JP3490886B2 - Projection type image display device - Google Patents
Projection type image display deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶プロジ
ェクションのような光源から画像表示素子を経た光を投
影レンズによりスクリーンに拡大投影するような投影型
画像表示素装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection type image display device for enlarging and projecting light passing through an image display element from a light source such as a liquid crystal projection onto a screen by a projection lens.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、赤、緑、青に対応した液晶表示素
子を使用する3板式の液晶プロジェクションには、ダイ
クロイックミラーで色分離・合成を行う方式(以下、ミ
ラー順次方式と呼ぶ。)と、ダイクロイックミラーで色
分離を行い、クロスダイクロイックプリズムで色合成を
行う方式(以下、クロスダイクロイックプリズム方式と
呼ぶ。)とが実用化されている。2. Description of the Related Art In recent years, a three-plate type liquid crystal projection using liquid crystal display elements corresponding to red, green and blue is called a method of performing color separation / combination with a dichroic mirror (hereinafter referred to as a mirror sequential method). , A method in which color separation is performed by a dichroic mirror and color combination is performed by a cross dichroic prism (hereinafter referred to as a cross dichroic prism method) has been put into practical use.
【0003】前者のミラー順次方式は、図27に示すよ
うに、放物面鏡102を有する光源101からの白色光
を2枚のダイクロイックミラー701、702で、赤、
緑、青に分離した後、それぞれに対応する液晶表示素子
105R、105G、105Bに入射させる。そして、
その後、液晶表示素子105R、105G、105Bに
よって変調された光をダイクロイックミラー703、7
04で合成して、投影レンズに入射させるというような
方式であり、光源101から液晶表示素子105R、1
05G、105Bまでの距離が同じであるため、ホワイ
トバランスのズレが発生しないという特徴を有している
反面、液晶表示素子105R、105G、105Bから
投影レンズ112までの光路上に、少なくともダイクロ
イックミラーを2枚配置するためのスペースが必要とな
るため、投影レンズ112のバックフォーカス(投影レ
ンズから液晶表示素子までの距離)が長くなってしま
い、投影レンズ112が大型化するという問題を有して
いる。In the former mirror sequential system, as shown in FIG. 27, white light from a light source 101 having a parabolic mirror 102 is converted into red light by two dichroic mirrors 701 and 702.
After being separated into green and blue, they are made incident on the corresponding liquid crystal display elements 105R, 105G and 105B. And
Then, the light modulated by the liquid crystal display elements 105R, 105G, and 105B is converted into dichroic mirrors 703 and 7B.
The method is such that the light is emitted from the light source 101 to the liquid crystal display elements 105R and 1R.
Since the distances to 05G and 105B are the same, the white balance is not shifted, but at least a dichroic mirror is provided on the optical path from the liquid crystal display elements 105R, 105G, and 105B to the projection lens 112. Since a space for arranging the two lenses is required, the back focus of the projection lens 112 (distance from the projection lens to the liquid crystal display element) becomes long, and the projection lens 112 becomes large. .
【0004】このため、ミラー順次方式では、通常、液
晶表示素子の光出射側、もしくは光入射側にレンズを配
置して、投影レンズの瞳位置近辺に液晶表示素子を通過
した光を集光する方式がとられている。Therefore, in the mirror sequential system, a lens is usually arranged on the light emitting side or the light incident side of the liquid crystal display element, and the light passing through the liquid crystal display element is condensed near the pupil position of the projection lens. The scheme is taken.
【0005】この場合には、投影レンズと液晶表示素子
との間に挿入されているダイクロイックミラー703、
704には、集光された光が入射する。このダイクロイ
ックミラー703、704は、光の入射角度が変わる
と、ダイクロイックミラーを透過および反射する光の分
光特性も変化し、集光された光が入射すると、赤、緑、
青の色純度の低下や色むらが発生するため、収束光を入
射させる場合には、その膜厚に勾配をつけて異なる角度
で入射した光に対する分光特性も略一致するよう構成す
ることができる。In this case, a dichroic mirror 703 inserted between the projection lens and the liquid crystal display element,
The condensed light is incident on 704. The dichroic mirrors 703 and 704 change the spectral characteristics of light transmitted and reflected by the dichroic mirror when the incident angle of light changes, and when the condensed light enters, red, green, and
When the convergent light is made incident, it is possible to make the film thickness so that the spectral characteristics with respect to the lights incident at different angles are substantially the same because the color purity of blue decreases and the color unevenness occurs. .
【0006】また、このミラー順次方式では、投影レン
ズと液晶表示素子との間に、平行平板ガラス上に誘電体
多層膜を形成することにより作成したダイクロイックミ
ラー703、704が斜めに挿入されていることで、非
点収差が発生してしまうという課題がある。この非点収
差は、ダイクロイックミラーを光が透過する場合に発生
するため、赤、緑、青の光路によって、ダイクロイック
ミラーを透過する回数の異なる本方式では、赤、緑、青
の光路によって非点収差の発生量が異なり、投影レンズ
でこれらの収差を全て補正することは困難となってい
る。Further, in this mirror sequential system, dichroic mirrors 703 and 704 formed by forming a dielectric multilayer film on a parallel plate glass are obliquely inserted between the projection lens and the liquid crystal display element. Therefore, there is a problem that astigmatism occurs. This astigmatism occurs when light passes through the dichroic mirror.Therefore, in this method in which the number of times the light passes through the dichroic mirror differs depending on the red, green, and blue optical paths, the astigmatism depends on the red, green, and blue optical paths. The amount of aberration generated is different, and it is difficult to correct all of these aberrations with the projection lens.
【0007】このような上記問題を解決するために、特
開平5−61129号公報や特開平7−325283号
公報では、図28に示すように、投影レンズ112と液
晶表示素子105R、105G、105Bとの間に複数
個のガラスを貼り合わせたガラスプリズム711を挿入
するような方式も開示されている。In order to solve such a problem as described above, in JP-A-5-61129 and JP-A-7-325283, as shown in FIG. 28, a projection lens 112 and liquid crystal display elements 105R, 105G and 105B are used. There is also disclosed a method in which a glass prism 711 formed by bonding a plurality of glasses is inserted between and.
【0008】このような方式では、ガラスプリズム71
1を挿入することにより、投影レンズ112のバックフ
ォーカスを短くすることができ、かつ、ガラスプリズム
711の貼り合わせ面a、bに形成した誘電体膜により
色合成を行うことによって、非点収差の発生を防止して
いる。In such a system, the glass prism 71
By inserting 1, the back focus of the projection lens 112 can be shortened, and color combination is performed by the dielectric films formed on the bonding surfaces a and b of the glass prism 711, so that astigmatism is reduced. It prevents the occurrence.
【0009】後者のクロスダイクロイックプリズム方式
は、例えば、特開平1−293385号公報に開示され
ているように、ダイクロイックミラー721、722で
色分離を行い、それぞれの光を対応する液晶表示素子1
05R、105G、105Bに入射させた後、色合成を
一つのクロスダイクロイックプリズム111で行うとい
うような方式であり、例えば、図29に示すような構成
により実用化されている。In the latter cross dichroic prism system, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-293385, color separation is performed by dichroic mirrors 721 and 722, and the respective lights are directed to the corresponding liquid crystal display element 1.
This is a method in which the color combination is performed by one cross dichroic prism 111 after the light is made incident on 05R, 105G, and 105B. For example, it is put into practical use by the configuration shown in FIG.
【0010】このようなクロスダイクロイックプリズム
方式は、上述したミラー順次方式と比べると、投影レン
ズ112のバックフォーカスを短くすることができ、か
つ、投影レンズ112と液晶表示素子105R、105
G、105Bとの間にダイクロイックミラーを斜めに挿
入する必要が無いので、非点収差の発生を防止すること
が可能となっている。In such a cross dichroic prism system, the back focus of the projection lens 112 can be shortened and the projection lens 112 and the liquid crystal display elements 105R and 105R can be compared with the above-mentioned mirror sequential system.
Since it is not necessary to obliquely insert the dichroic mirror between the G and 105B, it is possible to prevent the generation of astigmatism.
【0011】また、ミラー順次方式では、ダイクロイッ
クミラーのたわみなどにより、液晶表示素子がファイン
ピッチになると、3枚の液晶表示素子のコンバージェン
スにズレが生じてしまうという問題も有しているが、こ
のクロスダイクロイックプリズム方式では、クロスダイ
クロイックプリズム111を構成する4つの三角柱の側
面に誘電体多層膜を形成しているため、たわみなどの発
生がなく、コンバージェンス調整が正確にできるという
ような利点を有している。Further, in the mirror sequential system, there is a problem that when the liquid crystal display elements have a fine pitch due to the deflection of the dichroic mirror or the like, the convergence of the three liquid crystal display elements is deviated. In the cross dichroic prism method, since the dielectric multilayer film is formed on the side surfaces of the four triangular prisms that form the cross dichroic prism 111, there is an advantage that deflection does not occur and the convergence adjustment can be performed accurately. ing.
【0012】現在では、液晶表示素子が小型で画素ピッ
チの小さい高温p−Si液晶表示パネルを用いたプロジ
ェクションのほとんどにおいてこの方式が用いられてい
る。At present, this method is used in most projections using a high temperature p-Si liquid crystal display panel having a small liquid crystal display element and a small pixel pitch.
【0013】また、上述したような方式は、透過型の液
晶表示素子を用いたプロジェクションに採用されている
ものであるが、近年、反射型液晶表示素子を用いたプロ
ジェクションが発表、実用化されている。その光学シス
テムの一例を図30に示す。The above-mentioned method is adopted in a projection using a transmissive liquid crystal display element, but in recent years, a projection using a reflective liquid crystal display element has been announced and put into practical use. There is. An example of the optical system is shown in FIG.
【0014】この方式では、ダイクロイックミラー73
1、732により順次色分離を行い、それぞれの光を偏
光ビームスプリッタ(以下、PBSと呼ぶ。)303
R、303G、303Bに入射させる。PBS303
R、303G、303Bでは、入射光をP偏光とS偏光
とに分離し、一方の光を反射型液晶表示素子304R、
304G、304Bに入射せさせる。この反射型液晶表
示素子304R、304G、304Bで反射された光
は、再度PBS303R、303G、303Bに入射
し、反射型液晶表示素子304R、304G、304B
で偏光方向が変調された光のみ、クロスダイクロイック
プリズム111で合成され、投影レンズ112によりス
クリーンに投影される。In this system, the dichroic mirror 73
1, 732 sequentially performs color separation, and each light is polarized beam splitter (hereinafter referred to as PBS) 303.
It is made incident on R, 303G, and 303B. PBS303
In R, 303G, and 303B, incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light, and one light is reflected to the reflective liquid crystal display element 304R,
It is made incident on 304G and 304B. The light reflected by the reflective liquid crystal display elements 304R, 304G, 304B is incident on the PBSs 303R, 303G, 303B again, and the reflective liquid crystal display elements 304R, 304G, 304B.
Only the light whose polarization direction is modulated by is combined by the cross dichroic prism 111 and projected on the screen by the projection lens 112.
【0015】これらクロスダイクロイックプリズムで色
合成を行う透過型・反射型液晶表示素子を用いたプロジ
ェクションでは、後述する図4および図14に示すよう
な配置(クロスダイクロイックプリズムを構成する三角
柱の高さ方向と液晶表示素子の表示領域の短辺方向とを
一致させる配置)のものが実用化されている。In a projection using a transmissive / reflective liquid crystal display element for performing color combination with these cross dichroic prisms, an arrangement as shown in FIGS. 4 and 14 described later (in the height direction of the triangular prisms forming the cross dichroic prism) is used. And the arrangement in which the short side direction of the display area of the liquid crystal display element is aligned) has been put to practical use.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような投影型画像表示装置においては、以下に説明す
るような課題を有している。However, the above-mentioned projection type image display device has the following problems.
【0017】まず、特開平5−61129号公報や特開
平7−325283号公報に開示されている投影型画像
表示装置では、投影レンズと液晶表示素子との間の光路
上に、ガラスブロックを挿入する必要があるため、シス
テム自体の重量が非常に重くなるだけでなく、ダイクロ
イックミラーと比較すると非常に高価となってしまう。First, in the projection type image display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-611129 and 7-325283, a glass block is inserted in the optical path between the projection lens and the liquid crystal display element. Therefore, not only the weight of the system itself becomes very heavy, but also it becomes very expensive as compared with the dichroic mirror.
