JP4135001B2 - Video display device - Google Patents

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Description

本発明は、液晶パネルあるいは反射式映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の技術に関するものである。   The present invention uses a light valve element such as a liquid crystal panel or a reflective video display element to project an image on a screen, for example, a liquid crystal projector apparatus, a reflective video display projector apparatus, a liquid crystal television, The present invention relates to a technology such as a projection display device.

液晶パネル等のライトバルブ素子に、電球などの光源からの光を当てて、液晶パネル上の画像を拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られている。   2. Description of the Related Art There is known a projection display apparatus such as a liquid crystal projector that projects light on a liquid crystal panel by applying light from a light source such as a light bulb to a light valve element such as a liquid crystal panel.

この種の映像表示装置は、光源からの光をライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スクリーンなどに投射するものである。例えば、液晶表示素子の代表例であるツイステッド・ネマティック(TN)型液晶表示素子は、透明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに90°異なるように2枚の偏光板を配置したものであり、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光板の偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、入射光の透過光量を制御して画像情報を表示するようになっている。近年、こうした透過型あるいは反射型の映像表示素子では、素子自体の小型化が進むとともに、解像度等の性能も急速に向上している。   This type of video display device adjusts light from a light source by changing it to light and dark for each pixel with a light valve element, and projects it onto a screen or the like. For example, a twisted nematic (TN) type liquid crystal display element, which is a typical example of a liquid crystal display element, has a polarization direction before and after a liquid crystal cell formed by injecting liquid crystal between a pair of transparent substrates having a transparent electrode film. The two polarizing plates are arranged so that they are different from each other by 90 °. By combining the action of rotating the polarization plane by the electro-optic effect of the liquid crystal and the selection of the polarizing component of the polarizing plate, Image information is displayed by controlling the amount of transmitted light. In recent years, in such a transmissive or reflective video display element, the element itself has been miniaturized and the performance such as resolution has been rapidly improved.

このため、該映像表示素子を用いた表示装置の小型高性能化も進み、単に従来のようにビデオ信号等による映像表示を行うだけでなく、パーソナルコンピュータの画像出力装置としての投射型映像表示装置も新たに提案されている。この種の投射型映像表示装置には、特に、小型であることと、画面の隅々まで明るい画像が得られることが要求される。しかし、従来の投射型映像表示装置は、大型であったり、また最終的に得られた画像の明るさ、画質等の性能が不十分であるといった問題があった。   For this reason, a display device using the image display element has been improved in size and performance, and not only simply performing image display by a video signal or the like as in the prior art, but also a projection image display device as an image output device of a personal computer. Has also been proposed. This type of projection-type image display device is particularly required to be small in size and to obtain bright images at every corner of the screen. However, the conventional projection-type video display device has a problem that it is large-sized or has insufficient performance such as brightness and image quality of the finally obtained image.

例えば、液晶表示装置全体の小型化には、ライトバルブすなわち液晶表示素子自体の小型化が有効であるが、液晶表示素子を小型化すると液晶手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する液晶表示素子を小型化すると照明手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する液晶表示素子上の光束量の比率(以下、これを光利用効率という)が低くなり、また、画面周辺部が暗い等の問題が生じる。さらに、液晶表示素子は一方向の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源からの光の約半分は利用されない。   For example, to reduce the size of the entire liquid crystal display device, it is effective to reduce the size of the light valve, that is, the liquid crystal display element itself. If the liquid crystal display element is reduced in size with respect to the amount of luminous flux, the area irradiated by the illumination means is reduced, so the ratio of the luminous flux on the liquid crystal display element to the total luminous flux emitted by the light source (hereinafter referred to as light utilization efficiency) This causes problems such as lowering and darkness in the periphery of the screen. Furthermore, since the liquid crystal display element can use only polarized light in one direction, about half of the light from the light source that emits randomly polarized light is not used.

光源からのランダムな偏光光を一方向の偏光方向に揃えて液晶表示素子に照射する光学系としては、特開平4−63318号公報に開示されているような偏光ビームスプリッター(以下、これをPBSと呼称する)などの偏光変換素子を利用して、光源から出射するランダムな偏光光をP偏光光とS偏光光に分離してプリズムを用いて合成するものがある。   As an optical system for irradiating a liquid crystal display element with randomly polarized light from a light source aligned in one polarization direction, a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-63318 is used. In some cases, random polarized light emitted from a light source is separated into P-polarized light and S-polarized light and synthesized using a prism.

また、これを用いて、従来の光学系においては、特に反射型液晶表示装置を用いた照明光学系では、上記PBSと反射型液晶表示装置を組合せて、映像のON及びOFF及び階調表現に応じて偏光方向を変換することで検光し、その後投射レンズにより映像をスクリーン上に投射する構成となっている。この場合、PBSに起因する、色ムラやコントラストの低下が問題視されている。   In addition, with this, in conventional optical systems, particularly in an illumination optical system using a reflective liquid crystal display device, the above-mentioned PBS and reflective liquid crystal display device are combined for ON / OFF and gradation expression of an image. Accordingly, the light is analyzed by changing the polarization direction, and then the image is projected onto the screen by the projection lens. In this case, color unevenness and contrast reduction caused by PBS are regarded as problems.

すなわち、光の入射角度に対するP偏光光の透過率およびS偏光光の反射率の特性が変化するため、照明系の所定角度の光に対してPBSの透過率および反射率ムラが生じる。これにより、スクリーンに投影される画質の劣化が発生する。   That is, since the characteristics of the transmittance of the P-polarized light and the reflectance of the S-polarized light with respect to the incident angle of light change, the transmittance and reflectance unevenness of the PBS occur with respect to the light at a predetermined angle of the illumination system. As a result, the image quality projected on the screen is degraded.

特開平09−054213号公報に開示されているようなPB膜を挟み込む透過性材料を光弾性係数の絶対値を1.5×10-8 cm2/N以下である硝材で構成をしたPBSを利用して、PBS硝材内での複屈折を低下し、スクリーン上のコントラストを向上するものがある。   A transparent material sandwiching a PB film as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-054213 is made of PBS made of a glass material whose absolute value of photoelastic coefficient is 1.5 × 10 −8 cm 2 / N or less. Some reduce the birefringence in the PBS glass and improve the contrast on the screen.

