each lens coincides with the center of both.
  • the incident-side field lens 921 converges a parallel light beam from the condenser lens 103 at the center of the concave mirror 923.
  • the exit-side field lens 922 refracts the reflected light beam from the concave mirror 923 so as to be a light beam perpendicular to the liquid crystal panel 5G.
  • the light guide system 9F may be configured as shown in FIG. 15 (B).
  • the two field lenses 9 21 and 9 22 in the above light guide system 9 E are constituted by one lens 8 06, and the concave mirror 9 2 3 Is replaced by a plane mirror 8 0 4, and the lens 8 0 6 force is placed at a distance of a 2.
  • a plane mirror 805 is arranged perpendicular to the optical axis 807 of the lens 806. The parallel light beam incident on the light guide system 9H passes through the end of the lens 806, is reflected by the plane mirror 804, and converges at the center of the plane mirror 805.
  • the light beam reflected from the plane mirror 805 is reflected by the plane mirror 804, passes through the end of the lens 806, and vertically enters the display unit 5A of the liquid crystal panel 5G.
  • the lens 800 forms the image of the object 800 at the entrance as the inverted image 800 of the exit. Since the light beam passes through the center of the lens 806 twice, it is the same as having passed through the lens with the focal length of a2.
  • the configuration of this example is advantageous in that the size is smaller than that of the light guide system 9F described above.
  • FIG. 11 shows a projection display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the projection display apparatus 200 of this example is designed so that the optical system can be housed in a compact manner in its case 201.
  • the optical system in this example includes an illumination optical system 2B, a color separation optical system 4, light bubbles 5R, 5G and 5B, a color combining optical system 6, a projection lens 7, and a light guide.
  • the system is composed of 9D.
  • the color separation optical system 4, the light valves 5R, 5G, and 5B, the color combining optical system 6, and the projection lens 7 are the same as those in the apparatus 100 of the first embodiment.
  • the light guide system 9D is the same as that shown in FIG. 9 (A). Therefore, corresponding portions in these portions are denoted by the same reference numerals, and descriptions of those portions will be omitted.
  • the illumination optical system 2B is used to make the center axis 1a of the light emitted from the illumination optical system 2B and the optical axis 7a of the projection lens 7 parallel.
  • the direction of the light emitted from the light source lamp 21 is bent at a right angle.
  • the illumination optical system 2B has a configuration including a polarization conversion system 11.
  • the illumination optical system 2 B of this example is composed of a light source 2 composed of a lamp 21 and a reflecting mirror 22, a polarization conversion element 11 arranged on the emission side, and a uniform illumination optical system arranged on the emission side. It is composed of element 3A.
  • the polarization conversion element 11 of the present example includes a polarization beam splitter 11, a reflecting mirror 11 2, and a ⁇ / phase plate 11 13. Randomly polarized light 1 14 emitted from the light source 2 is separated into two linearly polarized lights, ⁇ -polarized light 1 15 and S-polarized light 1 16 by the polarization beam splitter 1 11 1, which is a polarization separating element. .
  • a light source equipped with a lamp with a short arc length that can emit light with excellent parallelism is suitable.
  • the separated ⁇ -polarized light 1 15 passes through the phase shifter 1 13 which is a polarization plane rotation element, so that the polarization plane is rotated 90 degrees and becomes S-polarized light.
  • the s-polarized light 1 16 can only bend its optical path by the prism-type reflecting mirror 112 and is emitted as s-polarized light as it is.
  • the reflecting mirror 112 is formed as a vapor-deposited film of, for example, aluminum, and has a higher reflectance of S-polarized light than ⁇ -polarized light. It has a configuration.
  • a general planar reflecting mirror may be used in addition to the prism type.
  • the uniform illumination element 3 ⁇ ⁇ arranged on the emission side of the polarization conversion element 11 1 is connected to the first lens plate 3 1 arranged on a plane perpendicular to the main axis of the emitted S-polarized light 116. And a second lens plate 32 arranged in a state orthogonal to this, and a reflecting mirror 33 arranged between these lens plates 31 and 32 for bending the optical path at a right angle. ing.
  • the configurations of the first lens plate and the second lens plate are the same as those of the first embodiment. One. In this way, the light beam incident on the uniform illumination element 3A is bent at a right angle and exits from here.
  • the emitted white S-polarized light beam is separated into primary color light beams in the color separation optical system 4.
  • the separated luminous flux of each color is synthesized in a color synthesizing optical system 6 composed of dichroic burrism, and is enlarged and projected on a screen 8 via a projection lens 7.
  • the light path is formed so that the direction of the projection light is parallel and opposite to the emission direction of the illumination optical system 2B, and the light source 2 A cooling fan 12 for suppressing heat generated by the light source lamp 21 is disposed in the case 201 on the rear side.
  • the warm air used for cooling is discharged in the same direction as the projection light.
  • the projection type display device is a front projection type and an image is displayed and observed on a reflection type screen
  • the observer is usually behind the device. Therefore, there is an advantage that the noise of the cooling fan or the warm air blown out of the fan does not hinder the viewer's viewing.
  • the illumination optical system 2B includes the polarization conversion element 11. Therefore, the randomly polarized light emitted from the light source is converted into a specific linearly polarized light, and the two light beams after the conversion are effectively superimposed and coupled with almost no divergence loss and emitted. Thus, a bright illumination optical system that emits only polarized light with high efficiency can be realized. Furthermore, in this example, since the emitted polarized light beam is passed through the uniform illumination optical element 3A, color unevenness and illuminance unevenness generated in the light source are suppressed, and highly uniform illumination light is obtained. be able to. Industrial applicability
  • the projection display apparatus of the present invention includes a uniform illumination optical element in an illumination optical system, a dichroic prism in a color synthesis system, and a longest optical path length in a color separation system.
  • a light guide system is arranged in the optical path of the color light beam, and the divergent light beam of each color separated through the color separation system is irradiated to the light valve as a parallel light beam through the condenser lens. It adopts the configuration that has been adopted. Therefore, according to the present invention, the uniform illumination optical element suppresses color unevenness and illuminance unevenness of the light from the light source, and the color synthesizing system generates less color unevenness and illuminance unevenness than the mirror synthesizing system.
  • the light of the color luminous flux having a long optical path length is transmitted through the light guide system in a state where there is almost no light quantity loss, and the parallel light flux is irradiated on the light valve by the condenser lens. Lighting efficiency is improved. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a projection type display device with less color unevenness and illuminance unevenness and higher illumination efficiency as compared with the related art.
  • the focal length of a lens which is a component of the light guide system is set to an appropriate value, or a prism is used as the light guide system. According to this configuration, it is possible to suppress color unevenness and light quantity loss in the light guide system, so that a projected image with less color unevenness and high illumination efficiency can be formed.
  • the rotation pair with respect to the center axis of the projection optical system is
  • the dichroic prism which is a common element, is used as a color composition system, and a liquid crystal panel with a small pixel pitch of about 50 m or less is used as a light valve. Therefore, according to the present invention, a projection image can be formed with high resolution, and the entire device can be reduced in size using a liquid crystal panel such as a polysilicon TFT, which can be easily reduced in size.
  • the number of divisions of the lens plate constituting the uniform illumination optical element is set in the range of 3 to 7, so that a projected image with suppressed color unevenness can be formed.
  • the illumination optical system has a configuration including the polarization conversion element, the divergence loss of the luminous flux emitted from the light source lamp can be suppressed, and a bright projection image can be formed.
  • an optical path is formed so that the projection light can be emitted in a direction parallel to the direction in which the light emitted from the illumination optical system travels in the opposite direction, and the projection light is emitted.
  • a configuration is adopted in which the cooling means for the light source lamp is arranged on the side of the device case to be cooled. According to this configuration, when used as a front projector, the cooling means is located on the side of the projected image opposite to the side where the observer is located, and the exhaust air therefrom is opposite to the side of the observer. It is blown out to the side. Therefore, there is an advantage that the noise of the cooling means and the exhaust air therefrom do not disturb the observer.
  • the present invention in addition to the above-mentioned effects, short-range large-screen projection is easy because the back force of the projection lens of the optical system is short. Therefore, it is possible to realize a projection display device suitable for presentation use or home theater use at home. Also, since the back focus of the projection lens is short, the F-number is small and the projection lens is bright. Can be realized with a small number of lenses, and the cost of the device can be reduced.