【0018】また、ガラスブロックによりバックフォー
カスを短くしたとしても、クロスダイクロイックプリズ
ムで一度に色合成を行う方式と比較すると、同じサイズ
の液晶表示素子を用いた場合約2倍の光路長が必要とな
り、その効果は小さなものとなってしまう。Further, even if the back focus is shortened by the glass block, compared with the method of performing color combination at once with the cross dichroic prism, when the liquid crystal display element of the same size is used, the optical path length of about twice is required. , Its effect will be small.
【0019】さらに、特開平7−325283号公報に
は、ミラー順次方式に反射型液晶表示素子を適用した場
合の投影型画像表示装置についても開示されているが、
この場合、光源からの自然光を振動方向が直交した直線
偏光に分離するPBSが、各液晶表示素子と投影レンズ
との間に必要となり、システムの重量がさらに重くなる
だけでなく、投影レンズのバックフォーカスもさらに長
くなってしまう。Further, Japanese Patent Laid-Open No. 7-325283 also discloses a projection type image display device in which a reflection type liquid crystal display element is applied to a mirror sequential system.
In this case, a PBS that separates natural light from the light source into linearly polarized light whose vibration directions are orthogonal is required between each liquid crystal display element and the projection lens, which not only makes the system heavier but also backs up the projection lens. The focus becomes even longer.
【0020】これらに対して、クロスダイクロイックプ
リズム方式では、クロスダイクロイックプリズムで一度
に色合成を行うため、バックフォーカスを非常に短くす
ることができ、かつ、非点収差の発生もない。しかしな
がら、この方式では、クロスダイクロイックプリズムの
価格がプリズムの体積に比例して高くなっていくため、
液晶表示素子のサイズが以下に示す理由により大きくな
ると価格の面で不利になるという問題を有している。特
に、PBSとクロスダイクロイックプリズムとの両方が
必要となる反射型液晶表示素子を用いたプロジェクショ
ンでは、PBSもクロスダイクロイックプリズムと同様
にほぼ体積に比例して価格が高くなっていくため、透過
型液晶表示素子を用いたプロジェクションよりも、さら
に価格の面で不利になってしまう。On the other hand, in the cross dichroic prism system, since the color composition is performed at once by the cross dichroic prism, the back focus can be made extremely short and astigmatism does not occur. However, in this method, the price of the cross dichroic prism increases in proportion to the prism volume,
If the size of the liquid crystal display device becomes large for the following reason, there is a problem in that it is disadvantageous in terms of price. In particular, in a projection using a reflection type liquid crystal display element that requires both a PBS and a cross dichroic prism, the price of the PBS also increases in proportion to the volume, similar to the cross dichroic prism. It is more disadvantageous in terms of price than the projection using a display element.
【0021】一般に、液晶表示素子には、マトリクス状
に規則的に配列された画素電極に3端子素子や非線形2
端子素子を設け、画像信号に対応した駆動電圧を印加す
ることによって液晶の光学特性を変化させ、画像や文字
などを表示するアクティブマトリクス方式のものが使用
される。In general, in a liquid crystal display device, pixel electrodes arranged regularly in a matrix form a three-terminal device or a non-linear device.
An active matrix type in which a terminal element is provided and an optical characteristic of liquid crystal is changed by applying a drive voltage corresponding to an image signal to display an image or a character is used.
【0022】このアクティブマトリクス方式の液晶表示
装置の場合には、MIM(金属−絶縁体−金属)素子や
TFT(薄膜トランジスタ)素子などのスイッチング素
子と、画素電極に駆動電圧を供給するための配線電極と
を設ける必要がある。In the case of this active matrix type liquid crystal display device, switching elements such as MIM (metal-insulator-metal) elements and TFT (thin film transistor) elements and wiring electrodes for supplying a driving voltage to the pixel electrodes. And must be provided.
【0023】このスイッチング素子に強い光が入射して
しまうと、OFF状態における素子抵抗が下がり、電圧
印加時に充電した電荷が放電されるだけでなく、前記ス
イッチング素子や配線電極が形成された領域に存在する
液晶部分には、正規の駆動電圧が印加されず、本来の表
示動作が実行されなくなってしまい、黒状態でも光が漏
れてコントラスト比が低下するという難点を有してい
る。When strong light enters this switching element, the element resistance in the OFF state is lowered, and not only the electric charge charged when a voltage is applied is discharged, but also the area where the switching element and the wiring electrode are formed is discharged. The existing drive voltage is not applied to the existing liquid crystal portion, the original display operation is not performed, and light leaks even in the black state, and the contrast ratio is lowered.
【0024】したがって、図31に示すように、TFT
801などのスイッチング素子および画素電極が設けら
れたTFT基板と液晶層を挟んで対向する対向基板に
は、ブラックマトリクス802と称される遮光手段を設
けて、上述した光入射領域に入射する光を遮断する必要
がある。よって、このような液晶表示素子の場合には、
各々遮光性のあるTFT801、ゲートバスライン80
3およびソースバスライン804に加えて、ブラックマ
トリクス802によっても遮光されるため、画素の領域
中に占める有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さ
くなってしまう。Therefore, as shown in FIG.
A light shielding unit called a black matrix 802 is provided on the counter substrate that faces the TFT substrate provided with the switching element such as 801 and the pixel electrode with the liquid crystal layer interposed therebetween, and the light incident on the light incident region described above is provided. Need to shut off. Therefore, in the case of such a liquid crystal display element,
TFT 801 and gate bus line 80, each of which has a light shielding property
In addition to 3 and the source bus line 804, light is shielded by the black matrix 802, so that the area of the effective pixel opening in the pixel region, that is, the aperture ratio becomes small.
【0025】さらに、これらスイッチング素子や配線電
極は、その電気的性能や製造技術などの制約から、ある
程度以下の大きさで形成することは非常に困難となって
いる。よって、液晶表示素子の高精細化、小型化に伴っ
て、画素電極のピッチが小さくなるほど開口率がさらに
低下してしまう。Furthermore, it is very difficult to form these switching elements and wiring electrodes in a size below a certain level due to restrictions on their electrical performance and manufacturing technology. Therefore, as the pitch of the pixel electrodes becomes smaller, the aperture ratio further decreases as the resolution and size of the liquid crystal display element become smaller.
【0026】このため、液晶表示素子が高精細化する
と、開口率を確保するために、パネルサイズを大きくす
る必要がある。上述した液晶表示パネルサイズの大型化
は、反射型液晶表示素子についても同様である。Therefore, as the liquid crystal display device becomes finer, it is necessary to increase the panel size in order to secure the aperture ratio. The increase in the size of the liquid crystal display panel described above also applies to the reflective liquid crystal display element.
【0027】さらに、この方式では、ミラー順次方式で
行われているような投影レンズに対して光を集光させて
入射させると、画面内での色むらや色純度、明るさの低
下などが発生して、表示特性が大きく低下するため、液
晶表示素子を通過した光を蹴られることなく、投影レン
ズに入射させるためには、投影レンズの口径とクロスダ
イクロイックプリズム、PBSを図32(a)(b)
(図中では緑の光路のみ図示)に示すように、液晶表示
素子105Gの端から出た広がり角θを有する光を全て
取り込めるように大型化しなくてはならず、大幅なコス
トアップとなってしまう。Further, in this method, when light is condensed and made incident on a projection lens as in the mirror sequential method, color unevenness, color purity, brightness deterioration, etc. within the screen may occur. Since the display characteristics are greatly deteriorated, the light passing through the liquid crystal display element is not blocked and is allowed to enter the projection lens. In order to make the diameter of the projection lens, the cross dichroic prism, and the PBS shown in FIG. (B)
As shown in (only the green optical path is shown in the figure), the size must be increased so that all the light having the divergence angle θ emitted from the end of the liquid crystal display element 105G can be taken in, resulting in a significant cost increase. I will end up.
【0028】このとき、投影レンズに対して光を集光さ
せて入射させることができない理由としては、クロスダ
イクロイックプリズムの誘電体膜に勾配をつけることが
非常に困難であるということが挙げられる。このクロス
ダイクロイックプリズムは、図33に示すように、4つ
の三角柱の向かい合う側面のどちらかに誘電体多層膜を
形成し、4つの三角柱の頂点を精度良く貼り合わせて構
成されるものである。よって、膜aと膜a´および膜b
と膜b´は、異なる三角柱に形成された同じ色を反射す
る膜となる。これらの異なる三角柱の面に連続的に勾配
をつけて誘電体多層膜を形成するのは実質上困難であ
り、膜aと膜a´(または膜bと膜b´)との境界で不
連続となり、スクリーン上においてもこの境界線が映し
出されてしまい表示品位が損なわれるという問題を有し
ている。At this time, the reason why the light cannot be condensed and made incident on the projection lens is that it is very difficult to make a gradient in the dielectric film of the cross dichroic prism. As shown in FIG. 33, this cross dichroic prism is formed by forming a dielectric multilayer film on one of the opposite side surfaces of four triangular prisms and accurately bonding the vertices of the four triangular prisms. Therefore, the film a, the film a ′, and the film b
And the film b'become films that are formed in different triangular prisms and reflect the same color. It is practically difficult to form a dielectric multilayer film by continuously grading the surfaces of these different triangular prisms, and it is discontinuous at the boundary between the film a and the film a ′ (or the film b and the film b ′). Therefore, there is a problem in that this boundary line is displayed on the screen and the display quality is impaired.
【0029】本発明は、上述したような問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的は、小型、軽
量、低コスト、かつ表示品位が良く、明るい投影型画像
表示装置を実現することにある。The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to realize a small size, light weight, low cost, good display quality, and bright projection type image display device. Especially.
【0030】[0030]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の投影型画像表示装置は、光源と、該光源からの光を
赤、緑、青の光束に分離する色分離手段と、該色分離手
段によって分離された赤、緑、青の光束のそれぞれに対
応した画像表示手段と、該画像表示手段により画像信号
に合わせて変調された光を合成するクロスダイクロイッ
クプリズムと、該クロスダイクロイックプリズムで合成
された光を投影する投影手段とを備えた投影型画像表示
装置において、前記画像表示手段の画像表示を行う領域
の長辺方向の向きと、前記クロスダイクロイックプリズ
ムを形成する3角柱の高さ方向の向きとを略一致させて
構成していることを特徴としており、そのことにより、
上記目的を達成する。A projection type image display apparatus according to claim 1 of the present invention comprises a light source, color separation means for separating light from the light source into red, green and blue light fluxes, and Image display means corresponding to each of the red, green, and blue light beams separated by the color separation means, a cross dichroic prism for synthesizing light modulated according to the image signal by the image display means, and the cross dichroic prism In a projection type image display device provided with a projection means for projecting the light combined in step 3, the direction of the long side of the area where the image is displayed by the image display means, and the height of the triangular prism forming the cross dichroic prism. It is characterized in that it is configured so that the direction of the vertical direction is substantially the same, and by that,
To achieve the above objectives.
【0031】また、前記光源からの光を偏光方向に応じ
て反射または透過する偏光選択反射手段をさらに備える
とともに、前記画像表示手段が反射型画像表示素子であ
ることにより、上記目的を達成する。Further, the above-mentioned object is achieved by further comprising a polarization selective reflection means for reflecting or transmitting the light from the light source according to the polarization direction, and the image display means being a reflection type image display element.
【0032】また、前記画像表示手段への信号入力端子
が、該画像表示手段の表示領域の短辺方向に形成されて
いることが望ましい。Further, it is desirable that the signal input terminal to the image display means is formed in the short side direction of the display area of the image display means.
【0033】さらに、前記クロスダイクロイックプリズ
ムに入射する光が、該クロスダイクロイックプリズムの
光出射面よりも前記投影レンズ側に集光点を有する収束
光であることにより、上記目的を達成する。Further, the light incident on the cross dichroic prism is a convergent light having a condensing point on the projection lens side with respect to the light emitting surface of the cross dichroic prism, thereby achieving the above object.