しかし、この発明では、接着場所での接着時の歪みおよび、温度変化による接着場所での歪みに対して考慮されておらず、この歪みによる複屈折現象は考慮されていない。   However, in the present invention, no consideration is given to the distortion at the time of bonding at the bonding site and the distortion at the bonding site due to temperature change, and the birefringence phenomenon due to this distortion is not considered.

さらに、上述のPB膜自体の入射光線角度による特性変化による光利用効率劣化および色ムラ現象に対しては対策がされていない。   Further, no measures are taken against the light use efficiency deterioration and the color unevenness phenomenon due to the characteristic change due to the incident light angle of the PB film itself.

したがって、プリズム硝材自体のみの複屈折現象は低減はされてはいるが、PBSやダイクロプリズム全体の複屈折現象の低減効果は不十分である。さらに、角度特性による光利用効率低下、消光比低下の対策がされていないので、明るさ、色ムラ及びコントラストとも不十分な傾向にある。   Therefore, although the birefringence phenomenon of only the prism glass material itself has been reduced, the effect of reducing the birefringence phenomenon of the entire PBS or dichroic prism is insufficient. Furthermore, since measures for reducing the light utilization efficiency and the extinction ratio due to the angle characteristics are not taken, brightness, color unevenness, and contrast tend to be insufficient.

さらにPB膜を設ける境界面が限定されており、2種類以上の誘電体多層膜、例えばPB膜と調整AR膜など、を一対として複数層対を施した特性を持つPBSやダイクロイックプリズムの構成が不可能となっている。したがって、PB膜と調整AR膜を一対として複数層重ねて、偏光純度を高め、画質性能の精度向上を図ることが不可能になっている。   Further, the boundary surface on which the PB film is provided is limited, and there are two or more types of dielectric multilayer films, such as a PB film and an adjustment AR film, and the structure of a PBS or a dichroic prism having a characteristic of providing a plurality of layer pairs. It is impossible. Therefore, it is impossible to increase the polarization purity and improve the accuracy of the image quality performance by stacking a plurality of layers of the PB film and the adjustment AR film as a pair.

以上より、映像表示装置の明るさおよび画質の向上という2つの観点からの対応が必要となっている。   From the above, it is necessary to take measures from the two viewpoints of improving the brightness and image quality of the video display device.

特開平4−63318号公報JP-A-4-63318 特開平09−054213号公報JP 09-054213 A

以上の従来技術での課題事項をまとめると、映像表示装置の明るさおよび画質上の性能確保を両立する方法が課題であり、明るさおよび画質向上に関する事項の対応技術が、それぞれ課題となっている。すなわち、明るさ確保とコントラスト向上および色ムラ低減のために、PBSの光効率向上および、さらなる複屈折低減等が課題となっている。   Summarizing the above issues in the prior art, there is a problem of how to ensure the performance of the video display device in terms of brightness and image quality, and technologies for addressing issues related to brightness and image quality improvement are issues. Yes. That is, in order to ensure brightness, improve contrast, and reduce color unevenness, improving the light efficiency of PBS and further reducing birefringence are problems.

本発明では、上記した従来技術での課題事項に関して、明るさおよび画質確保とともに、高精度でかつ小型化が可能な投写型表示技術の提供が目的である。   An object of the present invention is to provide a projection display technique capable of ensuring high brightness and image quality and miniaturizing with respect to the above-described problems in the prior art.

光源ユニットからの一部範囲の出射光Aを、透過光軸に沿いする透過プリズム手段と、光源ユニットからの残りの範囲の出射光Bを反射手段、例えばミラーあるいは全反射プリズム、により光軸を出射光軸側に変換し、この反射光Bを前記透過プリズム手段の傾斜面と略平行にエアーギャップを介して設けられ、かつ前記出射光Aを透過させた傾斜面にて反射させ、出射光Aと略々同等の光軸方向に出射光Bの光軸を揃え、照明系の光軸に対し上下方向あるいは左右方向に光を圧縮する透過プリズム手段と反射手段により光束圧縮手段を構成する。   A part of the outgoing light A from the light source unit is transmitted to the transmission prism means along the transmission optical axis, and the remaining part of the outgoing light B from the light source unit is reflected by the reflecting means such as a mirror or a total reflection prism. Converted to the outgoing optical axis side, this reflected light B is reflected by an inclined surface provided through an air gap substantially parallel to the inclined surface of the transmitting prism means and through which the outgoing light A is transmitted, The light beam compression means is composed of a transmission prism means and a reflection means for aligning the optical axis of the outgoing light B substantially in the same optical axis direction as A and compressing the light in the vertical direction or the horizontal direction with respect to the optical axis of the illumination system.

これにより、光の角度保存されたまま、光束幅を上下あるいは左右方向に圧縮できるので、圧縮によるレンズ収差の問題や、発散角度の広がりによる照明系効率の劣化を防止できるので、光利用効率の良い光束圧縮が可能となる。   As a result, the light beam width can be compressed vertically or horizontally while preserving the angle of the light, so that it is possible to prevent the problem of lens aberration due to compression and the deterioration of the illumination system efficiency due to the spread of the divergence angle. Good light beam compression is possible.

また、この光束圧縮手段において、光束圧縮手段の透過プリズム手段の第1の傾斜面の傾きである透過光軸の直交面となす角度θ1は、透過プリズムの光学部材の臨界角度θ01以下、すなわちθ01>θ1、例えばBK7では±41°近傍以下、とした構成とする。これにより、BK7等の各種硝材でも全反射角を使って、出射光Aの透過を行うことが可能となる。またBK7にて、この光束圧縮手段の透過プリズム手段を構成できるので、低コスト化が可能となる。   Further, in this light beam compression means, the angle θ1 formed with the orthogonal plane of the transmission optical axis, which is the inclination of the first inclined surface of the transmission prism means of the light beam compression means, is equal to or smaller than the critical angle θ01 of the optical member of the transmission prism, that is, θ01. > Θ1, for example, BK7 is set to be close to ± 41 ° or less. As a result, even various glass materials such as BK7 can transmit the outgoing light A using the total reflection angle. Further, the BK7 can constitute the transmission prism means of the light beam compression means, so that the cost can be reduced.