Description

明細書
' 投写型表示装置 技術分野
本発明は、 光源からの白色光束を、 赤、 青、 緑の 3色光束に分離 し、 これらの各色光束をライ トバルブを通して映像情報に対応させ て変調し、 変調した後の各色の変調光束を再合成して、 投写レンズ を介してスク リ一ン上に拡大投写する投写型表示装置に関するもの である。 背景技術
投写型表示装置は、 光源ランプと、 ここからの白色光束を 3色の 光束に分離する色分離手段と、 分離された 3色の色光束を変調する 3枚のライ トバルブと、 変調された後の色光束を再合成する色合成 手段と、 合成により得られた光像をスク リーン上に拡大表示する投 写レンズから構成されている。 ライ 卜バルブと しては一般に液晶パ ネルが使用されている。
従来におけるこの構成の投写型表示装置と しては、 その光源部分 に、 オプティ カルインテグレータと呼ばれる均一照明光学素子が組 み込まれたものが知られている。 例えば、 米国特許第 5 , 0 9 8 , 1 8 4号公報には、 このオプティ カルイ ンテグレー夕が組み込まれ た投写型表示装置が開示されている。 また、 この公報には、 色合成 手段と して、 ダイクロイ ツク ミ ラ一を X字状に配置した構成のもの が記載されている。 通常は、 ガラス板上に誘電体多層膜を形成した ダイクロイ ック ミ ラーで構成される。 このように色合成手段がダイ ク ロイ ツ ク ミ ラーにより構成されて いる ミ ラー合成系を備えた投写型表示装置においては、 次のよう な 問題点がある。 すなわち、 ダイ ク ロイ ツ ク ミ ラーは、 投写レ ンズの 中心軸に対して非回転対称の光学要素となる。 このため、 スク リ ー ン上の画像に非点収差が発生し、 投写光学系の伝達特性を示す MT F (Mo d u l a t i o n T r a n s f e r F u n c t i o n ) 特性が劣化する。 この結果、 画質にぼけが発生して鮮鋭度が低下 する。 MT F特性の劣化は、 画素数に対して液晶パネルのサイズが 大きい場合、 すなわち、 画素ピッチが大きい場合にはそれ程問題に はならない。 しかし、 例えばポ リ シ リ コ ン T F Tをスイ ッチング素 子と して用いた液晶パネルの場合等のように画素ピッチが小さ く な ると、 無視することができない。
また、 従来における投写型表示装置と しては、 色合成手段がダイ クロイ ツ クプリ ズムにより構成されているプリ ズム合成系を備えた 形式のものが知られている。 ダイ ク ロイ ツ クプリ ズムは、 投写レ ン ズの中心軸線に対して回転対称な光学要素である。 よって、 このプ リ ズムによって発生する収差は、 投写レンズの設計によって容易に 取り除く ことが可能であり、 一般的に、 プリ ズム合成系を備えた投 写型表示装置における MT F特性は、 上記の ミ ラー合成系を備えた ものに比べて優れている。 したがって、 画素ピッチの小さな液晶パ ネルをライ 卜バルブと して用いる場合に適している。
更に、 従来における投写型表示装置と しては、 例えば、 米国特許 第 4. 9 4 3 , 1 5 4号に開示されたものがある。 この装置におい ては、 色分解手段における 3色の色光束の光路長 （光源から液晶パ ネルまでの距離） を等価にすることによ り、 光量の減少および色む らを抑制するように構成されている。 すなわち、 この明細書に開示 の装置においては、 最も光路長の長い色光の光路に、 リ レーレンズ- フィ ール ドレンズ等から構成される光伝達手段を介在させ、 各色光 の光路長を光学的に等価なものと している。
しかしながら、 この装置においては、 最も長い光路長の色光の光 量を減少させないものの、 光束の明るさ分布がリ レーレンズによつ て 1 8 0度回転してしまうので、 元の明るさ分布が軸対称でない場 合には、 スク リーン上の表示に非軸対称の色むらが発生し、 表示品 位が劣化してしまう。 光束の明るさ分布が軸対称であれば、 このよ うな色むらは発生しないが、 実際には、 光源ラ ンプの取付け位置の ずれ、 光源ランプやその反射鏡の僅かな非対称性が原因となつて、 明るさ分布が非軸対称となってしまうのが通常である。
ここで、 投写型表示装置においては、 その投写画像の照度を高め ると共に、 その色むら、 照度むらを無く し、 C R T直視の画像に近 い画像品位を得ることが要望されている。 このためには、 色合成系 と しては、 伝達特性の良いプリズム合成系を利用することが好ま し い。 また、 オプティカルインテグレー夕を光源部分に用いて、 液晶 パネルを均一な明るさで、 しかも効率良く照明することが好ま しい ( しかし、 色分離系における各色光の光路長が異なっている場合には, オプティカルインテグレータをそのまま使用すると、 最も長い光路 に割当られた色光の光量減少、 照度分布の変化が顕著になり、 これ が、 投写画像に色むらや色温度の変化となって現れてしまう。 この ため、 ィ ンテグレー夕の効果を充分に発揮させることができない。 さらには、 光源部分にォプティ カルイ ンテグレ一タを用いる場合に は、 従来技術をそのまま利用することができ.ない。 すなわち、 ォプ ティ カルイ ンテグレー夕を用いた照明では、 液晶パネルから有限な 位置 （イ ンテグレー夕の光束出射面） に存在する面光源からの発散 光束が液晶パネルを照明することになるので、 従来構成のように無 限遠に存在する点光源からの照明と見なせる場合とは基本的に異な るからである。
本発明の目的は、 上記の従来の投写型表示装置に比べて、 照度む ら、 色むら等のないより優れた品位の投写画像を形成可能な投写型 表示装置を提案することにある。
また、 本発明の目的は、 高品位の投写画像を形成することのでき る廉価な投写型表示装置を提案することにある。
さらに、 本発明の目的は、 従来に比べて照度の高い投写画像を形 成可能な投写型表示装置を提案することにある。
さらにまた、 本発明の目的は、 高い品位の投写画像を形成可能な コ ンパク トな投写型表示装置を提案することにある。
さらに、 本発明の別の目的は、 フロン ト投写型と して用いるのに 適した構成の投写型表示装置を提案することにある。 発明の開示
上記の目的を達成するために、 本発明は、 光源と、 ここから出射 された白色光束を 3原色の各色光束に分離する色分離手段と、 分離 された各色の光束を変調する 3枚のライ トバルブと、 前記色分離手 段によって分離されて前記 3枚のライ トバルブのそれぞれに入射す る各色の光束のうち、 最も光路長の長い光束の光路上に配置された 導光手段と、 前記ライ トバルブを介して変調された各色の変調光束 を合成する色合成手段と、 合成された変調光束をスク リ ーン上に投 写する投写レンズとを有する投写型表示装置において、 前記光源と 前記色分離手段の間の光路に介挿され、 前記光源からの白色光束を 均一な矩形光束に変換して前記色分離手段に向けて出射する均一照 明光学手段と、 前記色分離手段における各色の光束を出射する光束 出射部にそれぞれ配置され、 前記均一照明光学手段からの発散光束 をほぼ平行な光束に変換する 3枚の集光レンズとを有し、 さらに、 前記色合成手段をダイクロイ ツクプリズムから構成し、 前記導光手 段を、 入射側反射鏡と、 出射側反射鏡と、 少なく とも 1枚のレンズ から構成したことを特徵と している。
この構成による本発明の投写型表示装置においては、 均一照明光 学手段を用いてライ 卜バルブを照明し、 各色光の光路中に集光レン ズを配置して発散光束を平行光束にすると共に、 一つの色光を導光 手段を通過させることにより各色光の光路長を光学的に等価にして いる。 よって、 本発明によれば、 均一な照度分布で色むらが無く、 従来より も明るく高品位な投写画像を形成することができる。
ここに、 導光手段と しては、 一枚の中間レンズを備えたものと し, この中間レンズの焦点距離を、 当該導光手段の光路長の約 0 . 9か ら 1 . 1倍の範囲内に設定することが好ま しい。
また、 導光手段を、 入射側反射鏡の入射側に配置された入射レン ズと、 出射側反射鏡の出射側に配置された出射レンズと、 これら入 射側および出射側反射鏡の間に配置された中間レンズとを備えた構 成とすることもでき、 この場合には、 入射および出射レンズの焦点 距離を、 当該導光手段の光路長の約 0 . 5から 0 . 7倍の範囲内に 設定し、 中間レンズの焦点距離を、 当該導光手段の光路長の約 0 . 2 5から 0 . 4倍の範囲内に設定して収差を抑制することが好ま し い。
さらに、 この場合においては、 上記の入射レンズと、 この入射レ ンズに向けて平行光束を入射する前述の集光レンズとを、 一枚のレ ンズと して形成すると、 その分、 光学系をコンパク トに構成できる ので好ま しい。 こ こに、 一枚のレンズとする場合には、 その周囲の 収差を抑制するために、 非球面レンズとすることが好ま しい。
次に、 上^のライ トバルブと しては液晶パネルを用いることがで き、 この場合には、 液晶パネルの画素ピッチを約 5 0 m以下と し て、 投写画像の精細度を高めることが好ま しい。
一方、 均一照明光学手段と しては、 複数のレンズを、 光源ランプ の出力光の主軸に垂直な面内に配列した構成のレンズ板を少なく と も 1枚備えた構成のものを採用でき、 この場合には、 レンズ板にお ける一方向のレンズ分割数を約 3力、ら約 7の間とすることが好ま し い