【0034】以下、本発明の作用について説明する。The operation of the present invention will be described below.
【0035】本発明の請求項1に記載の構成によれば、
画像表示手段の画像表示を行う有効領域の長辺方向の向
きと、クロスダイクロイックプリズムを形成する3角柱
の高さ方向の向きとを略一致させていることにより、投
影レンズのバックフォーカスを短縮することができ、小
型化、低コスト化を図ることができる。According to the configuration of claim 1 of the present invention,
By making the direction of the long side of the effective area for image display of the image display means substantially coincide with the direction of the height of the triangular prism forming the cross dichroic prism, the back focus of the projection lens is shortened. Therefore, it is possible to reduce the size and cost.
【0036】ここで、図20(a)に示すように、画像
表示手段105と投影レンズ112との距離(投影レン
ズのバックフォーカス)bに大きく影響するのは、クロ
スダイクロイックプリズム111のLの距離であり、こ
の距離Lは画像表示手段105のLの方向と平行な方向
の表示領域の大きさによって決まる。Here, as shown in FIG. 20A, the distance b between the image display means 105 and the projection lens 112 (back focus of the projection lens) b is greatly influenced by the distance L of the cross dichroic prism 111. This distance L is determined by the size of the display area in the direction parallel to the L direction of the image display means 105.
【0037】よって、図20(b)に示すように、画像
表示手段105の表示領域の短辺方向を上記Lの方向と
一致させておけば、L´<Lとなり、画像表示手段10
5と投影レンズ112との距離を短くすることができ
る。Therefore, as shown in FIG. 20B, if the direction of the short side of the display area of the image display means 105 is made to coincide with the direction of L, L '<L, and the image display means 10
5 and the projection lens 112 can be shortened.
【0038】なお、画像表示手段105の短辺方向とク
ロスダイクロイックプリズム111のL´の方向とを一
致させることにより、クロスダイクロイックプリズム1
11を構成する三角柱の高さ方向のサイズは逆に長くな
るが、例えば、アスペクト比が3:4の画像表示素子を
用いた場合には、クロスダイクロイックプリズム111
を構成する三角柱の高さとL´との比は、おおむね4:
3となり、本発明の構成を適用した方が、その体積は約
25%小さくなる。The cross dichroic prism 1 is made to match the short side direction of the image display means 105 and the L'direction of the cross dichroic prism 111.
The size in the height direction of the triangular prism constituting 11 is increased on the contrary. For example, when an image display element having an aspect ratio of 3: 4 is used, the cross dichroic prism 111 is used.
The ratio between the height of the triangular prism and L'is approximately 4:
3, the volume is about 25% smaller when the configuration of the present invention is applied.
【0039】また、クロスダイクロイックプリズム11
1は、先に述べたように、その体積にほぼ比例してコス
トがアップするものである。よって、本発明の構成を適
用することで、クロスダイクロイックプリズム111自
体の低コスト化も図ることができる。上記クロスダイク
ロイックプリズム111のコストダウンの効果は、アス
ペクト比が3:4の画像表示素子を用いた場合を例に説
明したが、アスペクト比が16:9の画像表示素子を用
いた場合を同様に考えると、クロスダイクロイックプリ
ズム111の体積は、約44%も小さくすることがで
き、コストもこれに合わせて安くなるため、アスペクト
比が3:4の画像表示素子を用いた場合よりもさらに効
果がある。Further, the cross dichroic prism 11
As described above, 1 increases the cost almost in proportion to the volume. Therefore, the cost of the cross dichroic prism 111 itself can be reduced by applying the configuration of the present invention. The cost reduction effect of the cross dichroic prism 111 has been described by using an image display element having an aspect ratio of 3: 4 as an example, but the same effect can be obtained when an image display element having an aspect ratio of 16: 9 is used. Considering this, the volume of the cross dichroic prism 111 can be reduced by about 44%, and the cost can be reduced accordingly. Therefore, it is more effective than the case where the image display device having the aspect ratio of 3: 4 is used. is there.
【0040】本発明の請求項2に記載の構成によれば、
これまで図21(a)に示すように、反射型画像表示素
子304を用いたプロジェクションでは、光源からの光
をその偏光方向に応じて分離および合成するPBS30
3が必要となるため、透過型の画像表示素子を用いたプ
ロジェクションと比べると、このPBS303の分だけ
投影レンズ112のバックフォーカスbが長くなってし
まう。このバックフォーカスbの長さを決めるのは、図
中に示したPBS303とクロスダイクロイックプリズ
ム111におけるLとNとの長さである。According to the configuration of claim 2 of the present invention,
Up to now, as shown in FIG. 21A, in the projection using the reflective image display element 304, the PBS 30 for separating and synthesizing the light from the light source according to the polarization direction thereof.
Since 3 is required, the back focus b of the projection lens 112 becomes longer as much as the PBS 303 than in the projection using the transmissive image display element. The length of the back focus b is determined by the lengths of L and N in the PBS 303 and the cross dichroic prism 111 shown in the figure.
【0041】このような反射型画像表示素子304を用
いたプロジェクションにおいても、本発明を適用する
と、図21(b)に示すL´、N´をL´<L、N´<
Nとすることができ、PBS303とクロスダイクロ
イックプリズム111の投影レンズ112のバックフォ
ーカスに影響を与える方向のサイズを小さくすることが
できるため、投影レンズ112のバックフォーカスをさ
らに短くすることが可能となり、装置の小型、低コスト
化を図ることができる。When the present invention is applied to a projection using such a reflective image display device 304, L'and N'shown in FIG. 21 (b) are replaced by L '<L, N'<.
Since the size of the PBS 303 and the cross dichroic prism 111 in the direction influencing the back focus of the projection lens 112 can be reduced, the back focus of the projection lens 112 can be further shortened. The size and cost of the device can be reduced.
【0042】さらに、反射型画像表示素子304を用い
たプロジェクションでは、PBS303が追加されてい
る分コストアップとなってしまうが、PBS303もク
ロスダイクロイックプリズム111と同様に、その体積
にほぼ比例してコストがアップするため、本発明の構成
を適用することで、上述した請求項1において説明した
クロスダイクロイックプリズム111のコストダウンと
同様に、PBS303とクロスダイクロイックプリズム
111との両方のコストダウンを図ることが可能となっ
ている。Further, in the projection using the reflection type image display element 304, the cost is increased due to the addition of the PBS 303, but the PBS 303, like the cross dichroic prism 111, has a cost almost proportional to its volume. Therefore, by applying the configuration of the present invention, it is possible to reduce the cost of both the PBS 303 and the cross dichroic prism 111 in the same manner as the cost reduction of the cross dichroic prism 111 described in claim 1 above. It is possible.
【0043】なお、本発明では、3つのPBS303
R、303G、303Bと1つのクロスダイクロイック
プリズム111を組み合わせた場合について説明した
が、例えば図22(a)(b)(c)に示すように、P
BS303とダイクロイックミラー、PBS303とフ
ィリップスタイプのプリズム901、および1つのPB
S303と1つのクロスダイクロイックプリズム111
を用いた場合などにも有効である。In the present invention, the three PBSs 303 are used.
The case where R, 303G, 303B and one cross dichroic prism 111 are combined has been described, but as shown in FIGS. 22 (a) (b) (c), for example, P
BS303 and dichroic mirror, PBS303 and Philips type prism 901, and one PB
S303 and one cross dichroic prism 111
Is also effective when using.
【0044】本発明の請求項3に記載の構成によれば、
画像表示素子への信号入力端子が画像表示素子の表示領
域の長辺方向に形成されている場合には、一般に図23
に示す画像表示素子の概念図のように、画像表示素子を
駆動するためのケーブルが長辺方向に設置されている。According to the configuration of claim 3 of the present invention,
When the signal input terminal to the image display element is formed in the long side direction of the display area of the image display element, generally, FIG.
As shown in the conceptual diagram of the image display element shown in FIG. 3, a cable for driving the image display element is installed in the long side direction.
【0045】このケーブルは、Flexible Pr
inted Circuit ケーブル(以下、FPC
と呼ぶ。)と呼ばれ、折り曲げ可能なプリント基板であ
るが、極端な角度に曲げると断線などが発生するため、
上記画像表示素子を請求項1、2に示した光学系に適用
すると、図24(a)(b)に示すように、FPCを折
り曲げるために必要な空間を確保しないと、光が通過す
る光路上(図中、光軸に沿った点線内)のFPCが光路
上にかかってしまい光を遮ってしまう。This cable is a Flexible Pr
integrated Circuit cable (hereinafter, FPC
Call. ), It is a foldable printed circuit board, but if it is bent at an extreme angle, wire breakage etc. will occur, so
When the image display device is applied to the optical system according to claims 1 and 2, as shown in FIGS. 24 (a) and 24 (b), if the space necessary for bending the FPC is not secured, the light passing through the light is transmitted. The FPC on the road (inside the dotted line along the optical axis in the figure) falls on the optical path and blocks light.
【0046】しかしながら、このための空間を確保しよ
うとすると、反射型画像表示素子を用いたプロジェクシ
ョンでは、投影レンズのバックフォーカスが長くなるだ
けでなく、システム全体が大きくなってしまい、コスト
が大幅にアップしてしまう。また、透過型画像表示素子
を用いたプロジェクションでも、同様にシステムの大型
化に伴いコストがアップしてしまう。However, in order to secure a space for this purpose, in the projection using the reflection type image display device, not only the back focus of the projection lens becomes long, but also the entire system becomes large, resulting in a large cost. I will upload it. Further, even in the projection using the transmissive image display element, the cost similarly increases as the system becomes larger.
【0047】また、画像表示素子に入射した光は、主光
線に対してある程度の広がり角を有しているため、PB
S303やクロスダイクロイックプリズム111は、図
32(b)に示すように画像表示素子の周辺に入射した
光が全て通過できるように設計すると、画像表示素子か
ら離れるにしたがって、そのサイズを大きくしなければ
ならない。このため、これらの部品の間隔が大きくなる
と、PBS303やクロスダイクロイックプリズム11
1自体も大型化することになる。Since the light incident on the image display element has a divergence angle with respect to the principal ray to some extent, PB
If the S303 and the cross dichroic prism 111 are designed so that all the light incident on the periphery of the image display element can pass therethrough as shown in FIG. 32 (b), the size must be increased as the distance from the image display element increases. I won't. Therefore, when the distance between these components becomes large, the PBS 303 and the cross dichroic prism 11
The number 1 itself will also become larger.
【0048】これに対して本発明では、画像表示手段へ
の信号入力端子を画像表示手段の短辺方向に形成してい
るため、FPCを例えば図1や図9に示す投影型画像表
示装置の紙面に対して垂直方向に取り出すことができる
ため、折り曲げるための領域を作る必要が無い。よっ
て、無駄な空間を作ることなく光学部品を配置すること
ができ、光学系のコンパクト化を図ることが可能となっ
ている。さらに、反射型画像表示素子を用いたプロジェ
クションでは、投影レンズのバックフォーカスを光学部
品のサイズによる限界にまで短くすることができるた
め、さらにコストダウンを図ることが可能となってい
る。また、PBS303やクロスダイクロイックプリズ
ム111自体の小型化を図ることができるため、さらな
る低コスト化が可能となる。On the other hand, in the present invention, since the signal input terminal to the image display means is formed in the short side direction of the image display means, the FPC of the projection type image display apparatus shown in FIGS. 1 and 9 is used. Since it can be taken out in the direction perpendicular to the paper surface, there is no need to make a region for bending. Therefore, the optical components can be arranged without creating a useless space, and the optical system can be made compact. Further, in the projection using the reflection type image display element, the back focus of the projection lens can be shortened to the limit depending on the size of the optical component, so that the cost can be further reduced. Further, since the PBS 303 and the cross dichroic prism 111 themselves can be downsized, the cost can be further reduced.