さらに、この光束圧縮手段において、反射手段の第3の傾斜面と、透過プリズムの透過光軸の直交面と、なす角度であるθ4をθ1=θ4とし、法線と入射光軸および法線と反射光軸のなす角度θ3は反射合成手段の光学部材の臨界角度θ02以上、すなわちθ02<θ3、例えばBK7では±41°近傍以上、とした構成とする。これにより、透過プリズム手段の第1の傾斜面と、反射合成手段の第3の傾斜面とを所定ギャップを介して接合でき、有効エリア外に接着剤あるいはスペーサあるいは薄膜あるいは印刷等により互いに接合でき、製造が容易となる。   Further, in this light beam compressing means, the angle formed by the third inclined surface of the reflecting means and the orthogonal plane of the transmission optical axis of the transmission prism is θ1 = θ4, and the normal line, the incident optical axis and the normal line The angle θ3 formed by the reflection optical axis is set to be not less than the critical angle θ02 of the optical member of the reflection synthesizing means, that is, θ02 <θ3, for example, in the vicinity of ± 41 ° or more for BK7. As a result, the first inclined surface of the transmission prism means and the third inclined surface of the reflection combining means can be joined via a predetermined gap, and can be joined to each other by an adhesive, a spacer, a thin film, printing, or the like outside the effective area. Manufacturing becomes easy.

また、透過光に対しては、入射光軸と出射光軸が変化しないため、後の照明系の設計が容易となる。当然、光利用効率の良い光束圧縮が可能となる。   Further, since the incident optical axis and the outgoing optical axis do not change with respect to the transmitted light, the later illumination system can be easily designed. Naturally, light flux compression with high light utilization efficiency is possible.

また、反射合成手段の第2の傾斜面の傾きθ2は、反射合成手段に入射する光の光軸の直交面となす角度であり、かつθ2=(θ1+θ3)/2、例えばBK7ではθ3=±41°の場合θ2=±41.5°近傍、とした構成である。   Further, the inclination θ2 of the second inclined surface of the reflection combining unit is an angle formed with the plane perpendicular to the optical axis of the light incident on the reflection combining unit, and θ2 = (θ1 + θ3) / 2, for example, θ3 = ± in BK7. In the case of 41 °, θ2 is in the vicinity of ± 41.5 °.

これにより、BK7の硝材でも全反射角を使って、出射光Bの反射を全反射で行うことが可能となる。またBK7にて、この光束圧縮手段を構成できるので、さらなる低コスト化が可能となる。   As a result, even with the glass material of BK7, it is possible to reflect the outgoing light B by total reflection using the total reflection angle. Further, since this light beam compression means can be constituted by BK7, it is possible to further reduce the cost.

さらに、光利用効率の良い光束圧縮が可能となる。   Furthermore, light flux compression with high light utilization efficiency is possible.

また、光束圧縮手段の反射手段をプリズム構成とし、このプリズム硝材を透過プリズムの硝材と異なる屈折率の硝材とした構成とする。これにより、反射プリズムの第一の傾斜面の角度を調整することで、透過プリズムの傾斜面とエアーギャップを介して平行に配置された反射プリズムの第二の傾斜面で全反射した光の光軸を、透過プリズムの透過光軸とはば一致させることが可能となる。   Further, the reflecting means of the light beam compressing means has a prism configuration, and the prism glass material has a refractive index different from that of the transmission prism glass material. Thus, by adjusting the angle of the first inclined surface of the reflecting prism, the light of the light totally reflected by the second inclined surface of the reflecting prism arranged in parallel with the inclined surface of the transmitting prism via the air gap It is possible to make the axis coincide with the transmission optical axis of the transmission prism.

これにより、照明系全体での光利用効率を向上されることも可能である。   Thereby, it is also possible to improve the light use efficiency in the whole illumination system.

また、光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段の反射型映像表示素子と、この反射型映像表示素子の上に光を照射させる照明光学系と、該反射型映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを有し構成される投射型の光学エンジンまたは映像表示装置であって、前記反射型映像表示素子に入射する光を偏光し、かつ前記反射型映像表示素子により偏光を変換された反射光を検光する偏光変換素子と、反射型映像表示素子あるいは偏光変換素子に入出射する光を特定波長域のみ反射あるいは透過させる色分離合成手段を有する照明光学系を有し、この照明光学系において、偏光変換素子およびまたは色分離合成手段の光軸面に対して垂直方向である上下方向f値 と、それと直交関係にある左右方向f値の関係が、上下方向f値 > 左右方向f値 の関係である照明光学系を構成する。   Further, a reflection type video display element of a light valve means for forming an optical image corresponding to a video signal from light emitted from a light source unit, an illumination optical system for irradiating light on the reflection type video display element, and the reflection type A projection type optical engine or a video display device configured to project light emitted from the video display element, wherein the light incident on the reflective video display element is polarized and the reflective type Illumination having a polarization conversion element for detecting reflected light whose polarization has been converted by an image display element, and color separation / synthesis means for reflecting or transmitting light entering / exiting the reflection image display element or the polarization conversion element only in a specific wavelength range In this illumination optical system, an up-and-down direction f value that is perpendicular to the optical axis surface of the polarization conversion element and / or the color separation / synthesis means, and a left-right direction that is orthogonal Relationship between the values constitute the vertical f value> illumination optical system is a relationship in the lateral direction f value.