なお、 上記の導光手段を通過させる色光と しては、 一般的に他の 色光に比べて光量の多い緑色光とすることが好ま しい。 あるいは、 上記の導光手段を通過させる色光と しては、 光量変化に伴う画質へ の影響が比較的目立ち難い青色光とすることが好ましい。
こ こに、 均一照明光学手段と して、 第 1 のレンズ板と、 第 2のレ ンズ板と、 これらの間に介在した反射鏡から構成し、 光路を例えば 直角に折り曲げるように構成してもよい。
更に、 光源ランプと均一照明光学手段の間に偏光変換手段を配置 することが好ましい。 この偏光変換手段は、 光源ラ ンプからのラ ン ダム偏光を P波と S波の 2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と , 分離された 2つの偏光のうちの一方の直線偏光の偏光面を 9 0度回 転させ、 他方の直線偏光の偏光面と一致させる偏光面回転要素とか ら構成される。 この偏光変換手段を用いると、 光源ラ ンプからの出 射光の利用効率を高めることができるので、 その分、 投写画像の照 度を高めることができる。
次に、 本発明の投写型表示装置は、 上記の構成における導光手段 と して、 入射側に配置されて光路を 9 0度折り曲げる入射側三角柱 プリズムと、 出射側に配置されて光路を 9 0度折り曲げる出射側三 角柱プリズム'と、 これらの三角柱プリズムの間に配置された導光部 材とを備えた構成のものを採用していることを特徵と している。 こ の構成を備えた投写型表示装置においても、 均一な照度分布で色む らが無く、 従来より も明るく高品位な投写画像を形成することがで きる。
ここに、 導光部材と しては四角柱プリズムを用いることができる < また、 三角柱プリズムと四角柱プリズムの界面には無反射コーティ' ングを施こすことが好ま しい。 さらには、 三角柱プリズムの全反射 面には金属膜あるいは誘電体多層膜のコーティ ングを施こすことが 好ま しい。
次に、 本発明の投写型表示装置はフロン ト投写型と して用いるの に適したものであり、 光源と、 ここから出射された白色光束を 3原 色の各色光束に分離する色分離手段と、 分離された各色の光束を変 調する 3枚のライ 卜バルブと、 前記色分離手段によって分離されて 前記 3枚のライ トバルブのそれぞれに入射する各色の光束のうち、 最も光路長の長い光束の光路上に配置された導光手段と、 前記ライ トバルブを介して変調された各色の変調光束を合成する色合成手段 と、 合成された変調光束をスク リーン上に投写する投写レンズ手段 とを有する投写型表示装置において、 前記光源と前記色分離手段の 間の光路に介挿され、 前記光源からの白色光束を均一な矩形光束に 変換して前記色分離手段に向けて出射する均一照明光学手段と、 前 記色分離手段における各色の光束を出射する光束出射部にそれぞれ 配置され、 前記均一照明光学手段からの発散光束をほぼ平行な光束 に変換する 3枚の集光レンズとを有し、 前記色合成手段をダイク口 イ ツクブリズムから構成し、 前記導光手段を、 入射側反射鏡と、 出 射側反射鏡と、 少なく と も 1枚のレンズから構成すると共に、 前記 光源の出射光'の進行方向に対して、 前記投写レンズからの投写光の 方向が平行で逆方向となるように、 光路を形成し、 かつ、 前記投写 光の出射方向の側の装置ケース内に前記光源の冷却手段を配置して この冷却手段の排気口を投写光の出射方向の側のケース側面に形成 したことを特徴と している。
この構成によれば、 投写画像の観察者とは反対側に冷却手段が位 置することになるので、 ここから発生する騒音、 排気が観察者の邪 魔にならないという利点がある。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1の実施例に係る投写型表示装置の光学系 の構成を示す概略構成図である。
第 2図は、 投写型表示装置においてライ トバルブと して使用され る液晶パネルの画素密度と伝達特性 （M T F ) との関係を示すグラ フである。
第 3図 （A ) 、 （B ) および （C ) は、 それぞれ、 第 1図の均一 照明光学素子を構成している第 1 および第 2のレンズ板の構成を示 す概略斜視図である。
第 4図は、 均一照明光学素子のレンズ板の分割数と色むらとの関 係を示すグラフである。
第 5図 （A ) および （B ) は、 均一照明光学素子の働きを説明す るための説明図である。
第 6図は、 本発明の第 1 の実施例における導光系の変形例を示す 概略構成図である。 第 7図 （ A ) および （ B ) は、 本発明の第 1 の実施例における導 光系の別の変形例を示す概略構成図、 およびその働きを示す説明図 である。
第 8図 （A ) および （B ) は、 本発明の第 1 の実施例における導 光系の更に別の変形例を示す概略構成図、 およびその働きを示す説 明図である。
第 9図は、 第 8図 （A ) に示す導光系の変形例を示す概略構成図 である。
第 1 0図 （A ) および （B ) は、 本発明の第 2の実施例に係る投 写型表示装置の光学系を示す概略構成図、 およびその導光系を示す 説明図であり、 第 1 0図 （C ) および （D ) は第 1 0図 （B ) の変 形例を示す説明図である。
第 1 1図は、 本発明の第 4の実施例に係る投写型表示装置の光学 系および冷却ファンを示す概略構成図である。
第 1 2図は、 第 1 1図の照明光学系に組み込まれている偏光変換 素子の構成を示す説明図である。
第 1 3図は、 第 1図における均一照明光学素子の変形例を示す概 略構成図である。
第 1 4図 （ A ) および （ B ) は本発明の第 3の実施例に係る投写 型表示装置を示す概略構成図、 およびその変形例を示す概略構成図 である。
第 1 5図 （A ) は第 1 4図 （A ) の導光系を示す説明図、 第 1 5 図 （B ) は第 1 5図 （A ) に示す導光系の変形例を示す説明図であ る。 発明を実施するための最良の形態 以下に、 図面を参照して本発明の実施例を説明する。 第 1 の実施例
第 1図には、 本発明の第 1 の実施例に係る投写型表示装置の光学 系を示してある。 本例の投写型表示装置 1 は、 光源 2 と、 均一明 光学素子 3から構成される照明光学系 2 Aと、 この照明光学系 2 A から均一照明光学素子 3を介して出射される白色光束 Wを、 赤、 緑、 青の各色光束 R、 G、 Bに分離する色分離光学系 4 と、 各色光 束を変調するライ トバルブと しての 3枚の液晶パネル 5 R、 5 G、 5 Bと、 変調された色光束を再合成する色合成光学系 6 と、 合成さ れた光束をスク リ ーン 8上に拡大投写する投写レンズ 7を有してい る。 また、 色分離光学系 4によって分離された各色光束のうち、 綠 色光束 Gを対応する液晶バルブ 5 Gに導く導光系 9を有している。 本例の光源 2は、 光源ランプ 2 1 と曲面反射鏡 2 2で構成されて おり、 光源ラ ンプ 2 1 と してはハロゲンラ ンプ、 メ タルハラィ ドラ ンプ、 キセノ ンランプ等を用いることができる。 均一照明光学系 3 は詳細を後述するが、 照明光学系の中心光軸 1 aに垂直な平面上に 配置された第 1 のレンズ板 3 1 と第 2のレンズ板 3 2で構成されて いる。
色分離光学系 4 は、 青緑反射ダイクロイ ツク ミ ラー 4 0 1 と青反 射ダイクロイ ツク ミ ラー 4 0 2 と反射鏡 4 0 3から構成される。 白 色光束 Wは、 まず、 青緑反射ダイクロイ ツク ミ ラー 4 0 1 において そこに含まれている青色光束 Bおよび緑色光束 Gが直角に反射され て、 青反射ダイクロイ ツ ク ミ ラー 4 0 2の側に向かう。 赤色光束 R はこのミ ラー 4 0 1 を通過して、 後方の反射鏡 4 0 3で直角に反射 されて、 赤色光束の出射部 4 0 4から色合成光学系の側に出射され る。 ミ ラー 4 0 1 において反射された青および緑の光束 B、 Gは、 青反射ダイクロイ ツク ミ ラー 4 0 2において、 青色光束 Bのみが直 角に反射され'て、 青色光束の出射部 4 0 5から色合成光学系の側に 出射される。 このミ ラー 4 0 2を通過した緑色光束 Gは、 緑色光束 の出射部 4 0 6から導光系 9の側に向けて出射される。 本例では、 均一照明光学素子 3の白色光束の出射部から、 色分離光学系 4 にお ける各色光束の出射部 4 0 4、 4 0 5、 4 0 6までの距離が全て等 しく なるように設定されている。
ここで、 本例においては、 色分離光学系 4の各色光束の出射部 4 0 4、 4 0 5、 4 0 6の出射側には、 それぞれ、 平凸レンズからな る集光レンズ 1 0 1、 1 0 2および 1 0 3が配置されている。 した がって、 各出射部から出射した各色光束は、 これらの集光レンズ 1 0 1乃至 1 0 3に入射して平行化される。
平行化された後の各色光束 R、 G、 Bのうち、 赤色および青色の 光束 R、 Bは、 集光レンズ 1 0 1、 1 0 2の直後に配置されている 液晶パネル 5 R、 5 Bに入射して変調され、 各色光に対応した映像 情報が付加される。 すなわち、 これらの液晶パネルは、 不図示の駆 動手段によって映像情報に応じてスィ ッチング制御が行われ、 これ により、 ここを通過する各色光の変調が行われる。 このような駆動 手段は公知の手段をそのまま使用することができ、 本例においては その説明を省略する。 一方、 緑色光束 Gは、 導光系 9を介して、 対 応する液晶パネル 5 Gに導かれ、 ここにおいて、 同様に、 映像情報 に応じて変調が施される。 本例の液晶パネルは、 ポリ シリ コン T F Tをスィ ッチング素子と して用いた画素ピツチが 5 0 m以下のも のを使用している。