【0049】本発明の請求項4に記載の構成によれば、
通常、色合成用のクロスダイクロイックプリズム111
の反射面には、入射角依存性があるため、収束光を入射
した場合には、反射面での分光特性が変化し、画面内で
色むらや色純度の低下が発生する。この理由としては、
TiO2やSiO2などの誘電体膜が多層コートされた反
射面にある特定の角度から光が入射した際に、特定の波
長帯域のみ反射または通過するように誘電体膜の膜厚は
設計されるが、光の入射角が変わると、実質的に光が通
過する膜厚が変化するためである。According to the configuration of claim 4 of the present invention,
Usually, a cross dichroic prism 111 for color combination
Since the reflective surface has an incident angle dependency, when the convergent light is incident, the spectral characteristic on the reflective surface changes, and color unevenness and a decrease in color purity occur in the screen. The reason for this is
The film thickness of the dielectric film is designed so that only a specific wavelength band is reflected or transmitted when light is incident from a specific angle on the reflective surface coated with a multilayered dielectric film such as TiO 2 or SiO 2. However, this is because the film thickness through which light passes substantially changes when the incident angle of light changes.
【0050】例えば、図25に示すように、Aの方向か
ら入射した光に対して分光特性が最適化された誘電体多
層膜に、A´の方向から光が入射した場合には、誘電体
膜中をAとA´の方向から入射した光とでは、誘電体膜
中を通過する距離が異なり(この図25の場合は、A´
の方向から入射した光の方が、Aの方向から入射した光
より、膜中を通過する距離が短い)、分光特性も変化す
る。なお、図25では、説明のため誘電体膜は一層のみ
記載しているが、実際には、TiO2やSiO2などの層
が多層コートされている。For example, as shown in FIG. 25, when light is incident from the direction A'to a dielectric multilayer film having spectral characteristics optimized for light incident from the direction A, the dielectric The light passing through the dielectric film in the directions A and A'has different distances (in the case of FIG. 25, A ').
The light incident from the direction A has a shorter distance to pass through the film than the light incident from the direction A), and the spectral characteristics also change. Although only one dielectric film is shown in FIG. 25 for the sake of explanation, in practice, a layer such as TiO 2 or SiO 2 is multilayer-coated.
【0051】このように、画像表示素子105からの出
射光を集光させてクロスダイクロイックプリズム111
に入射させた場合、その集光角は画像表示素子105の
長辺方向からの光の方が、短辺方向からの光より大きく
なる。In this way, the light emitted from the image display element 105 is condensed and the cross dichroic prism 111 is used.
When the light is incident on the image display element 105, the light collecting angle becomes larger in the light from the long side direction of the image display element 105 than in the light from the short side direction.
【0052】ここで、クロスダイクロイックプリズム1
11に対して、例えば図4に記載したように画像表示素
子105を配置した場合は、画像表示素子105の中心
から出射した光が、設計された角度でクロスダイクロイ
ックプリズム111に入射するため、クロスダイクロイ
ックプリズム111の分光特性は変化しない。ところ
が、画像表示素子105の長辺方向の端になるほど入射
角度は変化し、上述したように分光特性が変化してしま
う。Here, the cross dichroic prism 1
11, for example, when the image display element 105 is arranged as shown in FIG. 4, the light emitted from the center of the image display element 105 is incident on the cross dichroic prism 111 at a designed angle. The spectral characteristic of the dichroic prism 111 does not change. However, the incident angle changes toward the end of the image display element 105 in the long side direction, and the spectral characteristic changes as described above.
【0053】これに対して本発明のように、例えば図2
に記載したような方向に画像表示素子105を配置した
プロジェクションに収束光を入射させると、短辺方向の
端になるほど光の入射角は変化するが、上述した図4に
示すように画像表示素子105を配置するよりも、辺の
長さが短い分、クロスダイクロイックプリズム111の
光反射面に対する光の入射角度の変化が少なく、分光特
性のシフト量も少ない。On the other hand, as shown in FIG.
When converging light is made incident on the projection in which the image display element 105 is arranged in the direction as described in (1), the incident angle of light changes toward the end in the short side direction, but as shown in FIG. Since the side length is shorter than the arrangement of 105, the change in the incident angle of light with respect to the light reflecting surface of the cross dichroic prism 111 is small and the shift amount of the spectral characteristic is small.
【0054】一方、上述した図2に示すように配置した
場合、長辺方向に対しては、辺の長さが長くなった分、
クロスダイクロイックプリズム111の光反射面に対す
る光の入射角度の変化は大きいが、この方向から入射す
る光は、光反射面に対する入射方向は変化するが、入射
角度はほとんど変化せず、分光特性のシフトはほとんど
無い。On the other hand, in the case of arranging as shown in FIG. 2 described above, the length of the side becomes longer in the long side direction,
Although the incident angle of light on the light reflecting surface of the cross dichroic prism 111 is largely changed, light incident from this direction changes its incident direction on the light reflecting surface, but the incident angle hardly changes, and the spectral characteristic shifts. There is almost no.
【0055】よって、本発明のような構成に画像表示素
子105を配置することで、収束光をクロスダイクロイ
ックプリズム111に入射させても、赤、緑、青のそれ
ぞれの色純度の低下や色むらの発生が最小限に抑えられ
る。また、収束光を入射することにより、図32(a)
に示すように、従来では主光線に対して広がり角を有す
る光も蹴られることなく、投影レンズ112に入射させ
るためには、クロスダイクロイックプリズム111のサ
イズや投影レンズ112のサイズを大きくしなければな
らなかったが、本発明の構成を適用することにより、図
26に示すように、収束光をクロスダイクロイックプリ
ズム111に入射させることができるため、クロスダイ
クロイックプリズム111および投影レンズ112の小
型化を図ることができるだけでなく、クロスダイクロイ
ックプリズム111の小型化により、投影レンズ112
のバックフォーカスをさらに短くすることができ、シス
テムの小型、軽量、低コスト化に対して、非常に大きな
効果を奏することとなる。Therefore, by disposing the image display element 105 in the structure as in the present invention, even if the convergent light is incident on the cross dichroic prism 111, the color purity of red, green, and blue is reduced and the color unevenness is caused. Occurrence of is minimized. In addition, by inputting convergent light, FIG.
As shown in FIG. 3, in order to make the light having a divergence angle with respect to the principal ray incident on the projection lens 112 without hitting, the size of the cross dichroic prism 111 or the size of the projection lens 112 must be increased. However, by applying the configuration of the present invention, the converged light can be incident on the cross dichroic prism 111 as shown in FIG. 26, so that the cross dichroic prism 111 and the projection lens 112 can be downsized. Not only is it possible to reduce the size of the cross dichroic prism 111, but
The back focus can be further shortened, which is extremely effective in reducing the size, weight and cost of the system.
【0056】上述したように、本発明の作用について
は、透過型画像表示素子を用いたプロジェクションを中
心に説明してきたが、例えば図17に示すように、反射
型画像表示素子304を用いたプロジェクションに本発
明を適用した場合にも、上述したクロスダイクロイック
プリズム111および投影レンズ112の小型化、投影
レンズ112のバックフォーカスを短くすることができ
るというような効果を奏している。As described above, the operation of the present invention has been described focusing on the projection using the transmissive image display element. For example, as shown in FIG. 17, the projection using the reflective image display element 304 is used. Even when the present invention is applied to, there is an effect that the cross dichroic prism 111 and the projection lens 112 described above can be downsized, and the back focus of the projection lens 112 can be shortened.
【0057】また、PBS303の偏光分離特性におい
ても、本発明にような構成とすることにより、クロスダ
イクロイックプリズム111と同様に、短辺方向の端に
なるほどPBS303に対する光の入射角は変化する
が、長辺方向ほど大きく変化しない。クロスダイクロイ
ックプリズム111の場合は、入射角の変化が主に色純
度および色ムラに影響したが、PBS303の場合は、
主に偏光分離特性に影響し、光利用率の低下を招く。よ
って、本発明を適用することにより、この光利用率の低
下を低減することができる。なお、反射型画像表示素子
304の長辺方向に対しては、集光角は大きくなるが、
これについてもクロスダイクロイックプリズム111と
同様に、PBS303の光反射面に対する入射方向は大
きく変化するが、入射角度自体はほとんど変化せず、偏
光分離特性への影響は少ない。そして、PBS303自
体の小型化を図ることが可能であり大きなコストダウン
につながる。Also, with respect to the polarization separation characteristic of the PBS 303, by adopting the configuration according to the present invention, as with the cross dichroic prism 111, the incident angle of light on the PBS 303 changes toward the end in the short side direction, Does not change as much as the long side direction. In the case of the cross dichroic prism 111, the change of the incident angle mainly affected the color purity and the color unevenness, but in the case of the PBS 303,
It mainly affects the polarization separation characteristics and causes a decrease in the light utilization rate. Therefore, by applying the present invention, it is possible to reduce the decrease in the light utilization rate. Note that although the converging angle becomes large in the long side direction of the reflective image display element 304,
Similarly to the cross dichroic prism 111, the incident direction of the PBS 303 with respect to the light reflecting surface changes greatly, but the incident angle itself hardly changes, and the influence on the polarization separation characteristic is small. Further, the PBS 303 itself can be downsized, which leads to a large cost reduction.
【0058】[0058]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて具体的に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
【0059】(実施の形態1)図1は、本発明の投影型
カラー画像表示装置を示す模式図である。本実施の形態
1では、光源101として、150W、アーク長2mm
のメタルハライドランプを用いた。この光源101とし
ては、この他にハロゲンランプやキセノンランプなどを
用いることができる。そして、光源101の背面には、
光源101からの光を略平行光として出射するための放
物面鏡102が配置されている。(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view showing a projection type color image display device of the present invention. In the first embodiment, the light source 101 is 150 W and the arc length is 2 mm.
The metal halide lamp of was used. As the light source 101, a halogen lamp, a xenon lamp, or the like can be used instead. And on the back of the light source 101,
A parabolic mirror 102 for emitting the light from the light source 101 as substantially parallel light is arranged.
【0060】このような光源101の前方には、光源1
01からの白色光の内、赤の波長帯域の光を透過させ、
緑、青の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラー
103が配置されている。このダイクロイックミラー1
03を透過した赤の光は、反射ミラー104により反射
され、フィールドレンズ106Rと偏光板(図示せず)
を通過した後、液晶表示パネル105Rに入射する。In front of such a light source 101, the light source 1
Of the white light from 01, the light in the red wavelength band is transmitted,
A dichroic mirror 103 that reflects light in the green and blue wavelength bands is arranged. This dichroic mirror 1
The red light that has passed through 03 is reflected by the reflection mirror 104, and the field lens 106R and the polarizing plate (not shown).
And then enters the liquid crystal display panel 105R.
【0061】一方、ダイクロイックミラー103で反射
された緑、青の波長帯域の光は、青の波長帯域の光を透
過し、緑の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラ
ー107に入射し、緑の光はフィールドレンズ106G
と偏光板(図示せず)を通過した後、液晶表示パネル1
05Gに入射する。また、ダイクロイックミラー107
を透過した青の光は、リレーレンズ108および反射ミ
ラー109、110を介して、偏光板(図示せず)を通
過した後、液晶表示パネル105Bに入射する。On the other hand, the light in the green and blue wavelength bands reflected by the dichroic mirror 103 is incident on the dichroic mirror 107 which transmits light in the blue wavelength band and reflects light in the green wavelength band, and Light is field lens 106G
And the liquid crystal display panel 1 after passing through a polarizing plate (not shown).
It is incident on 05G. In addition, the dichroic mirror 107
The blue light that has passed through passes through a polarizing plate (not shown) via the relay lens 108 and the reflection mirrors 109 and 110, and then enters the liquid crystal display panel 105B.
【0062】この液晶表示パネル105は、図2に示す
ように、色合成用クロスダイクロイックプリズム111
を構成する三角柱の高さ方向とパネルの表示領域の長辺
方向とを一致させて配置している。As shown in FIG. 2, the liquid crystal display panel 105 includes a color combining cross dichroic prism 111.
The height direction of the triangular prisms forming the and the long side direction of the display area of the panel are aligned with each other.
【0063】そして、液晶表示パネル105R、105
G、105Bを通過して、その偏光方向が変調された光
は、液晶表示パネル105R、105G、105Bの出
射側に配置された偏光板を通過した後、クロスダイクロ
イックプリズム111に入射する。Then, the liquid crystal display panels 105R, 105
The light, which has passed through G and 105B and has its polarization direction modulated, passes through the polarizing plates arranged on the exit side of the liquid crystal display panels 105R, 105G, and 105B, and then enters the cross dichroic prism 111.