これにより、偏光変換素子の角度性能の不利な方向の光を圧縮して、角度を小さくしてしまうので、高精度な光学性能を維持可能で、角度特性あるいは、光利用効率あるいは検光効率の向上、複屈折低減を用意に達成することが可能となる。   This compresses the light in a direction that is disadvantageous in the angular performance of the polarization conversion element and reduces the angle, so that high-precision optical performance can be maintained, and the angular characteristics, light utilization efficiency, or analysis efficiency can be maintained. Improvement and reduction of birefringence can be achieved with ease.

さらには、投射型の光学エンジンまたは映像表示装置において、光源ユニットと、この光源ユニットの出射光に対し光束圧縮手段は、例えばシリンドリカルレンズの凸凹組合せ、およびまたは、偏心レンズの組合せ、およびまたは、プリズムあるいはミラーの組合せ、およびまたは偏光変換素子の組合せである、照明光学系の光軸面に対して垂直方向である上下方向の光圧縮手段、あるいは水平方向である左右方向の光圧縮手段を有する構成とした。   Further, in the projection type optical engine or image display device, the light source compression unit for the light emitted from the light source unit and the light source unit is, for example, a combination of convex and concave cylindrical lenses, or a combination of eccentric lenses, and / or a prism. Or a combination of mirrors and / or combinations of polarization conversion elements, having a vertical light compression means that is perpendicular to the optical axis surface of the illumination optical system, or a horizontal light compression means that is horizontal. It was.

かかる構成によりPBSや色分離プリズムの誘電体多層膜に生じる、傾斜光による消光比劣化を低減でき、また温度変化に伴う画質上の色ムラやコントラスト特性の変化を低減できるという効果がある。   With such a configuration, it is possible to reduce extinction ratio deterioration due to inclined light, which occurs in the dielectric multilayer film of the PBS or the color separation prism, and to reduce color unevenness in image quality and change in contrast characteristics due to temperature change.

これにより、PBSの消光比が良くなり、偏光分離による検光効率や色分離効率を向上できる。また、この構成により、偏光純度を高め、画質性能の精度向上が可能になった。   Thereby, the extinction ratio of PBS is improved, and the light detection efficiency and color separation efficiency by polarization separation can be improved. In addition, this configuration can increase the polarization purity and improve the accuracy of image quality performance.

また、上記照明光学系を投射型の映像表示装置に搭載することで、従来実現できなかった、明るさとコントラスト性能の両立化を達成できる。   In addition, by mounting the illumination optical system on a projection-type image display device, it is possible to achieve both brightness and contrast performance that could not be realized conventionally.

本発明により、光の角度保存されたまま、光束幅を上下あるいは左右方向に圧縮できるので、圧縮によるレンズ収差の問題や、角度の広がりを防止できるので、効率の良い光束圧縮が可能となる。したがって、光学系の小型化と明るさ性能を両立した映像表示装置を提供できる。   According to the present invention, the light beam width can be compressed in the vertical and horizontal directions while maintaining the angle of the light, so that it is possible to prevent lens aberration problems due to compression and the spread of the angle, thereby enabling efficient light beam compression. Therefore, it is possible to provide an image display device that achieves both the miniaturization of the optical system and the brightness performance.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明における投射型液晶表示装置の一実施例の光学構成図である。図1の実施例は、液晶ライトバルブとして反射型液晶表示素子2をいわゆる色の3原色のR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の3色に対応して合計3枚用いた3板式投射型表示装置を示している。   FIG. 1 is an optical configuration diagram of an embodiment of a projection type liquid crystal display device according to the present invention. In the embodiment of FIG. 1, a total of three reflective liquid crystal display elements 2 corresponding to the three primary colors R (red), G (green), and B (blue) are used as liquid crystal light valves. A three-plate projection display device is shown.

図1において、投射型液晶表示装置には、光源1があり、光源1は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源1は、円形ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも1つの反射面鏡5と、この光源1から出される光はライトバルブ素子である液晶表示素子2を通過して投射レンズ3に向かい、スクリーン4へ投影される。   In FIG. 1, the projection type liquid crystal display device has a light source 1, and the light source 1 is a white lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a mercury xenon lamp, or a halogen lamp. The light source 1 includes at least one reflecting surface mirror 5 having a circular or polygonal exit aperture, and light emitted from the light source 1 passes through a liquid crystal display element 2 which is a light valve element and travels toward a projection lens 3 to be screened. 4 is projected.

光源1の電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ5にて集光され、光束圧縮手段26に入射し、ここにおいて、左右あるいは上下どちらかの光束幅を圧縮される。すなわち照明系のf値を変換される。図1の場合は図の手前から奥行き方向の光束幅が圧縮されている。この光束圧縮手段26の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、ランプユニットから出射した光を集光して、複数の2次光源像を形成するための第一のアレイレンズ6に入射し、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複数の2次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子2に第一のアレイレンズ6の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ7を通過する。この出射光は第二のアレイレンズ7の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略1/2サイズの菱形プリズムの列へ入射する。このプリズム面には偏光ビームスプリッター8の膜付けが施されており、入射光は、この偏光ビームスプリッター8にてP偏光光とS偏光光に分離される。P偏光光は、そのまま偏光ビームスプリッタ−8内を直行し、このプリズムの出射面に設けられたλ/2位相差板9により、偏光方向が90°回転され、S偏光光に変換され出射される。一方、S偏光光は、偏光ビームスプリッター8により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してからS偏光光として出射される。出射光はコンデンサレンズ10に入射する。   The light emitted from the light bulb of the light source 1 is collected by the ellipsoidal, parabolic or aspherical reflector 5 and enters the light beam compression means 26, where the light beam width of either the left or right or top and bottom is compressed. The That is, the f value of the illumination system is converted. In the case of FIG. 1, the light flux width in the depth direction is compressed from the front of the figure. It is composed of a plurality of condensing lenses provided in a rectangular frame of approximately the same size as the exit aperture of the light beam compression means 26, and condenses the light emitted from the lamp unit to form a plurality of secondary light source images. The first array lens 6 is made up of a plurality of condensing lenses, arranged in the vicinity of the plurality of secondary light source images, and is arranged on the liquid crystal display element 2. It passes through the second array lens 7 for forming the individual lens images. The emitted light is incident on a row of rhomboid prisms of approximately ½ size of each lens width arranged so as to match the pitch in the horizontal direction of each lens optical axis of the second array lens 7. The prism surface is provided with a polarizing beam splitter 8. The incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarizing beam splitter 8. The P-polarized light passes through the polarization beam splitter 8 as it is, and the polarization direction is rotated by 90 ° by the λ / 2 phase difference plate 9 provided on the exit surface of this prism, and is converted into S-polarized light and emitted. The On the other hand, the S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 8, reflected once again in the original optical axis direction in the adjacent rhomboid prism, and then emitted as S-polarized light. The emitted light enters the condenser lens 10.