本例における導光系 9は、 入射側反射鏡 9 1 と出射側反射鏡 9 2 と、 これらの間に配置された中間レンズ 9 3から構成されている。 本例では、 中間レンズ 9 3の焦点距離を、 この導光系 9の全光路長 に等しく設 してある。 この焦点距離と しては、 導光系の全光路長 の約 0. 9から約 1 . 1倍の範囲内に設定することができる。 ここ で、 各色光束の光路長、 すなわち、 光源ランプ 2 1から各液晶パネ ルまでの距離は、 緑色光束 Gが最も長く なり、 したがって、 この光 束の光量損失が最も多くなる。 しかし、 本例のように、 導光系 9を 介在させることにより、 光量損失を抑制できる。 したがって、 各色 光束の光路長を実質的に等価にすることができる。 なお、 導光系 9 を通過させる色光束は、 赤あるいは青色の光束とすることもできる, しかし、 一般的には、 通常の投写型表示装置においては緑の光量が 他の色の光量に比べて大きいので、 緑色光束を、 導光系 9を通過す る光路に割り当てることが好ま しい。 ただし、 色バラ ンスより も明 るさや画質の均一性を優先させる場合は、 導光系 9に視感度が低く て比較的照度むらの目立ちにく い青色光束を割り当てればよい。 次に、 各液晶パネル 5 R、 5 G、 5 Bを通って変調された各色光 束は、 色合成光学系 6に入射され、 ここで再合成される。 本例では ダイクロイ ツクブリズムを用いて色合成光学系 6を構成している。 色合成光学系 6と しては、 ダイクロイ ツク ミ ラーを X字状に配置し た構成のミ ラー合成系を利用することも可能である。 しかし、 色合 成光学系がダイクロイ ツク ミ ラーにより構成されている ミ ラー合成 系を備えた投写型表示装置においては、 ダイクロイ ツク ミ ラーが投 写レンズの中心軸に対して非回転対称の光学要素となる。 このため. スク リーン上の画像に非点収差が発生し、 投写光学系の MT F (M 0 d u 1 a t i 0 n T r a n s f e r F u n c t i o n) 特性 が劣化する。 この結果、 画質にぼけが発生して鮮鋭度が低下する。 MT F特性の劣化は、 画素数に対して液晶パネルのサイズが大きい 場合、 すなわち、 画素ピッチが大きい場合にはそれ程問題にはなら ない。 し力、し、 本例のように、 ポリ シリ コン T F Tをスイ ッチング 素子と して用いた液晶パネルの場合等のように画素ピッチが小さ く なると、 無視することができない。 本例では、 色合成光学系 6と し てダイクロイ ツクプリズムを用いているので、 このような弊害の発 生を回避することができる。
この点を第 2図を参照して説明する。 この図には、 本例のプリズ ム合成系を備えた投写型表示装置と、 色合成系をミ ラー合成系と し た場合における投写型表示装置における MT F特性を示してある。 この図において、 横軸は液晶パネルの画素の細かさを示す空間周波 数 （ 1 i n e Zmm) であり、 縦軸は MT F (%) を示してある。 実線は、 プリズム合成系を備えた投写光学系における特性である。 太い実線は画面中心部の特性であり、 細い実線は画面周辺部の特性 である。 同様に、 破線はミ ラー合成系を備えた投写光学系における 特性である。 太い破線は画面中心部の特性であり、 細いは破線はそ の周辺部の特性である。
投写レンズ単体での MT F特性は、 ミ ラー合成系では、 4 5度の 角度でミ ラーが挿入されるので非点収差が発生して劣化している。 本例のように、 ポリ シリ コン T F Tをスィ ツチング素子と して用い た画素ピッチが 5 0 m以下の液晶パネルでは、 空間周波数が 2 0 ( 1 i n e /mm) においては 3 0 %以上の MT F特性が必要であ る。 しかし、 ミ ラー合成系を用いた場合には、 画面周辺部で充分な MT F特性が得られないことが分かる。 これに対して、 本例のよう に、 プリズム合成系を用いた場合には、 プリズムによって発生する 収差を投写レンズの設計で取り除く ことができるので、 MT F特性 の劣化がないことが分かる。
本例の装置においては、 ダイ ク ロイ ツ クブリ ズムからなる色合成 系おいて各色光束が合成されて、 光学像が得られ、 この光学像が、 投写レンズ 7 によって、 スク リ ーン 8上に拡大投写される。 投写レ ンズと しては、 テレセン ト リ ッ ク系に近いものが好ま しい。
(照明光学系）
本例の照明光学系における均一照明光学素子 3 に適したものと し ては、 露光機に一般的に使用されているィ ンテグレー夕 レンズがあ る。 投写型表示装置に使用する場合の基本的な構成を第 3図 （A ) に示してある。 この図に示すように、 均一照明光学素子 3 は第 1 の レンズ板 3 1 と第 2のレンズ板 3 2から構成されている。 第 1 のレ ンズ板 3 1 は、 複数の矩形レンズ 3 0 1 をマ ト リ ッ クス状に配列し た構成となっており、 同様に、 第 2のレンズ板 3 2 も矩形レンズ 3 0 2 をマ ト リ ッ クス状に配列した構成となっている。 第 1 のレンズ 板 3 1 の各矩形レンズ 3 0 1 の形状は、 照明対象の液晶パネルの形 状に相似形と される。 これらの各矩形レンズ 3 0 1 の像が、 第 2の レンズ板 3 2 を構成している各矩形レンズ 3 0 2の対応する矩形レ ンズによって、 液晶パネル上に重畳結像される。 したがって、 液晶 パネルは、 均一な照度で色むらが殆ど無い状態で照明される。
本例では、 各レンズ板 3 1、 3 2 において、 4行 X 3列のマ ト リ ッ クスとなるように矩形レンズを配置してある。 縦方向あるいは横 方向の最大分割数と しては、 約 3乃至 7の範囲が好ま しい。 また、 第 1 のレンズ板 3 1 と第 2 のレンズ板 3 2 は必ずしも分離する必要 はない。 各矩形レンズの寸法を小さ く して、 入射光束の分割数を增 やすことにより、 各レンズ板 3 1、 3 2 を接近させることができる t さ らには、 1枚のレンズ板に一体化すること も可能である。 ここで、 第 4図を参照して、 均一照明光学素子 3を構成している 各レンズ板 3 1、 3 2の矩形レンズによる分割数と色むらとの関係 を説明する。 第 4図のグラフは、 横軸に第 1 および第 2のレンズ板 (イ ンテグレータ レンズ） の分割数を取り、 縦軸には色むらを、 ス ク リーン 8上における中央部 （ 1箇所） と周辺部 （ 4箇所） の間に おける色の違いを U ' V 色度座標上における差と して表示したも のである。 この色むらを示す値は、 小さい程、 色むらの程度が小さ いことを示す。 図において破線で示す値は、 色むらと して許容でき ると判断される最大色むらである。
I このグラフから分かるように、 分割数を 3以上にすることが好ま しい。 しかしながら、 製造上の観点からは分割数を増やすとコス 卜 高につながってしまう。 したがって、 実用的な分割数は、 約 3から 約 7の範囲である。
次に、 第 3図 （B ) には、 均一照明光学素子 3を構成する第 1 の
I レンズ板 3 1および第 2のレンズ板 3 2の別の構成例を示してある ( この図に示す例においても、 各レンズ板は同一寸法の矩形レンズ板 から構成されている。 しかし、 矩形レンズの配列状態は、 縦方向の 分割数は 7であり、 横方向においては、 上下の行が 3分割であり、 中央の 3行が 5分割であり、 これらの間の行が 4分割となっている,
2 0 均一照明光学素子 3 と しては、 第 3図 （C ) に示すように複数の 円柱レンズ 3 0 1 ' で構成される第 1 のレンズ板 3 1 と、 同じく複 数の円柱レンズ 3 0 2 ' で構成される第 2のレンズ板 3 2を用いて 構成する方法もある。 この場合の照度は、 一方向のみ均一化され、 第 3図 （A ) 、 ( B ) の場合に比べて照明対象の中心照度が高くな る。 また、 この場合、 レンズ構成が比較的簡単であることから、 薄 型化が容易である。 次に、 図 5 ( A ) を参照して、 上記の構成の均一照明光学素子 3 を用いて液晶パネル 5 R、 5 G、 5 Bを照明する場合の作用を説明 する。 光源 2 を構成する光源ラ ンプ 2 1 と しては前述したよう にハ ロゲンラ ンプ、 メ タルハライ ドラ ンプ、 キセノ ンラ ンプ等の点に近 い発光源を使用する。 またラ ンプからの放射光束は反射鏡 2 2で反 射される。 反射鏡 2 2の反射面形状と しては楕円面を使用すること ができ、 この場合、 その第 1 焦点を光源ラ ンプ 2 1 の発光部に一致 させ、 第 2焦点を液晶パネル 5 ( 5 R、 5 G、 5 B ) の中心位置に —致させる。 この結果、 反射鏡 2 2の反射光束は、 液晶パネル 5の 中心部に向かう。 この場合には、 第 1 のレンズ板 3 1 の各矩形レン ズ 3 0 1 の中心から、 液晶パネル 5の中心に向かう線上に第 2のレ ンズ板 3 2の各矩形レンズ 3 0 2の中心が位置するように、 第 2 の レンズ板 3 2の寸法、 すなわち、 このレンズ板を構成している各矩 形レンズ 3 0 2の寸法は、 第 1 のレンズ板の側より も小さ く 設定さ れる。