【0064】なお、本実施の形態1では、クロスダイク
ロイックプリズム111には、図3に示すように、主光
線が光軸に対してほぼ平行な光を入射させた。そして、
その後、この光はクロスダイクロイックプリズム111
により合成されて、投影レンズ112に入射する。In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the cross dichroic prism 111 is made incident with light whose principal ray is substantially parallel to the optical axis. And
After that, this light is transmitted to the cross dichroic prism 111.
Are combined with each other and enter the projection lens 112.
【0065】本実施の形態1では、液晶表示パネル10
5として、1.3型XGAパネル(1024×768ド
ット)を用いた。なお、FPC113の取り付け方向
は、液晶表示パネルの短辺方向となるようにパネルを設
計した。よって、FPC113は、図1において紙面に
対して、垂直方向に取り出すことができる。In the first embodiment, the liquid crystal display panel 10 is used.
As No. 5, a 1.3-inch XGA panel (1024 × 768 dots) was used. The panel was designed so that the FPC 113 was attached in the short side direction of the liquid crystal display panel. Therefore, the FPC 113 can be taken out in the direction perpendicular to the paper surface in FIG.
【0066】また、光源101の近傍には、パネル面の
照度分布の均一化を目的として、レンズを2次元に配列
させたフライアイレンズ114を用いた。In the vicinity of the light source 101, a fly-eye lens 114 in which lenses are two-dimensionally arranged is used for the purpose of making the illuminance distribution on the panel surface uniform.
【0067】上述したような条件により光学系を構成し
たところ、明るく、コントラストが良い画像が得られ、
かつ、図4に示すように液晶表示パネルの短辺方向をク
ロスダイクロイックプリズム111を構成する三角柱の
高さ方向と一致するように配置したときと比べて、クロ
スダイクロイックプリズム111を25%程度小さくす
ることができ、かつ、FPC113の取り付け方向を、
液晶表示パネルの短辺方向となるようにしたため、無駄
なスペースを作ることなく光学部品を配置することがで
き、投影レンズ112のバックフォーカスを短くするこ
とが可能となるため、システムの大幅な小型化、および
低コスト化を図ることが可能となった。When the optical system is constructed under the above conditions, a bright image with good contrast can be obtained.
In addition, the cross dichroic prism 111 is made smaller by about 25% as compared with the case where the short side direction of the liquid crystal display panel is arranged so as to coincide with the height direction of the triangular prism forming the cross dichroic prism 111 as shown in FIG. And the mounting direction of the FPC 113 can be
Since it is arranged in the short side direction of the liquid crystal display panel, it is possible to arrange the optical components without creating a wasteful space, and it is possible to shorten the back focus of the projection lens 112, thereby significantly reducing the system size. It has become possible to reduce costs and reduce costs.
【0068】なお、本実施の形態1では、ダイクロイッ
クミラー103で赤の光を透過、緑と青の光を反射させ
たが、青を透過、緑と赤を反射させるなど、あらゆる組
み合わせを取ることができ、例えば図5に示すような構
成としても良い。このような場合には、図1に示すよう
な構成では、3枚のパネルの内、一枚のパネルの光源か
らの光路長が長くなり、その間での光ロスが発生するた
め、このまま光を合成するとホワイトバランスがずれて
しまうため、リレーレンズ108で光をパネル面まで伝
達させる方法が用いられているが、レンズの収差や表面
反射などにより、完全に光ロスをなくすことはできな
い。また、リレーレンズ108を用いることにより、そ
の分だけコスト高となってしまう。In the first embodiment, the dichroic mirror 103 transmits red light and reflects green and blue light. However, any combination such as blue transmission and green and red reflection may be used. However, the configuration shown in FIG. 5 may be adopted. In such a case, in the configuration as shown in FIG. 1, the optical path length from the light source of one panel among the three panels becomes long, and light loss occurs between them, so that the light is not changed as it is. Since white balance shifts when combined, the method of transmitting light to the panel surface by the relay lens 108 is used, but it is not possible to completely eliminate light loss due to lens aberration and surface reflection. Further, the use of the relay lens 108 increases the cost accordingly.
【0069】これに対して、図5に示す構成では、光源
からの光を3原色に分離する方法として、クロスダイク
ロイックミラーまたはクロスダイクロイックプリズム2
01にて、進行方向が同じ2色の光(緑、赤又は青)
と、略反対方向に進行する他の一色の光(青又は赤)と
に分離する。そして、さらにダイクロイックミラー20
2により緑を反射する。On the other hand, in the structure shown in FIG. 5, as a method of separating the light from the light source into the three primary colors, the cross dichroic mirror or the cross dichroic prism 2 is used.
At 01, two colors of light with the same traveling direction (green, red or blue)
And light of one color (blue or red) that travels in substantially the opposite direction. And further dichroic mirror 20
2 reflects green.
【0070】上述したような構成をとることによって、
光源1から液晶表示パネル105R、105G、105
Bまでの間のそれぞれの光路長(空気中での換算値)を
ほぼ等距離とすることが可能となる。このことにより、
従来発生していた光ロスがなくなり、ホワイトバランス
の良い画像を実現できるだけでなく、リレーレンズが必
要無いため、低コスト化を図ることも可能となる。By adopting the configuration as described above,
From the light source 1 to the liquid crystal display panels 105R, 105G, 105
It is possible to make the respective optical path lengths (converted values in air) up to B almost equal distances. By this,
In addition to eliminating the light loss that has occurred in the past and achieving an image with good white balance, it is also possible to reduce the cost because no relay lens is required.
【0071】なお、上述したように、図5に示した照明
系は、液晶表示パネルの設置方向には関係なく、これ自
体独立して効果を持つものである。As described above, the illumination system shown in FIG. 5 has its own effect independently of the installation direction of the liquid crystal display panel.
【0072】(実施の形態2)図6は、本発明の実施の
形態2における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。なお、本実施の形態2では、上述した実施の形態1
と同様の光学部品については同じ番号を用いて説明す
る。(Second Embodiment) FIG. 6 is a schematic diagram of a projection type color image display device according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the above-described first embodiment is used.
The same optical components as those described above will be described using the same numbers.
【0073】上述した実施の形態1では、クロスダイク
ロイックプリズム111に対して、主光線がほぼ平行な
光を入射させたが、本実施の形態2では、図7に示すよ
うに、収束光を入射させたところのみ実施の形態1と異
なっている(緑の光路のみ図示)。図7は、液晶表示パ
ネル105から出射した光の概念図を示したものであ
り、実際にはクロスダイクロイックプリズム111中で
の光の進行方向は変化する。In the above-described first embodiment, light whose principal ray is substantially parallel is made incident on the cross dichroic prism 111, but in the second embodiment, convergent light is made incident as shown in FIG. The difference from the first embodiment is only in the point where it is made (only the green optical path is shown). FIG. 7 is a conceptual diagram of the light emitted from the liquid crystal display panel 105, and the traveling direction of the light in the cross dichroic prism 111 actually changes.
【0074】本実施の形態2では、図7に示すように、
クロスダイクロイックプリズム111に対して、設計入
射角を中心として、液晶表示パネル105の表示領域の
短辺方向から入射角が±5.6°、長辺方向からは±
7.5°の光が入射する収束光を入射させた。長辺方向
からの光の入射角は、短辺方向からの光と比べると大き
くなっているが、作用の欄において述べたように、長辺
方向から入射した光の分光特性への影響はほとんどな
い。In the second embodiment, as shown in FIG.
With respect to the cross dichroic prism 111, the incident angle is ± 5.6 ° from the short side direction of the display area of the liquid crystal display panel 105, and the incident angle is ± 5.6 ° from the long side direction with the design incident angle as the center.
Convergent light was incident on which 7.5 ° light was incident. The angle of incidence of light from the long side direction is larger than that from light from the short side direction, but as described in the section of action, there is almost no effect on the spectral characteristics of light incident from the long side direction. Absent.
【0075】これに対して、液晶表示パネル105の長
辺方向と短辺方向とが逆に配置されている従来の場合に
は、クロスダイクロイックプリズム111に対して、分
光特性に大きく影響する方向から、液晶表示パネル10
5の長辺方向からの収束光である±7.5°の範囲の光
が入射することになり、分光特性がシフトが大きくな
る。On the other hand, in the case of the conventional arrangement in which the long side direction and the short side direction of the liquid crystal display panel 105 are arranged in the opposite direction, the cross dichroic prism 111 is changed from the direction that greatly affects the spectral characteristics. , Liquid crystal display panel 10
The light in the range of ± 7.5 ° which is the convergent light from the long side direction of No. 5 is incident, and the shift of the spectral characteristic becomes large.
【0076】図8に設計入射角を中心として±5.6°
で入射した場合と±7.5°で入射した場合との分光特
性のシフト量の一例を示す。この図8より明らかなよう
に、本発明を適用した場合には、大幅に分光特性のシフ
トが押さえられていることが分かる。In FIG. 8, ± 5.6 ° centered on the design incident angle.
An example of the shift amount of the spectral characteristics when incident at 1 ° and when incident at ± 7.5 ° is shown. As is apparent from FIG. 8, when the present invention is applied, the shift of the spectral characteristic is suppressed significantly.
【0077】また、収束光を入射させることにより、実
施の形態1と比べ、プリズムサイズを40%以上、ま
た、投影レンズのサイズを20%以上小さくでき、投影
レンズのバックフォーカスも実施の形態1よりも15%
程度短くできるため、実施の形態1と比べて表示品位を
大きく低下させることなく、さらにシステムの小型化、
低コスト化を図ることが可能となる。Further, by making the convergent light incident, the prism size can be reduced by 40% or more and the projection lens size can be reduced by 20% or more as compared with the first embodiment, and the back focus of the projection lens is also the first embodiment. Than 15%
Since it can be shortened to some extent, the system quality can be further reduced without significantly lowering the display quality as compared with the first embodiment.
It is possible to reduce costs.
【0078】(実施の形態3)図9は、本発明の実施の
形態3における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。なお、本実施の形態3では、上述した実施の形態1
と同様の光学部品については同じ番号を用いて説明す
る。(Third Embodiment) FIG. 9 is a schematic view of a projection type color image display device according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the above-described first embodiment is used.
The same optical components as those described above will be described using the same numbers.
【0079】本実施の形態3では、光源101として、
150W、アーク長2mmのメタルハライドランプを用
いた。光源101としては、この他にもハロゲンランプ
やキセノンランプなどを用いることができる。そして、
光源101の背面には、光源101からの光を略平行光
として出射するための放物面鏡102が配置されてい
る。In the third embodiment, as the light source 101,
A metal halide lamp with 150 W and an arc length of 2 mm was used. As the light source 101, a halogen lamp, a xenon lamp, or the like can be used in addition to the above. And
A parabolic mirror 102 for emitting light from the light source 101 as substantially parallel light is arranged on the back surface of the light source 101.
【0080】この光源101の前方には、光源101か
らの白色光の内、赤と緑の波長帯域の光を透過させ、青
の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラー301
が配置されている。ダイクロイックミラー301を透過
した赤と緑の光は、緑の光を反射し、赤の光を透過する
ダイクロイックミラー302に入射する。ダイクロイッ
クミラー302を透過した赤の光は、PBS303Rに
入射し、S偏光の光が反射型液晶表示パネル304Rに
入射する。ダイクロイックミラー302で反射された緑
の光は、PBS303Gに入射し、S偏光の光が反射型
液晶表示パネル304Gに入射する。In front of the light source 101, of the white light from the light source 101, the dichroic mirror 301 that transmits the light in the red and green wavelength bands and reflects the light in the blue wavelength band.
Are arranged. The red and green light transmitted through the dichroic mirror 301 is incident on the dichroic mirror 302 that reflects the green light and transmits the red light. The red light transmitted through the dichroic mirror 302 enters the PBS 303R, and the S-polarized light enters the reflective liquid crystal display panel 304R. The green light reflected by the dichroic mirror 302 enters the PBS 303G, and the S-polarized light enters the reflective liquid crystal display panel 304G.