従来の反射型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装置では入射偏光板と反射液晶表示素子の組合せにより、一方向の偏光光しか反射しないため反射光量が約半分になっていた。しかし、偏光ビームスプリッター8を用いるため、光源1から出射するランダムな偏光光の偏光方向を揃えて反射型液晶表示素子2に入射するため、理想的には従来の投射型液晶表示装置の2倍の明るさが得られる。   In a projection type liquid crystal display device using a conventional reflective liquid crystal display element, the amount of reflected light is halved because only one direction of polarized light is reflected by the combination of the incident polarizing plate and the reflective liquid crystal display element. However, since the polarization beam splitter 8 is used, the polarization direction of the randomly polarized light emitted from the light source 1 is aligned and incident on the reflective liquid crystal display element 2, so that it is ideally twice that of a conventional projection liquid crystal display device. Can be obtained.

また、アレイレンズ6、7は、各レンズセルの個々の像が液晶表示素子2に重なり、均一な画質が得られる作用を有する。   In addition, the array lenses 6 and 7 have an effect that an individual image of each lens cell is superimposed on the liquid crystal display element 2 and uniform image quality is obtained.

コンデンサレンズ10は、少なくとも1枚以上の構成であり、正の屈折力を有し、このS偏光光をさらに集光させる作用を持ち、このコンデンサレンズ10を通過した光は反射ミラ−11、12により光軸方向を所定方向90°変換される。その後、光は各色RGB3枚の反射型液晶表示素子2R,2G,2Bを照射するために、色分離ミラー13あるいは図示していないが、色分離プリズムにより、G光とR、B光とに2分割され、それぞれの色専用の偏光変換素子であるPBS16G,16RBに入射する。すなわち、G光は、本発明であるG専用PBS16Gに入射、その後S偏光光なのでG専用反射型液晶表示素子2G側へ反射され、このパネルを照射する。また、B光とR光はB−R光専用偏光板14を通過し、本発明であるR−B専用PBS16RBに入射、その後特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長選択波長板17を通過してB光あるいはR光のどちらかの偏光をS偏光光からP偏光光に変換して、例えば、偏光を変換されたP偏光光であるB光は、R−B専用PBS16RBを通過してB専用反射型液晶表示素子2Bを照射する。一方、R光はS偏光光なのでR−B専用PBS16RBにて反射された後、R専用反射型液晶表示素子2Rを照射する。もちろん、上記例はひとつの具体例であり、実施例はこれに限定するものではなく、RがP偏光光に変換されてもよく、これとは別にもともとの照明系の偏光光がP偏光であり、RGBの一つの色がS偏光光に変換され、残りの二色がP偏光光となる場合も構成としては成り立つ。また、各色専用の反射型液晶表示素子2R、2G、2Bの入射側にはS偏光光を透過するRB専用入射偏光板14およびG専用入射偏光板15を配置し、各色の偏光度およびまたは色純度を高めることも可能である。その後、各色専用の反射型映像表示素子2で偏光を変換され、光は再び各色専用PBS15、16に入射し,S偏光光は反射され、P偏光光は透過する。   The condenser lens 10 has at least one structure, has a positive refractive power, has a function of further condensing the S-polarized light, and the light that has passed through the condenser lens 10 is reflected mirrors 11 and 12. The optical axis direction is converted by 90 ° in a predetermined direction. Thereafter, in order to illuminate the three reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B for each color RGB, the light is divided into G light, R light, and B light by a color separation mirror 13 or a color separation prism (not shown). The light is divided and incident on PBSs 16G and 16RB, which are polarization conversion elements dedicated to the respective colors. That is, the G light is incident on the G-dedicated PBS 16G according to the present invention, and is then S-polarized light, so that it is reflected toward the G-dedicated reflective liquid crystal display element 2G and irradiates this panel. Further, the B light and the R light pass through the B-R light-dedicated polarizing plate 14, enter the RB-dedicated PBS 16 RB according to the present invention, and then pass through the specific wavelength selection wavelength plate 17 that converts the polarization direction only in a specific wavelength region. Then, the polarization of either B light or R light is converted from S polarization light to P polarization light. For example, the B light that is P polarization light whose polarization has been converted passes through the PBS 16RB dedicated to RB. The B-only reflective liquid crystal display element 2B is irradiated. On the other hand, since the R light is S-polarized light, it is reflected by the R-B dedicated PBS 16RB, and then irradiates the R-only reflective liquid crystal display element 2R. Of course, the above example is one specific example, and the embodiment is not limited to this. R may be converted into P-polarized light, and apart from this, the polarized light of the original illumination system is P-polarized light. There is also a configuration in which one RGB color is converted to S-polarized light and the remaining two colors are P-polarized light. Further, an RB-dedicated incident polarizing plate 14 and a G-dedicated incident polarizing plate 15 that transmit S-polarized light are disposed on the incident side of the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B dedicated to each color, and the degree of polarization and / or color of each color is arranged. It is also possible to increase the purity. Thereafter, the polarized light is converted by the reflection type image display element 2 dedicated to each color, the light again enters the PBSs 15 and 16 dedicated to each color, the S-polarized light is reflected, and the P-polarized light is transmitted.