第 1 のレンズ板 3 1 の各矩形レンズ 3 0 1 は、 対応する第 2のレ ンズ板 3 2 の各矩形レンズ 3 0 2の中心に光束を集中させる。 第 2 のレンズ板 3 2の各矩形レンズ 3 0 2 は、 対応する第 1 のレンズ板 'の側の矩形レンズ 3 0 1 のレンズの像を、 液晶パネル 5の表示領域 5 A (図において斜線で示す領域） に重畳結像させる。 第 2のレン ズ板 3 2 の各矩形レンズ 3 0 2 の中心には、 このように、 光源ラ ン プ 2 1 の発光部の像が形成されるので、 第 2のレンズ板 3 2の全体 が 2次光源と して機能する。 従って、 例えば液晶パネル 5の表示領 域 5 Aの端に入射する光束の主光線 3 0 3 は， 第 2のレンズ板 3 2 の中心と表示領域 5 Aの端を結ぶ線分に一致する。 すなわち、 液晶 パネル 5への照明光束は、 第 2のレンズ板 3 2からの発散光となつ ているので、 液晶パネル 5に平行光を入射させるためには、 発散光 を平行化する必要がある。 この目的のために、 本例では、 集光レン ズ 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3が配置されている。 この集光レンズの焦 点距離は、 第 2のレンズ板 3 2 と集光レンズの距離 bに等しく設定 される。 本例では、 集光レンズと して、 液晶パネル 5の側に凸面を 向けた状態に配置した平凸レンズを用いている。 凸面を第 2のレン ズ板の側に向けた状態に配置してもよい。 平凸レンズの代わりに、 両凸レンズ、 フレネルレンズを用いることもできる。 このように、 集光レンズ 1 0 1、 1 0 2、 1 0 3を配置することにより、 液晶パ ネル 5を介して出射される光束の主光線は、 照明系全体の中心軸 1 aに平行になる。
次に、 第 5図 （B ) には、 照明光学系の変形例を示してある。 こ の例では、 光源 2の反射鏡 2 2の反射面と して放物面を用いている ( この場合には、 放物面の焦点は光源ランプ 2 1 の発光部に一致させ るので、 反射鏡 2 2で反射された光束は、 照明系の中心軸 1 aにほ ぼ平行な光束になる。 したがって、 この場合に使用する均一照明光 学素子 3は、 同一寸法の第 1 のレンズ板 3 1 ' および第 2のレンズ 板 3 2 ' で構成され、 各レンズ板を構成している矩形レンズの焦点 距離も等しい。 第 2のレンズ板 3 2 ' の各矩形レンズ 3 0 2 ' は、 対応する第 1 のレンズ板 3 1 ' の矩形レンズの像を無限遠に結像さ せる。 したがって、 この場合には、 レンズ 3 0 6を付加して、 無限 遠にできるはずの像を液晶パネル 5の表示領域 5 A上に形成する。 レンズ 3 0 6の焦点距離は、 このレンズと液晶パネル 5の距離に等 しくなるように設定される。 なお、 レンズ 3. 0 6を第 2のレンズ板 3 2 と一体化することもできる。
なお、 各レンズ板 3 1、 3 2の矩形レンズによる分割数が比較的 少ない場合は、 各レンズ板間の距離を比較的大き くすることができ . 第 1 3図に示されるように、 各レンズ板の間に、 反射鏡 3 3を介在 させることが可能である。 この場合、 均一照明光学素子の占める体 積が前例の場合の 1 / 2程度になるという利点がある。 また、 この 図に示されるように、 全光学系の配置を正方形に近づけることがで き、 装置全体の小型化に寄与する。
(導光系）
前述したように、 本例の導光系 9は、 2枚の反射鏡 9 1、 9 2 と これらの間に配置した中間レンズ 9 3から構成されている。 本例に
I o 適用可能な導光系の別の構成例を以下に説明する。
まず、 第 6図に示す導光系 9 Aは本例の導光系 9から中間レンズ 9 3を省略した構成となっている。
次に、 第 7図 （A ) に示す導光系 9 Bは、 本例の導光系 9の構成 に加えて、 その入射部側に入射レンズ 9 4を付加すると共に、 その
1 5 出射部側に出射レンズ 9 5を付加したした構成となっている。
第 7図 （B ) を参照して、 この構成の導光系 9 Bの動作を説明す る。 図においては、 説明を容易にするために、 一対の反射鏡 9 1、 9 2を省略した直線系と して示してある。 図に示すように、 中間レ ンズ 9 3は導光系 9 Bの全光路の丁度中心にあり、 全光路長を 2 a
2 0 とすると、 中間レンズ 9 3の焦点距離は a / 2にほぼ等しく なるよ うに設定してある。 従って、 中間レンズ 9 3は、 導光系 9 Bの入射 側における物体 9 6の像を、 導光系の出射側に反転像 9 7 と して結 像させる。 すなわち、 入射側の照度分布が出射側において 1 8 0度 回転して伝達される。 しかし、 本例では均一照明光学素子 3を備え
2 5 た照明光学系を用いているので、 照度分布は 1 8 0度の回転に対し てほぼ対称となっている。 よって、 照度分布がこのように回転ある いは反転しても、 表示の色むらが発生することはない。
一方、 入射レンズ 9 4 は、 その焦点距離が中間レンズ 9 3 までの 距離 aに等しく、 集光レンズ 1 0 3を通過して平行になつた光束 G の主光線 9 aを中間レンズ 9 3の中心に向ける。 従って、 中間レン ズ 9 3の中心部には、 均一照明光学素子 3の出射側の第 2のレンズ 板 3 2の像が形成される。 また、 出射レンズ 9 5の焦点距離も aに 等しくなるように設定してあり、 中間レンズ 9 3の中心から発散す る光束の主光線を平行にして出射する。 入射レンズ 9 4 は、 図に示 すように、 平凸レンズであり、 その凸面の側を入射側に向けて配置 してあり、 これにより、 レンズの球面収差を小さ く している。 出射 レンズ 9 5 も平凸レンズであり、 その凸面側が出射側に向く ように 配置してある。
なお、 入射レンズおよび出射レンズの焦点距離は、 導光系 9 Bの 全光路長 （ 2 a ) の約 0 . 5力、ら約 0 . 7倍の範囲内に設定すれば よい。 また、 中間レンズの焦点距離は、 球面収差を小さ くする観点 から、 全光路長 （ 2 a ) の 1 4より も僅かに長くすることが好ま しく、 約 0 . 2 5から約 0 . 4倍の範囲内に設定すればよい。 第 8図 （A ) には、 上記の導光系 9 Bの変形例を示してある。 こ の図に示す導光系 9 Cにおいては、 導光系 9 Bにおける入射レンズ 9 4を、 その光路方向の手前に配置されている集光レンズ 1 0 3 と 一体化したレンズ 9 7 と してある。 このレンズ 9 7 の焦点距離は、 入射レンズ 9 4 と集光レンズ 1 0 3の屈折力を足し合わせた値に設 定される。 すなわち、 第 8図 （B ) に示すように、 a b / ( a + b ) に設定される。 このレンズ 9 7は球面収差を小さ くするために、 両凸レンズとすることが好ましい。 なお、 この第 8図 （ B ) におい ては、 中間レンズ 9 3を、 2枚の平凸レンズ 9 3 1、 9 3 2で構成 した状態で示してある。 図に示すように、 この場合には、 各平凸レ ンズ 9 3 1、 9 3 2の焦点距離を aに設定する。 また、 各レンズの 凸面を向かい合わせた状態で配置することにより、 両凸レンズ 1枚 の場合に比べて、 球面収差を極めて小さ くすることができる。 この 結果、 導光系の入射側における照度分布を極めて正確に出射側に伝 達することができる。
次に、 第 9図には、 導光系 9 Cの変形例を示してある。 図に示す 導光系 9 Dにおいては、 上記の導光系 9 Cにおいて一体化したレン ズ 9 7を、 非球面レンズ 9 8 と してある。 このように非球面レンズ 9 8を用いることにより、 両凸レンズを使用する場合にく らベて、 さらに球面収差を小さ くすることができる。 よって、 導光系の入射 側における照度分布を極めて正確に出射側に伝達することができる ( (第 1の実施例の効果）
以上説明したように、 本例の投写型表示装置 1 においては、 その 照明光学系と して均一照明光学素子 3を備えたものを使用し、 色合 成光学系には軸対称光学素子であるダイクロイ ツクプリズムを使用 している。 したがって、 色むらや照度むらが少なく、 しかも照明効 率の高い投写型表示装置を実現できる。 また、 ダイクロイ ツクブリ ズムからなる色合成系を用いているので、 投写レンズの焦点距離を 短くでき、 短距離での大画面表示が可能となる。 よって、 本例の構 成をリア一プロジェクターに適用すれば、 その奥行きを短くできる ので、 装置をコンパク 卜にすることができる。
また、 導光系を構成している光学素子である中間レンズ、 入射レ ンズ、 出射レンズの焦点距離を適切な値に設定しているので、 ここ を通過する色光束の色むらの発生、 光量損失を少なくでき、 これに よっても、 投写画像の色むら、 照度むら等の発生を抑制でき、 また- 明るい画像を形成することが可能になる。
さらには、 導光系における入射レンズと、 集光レンズとを一体化 した構成を採用した場合には、 構成要素を少なくできるので、 その 分、 光学系をコンパク 卜で廉価にすることができる。 また、 一体化 したレンズを非球面レンズと した場合には、 光学系をコンパク 卜に できると共に球面収差も小さ くすることができる。