【0081】一方、ダイクロイックミラー301で反射
された青の波長帯域の光は、反射ミラー305とリレー
レンズ108を介して、PBS303Bに入射し、S偏
光の光が反射型液晶表示パネル304Bに入射する。On the other hand, the light in the blue wavelength band reflected by the dichroic mirror 301 enters the PBS 303B via the reflection mirror 305 and the relay lens 108, and the S-polarized light enters the reflective liquid crystal display panel 304B. .
【0082】本実施の形態3では、PBS303とし
て、誘電体多層膜による偏光分離機を有する反射面を備
えたキューブ状のガラスでできたものを用いたが、例え
ば、スリーエム社製偏光選択反射フィルム(Optic
al Film D―BEF)や特開昭57−1588
01号公報に開示されている偏光性素子や偏光分離を行
う膜を蒸着したプレートを液体に浸した液浸タイプのP
BSなどを用いても良い。これらの素子は、ガラスのP
BSで発生する複屈折によるコントラスト比の低下を防
止できるという利点を有している。In the third embodiment, as the PBS 303, one made of cube-shaped glass having a reflection surface having a polarization separator made of a dielectric multilayer film is used. For example, a polarization selective reflection film manufactured by 3M (Optic
al Film D-BEF) and JP-A-57-1588.
No. 01 publication, a liquid immersion type P in which a polarizing element or a plate on which a film for polarization separation is deposited is immersed in a liquid.
BS or the like may be used. These elements are made of glass P
It has an advantage that the contrast ratio can be prevented from lowering due to birefringence generated in BS.
【0083】なお、D―BEFや特開昭57−1588
01号公報に開示されている偏光性素子は、その面内に
おいて光学的な軸を有しており、入射した光のうち光学
軸の方向の直線偏光成分を反射し、光学軸に直交する方
向の偏光成分の光を透過する機能を有する。D-BEF and Japanese Patent Laid-Open No. 57-1588.
The polarizing element disclosed in Japanese Patent Publication No. 01 has an optical axis in its plane, reflects a linearly polarized light component of the incident light in the direction of the optical axis, and is orthogonal to the optical axis. It has a function of transmitting the light of the polarized component of.
【0084】これらの素子の基本構造について図10を
用いて説明する。これらの素子は、分子的な配向により
複屈折性を持った層と等方性層を交互に積層したもので
ある。複屈折性層は積層された面内において、光軸40
1を有している。また、等方性層の屈折率は複屈折層の
常光もしくは異常光の屈折率n0、neと一致するもの
が選ばれる。これらの素子に入射した光は複屈折層であ
る第1層402を透過し、等方性層である第2層403
に入射する。第2層403の屈折率が第1層402の常
光の屈折率と一致するように選ばれている場合、入射し
た光のうち常光成分404は透過し、異常光成分405
のうち一部は屈折率差により反射される。また、複屈折
性層と等方性層が交互に積層されているため、各層にお
いて異常光の一部が反射され、結果として、常光成分4
04は透過し、異常光成分405は反射される。よっ
て、異常光成分に対しては、誘電体薄膜と同様の原理で
光を反射することになる。The basic structure of these elements will be described with reference to FIG. These elements are layers in which layers having birefringence due to molecular orientation and isotropic layers are alternately laminated. The birefringent layer has an optical axis 40 in the laminated plane.
Have one. The refractive index of the isotropic layer is selected to be the same as the refractive index n0, ne of ordinary light or extraordinary light of the birefringent layer. Light incident on these elements is transmitted through the first layer 402, which is a birefringent layer, and the second layer 403, which is an isotropic layer.
Incident on. When the refractive index of the second layer 403 is selected to match the refractive index of the ordinary light of the first layer 402, the ordinary component 404 of the incident light is transmitted and the extraordinary component 405 is transmitted.
Some of them are reflected due to the difference in refractive index. Further, since the birefringent layers and the isotropic layers are alternately laminated, part of the extraordinary light is reflected in each layer, and as a result, the ordinary light component 4
04 is transmitted, and the extraordinary light component 405 is reflected. Therefore, the extraordinary light component is reflected by the same principle as that of the dielectric thin film.
【0085】反射型液晶表示パネル304に入射した光
は、画像信号に合わせて偏光方向が変調された後、PB
S303R、303G、303Bに再度入射し、偏光方
向が変調された光のみ、PBS303R、303G、3
03Bを透過して、色合成用のクロスダイクロイックプ
リズム111により合成されて投影レンズ112に入射
する。The light incident on the reflection type liquid crystal display panel 304 is modulated in the polarization direction according to the image signal, and then the PB
S303R, 303G, 303B is incident again, only the light whose polarization direction is modulated, PBS303R, 303G, 3
After passing through 03B, it is combined by the cross dichroic prism 111 for color combination and is incident on the projection lens 112.
【0086】反射型液晶表示パネル304は、図11に
示すように、色合成用クロスダイクロイックプリズム1
11を構成する三角柱の高さ方向と、反射型液晶表示パ
ネル304の表示領域の長辺方向とを一致させて配置し
ている。As shown in FIG. 11, the reflection type liquid crystal display panel 304 includes a color combining cross dichroic prism 1.
The height direction of the triangular prisms forming 11 is aligned with the long side direction of the display area of the reflective liquid crystal display panel 304.
【0087】なお、本実施の形態3では、PBS30
3、クロスダイクロイックプリズム111には、図12
(緑の光線のみ図示)に示すように、主光線が光軸に対
してほぼ平行な光を入射させた。また、本実施の形態3
では、反射型液晶表示パネル304として、1.3型X
GAパネル(1024×768ドット)を用いた。液晶
のモードとしては、垂直配向で、図13(a)に示すよ
うに電圧が印加されていない時には、液晶分子502は
ガラス基板501に対して垂直に配向しており、直線偏
光が入射しても、そのままの偏光状態で反射される。こ
れらの光は、PBS303で反射され、光源の方向にも
どされる。これに対して、図13(b)に示すように電
圧を印加すると、液晶分子502がガラス基板501に
対して水平方向に配向する。ここに直線偏光が入射する
と液晶の屈折率異方性により、偏光方向が変調される。In the third embodiment, the PBS 30
3. The cross dichroic prism 111 has the structure shown in FIG.
As shown in (only green light ray is shown), light whose principal ray is substantially parallel to the optical axis is made incident. In addition, the third embodiment
Then, as the reflective liquid crystal display panel 304, a 1.3 type X
A GA panel (1024 × 768 dots) was used. The liquid crystal mode is vertical alignment, and when no voltage is applied as shown in FIG. 13A, the liquid crystal molecules 502 are aligned vertically with respect to the glass substrate 501, and linearly polarized light is incident on the liquid crystal molecules 502. Is also reflected in the same polarization state. These lights are reflected by the PBS 303 and returned to the light source. On the other hand, when a voltage is applied as shown in FIG. 13B, the liquid crystal molecules 502 are aligned in the horizontal direction with respect to the glass substrate 501. When linearly polarized light is incident on this, the polarization direction is modulated by the anisotropy of the refractive index of the liquid crystal.
【0088】この時、液晶層を光が往復する間に、液晶
分子の長軸と短軸に対する光の位相差が1/2λとなる
ように液晶のセル厚やΔn(液晶分子の長軸と短軸の屈
折率差)を調節すると、反射型液晶表示パネル304で
反射される光は、入射光の偏光方向に対して、90°回
転した直線偏光となり、PBS303を透過する。な
お、液晶のモードとしては、上記垂直配向の他、TNな
ど光の偏光を利用するものであれば適用することができ
る。At this time, while the light travels back and forth through the liquid crystal layer, the cell thickness of the liquid crystal and Δn (the long axis of the liquid crystal molecule and the long axis of the liquid crystal molecule are set so that the phase difference of the light with respect to the long axis and the short axis of the liquid crystal becomes 1 / 2λ. When the (refractive index difference on the short axis) is adjusted, the light reflected by the reflective liquid crystal display panel 304 becomes linearly polarized light that is rotated by 90 ° with respect to the polarization direction of the incident light, and passes through the PBS 303. In addition to the above-described vertical alignment, any mode that uses polarization of light such as TN can be applied to the liquid crystal mode.
【0089】また、反射型液晶表示パネルのFPC11
3の取り付け方向は、液晶表示パネルの短辺方向となる
ように液晶表示パネルを設計した。よって、FPC11
3は、図1において紙面に対して、垂直方向に取り出す
ことが可能となる。The FPC 11 of the reflection type liquid crystal display panel
The liquid crystal display panel was designed so that the mounting direction of 3 was the short side direction of the liquid crystal display panel. Therefore, FPC11
3 can be taken out in the direction perpendicular to the paper surface in FIG.
【0090】また、光源101の近傍には、パネル面の
照度分布の均一化を目的として、レンズを2次元に配列
させたフライアイレンズ114を用いて構成した。In the vicinity of the light source 101, a fly-eye lens 114 in which lenses are two-dimensionally arranged is used for the purpose of making the illuminance distribution on the panel surface uniform.
【0091】本実施の形態3では、上述した光学部品の
他に、コントラスト比の向上とゴースト防止のために、
PBS303R、303G、303Bの前後に偏光板3
06と307を配置した。入射側の偏光板307は、P
偏光をカットするようにその透過光学軸が紙面に対し、
平行にセットされている。これにより、PBS303
R、303G、303Bには、S偏光成分の光しか入射
せず、PBS303の消光比が悪くても、反射型液晶表
示パネル304にはS偏光しか入射しないため、コント
ラスト比が向上する。In the third embodiment, in addition to the above-mentioned optical components, in order to improve the contrast ratio and prevent ghosts,
Polarizing plate 3 before and after PBS 303R, 303G, 303B
06 and 307 were placed. The polarizing plate 307 on the incident side is P
Its transmission optical axis is to the paper surface so as to cut the polarized light,
It is set in parallel. This allows PBS303
Only the light of S polarization component is incident on R, 303G, and 303B, and even if the extinction ratio of the PBS 303 is poor, only S polarization is incident on the reflective liquid crystal display panel 304, so that the contrast ratio is improved.
【0092】なお、この偏光板307が無い場合には、
PBS303R、303G、303Bに、S偏光成分と
P偏光成分の両方の光が入射し、P偏光のほとんどは透
過しS偏光は反射されるが、PBS303の特性によ
り、一部反射型液晶表示パネル304の方向にP偏光が
反射されてしまう。反射型液晶表示パネル304に入射
したこのP偏光の内、偏光方向の変調を受けずに反射さ
れた光は、そのほとんどが今度はPBS303を透過
し、スクリーンに投影されるため、コントラスト比が低
下してしまう。また、出射側の偏光板112は、入射側
の偏光板と軸を直交させて配置されている。偏光板30
6も同様の原理で、コントラスト比を向上させる働きを
もっている。If this polarizing plate 307 is not provided,
Both the S-polarized light component and the P-polarized light component are incident on the PBSs 303R, 303G, and 303B, most of the P-polarized light is transmitted, and the S-polarized light is reflected. However, due to the characteristics of the PBS 303, the partially reflective liquid crystal display panel 304 P-polarized light is reflected in the direction of. Of the P-polarized light that has entered the reflective liquid crystal display panel 304, most of the reflected light that has not been modulated in the polarization direction passes through the PBS 303 this time and is projected on the screen, so the contrast ratio decreases. Resulting in. The polarizing plate 112 on the output side is arranged with its axis orthogonal to the polarizing plate on the input side. Polarizing plate 30
6 also has a function of improving the contrast ratio based on the same principle.
【0093】これらの偏光板306、307は、PBS
303R、303G、303Bの光入射側と出射側の両
方に配置したが、入射側または出射側の一方に配置して
もその効果は得られる。また、入射側偏光板306およ
び307とPBS303R、303G、303Bとの間
には光学部品を配置しないことが望ましい。これは、こ
れらの光学部品で、光の偏光が乱されてしまい、その効
果が低下するからである。These polarizing plates 306 and 307 are made of PBS.
Although they are arranged on both the light incident side and the light emitting side of 303R, 303G, and 303B, the effect can be obtained even if they are arranged on either the light incident side or the light emitting side. Further, it is desirable that no optical component be arranged between the incident side polarization plates 306 and 307 and the PBSs 303R, 303G and 303B. This is because the polarization of light is disturbed by these optical components, and the effect is reduced.