この反射型映像表示素子2は、表示する画素に対応する(例えば横1024画素縦768画素各3色など)数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、液晶表示素子2の各画素の偏光角度が変わり、最終的に入射の偏光方向と直交方向になった光が出射され、偏光方向の一致した光がPBS2により検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、PBS2の偏光度との関係でPBSを通る光の量と検光される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。この時、本発明のG専用PBS16GとR−B専用PBS16RBである偏光変換素子は、反射型映像表示素子2R,2G、2Bが黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。しかしPBSの偏光度および消光比である検光効率が従来どうりの照明系であれば、PBSの膜特性の弱い方向の光が、わずかに漏れたあるいは乱れた偏光光となりPBSを通過して出射側の色合成ミラー19あるいは色合成プリズムを通過して投射レンズ20側へ照射され、黒表示時に僅かの明るさをスクリーン上にて検知する。これによりコントラスト性能が低下し、従来問題となっていた。従って、本発明により、 前記照明光学系において、PBSや色分離合成手段の光軸面に対して垂直方向である上下方向(図1の奥行き方向)のf値 と、それと直交関係にある左右方向の(図1の上下方向で描写)f値の関係が、上下方向f値 > 左右方向f値 の関係である照明光学系とすることで、PBSの膜特性の最も弱い方向の光線角度を光軸に対して小さくするため、このPBS角度依存に伴う画質上の色ムラやコントラスト特性の変化を低減できるという効果がある。これにより偏光純度を高め、画質性能の精度向上が可能になった。したがって、従来不十分であった角度特性による光利用効率、消光比、明るさ、色ムラ及びコントラストが向上できる。   The reflective image display element 2 is provided with a number of liquid crystal display units corresponding to the pixels to be displayed (for example, 1024 horizontal pixels by 768 vertical pixels). Then, the polarization angle of each pixel of the liquid crystal display element 2 changes according to a signal driven from the outside, and finally light that is orthogonal to the incident polarization direction is emitted. Analyzed. The amount of light passing through the PBS and the amount of light detected for the light having polarized light at an intermediate angle are determined in relation to the degree of polarization of the PBS 2. In this way, an image according to a signal input from the outside is projected. At this time, the polarization conversion elements that are the G-dedicated PBS 16G and the RB-dedicated PBS 16RB of the present invention have the same polarization direction as that of the incident light when the reflective image display elements 2R, 2G, and 2B perform black display. As it is, it is returned to the light source side along the incident optical path. However, if the detection efficiency, which is the polarization degree and extinction ratio of PBS, is the conventional illumination system, the light in the weak direction of PBS film becomes slightly polarized or distorted polarized light and passes through PBS. The light passes through the color synthesizing mirror 19 or the color synthesizing prism on the emission side and is irradiated to the projection lens 20 side, and a slight brightness is detected on the screen during black display. As a result, the contrast performance is lowered, which has been a problem in the past. Therefore, according to the present invention, in the illumination optical system, the f value in the vertical direction (depth direction in FIG. 1) which is perpendicular to the optical axis plane of the PBS or the color separation / combination means, and the horizontal direction orthogonal to the f value. (Depicted in the vertical direction in FIG. 1) The illumination optical system in which the relationship of the f value is the relationship of the vertical f value> the horizontal f value allows the light beam angle in the weakest direction of the PBS film characteristics to be Since it is made smaller with respect to the axis, there is an effect that it is possible to reduce the color unevenness in the image quality and the change in the contrast characteristic due to the PBS angle dependency. As a result, the polarization purity can be improved and the accuracy of the image quality performance can be improved. Therefore, it is possible to improve light utilization efficiency, extinction ratio, brightness, color unevenness, and contrast due to angle characteristics that have been insufficient in the past.

このため、高精度な色再現性と高輝度および高効率コントラストの両立化を実現した反射型液晶表示装置を提供できる。   Therefore, it is possible to provide a reflective liquid crystal display device that achieves both high-precision color reproducibility, high brightness, and high-efficiency contrast.

その後、映像であるRGB各色の光はダイクロイックミラー19あるいは図示していないがダイクロイックプリズムにより、再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射手段20を通過し、スクリーンに到達する。前記投射手段20により、反射型液晶表示素子2R、2G,2Bに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。この3枚の反射型液晶表示素子を用いた反射型液晶表示装置は、電源21により、ランプおよびパネル等の駆動を行っている。   Thereafter, the light of each color of RGB, which is an image, is color-combined again by the dichroic mirror 19 or a dichroic prism (not shown), and the light passes through the projection means 20 such as a zoom lens and reaches the screen. . The images formed on the reflective liquid crystal display elements 2R, 2G, and 2B by the projection means 20 are enlarged and projected on a screen to function as a display device. In the reflection type liquid crystal display device using the three reflection type liquid crystal display elements, a power source 21 drives a lamp and a panel.

したがって、従来の反射型液晶表示装置では、コントラスト向上により明るさも向上でき、さらには色ムラ等の性能向上を同時に実現することができる。   Therefore, in the conventional reflective liquid crystal display device, the brightness can be improved by improving the contrast, and further the performance improvement such as color unevenness can be realized at the same time.

図2は、本発明による第1番目の光束圧縮手段の一実施形態を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the first light beam compression means according to the present invention.

図(a)は、本発明の光源ユニット1、5からの一部範囲の出射光Aを、透過光軸に沿い透過する傾斜面を持つ透過プリズム手段32と、光源ユニット1、5からの残りの範囲の出射光Bを反射手段31の第一の傾斜面、例えばミラーあるいは全反射プリズム、により光軸を透過光軸側に折り曲げて、この反射光Bを前記透過プリズム手段32の出射光Aを透過させた傾斜面と、略平行にエアーギャップ等を介して設けられた反射手段31の第二の傾斜面にて反射し、出射光Aと略々同等の光軸方向に出射光Bの光軸を揃え、照明系の光軸に対し光源ユニット1、5のD幅の光束を、上下方向あるいは左右方向にd幅の光束に圧縮する透過プリズム手段32と反射手段31により光束圧縮手段26を構成する。   FIG. 6A shows a transmission prism means 32 having an inclined surface that transmits a part of the outgoing light A from the light source units 1 and 5 of the present invention along the transmission optical axis, and the remaining light source units 1 and 5. The output light B in the range is bent to the transmission optical axis side by a first inclined surface of the reflection means 31, for example, a mirror or a total reflection prism, and this reflection light B is emitted from the transmission prism means 32. The reflected light is reflected by the second inclined surface of the reflecting means 31 provided substantially parallel to the inclined surface through the air gap, and the outgoing light B is reflected in the optical axis direction substantially the same as the outgoing light A. The optical axis is aligned, and the light beam compression means 26 is composed of the transmission prism means 32 and the reflection means 31 that compress the D-width light flux of the light source units 1 and 5 into the d-width light flux in the vertical direction or the left-right direction with respect to the optical axis of the illumination system. Configure.