—方、 本例においては、 均一照明光学素子における分割数を 3乃 至 7の範囲にしてあり、 また、 液晶パネルの画素ピッチを 5 0 〃 m 以下に設定してあるので、 投写画像に色むら、 ぼけ等が発生するこ とを抑制でき、 したがって、 画像品位の高い投写画像を形成するこ とのできる投写型表示装置を実現できる。 第 2の実施例
第 1 0図には本発明の第 2の実施例に係る投写型表示装置を示し てある。 本例の投写型表示装置 1 0 0は、 その導光系の構成以外は 前述した第 1の実施例の投写型表示装置 1 と同一である。 したがつ て、 対応する部分には同一の符号を付し、 それらの説明は省略する ( 本例の投写型表示装置 1 0 0における導光系 9 Eは、 入射側の三 角柱プリズム 9 0 1 と、 出射側の三角柱プリズム 9 0 2 と、 これら の間に配置した四角柱プリズム 9 0 3から構成されている。
第 1 0図 （B ) を参照して本例の導光系 9 Eの働きを説明する。 集光レンズ 1 0 3によって平行化された光束は、 三角柱プリズム 9 0 1 の入射面 9 0 4に垂直に入射し、 全反射面 9 0 5で反射されて 出射面 9 0 6から出射する。 全反射面 9 0 5は、 単に硝材あるいは プラスチッ クの光学平坦面であってもよい。 しかし、 入射光束中に 全反射されないような角度の光線が含まれる場合は、 アルミニゥム 銀等の金属膜をコーティ ングすることが好ま しい。 この代わりに、 誘電体多層反射膜をコーティ ングしてもよい。 入射面 9 0 4 と出射 面 9 0 6は、 図においても示すように、 全反射による導光の働きが あるので、 空気と硝材の界面である必要があり、 隣接する光学要素 と接着させることができない。 従って、 三角柱プリズム 9 0 1 は、 5つの面が全て光学的平坦面であることが必要であり、 場合によつ ては入射面 9 0 4 と出射面 9 0 6に減反射コーティ ングを施す必要 がある。 特に、 隣接する四角柱プリズム 9 0 3 との界面には、 無反 射コーティ ングを施すことが好ま しい。
四角柱プリズム 9 0 3は、 6つの面が全て光学的平坦面であり、 通過する光束の主軸に平行な 4つの面 9 0 7 は、 全反射によって光 束を導く。 出射側の三角柱プリズム 9 0 2は、 入射側の三角柱プリ ズム 9 0 1 と同一構成である。 出射した光束は、 液晶パネル 5 Gの 表示部 5 Aに入射される。
光束の伝達率を高くするために、 三角柱プリズム 9 0 1 の入射面 9 0 4の形状と、 三角柱プリズム 9 0 2の出射面の形状は、 液晶パ ネル 5 Gの表示部 5 Aの矩形形状とほぼ同一にする。 こ こで、 照明 光学系の均一照明光学素子 3は、 図 3に示すように、 矩形レンズを マ ト リ ッ クス状に配置した第 1 およびだ第 2のレンズ板 3 1、 3 2 から構成されている。 したがって、 入射側の三角柱プリズム 9 0 1 の入射面 9 0 4 は、 その矩形形状に合わせてほぼ均一に照明される, 3つのプリズムは、 入射光束の光量と平行性と均一な明るさ分布を 保持した状態のままで、 液晶パネル 5 Gの表示部 5 Aに伝達される, 出射側の三角柱プリズム 9 0 2 と液晶パネル 5 Gは近接配置する必 要があるが、 無視できない距離がある場合には、 導光のためのプリ ズムゃレンズを追加配置すればよい。 このように構成した本例の投写型表示装置によって、 前述した第
1の実施例の場合と同様な効果を得ることができる。 なお、 本例に おける導光系の四角柱プリズム 9 0 3の代わりに、 例えば、 4枚の 反射鏡を組み合わせて筒状と した導光部材を用いてもよい。
なお、 第 1 0図 （ B ) の四角柱プリズム 9 0 3は、 第 1 0図 （ C ) に示すような 4枚の反射鏡 9 0 3 ' により構成される筒状の導光 系であってもよい。 導光面の反射率はわずかに低くなるものの、 働 きと しては同一になる。 また、 導光系を第 1 0図 （D ) に示すよう に、 上下の 2枚の反射板 9 1 1、 9 1 2 と、 光路の折り曲げのため の 2枚の反射鏡 9 1 3 x 9 1 4で構成してもよい。 この場合は、 入 射光束を損失なく伝達することはできないが、 レンズ 1 0 3の焦点 距離を幾分か短くすることで、 損失量を少なくすることができる。 この場合は照度分布を保存することができないので第 3図 （C ) で 示したような円柱レンズを用いた均一照明光学素子の場合に適した 方法である。 第 3の実施例
第 1 4図 （A ) には、 本発明の第 3の実施例に係る投写型表示装 置を示してある。 本例の投写型表示装置 5 0 0は、 その導光系の構 成以外は前述した第 1の実施例と同一である。 したがって、 対応す る部分には同一の符号を付し、 それらの説明は省略する。
本例の投写型表示装置 5 0 0における導光系 9 Fは、 入射側のフ ィ ールドレンズ 9 2 1 と出射側のフィ ールドレンズ 9 2 2 と凹面鏡 9 2 3で構成されている。 導光系 9 Fの入射部付近にある集光レン ズ 1 0 3 と、 フィ ールドレンズ 9 2 1 とを一体化して一枚のレンズ で代用することもできる。 この構成を有する導光系 9 Gを、 第 1 4図 （ B ) に示してある。 一体化したレンズ 9 2 4 は図に示すように偏心した両凸レンズで構 成される。
上記の導光系 9 Fの具体的構成を第 1 5図 （A ) に示す。 光路の 中心にある凹面鏡 9 2 3 とフィ ール ドレンズ 9 2 1 あるいはフィ ー ルドレンズ 9 2 2 までの距離を a とすると、 凹面鏡 9 2 3の焦点距 離は aノ 2にほぼ等しい。 この凹面鏡 9 2 3の曲面形状は、 球面あ るいは楕円面である。 従って、 凹面鏡 9 2 3は、 入射部の物体 8 0 2の像を出射部に反射像 8 0 3 と して結像し、 実際には、 入射部の 照度分布が出射部において反転して出力される。 フィ一ルドレンズ 9 2 1 と 9 2 2の焦点距離は aに等しく、 それぞれのレンズの光軸 8 0 1 は両者の中心で一致している。 入射側のフィールドレンズ 9 2 1 は、 集光レンズ 1 0 3から平行光束を凹面鏡 9 2 3の中心に集 める。 出射側のフィールドレンズ 9 2 2は、 凹面鏡 9 2 3からの反 射光束を、 液晶パネル 5 Gに垂直な光束となるように屈折させる。 なお、 導光系 9 Fを、 第 1 5図 （B ) に示すように構成すること もできる。 この図に示す導光系 9 Hでは、 上記の導光系 9 Eにおけ る 2枚のフィ ールドレンズ 9 2 1、 9 2 2を、 一枚のレンズ 8 0 6 で構成し、 凹面鏡 9 2 3を平面鏡 8 0 4 に置き換えて、 レンズ 8 0 6力、ら a 2の距離に配置してある。 さらに、 レンズ 8 0 6の光軸 8 0 7に垂直に平面鏡 8 0 5を配置してある。 導光系 9 Hに入射す る平行光束は、 レンズ 8 0 6の端部を通って平面鏡 8 0 4で反射さ れ、 平面鏡 8 0 5の中心に集まる。 平面鏡 8 0 5から反射された光 束は、 平面鏡 8 0 4で反射されてからレンズ 8 0 6の端部を通り、 液晶パネル 5 Gの表示部 5 Aに垂直に入射する。 入射部の物体 8 0 2の像を出射部の反転像 8 0 3 と して形成させるのはレンズ 8 0 6 の中心部であり、 光束はレ ンズ 8 0 6の中心部を 2回通過するので 焦点距離が a 2のレンズを通過したことと同じになる。 本例の構 成は、 上記の導光系 9 Fの場合より もサイズが小さ く なるという利 点、力くある。 第 4の実施例
第 1 1図には本発明の第 4の実施例に係る投写型表示装置を示し てある。 本例の投写型表示装置 2 0 0は光学系をそのケース 2 0 1 内にコンパク 卜に収納するための工夫がなされている。 本例におけ る光学系は、 照明光学系 2 Bと、 色分離光学系 4 と、 ライ トバブル 5 R、 5 Gおよび 5 Bと、 色合成光学系 6 と、 投写レ ンズ 7 と、 導 光系 9 Dから構成されている。 これらのうち、 色分離光学系 4、 ラ イ トバルブ 5 R、 5 G、 5 B、 色合成光学系 6、 投写レ ンズ 7 は、 第 1 の実施例の装置 1 0 0における場合と同一である。 また、 導光 系 9 Dは、 第 9図 （A ) に示すものと同一である。 したがって、 こ れらの部分における対応する部位には同一の符号を付し、 それらの 各部位の説明は省略する。
本例の装置 2 0 0においては、 照明光学系 2 Bからの出射光の中 心軸 1 aと、 投写レンズ 7の光軸 7 aとが平行となるようにするた めに、 照明光学系 2 Bにおいて、 光源ランプ 2 1からの出射光の方 向を直角に折り曲げるようにしている。 また、 照明光学系 2 Bは、 偏光変換系 1 1 を備えた構成となっている。