【0094】上述したような条件にて光学系を構成した
ところ、明るく、コントラストの良い画像を得ることが
でき、かつ図14に示すように反射型液晶表示パネルを
配置したときと比べて、クロスダイクロイックプリズム
111およびPBS303をそれぞれ25%程度小さく
することができ、かつFPC113の取り付け方向を反
射型液晶表示パネル304の短辺方向となるようにして
いるため、無駄なスペースを作ることなく光学部品が配
置でき、投影レンズ112のバックフォーカスを短くで
きるため、システムの大幅な小型化、および低コスト化
を図ることができた。When the optical system is constructed under the conditions as described above, it is possible to obtain a bright image with good contrast, and to compare with the case where the reflection type liquid crystal display panel is arranged as shown in FIG. Each of the dichroic prism 111 and the PBS 303 can be reduced by about 25%, and the FPC 113 is mounted in the short side direction of the reflective liquid crystal display panel 304. Since it can be arranged and the back focus of the projection lens 112 can be shortened, the system can be significantly downsized and the cost can be reduced.
【0095】また、本実施の形態3では、ダイクロイッ
クミラー301で赤と緑の光を透過、青の光を反射させ
たが、青と緑を透過、赤を反射など、あらゆる組み合わ
せを取ることができ、実施の形態1、2でも用いたよう
な照明光学系を用い、図15に示すような構成としても
良い。In the third embodiment, the red and green light is transmitted and the blue light is reflected by the dichroic mirror 301, but any combination such as transmitting blue and green and reflecting red can be used. It is possible to use the illumination optical system used in the first and second embodiments, and the configuration shown in FIG. 15 may be used.
【0096】この場合も実施の形態1での説明と同様の
効果を得ることができる。さらに、光学系の小型化のた
めに、図16に示すような構成としても良い。この光学
系は、光源101からの白色光のうち、青(又は赤)と
緑を反射し、赤(又は青)を透過するダイクロイックミ
ラー601と、青(又は赤)を透過し、緑の光の内一方
の偏光方向を反射し、それに直交する偏光方向の光を透
過させる機能を有するPBS602とを用いたものであ
る。In this case as well, the same effect as described in the first embodiment can be obtained. Furthermore, in order to reduce the size of the optical system, a configuration as shown in FIG. 16 may be used. This optical system includes a dichroic mirror 601 that reflects blue (or red) and green and transmits red (or blue) among white light from the light source 101, and a dichroic mirror 601 that transmits blue (or red) and transmits green light. Among them, PBS 602 having a function of reflecting one polarization direction and transmitting light of a polarization direction orthogonal to the polarization direction is used.
【0097】このような光学系を用いることにより、実
施の形態1、2で説明した透過型液晶表示パネルを用い
た液晶プロジェクションと同程度にまで光学系の小型化
を図ることが可能となる。By using such an optical system, it is possible to reduce the size of the optical system to the same extent as the liquid crystal projection using the transmissive liquid crystal display panel described in the first and second embodiments.
【0098】さらに、本実施の形態3では、反射型液晶
表示パネルにS偏光を入射させたが、P偏光を入射させ
ても良い。この場合、実施の形態3で用いたような誘電
体ミラーで偏光を分離あるいは合成するPBSを用いる
場合は、PBSを透過するP偏光側へ反射型液晶表示パ
ネルを移動させる必要がある。また、スリーエム社製偏
光選択反射フィルム(Optical Film D―
BEF)や特開昭57−158801号公報に記載され
ているような平板状のPBSを使用する場合は、上述し
たように反射型液晶表示パネルを移動させても良いが、
反射型液晶表示パネルの位置はそのままで、平板状PB
Sの光学軸を90°回転させてもP偏光を入射させるこ
とができる。Further, although the S-polarized light is made incident on the reflection type liquid crystal display panel in the third embodiment, the P-polarized light may be made incident. In this case, when a PBS that separates or synthesizes polarized light with the dielectric mirror used in the third embodiment is used, it is necessary to move the reflective liquid crystal display panel to the P-polarized light side that transmits the PBS. Also, a polarization selective reflection film (Optical Film D- manufactured by 3M)
BEF) or a flat-plate PBS as described in JP-A-57-158801, the reflection type liquid crystal display panel may be moved as described above.
The position of the reflective liquid crystal display panel is the same, and the flat panel PB
Even if the optical axis of S is rotated by 90 °, P-polarized light can be made incident.
【0099】(実施の形態4)図17は、本発明の実施
の形態4における投影型カラー画像表示装置の模式図で
ある。なお、本実施の形態2では、上述した実施の形態
1と同様の光学部品については同じ番号を用いて説明す
る。(Fourth Embodiment) FIG. 17 is a schematic diagram of a projection type color image display device according to a fourth embodiment of the present invention. In the second embodiment, the same optical components as those in the first embodiment will be described using the same numbers.
【0100】本実施の形態3では、PBS303および
クロスダイクロイックプリズム111に対して、主光線
がほぼ平行な光を入射させたが、本実施の形態4では、
図18に示すように、収束光を入射させたところのみ実
施の形態3と異なる。図18は、反射型液晶表示パネル
304から反射された光の概念図を示したものであり、
実際にはPBS303、クロスダイクロイックプリズム
111中での光の進行方向は変化する。In the third embodiment, the light whose principal ray is substantially parallel is made incident on the PBS 303 and the cross dichroic prism 111. However, in the fourth embodiment,
As shown in FIG. 18, it differs from the third embodiment only in that convergent light is incident. FIG. 18 is a conceptual diagram of light reflected from the reflective liquid crystal display panel 304,
Actually, the traveling direction of light in the PBS 303 and the cross dichroic prism 111 changes.
【0101】本実施の形態4では、図18に示すように
PBS303とクロスダイクロイックプリズム111に
対して、設計入射角を中心として、反射型液晶表示パネ
ル304の表示領域の短辺方向から入射角が±5.6
°、長辺方向からは±7.5°の光が入射する収束光を
入射させた。長辺方向からの光の入射角は、短辺方向か
らの光と比べると大きくなっているが、作用の欄におい
ても述べたように、長辺方向から入射した光の偏光分離
特性および分光特性への影響はほとんど無い。In the fourth embodiment, as shown in FIG. 18, with respect to the PBS 303 and the cross dichroic prism 111, the incident angle from the short side direction of the display area of the reflective liquid crystal display panel 304 is centered on the designed incident angle. ± 5.6
The convergent light, which is incident by ± 7.5 ° from the long-side direction, was incident. The incident angle of light from the long side direction is larger than that from light from the short side direction, but as described in the section of the action, the polarization separation characteristics and the spectral characteristics of the light incident from the long side direction. Has almost no effect on
【0102】これに対して、反射型液晶表示パネル30
4の長辺方向と短辺方向とが逆に配置されている従来の
場合には、PBS303、クロスダイクロイックプリズ
ム111に対して、偏光分離特性および分光特性に大き
く影響する方向から、反射型液晶表示パネル304の長
辺方向からの収束光である±7.5°の範囲の光が入射
することになり、光利用効率の低下および分光特性のシ
フトが大きくなってしまう。On the other hand, the reflective liquid crystal display panel 30
In the conventional case in which the long side direction and the short side direction of 4 are arranged opposite to each other, the reflection type liquid crystal display is applied to the PBS 303 and the cross dichroic prism 111 from the direction that greatly affects the polarization separation characteristic and the spectral characteristic. Light in the range of ± 7.5 °, which is the convergent light from the long side direction of the panel 304, is incident, resulting in a decrease in light utilization efficiency and a large shift in spectral characteristics.
【0103】図19に設計入射角に対して±5.6°で
入射した場合と、±7.5°で入射した場合とのPBS
303の偏光分離特性変化量の一例を示す。図中縦軸の
分離効率は、S偏光の反射率RsとP偏光の透過率Tp
を掛け合わせた効率を示すもので、入射したS偏光が全
て反射されP偏光が全て透過された場合に分離効率が1
00%となる。FIG. 19 shows the PBSs when incident at ± 5.6 ° with respect to the design incident angle and when incident at ± 7.5 °.
An example of the polarization separation characteristic change amount of 303 is shown. The separation efficiency on the vertical axis is the reflectance Rs for S-polarized light and the transmittance Tp for P-polarized light.
Shows the efficiency multiplied by, and the separation efficiency is 1 when all the incident S-polarized light is reflected and all the P-polarized light is transmitted.
It becomes 00%.
【0104】また、クロスダイクロイックプリズム11
1の分光特性のシフト量は、上述した実施の形態2で示
した図8と同じである。これより明らかなように、本発
明の構成を適用した場合には、光利用率がアップすると
同時に、クロスダイクロイックプリズム111の分光特
性のシフトが押さえられ、明るく色再現範囲の広い画像
を実現することが可能となる。Further, the cross dichroic prism 11
The shift amount of the spectral characteristic of No. 1 is the same as that of FIG. 8 shown in the above-described second embodiment. As is apparent from this, when the configuration of the present invention is applied, the light utilization rate is increased, and at the same time, the shift of the spectral characteristic of the cross dichroic prism 111 is suppressed, and a bright image with a wide color reproduction range is realized. Is possible.
【0105】また、収束光を入射させることにより、実
施の形態3と比べてPBS103とクロスダイクロイッ
クプリズム111のサイズおよび投影レンズ112のサ
イズを約15〜20%小さくでき、投影レンズのバック
フォーカスをさらに短くできるため、実施の形態3と比
べて表示品位を大きく低下させることなく、さらにシス
テムの小型化、低コスト化を図ることが可能となる。By making the convergent light incident, the size of the PBS 103 and the cross dichroic prism 111 and the size of the projection lens 112 can be reduced by about 15 to 20% as compared with the third embodiment, and the back focus of the projection lens can be further reduced. Since the length can be shortened, it is possible to further reduce the size and cost of the system without significantly lowering the display quality as compared with the third embodiment.
【0106】[0106]
【発明の効果】以上のように本発明は以下のようなの効
果を奏する。すなわち、画像表示手段の画像表示を行う
有効領域の長辺方向の向きと、該クロスダイクロイック
プリズムを形成する3角柱の高さ方向の向きとを、略一
致させていることにより、投影レンズのバックフォーカ
スを短縮させることができ、小型化、低コスト化を図る
ことができるだけでなく、本発明の構成を適用すること
により、クロスダイクロイックプリズム自体も小さくで
きるため、さらに低コスト化を図ることが可能となって
いる。As described above, the present invention has the following effects. That is, the direction of the long side of the effective area for displaying an image of the image display means and the direction of the triangular prism forming the cross dichroic prism in the height direction are substantially matched to each other, so that the projection lens back Not only can the focus be shortened, the size and cost can be reduced, but by applying the configuration of the present invention, the cross dichroic prism itself can also be made smaller, so that the cost can be further reduced. Has become.
【0107】また、本発明によれば、反射型画像表示素
子を用いたプロジェクションにおいて、PBSとクロス
ダイクロイックプリズムの投影レンズのバックフォーカ
スに影響を与える側のサイズを小さくすることができる
ため、投影レンズのバックフォーカスを短くでき、装置
の小型、低コスト化を図ることができるだけでなく、反
射型画像表示素子を用いたプロジェクションでは、PB
Sが追加される分コストアップとなるが、PBSもクロ
スダイクロイックプリズムと同様に、その体積にほぼ比
例してコストがアップするため、本発明の構成を適用す
ることで、サイズを小さくできクロスダイクロイックプ
リズムのコストダウンと同様に、PBSとクロスダイク
ロイックプリズムの両方のコストダウンを図ることが可
能となっている。Further, according to the present invention, in the projection using the reflection type image display device, the size of the PBS and the cross dichroic prism on the side affecting the back focus of the projection lens can be reduced, so that the projection lens The back focus can be shortened, the size and cost of the device can be reduced, and in the projection using the reflection type image display element,
Although the cost is increased due to the addition of S, the cost of the PBS also increases in proportion to the volume thereof in the same manner as the cross dichroic prism. Therefore, by applying the configuration of the present invention, the size can be reduced and the cross dichroic Similar to the cost reduction of the prism, it is possible to reduce the cost of both the PBS and the cross dichroic prism.