また、この光束圧縮手段26において、透過プリズム手段32の傾斜面の傾きを、透過光軸と直交する面となす角度θ1を±41°以下とした構成である。   In this light beam compression means 26, the angle θ1 between the inclination of the inclined surface of the transmission prism means 32 and the surface orthogonal to the transmission optical axis is ± 41 ° or less.

さらに、前記光束圧縮手段26の反射手段31の第一の傾斜面の傾きを、入射光軸と直交する面となす角度θ2を±41.5°以下とした構成である。   Further, the angle θ2 between the inclination of the first inclined surface of the reflecting means 31 of the light beam compressing means 26 and the surface orthogonal to the incident optical axis is set to ± 41.5 ° or less.

これにより、BK7の硝材でも全反射角を使って、出射光Bの反射を第二の傾斜面で全反射を行うことが可能となる。またBK7にて、この光束圧縮手段26を構成できるので、さらなる低コスト化が可能となる。   As a result, even with the glass material of BK7, it is possible to totally reflect the outgoing light B on the second inclined surface using the total reflection angle. Further, since the light beam compressing means 26 can be configured by the BK7, it is possible to further reduce the cost.

これにより、光の角度保存されたまま、光束幅を上下あるいは左右方向に圧縮できるので、圧縮によるレンズ収差の問題や、角度の広がりを防止できるので、効率の良い光束圧縮が可能となる。   Thus, the light beam width can be compressed vertically or horizontally while the angle of the light is preserved, so that the problem of lens aberration due to compression and the spread of the angle can be prevented, thereby enabling efficient light beam compression.

これにより、従来不十分であったパネル前のPBSの角度特性による光利用効率向上、消光比向上、明るさ向上、色ムラ低減及びコントラストが向上できる。   As a result, it is possible to improve light utilization efficiency, extinction ratio improvement, brightness improvement, color unevenness reduction, and contrast due to angle characteristics of PBS in front of the panel, which was insufficient in the past.

一方、図(b)は、(a)図とは別の光束圧縮手段の一実施例である。   On the other hand, FIG. (B) shows an embodiment of a light beam compression means different from that in FIG.

本実施例はシリンドリカルレンズであり、光源ユニット1、5からの出射光束は正の屈折力を持つ第一シリンドリカルレンズ33により光軸側に圧縮され、その後、負の屈折力をもつ第二シリンドリカルレンズ34を通過して光軸方向と略平行に、かつ所定の光束幅dに圧縮される。これにより、単純なシリンドリカルレンズ33、34の組合せにて、上下あるいは左右に光束を圧縮する光束圧縮手段26を提供できる。   The present embodiment is a cylindrical lens, and light beams emitted from the light source units 1 and 5 are compressed to the optical axis side by a first cylindrical lens 33 having a positive refractive power, and then a second cylindrical lens having a negative refractive power. , And is compressed to a predetermined light flux width d substantially parallel to the optical axis direction. Thereby, the light beam compressing means 26 for compressing the light beam vertically and horizontally can be provided by a combination of simple cylindrical lenses 33 and 34.

ただし、この場合は収差を極力低減する方向で設計しなければならない。   However, in this case, it is necessary to design in a direction to reduce aberrations as much as possible.

図(c)は別の光束圧縮手段の一実施例である。   FIG. 3C shows an example of another light beam compressing means.

光源ユニットを出射した光束は、レンズアレイ35により二次光源像形成し、この像面位置に、短冊状に配列され、レンズアレイ35の光軸上に並んだ複数配列のPBS(偏光変換素子)36を有し、一列置きに配置された1/2λ波長板9により偏光方向をP偏光光、あるいはS偏光光に揃えられ、全ての光がどちらか一方の偏光方向にそろえられる。その後、出射光は再び偏光変換素子(PBS)37に入射する。このとき、例えば前段のPBS36の出射光が、全てS偏光光の場合は、PBS37透過光はP偏光光に再び1/2λ波長板9にて偏光方向を変換され、PBS37反射光路を通過する反射光はS偏光光のまま利用される。このときPBS37の出射光束幅はd幅に圧縮される。このように、光束圧縮手段26はアレイレンズ35と二段式のPBS36、37により構成される。   The light beam emitted from the light source unit forms a secondary light source image by the lens array 35, and is arranged in a strip shape at this image plane position, and a plurality of PBSs (polarization conversion elements) arranged on the optical axis of the lens array 35. 36, and the polarization directions are aligned with the P-polarized light or the S-polarized light by the ½λ wave plates 9 arranged in every other row, and all the light is aligned in one of the polarization directions. Thereafter, the emitted light is incident on the polarization conversion element (PBS) 37 again. At this time, for example, if all of the outgoing light from the preceding PBS 36 is S-polarized light, the PBS 37 transmitted light is converted into P-polarized light by the 1 / 2λ wavelength plate 9 again, and the reflected light passes through the PBS 37 reflection optical path. The light is used as S-polarized light. At this time, the outgoing light beam width of the PBS 37 is compressed to the d width. As described above, the light beam compressing means 26 includes the array lens 35 and the two-stage PBSs 36 and 37.