すなわち、 本例の照明光学系 2 Bは、 ランプ 2 1および反射鏡 2 2から構成した光源 2 と、 この出射側に配置.した偏光変換素子 1 1 と、 この出射側に配置した均一照明光学素子 3 Aから構成されてい る。 第 1 2図に示すよ う に、 本例の偏光変換素子 1 1 は、 偏光ビーム スプリ ッタ 】 1 1 と、 反射鏡 1 1 2 と、 λ / 位相差板 1 1 3 から 構成される。 光源 2から出射されたラ ンダム偏光 1 1 4 は、 偏光分 離要素である偏光ビームスプリ ッタ 1 1 1 によって、 Ρ偏光 1 1 5 と S偏光 1 1 6の 2つの直線偏光に分離される。 偏光ビームスプリ ッ 夕 1 1 1 の偏光分離機能は入射角依存性を持つので、 光源と して は、 平行性に優れた光を出射できる短アーク長のラ ンプを備えたも のが適している。 分離された Ρ偏光 1 1 5 は、 偏光面回転要素であ る ス 2位相差板 1 1 3 を通過することにより、 偏光面が 9 0度回 転して S偏光になる。 一方、 S偏光 1 1 6 はプリ ズム型反射鏡 1 1 2 によってその光路を折り曲げられるだけであり、 そのまま S偏光 と して出射される。 本例では、 反射鏡 1 1 2 は例えばアルムニゥム の蒸着膜と して形成されており、 Ρ偏光より も S偏光の反射率が高 いので、 S偏光の光路を反射鏡 1 1 2で折り曲げる配置構成と して ある。 反射鏡 1 1 2 と しては、 プリ ズム型の他に、 一般的な平面型 の反射鏡を使用 してもよい。 この構成の偏光変換素子 1 1 を通過す ることにより、 光源からのラ ンダム偏光 1 1 4 は、 S偏光と して出 射される。 なお、 本例では、 Ρ偏光を S偏光に変換するようにして いるが、 逆に、 S偏光を Ρ偏光に変換して、 偏光変換素子 1 1 から Ρ偏光を出射させるようにしてもよい。
次に、 この偏光変換素子 1 1 の出射側に配置されている均一照明 素子 3 Αは、 出射された S偏光 1 1 6の主軸に垂直な平面上に配置 された第 1 のレンズ板 3 1 と、 これと直交する状態に配置された第 2のレンズ板 3 2 と、 これらのレンズ板 3 1 .、 3 2 の間に配置され- 光路を直角に折り曲げるための反射鏡 3 3で構成されている。 第 1 のレンズ板および第 2 のレンズ板の構成は第 1 の実施例の場合と同 一である。 このように、 均一照明素子 3 Aに入射した光束は、 直角 に折り曲げられて、 ここから出射する。 出射した白色の S偏光光束 は、 色分離光学系 4 において原色光束に分離される。 分離された各 色の光束は、 ダイクロイ ツ クブリズムからなる色合成光学系 6にお いて合成され、 投写レンズ 7を介してスク リーン 8上に拡大投影さ れる。
このように、 本例の装置 2 0 0においては、 照明光学系 2 Bの出 射方向に対して、 投写光の方向を平行で逆向きとなるように、 光路 を形成すると共に、 光源 2の背面側におけるケース 2 0 1 内には、 光源ランプ 2 1 による発熱を抑えるための冷却フ ァ ン 1 2を配置し てある。
したがって、 本例の装置 2 0 0においては、 その使用時において、 冷却に使用されて温まつた空気が投写光と同一方向に排出される。 このため、 この投写型表示装置をフロン ト投写型と して、 反射型の スク リーン上に映像を表示して観察するような場合には、 観察者は 通常は装置より も後ろ側にいる。 したがって、 冷却フ ァ ンの騒音、 あるいはそこから吹きだす温風によつて、 観察者の視聴が妨げられ ることがないという利点がある。 また、 オーディオラックのような 比較的設置スペースに余裕の無い場所に設置する場合にも、 前面か らの排気であるので、 排気が周囲にこもってしまうという問題も発 生しないので都合がよい。
また、 本例の装置 2 0 0においては、 照明光学系 2 Bは偏光変換 素子 1 1 を備えている。 したがって、 光源から出射されるランダム 偏光が特定の直線偏光に変換され、 変換後の 2つの光束が、 発散損 失を殆ど生ずることな く効果的に重畳結合されて出射される。 よつ て、 偏光のみを高効率で出射する明るい照明光学系を実現できる。 さらには、 本例では、 出射された偏光光束を均一照明光学素子 3 A に通過させているので、 光源において発生している色むら、 照度む らが抑制され、 均一性の高い照明光を得ることができる。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明の投写型表示装置は、 照明光学系に 均一照明光学素子を備え、 また、 色合成系にはダイクロイ ツクブリ ズムを備え、 さらに、 色分離系における最も光路長の長い色光束の 光路には導光系を配置し、 さ らにまた、 色分離系を介して分離され た各色の発散光束を集光レンズを介して平行光束と してライ トバル ブに照射するようにした構成を採用している。 したがって、 本発明 によれば、 均一照明光学素子によって光源からの光の色むら、 照度 むらが抑制され、 また、 色合成系はミ ラー合成系に比べて色むら、 照度むらの発生が少ないプリズム合成系であり、 ここでの色むら等 の発生も少ない。 また、 導光系を介して、 光路長の長い色光束の光 が光量損失が殆ど無い状態で伝達され、 集光レンズによつて平行光 束がライ 卜バルブに照射されるので、 光量損失が少なく、 照明効率 が改善される。 よって、 本発明によれば、 従来に比べて、 色むら、 照度むらが少なく、 しかも照明効率の高い投写型表示装置を実現す ることができる。
また、 本発明においては、 その導光系の構成要素であるレンズの 焦点距離を適切な値に設定し、 あるいは、 導光系と してプリズムを 使用している。 この構成によれば、 導光系での色むら、 光量損失を 抑制できるので、 色むらが少なく、 照明効率の高い投写画像を形成 することができる。
さらに、 本発明においては、 投写光学系の中心軸に対して回転対 称な要素であるダイクロイ ックプリズムを色合成系と して使用し、 ライ トバルブと して画素ピッチが約 5 0 m以下と小さなピッチの 液晶パネルを使用している。 したがっ 、 本発明によれば、 解像度 のよぃ投写画像を形成できると共に、 ポリ シリ コン T F T等の小型 化が容易な液晶パネルを利用して装置全体を小型にすることができ る。
また、 本発明では、 均一照明光学素子を構成しているレンズ板の 分割数を 3から 7の範囲内に設定してあるので、 色むらが抑制され た投写画像を形成することができる。
さらには、 本発明では、 照明光学系に偏光変換素子を備えた構成 を採用しているので、 光源ランプからの出射光束の発散損失を抑制 でき、 明るい投写画像を形成することができる。
一方、 本発明の投写型表示装置においては、 その照明光学系から の出射光の進行方向に対して、 投写光を逆向きで平行な方向に出射 できるように光路を構成し、 投写光が出射する装置ケース側に、 光 源ラ ンプの冷却手段を配置した構成を採用している。 この構成によ れば、 フロン トプロジヱクターと して利用する場合には、 投写画像 の観察者が位置する側とは反対側に冷却手段が位置し、 そこからの 排気が観察者の側とは反対側に吹きだされる。 よって、 冷却手段の 騒音、 そこからの排気が、 観察者の邪魔になることが無いという利 点がある。
一方、 本発明によれば、 上記の各効果に加えて、 光学系の投写レ ンズのバックフォー力スが短いので、 短距離の大画面投写が容易で ある。 よって、 プレゼンテーショ ン用途や、 家庭のホームシアター 用途に適した投写型表示装置を実現できる。 また、 投写レンズのバ ックフォーカスが短いので、 Fナンバーが小さ く、 明るい投写レン ズを、 少ないレ ンズ枚数で実現でき、 装置を低コス ト化を実現でき る。

Claims

請求の範囲
1 . 光源と、 ここから出射された白色光束を 3原色の各色光束に 分離する色分離手段と、 分離された各色の光束を変調する 3枚のラ ィ 卜バルブと、 前記色分離手段によって分離されて前記 3枚のライ トバルブのそれぞれに入射する各色の光束のうち、 最も光路長の長 い光束の光路上に配置された導光手段と、 前記ライ トバルブを介し て変調された各色の変調光束を合成する色合成手段と、 合成された 変調光束をスク リーン上に投写する投写レンズとを有する投写型表 示装置において、
前記光源と前記色分離手段の間の光路に介挿され、 前記光源から の白色光束を均一な矩形光束に変換して前記色分離手段に向けて出 射する均一照明光学手段と、
前記色分離手段における各色の光束を出射する光束出射部にそれ ぞれ配置され、 前記均一照明光学手段からの発散光束をほぼ平行な 光束に変換する 3枚の集光レンズとを有し、
前記色合成手段はダイクロイ ツクプリズムであり、
前記導光手段は、 入射側反射鏡と、 出射側反射鏡と、 少なく とも 1枚のレンズとを有している、
ことを特徵とする投写型表示装置。
2 . 請求の範囲第 1項において、 前記導光手段は一枚の中間レン ズを有しており、 この中間レンズの焦点距離は、 当該導光手段の光 路長の約 0 . 9から 1 . 1倍の範囲内であることを特徴とする投写 型表示装置。
3 . 請求の範囲第 1項において、 前記導光手段は、 前記入射側反 射鏡の入射側に配置された入射レンズと、 前記出射側反射鏡の出射 側に配置された出射レンズと、 これら入射側および出射側反射鏡の 間に配置された中間レンズとを有し、 前記入射および出射レンズの 焦点距離は、 当該導光手段の光路長の約 0 . 5から 0 . 7倍の範囲 内に設定され、 前記中間レンズの焦点距離は、 当該導光手段の光路 長の約 0 . 2 5から 0 . 4倍の範囲内に設定されていることを特徴 とする投写型表示装置。
4 . 請求の範囲第 3項において、 前記導光手段の前記入射レンズ と、 この入射レンズに向けて平行光束を入射する前記集光レンズは, —枚のレンズにより構成されていることを特徴とする投写型表示装
5 . 請求の範囲第 4項において、 前記一枚のレンズは、 非球面レ ンズであることを特徵とする投写型表示装置。