【0108】また、画像表示手段への信号入力端子を、
該画像表示手段の短辺方向に形成することにより、画像
表示素子に信号を入力するFPCを折り曲げるための領
域を作る必要がなくなるため、光学部品を密に配置する
ことができる。よって、光学系のコンパクト化が図れる
だけでなく、投影レンズのバックフォーカスを光学系の
サイズによる限界にまで短くすることが可能となってい
る。また、PBSやクロスダイクロイックプリズムの小
型化が図れるため、さらなる低コスト化が可能となって
いる。Further, the signal input terminal to the image display means is
By forming in the short side direction of the image display means, it is not necessary to form a region for bending the FPC for inputting a signal to the image display element, so that the optical components can be densely arranged. Therefore, not only the optical system can be made compact, but also the back focus of the projection lens can be shortened to the limit depending on the size of the optical system. Further, since the PBS and the cross dichroic prism can be downsized, the cost can be further reduced.
【0109】さらに、本発明によれば収束光をクロスダ
イクロイックプリズムに入射させても、赤、緑、青のそ
れぞれの色純度の低下が最小限に押さえることができ
る。また、収束光を入射することで、クロスダイクロイ
ックプリズムおよび投影レンズの小型化が図れるだけで
なく、クロスダイクロイックプリズムの小型化により、
投影レンズのバックフォーカスをさらに短くすることが
でき、システムの小型、軽量、低コスト化に対して、非
常に大きな効果を奏することができる。Further, according to the present invention, even if the convergent light is made incident on the cross dichroic prism, it is possible to minimize the deterioration of the color purity of each of red, green and blue. Moreover, not only the cross dichroic prism and the projection lens can be downsized by injecting convergent light, but also the downsizing of the cross dichroic prism
The back focus of the projection lens can be further shortened, and a very large effect can be achieved in reducing the size, weight and cost of the system.
【0110】また、反射型画像表示素子を用いたプロジ
ェクションにおいては、上述したクロスダイクロイック
プリズムおよび投影レンズの小型化、投影レンズのバッ
クフォーカスを短くできるという効果に加え、光利用率
の低下を低減することができるだけでなく、PBS自体
も小型化を図ることができコストダウンが可能となって
いる。Further, in the projection using the reflection type image display element, in addition to the effect that the cross dichroic prism and the projection lens are downsized and the back focus of the projection lens can be shortened, the reduction of the light utilization rate is reduced. Not only that, but also the PBS itself can be downsized and the cost can be reduced.
【図1】図1は、本発明の実施の形態1にかかる投影型
画像表示装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a projection-type image display device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図2は、液晶表示パネルの設置方向の説明図で
ある。FIG. 2 is an explanatory diagram of an installation direction of a liquid crystal display panel.
【図3】図3は、クロスダイクロイックプリズム中を通
る光の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of light passing through a cross dichroic prism.
【図4】図4は、従来の液晶表示パネルの設置方向の説
明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an installation direction of a conventional liquid crystal display panel.
【図5】図5は、実施の形態1に係る別の照明システム
を用いた場合の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram when another illumination system according to the first embodiment is used.
【図6】図6は、本発明の実施の形態2にかかる投影型
画像表示装置の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a projection-type image display device according to a second embodiment of the present invention.
【図7】図7は、クロスダイクロイックプリズム中を通
る光の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of light passing through a cross dichroic prism.
【図8】図8は、クロスダイクロイックプリズムの分光
特性の入射角依存性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing incident angle dependence of spectral characteristics of a cross dichroic prism.
【図9】図9は、本発明の実施の形態3にかかる投影型
画像表示装置の模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram of a projection-type image display device according to a third embodiment of the present invention.
【図10】図10は、偏光選択反射フィルムの原理説明
図である。FIG. 10 is an explanatory view of the principle of a polarization selective reflection film.
【図11】図11は、液晶表示パネルの設置方向の説明
図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of an installation direction of a liquid crystal display panel.
【図12】図12は、PBS、クロスダイクロイックプ
リズム中を通る光の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of light passing through a PBS and a cross dichroic prism.
【図13】図13は、反射型液晶表示パネルの動作説明
図である。FIG. 13 is an operation explanatory diagram of a reflective liquid crystal display panel.
【図14】図14は、従来の液晶表示パネルの設置方向
の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of an installation direction of a conventional liquid crystal display panel.
【図15】図15は、実施の形態3に係る別の照明シス
テムを用いた場合の説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram when another illumination system according to the third embodiment is used.
【図16】図16は、実施の形態3に係る別の照明シス
テムを用いた場合の説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram when another illumination system according to the third embodiment is used.
【図17】図17は、本発明の実施の形態4にかかる投
影型画像表示装置の模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram of a projection-type image display device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図18】図18は、PBS、クロスダイクロイックプ
リズム中を通る光の説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of light passing through a PBS and a cross dichroic prism.
【図19】図19は、PBSの光入射角依存性を示す図
である。FIG. 19 is a diagram showing the light incident angle dependence of PBS.
【図20】図20(a)(b)は、本発明の効果の説明
図である。20 (a) and 20 (b) are explanatory views of the effect of the present invention.
【図21】図21(a)(b)は、本発明の効果の説明
図である。21 (a) and 21 (b) are explanatory views of the effect of the present invention.
【図22】図22(a)(b)(c)は、本発明が適用
できる別の構成図である。22 (a), (b) and (c) are other configuration diagrams to which the present invention can be applied.
【図23】図23は、反射型液晶表示パネルの拡大図で
ある。FIG. 23 is an enlarged view of a reflective liquid crystal display panel.
【図24】図24(a)(b)は、従来の反射型液晶表
示パネルを用いたプロジェクションの課題の説明図であ
る。24 (a) and 24 (b) are explanatory views of problems of projection using a conventional reflective liquid crystal display panel.
【図25】図25は、誘電体ミラーの入射角依存性を示
す図である。FIG. 25 is a diagram showing the incident angle dependence of a dielectric mirror.
【図26】図26は、本発明の効果の説明図である。FIG. 26 is an explanatory diagram of effects of the present invention.
【図27】図27は、従来のミラー順次方式の説明図で
ある。FIG. 27 is an explanatory diagram of a conventional mirror sequential system.
【図28】図28は、従来のミラー順次方式の説明図で
ある。FIG. 28 is an explanatory diagram of a conventional mirror sequential system.
【図29】図29は、従来のクロスダイクロイックミラ
ー方式の説明図である。FIG. 29 is an explanatory diagram of a conventional cross dichroic mirror system.
【図30】図30は、従来の反射型液晶表示パネルを用
いたプロジェクションの説明図である。FIG. 30 is an explanatory diagram of projection using a conventional reflective liquid crystal display panel.
【図31】図31は、透過型液晶表示パネルの画素部の
拡大図である。FIG. 31 is an enlarged view of a pixel portion of a transmissive liquid crystal display panel.
【図32】図32(a)(b)は、クロスダイクロイッ
クプリズムを用いたプロジェクションの色合成部の光路
図である。32 (a) and 32 (b) are optical path diagrams of a color synthesizing unit for projection using a cross dichroic prism.
【図33】図33は、クロスダイクロイックプリズムの
説明図である。FIG. 33 is an explanatory diagram of a cross dichroic prism.
101 光源
102 放物面鏡
103 ダイクロイックミラー
104 反射ミラー
105R 画像表示装置(液晶表示パネル)
105G 画像表示装置(液晶表示パネル)
105B 画像表示装置(液晶表示パネル)
106R フィールドレンズ
106G フィールドレンズ
106B フィールドレンズ
107 ダイクロイックミラー
108 リレーレンズ
109 反射ミラー
110 反射ミラー
111 クロスダイクロイックプリズム
112 投影レンズ
113 FPC
114 フライアイレンズ
201 クロスダイクロイックミラーまたはクロスダ
イクロイックプリズム
202 ダイクロイックミラー
301 ダイクロイックミラー
302 ダイクロイックミラー
303R PBS
303G PBS
303B PBS
304R 反射型液晶表示パネル
304G 反射型液晶表示パネル
304B 反射型液晶表示パネル
305 反射ミラー
306 偏光板
307 偏光板
401 光軸
402 複屈折層(第1層)
403 複屈折層(第2層)
404 常光成分
405 異常光成分
501 ガラス基板
502 液晶分子
601 ダイクロイックミラー
602 PBS
701 ダイクロイックミラー
702 ダイクロイックミラー
703 ダイクロイックミラー
704 ダイクロイックミラー
711 ガラスプリズム
712 ガラスプリズム
721 ダイクロイックミラー
722 ダイクロイックミラー
731 ダイクロイックミラー
732 ダイクロイックミラー
801 TFT
802 ブラックマトリクス
803 ゲートバスライン
804 ソースバスライン
901 プリズム101 light source 102 parabolic mirror 103 dichroic mirror 104 reflection mirror 105R image display device (liquid crystal display panel) 105G image display device (liquid crystal display panel) 105B image display device (liquid crystal display panel) 106R field lens 106G field lens 106B field lens 107 Dichroic mirror 108 Relay lens 109 Reflection mirror 110 Reflection mirror 111 Cross dichroic prism 112 Projection lens 113 FPC 114 Fly-eye lens 201 Cross dichroic mirror or cross dichroic prism 202 Dichroic mirror 301 Dichroic mirror 302 Dichroic mirror 303R PBS 303R PBS 303B PBS 304R Reflection type Liquid crystal display panel 304G reflective liquid crystal Display panel 304B Reflective liquid crystal display panel 305 Reflecting mirror 306 Polarizing plate 307 Polarizing plate 401 Optical axis 402 Birefringent layer (first layer) 403 Birefringent layer (second layer) 404 Ordinary light component 405 Extraordinary light component 501 Glass substrate 502 Liquid crystal Molecule 601 Dichroic mirror 602 PBS 701 Dichroic mirror 702 Dichroic mirror 703 Dichroic mirror 704 Dichroic mirror 711 Glass prism 712 Glass prism 721 Dichroic mirror 722 Dichroic mirror 731 Dichroic mirror 732 Dichroic mirror 801 TFT source line 802 Black line Matrix 80 prism
Claims (4)
光束に分離する色分離手段と、該色分離手段によって分
離された赤、緑、青の光束のそれぞれに対応した画像表
示手段と、該画像表示手段により画像信号に合わせて変
調された光を合成するクロスダイクロイックプリズム
と、該クロスダイクロイックプリズムで合成された光を
投影する投影手段とを備えた投影型画像表示装置におい
て、 前記画像表示手段の画像表示を行う領域の長辺方向の向
きと、前記クロスダイクロイックプリズムを形成する3
角柱の高さ方向の向きとを略一致させて構成しているこ
とを特徴とする投影型画像表示装置。1. A light source, a color separation means for separating the light from the light source into red, green, and blue light fluxes, and an image corresponding to each of the red, green, and blue light fluxes separated by the color separation means. In a projection type image display device comprising display means, a cross dichroic prism for combining the light modulated according to the image signal by the image display means, and a projection means for projecting the light combined by the cross dichroic prism Forming the cross dichroic prism with the direction of the long side of the image display area of the image display means 3
A projection-type image display device, characterized in that the direction of the prism in the height direction is substantially matched.
射または透過する偏光選択反射手段をさらに備えるとと
もに、前記画像表示手段が反射型画像表示素子であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の投影型画像表示装置。2. The polarized light selective reflection means for reflecting or transmitting the light from the light source according to the polarization direction, and the image display means is a reflection type image display element. The projection-type image display device described.
該画像表示手段の表示領域の短辺方向に形成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の投影型画像
表示装置。3. A signal input terminal to the image display means,
The projection type image display device according to claim 1 or 2, wherein the projection type image display device is formed in a short side direction of a display area of the image display means.
射する光が、該クロスダイクロイックプリズムの光出射
面よりも前記投影レンズ側に集光点を有する収束光であ
ることを特徴とする請求項1乃至3に記載の投影型画像
表示装置。4. The light incident on the cross dichroic prism is convergent light having a condensing point on the projection lens side with respect to the light exit surface of the cross dichroic prism. The projection-type image display device described.
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JPH11249070A (en) | 1999-09-17 |
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