6 . 請求の範囲第 1項ないし第 5項のうちの何れかの項において 前記ライ 卜バルブは液晶パネルであり、 当該液晶パネルの画素ピッ チが約 5 0 以下であることを特徵とする投写型表示装置。
7 . 請求の範囲第 1項ないし第 6項のうちの何れかの項において 前記均一照明光学手段は、 複数のレンズを、 前記光源の出力光の主 軸に垂直な面内に配列した構成のレンズ板を.少なく とも 1枚備えた 構成であり、 このレンズ板における一方向のレンズ分割数は約 3か ら約 7の間であることを特徴とする投写型表示装置。
8 . 請求の範囲第 1項ないし第 7項のうちの何れかの項において 前記導光手段を通過する色光は、 緑色光および青色光のうちのいず れか一方であることを特徵とする投写型表示装置。
9 . 請求の範囲第 1項ないし第 8項のうちの何れかの項において 前記均一照明光学素子は、 第 1 のレンズ板と第 2のレンズ板と、 こ れらの間に介在する反射鏡とで構成されていることを特徵とする投 写型表示装置。
1 0 . 請求の範囲第 1項ないし第 9項のうちの何れかの項において. 更に、 前記光源と前記均一照明光学手段の間に配置された偏光変換 手段を有し、 この偏光変換手段は、 前記光源からのランダム偏光を P波と S波の 2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と、 分離され た 2つの偏光のうちの一方の直線偏光の偏光面を 9 0度回転させ、 他方の直線偏光の偏光面と一致される偏光面回転要素とから構成さ れていることを特徵とする投写型表示装置。
1 1 . 光源と、 ここから出射された白色光束を 3原色の各色光束 に分離する色分離手段と、 分離された各色の光束を変調する 3枚の ライ 卜バルブと、 前記色分離手段によって分離されて前記 3枚のラ ィ トバルブのそれぞれに入射する各色の光束のうち、 最も光路長の 長い光束の光路上に配置された導光手段と、 前記ライ トバルブを介 して変調された各色の変調光束を合成する色合成手段と、 合成され た変調光束をスク リ ーン上に投写する投写レンズとを有する投写型 表示装置において、 前記光源と前記色分離手段の間の光路に介挿され、 前記光源から の白色光束を均一な矩形光束に変換して前記色分離手段に向けて出 射する均一照明光学手段と、
前記色分離手段における各色の光束を出射する光束出射部にそれ ぞれ配置され、 前記均一照明光学手段からの発散光束をほぼ平行な 光束に変換する 3枚の集光レンズとを有し、
前記色合成手段はダイクロイツクプリズムであり、
前記導光手段は、 入射側に配置されて光路を 9 0度折り曲げる入 射側三角柱プリズムと、 出射側に配置されて光路を 9 0度折り曲げ
1 0 る出射側三角柱プリズムと、 これらの三角柱プリズムの間に配置さ れた導光部材とを備えている、
ことを特徴とする投写型表示装置。
1 2 . 請求の範囲第 1 1項において、 前記導光部材は、 四角柱プ , 5 リズムであることを特徵とする投写型表示装置。
1 3 . 請求の範囲第 1 2項において、 前記三角柱プリズムと前記 四角柱プリズムの界面には無反射コーティ ングが施されていること を特徴とする投写型表示装置。
2 0
1 4 . 請求の範囲第 1 1項ないし第 1 3項のうちの何れかの項に おいて、 前記三角柱プリズムの全反射面には金属膜のコーティ ング が施されていることを特徵とする投写型表示装置。
2 5 1 5 . 請求の範囲第 1 1項ないし第 1 3項のうちの何れかの項に おいて、 前記三角柱プリ ズムの全反射面には誘電体多層膜のコーテ ィ ングが施されていることを特徵とする投写型表示装置。
1 6 . 請求の範囲第 1 1項ないし第 1 5項のうちの何れかの項に おいて、 前記ライ 卜バルブは液晶パネルであり、 当該液晶パネルの 画素ピッチが約 5 0 m以下であ ることを特徴とする投写型表示
1 7 . 請求の範囲第 1 1項ないし第 1 6項のうちの何れかの項に おいて、 前記均一照明光学手段は、 複数のレンズを、 前記光源の出 力光の主軸に垂直な面内に配列した構成のレンズ板を少なく とも 1 枚備えた構成であり、 このレンズ板における一方向のレンズ分割数 は約 3から約 7の間であることを特徴とする投写型表示装置。
1 8 . 請求の範囲第 1 1項ないし第 1 7項のうちの何れかの項に おいて、 前記導光手段を通過する色光は、 緑色光および青色光のう ちのいずれか一方であることを特徵とする投写型表示装置。
1 9 . 請求の範囲第 1 1項ないし第 1 8項のうちの何れかの項に おいて、 前記均一照明光学素子は、 第 1 のレンズ板と第 2のレンズ 板と、 これらの間に介在する反射鏡とで構成されていることを特徴 とする投写型表示装置。
2 0 . 請求の範囲第 1 1項ないし第 1 9項のうちの何れかの項に おいて、 更に、 前記光源と前記均一照明光学手段の間に配置された 偏光変換手段を有し、 この偏光変換手段は、 前記光源からのランダ ム偏光を P波と S波の 2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と、 分離された 2つの偏光のうちの一方の直線偏光の偏光面を 9 0度回 転させ、 他方の直線偏光の偏光面と一致される偏光面回転要素とか ら構成されていることを特徴とする投写型表示装置。
2 1 . 光源と、 ここから出射された白色光束を 3原色の各色光束 に分離する色分離手段と、 分離された各色の光束を変調する 3枚の ライ トバルブと、 前記色分離手段によって分離されて前記 3枚のラ ィ トバルブのそれぞれに入射する各色の光束のうち、 最も光路長の 長い光束の光路上に配置された導光手段と、 前記ライ 卜バルブを介 して変調された各色の変調光束を合成する色合成手段と、 合成され た変調光束をスク リーン上に投写する投写レンズ手段とを有する投 写型表示装置において、
前記光源と前記色分離手段の間の光路に介挿され、 前記光源から の白色光束を均一な矩形光束に変換して前記色分離手段に向けて出 射する均一照明光学手段と、
前記色分離手段における各色の光束を出射する光束出射部にそれ ぞれ配置され、 前記均一照明光学手段からの発散光束をほぼ平行な 光束に変換する 3枚の集光レンズとを有し、
前記色合成手段はダイクロイ ツクプリズムであり、
前記導光手段は、 入射側反射鏡と、 出射側反射鏡と、 少なく とも 1枚のレンズとを有しており、
前記光源の出射光の進行方向に対して、 前記投写レンズからの投 写光の方向が平行で逆方向となるように、 光路が形成されており、 前記投写光の出射方向の側の装置ケース内 前記光源の冷却手段 が配置され、 この冷却手段の排気口が投写光の出射方向の側のケ一 ス側面に形成されている、 ことを特徴とする投写型表示装置。
2 2 . 請求の範囲第 2 1項において、 前記導光手段は一枚の中間 レンズを有しており、 この中間レンズの焦点距離は、 当該導光手段 の光路長の約 0 . 9から 1 . 1倍の範囲内であることを特徵とする 投写型表示装置。
2 3 . 請求の範囲第 2 1項において、 前記導光手段は、 前記入射 側反射鏡の入射側に配置された入射レ ンズと、 前記出射側反射鏡の 出射側に配置された出射レンズと、 これら入射側および出射側反射 鏡の間に配置された中間レンズとを有し、 前記入射および出射レン ズの焦点距離は、 当該導光手段の光路長の約 0 . 5から 0 . 7倍の 範囲内に設定され、 前記中間レンズの焦点距離は、 当該導光手段の 光路長の約 0 . 2 5から 0 . 4倍の範囲内に設定されていることを 特徴とする投写型表示装置。
2 4 . 請求の範囲第 2 3項において、 前記導光手段の前記入射レ ンズと、 この入射レンズに向けて平行光束を入射する前記集光レン ズは、 一枚のレンズにより構成されていることを特徴とする投写型 表示装置。
2 5 . 請求の範囲第 2 4項において、 前記一枚のレンズは、 非球 面レンズであることを特徴とする投写型表示装置。
2 6 . 請求の範囲第 2 1項ないし第 2 5項のうちの何れかの項に おいて、 前記ライ ドバルブは液晶パネルであり、 当該液晶パネルの 画素ピッチが約 5 0 m以下であることを特徵とする投写型表示装
2 7 . 請求の範囲第 2 1項ないし第 2 6項のうちの何れかの項に おいて、 前記均一照明光学手段は、 複数のレンズを、 前記光源の出 力光の主軸に垂直な面内に配列した構成のレンズ板を少なく とも 1 枚備えた構成であり、 このレンズ板における一方向のレンズ分割数 は約 3から約 7の間であることを特徴とする投写型表示装置。
2 8 . 請求の範囲第 2 1項ないし第 2 7項のうちの何れかの項に おいて、 前記導光手段を通過する色光は、 緑色光および青色光のう ちのいずれか一方であることを特徴とする投写型表示装置。
2 9 . 請求の範囲第 2 1項ないし第 2 8項のうちの何れかの項に おいて、 更に、 前記光源と前記均一照明光学手段の間に配置された 偏光変換手段を有し、 この偏光変換手段は、 前記光源からのランダ ム偏光を P波と S波の 2つの直線偏光に分離する偏光分離要素と、 分離された 2つの偏光のうちの一方の直線偏光の偏光面を 9 0度回 転させ、 他方の直線偏光の偏光面と一致される偏光面回転要素とか ら構成されていることを特徵とする投写型表示装置。
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