これにおいても、光の角度保存されたまま、光束幅を上下あるいは左右方向に圧縮できるので、圧縮によるレンズ収差の問題や、角度の広がりや透過光軸に対する反射光の微少な光軸ズレを防止できるので、効率の良い光束圧縮が可能となる。   Even in this case, the beam width can be compressed in the vertical and horizontal directions while preserving the angle of the light, preventing problems of lens aberration due to compression, widening of the angle, and slight optical axis deviation of reflected light with respect to the transmitted optical axis. As a result, efficient light beam compression is possible.

よって、従来は不十分であった角度特性による照明系後流側のPBSやダイクロイックプリズムまたは偏光板あるいは液晶等のパネルなどの光利用効率、また、消光比向上、明るさ向上、色ムラ低減及びコントラストが向上できる。この方式は、映像表示素子にマイクロミラーデバイスなどの偏光に依存しない反射型映像表示素子を利用する場合に有効である。   Therefore, light utilization efficiency such as PBS, dichroic prism or polarizing plate or liquid crystal panel on the downstream side of the illumination system due to angular characteristics that was insufficient in the past, as well as improved extinction ratio, improved brightness, reduced color unevenness and Contrast can be improved. This method is effective when a reflective image display element that does not depend on polarization, such as a micromirror device, is used as the image display element.

また、以上(a)(b)(c)の実施例は一方向に限定されるものではなく、組合せて上下および左右もしくは他方向を圧縮できる。   In addition, the embodiments of (a), (b), and (c) are not limited to one direction, and can be combined and compressed vertically and horizontally or in the other direction.

また、光源ユニットを複数個並べた場合、例えば2個以上の光源ユニットをその出射開口部を並列に並べた場合など、この(a)(b)(c)の実施例に示す光束圧縮手段により、光源ユニットの出射光の圧縮は、容易に実現できる。   Further, when a plurality of light source units are arranged, for example, when two or more light source units are arranged with their emission openings arranged in parallel, the light flux compressing means shown in the embodiments of (a), (b) and (c) is used. The compression of the light emitted from the light source unit can be easily realized.

図3は、本発明による第1番目の実施例としての光束圧縮手段の詳細を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing details of the light beam compression means as the first embodiment according to the present invention.

光源ユニット1、5からの一部範囲の出射光Aを、透過光軸に沿い透過する傾斜面を持つ透過プリズム手段32と、光源ユニット1、5からの残りの範囲の出射光Bを反射手段31の第一の傾斜面、例えばミラーあるいは全反射プリズム、により光軸を透過光軸側に折り曲げて、この反射光Bを前記透過プリズム手段32の出射光Aを透過させた傾斜面と、略平行にエアーギャップ等を介して設けられた反射手段31の第二の傾斜面にて反射し、出射光Aと略々同等の光軸方向に出射光Bの光軸を揃え、照明系の光軸に対し光源ユニット1、5のD幅の光束を、上下方向あるいは左右方向にd幅の光束に圧縮する透過プリズム手段32と反射手段31により光束圧縮手段26を構成する。   Transmitting prism means 32 having an inclined surface that transmits a part of the outgoing light A from the light source units 1 and 5 along the transmission optical axis, and reflecting means for the remaining outgoing light B from the light source units 1 and 5 A first inclined surface 31 of, for example, a mirror or a total reflection prism, the optical axis is bent toward the transmission optical axis, and the reflected light B is transmitted through the outgoing light A of the transmission prism means 32; The light reflected from the second inclined surface of the reflecting means 31 provided in parallel via an air gap or the like is aligned with the optical axis of the outgoing light B in the optical axis direction substantially the same as the outgoing light A, and the light of the illumination system The light beam compression means 26 is constituted by the transmission prism means 32 and the reflection means 31 for compressing the D-width light flux of the light source units 1 and 5 with respect to the axis into the d-width light flux in the vertical direction or the left-right direction.

また、この光束圧縮手段26において、透過プリズム手段32の傾斜面の傾きを、透過光軸と直交する面となす角度θ1を±41°以下とした構成である。   In this light beam compression means 26, the angle θ1 between the inclination of the inclined surface of the transmission prism means 32 and the surface orthogonal to the transmission optical axis is ± 41 ° or less.

さらに、前記光束圧縮手段26の反射手段31の第一の傾斜面の傾きを、入射光軸と直交する面となす角度θ2を±41.5°以下とした構成である。   Further, the angle θ2 between the inclination of the first inclined surface of the reflecting means 31 of the light beam compressing means 26 and the surface orthogonal to the incident optical axis is set to ± 41.5 ° or less.

この値は、BK7の硝材を透過プリズム32と反射プリズム31に用いた場合であり、全反射角を使って、出射光Bの反射を第二の傾斜面で全反射を行うことが可能となる。またBK7にて、この光束圧縮手段26を構成できるので、さらなる低コスト化が可能となる。他にパイレックス等の屈折率1.474近傍の場合は、これに応じた角度、すなわちθ1は42°以下となり、θ2は42.5°以下となる。逆に屈折率の1.523の硝材ならθ1は40°以下、θ2は42°以下とし、屈折率1.6の硝材の場合は、θ1は38°以下、θ2は38.5°以下とし、条件が微少に異なる。したがってθ1はθ01=sin-1(1/n2)で求められる臨界角度以下であり、すなわちθ1<sin-1(1/n2)であり、透過光は透過プリズム32の媒質から第1の傾斜面40と第3の傾斜面39で全反射が起きない条件となっている。逆に反射光は反射合成プリズム31の第2の傾斜面38を調整して、第3の傾斜面 39で全反射するようにθ2とθ4を設定する。このとき、θ4をθ1=θ4とし、かつ、第3の傾斜面39の法線と入射光軸および法線と反射光軸のなす角度であるθ3は、反射合成プリズム31の光学部材の臨界角度θ02、臨界角度θ02=sin-1(1/n1)、以上である。すなわちθ3>sin-1(1/n1)であり、すなわちθ02<θ3、例えばBK7では±41°近傍以上、の関係が成立した構成である。但し、これは、本発明の一実施例であり、透過プリズムと反射合成プリズムは異なった硝材を使用したり、第1の傾斜面40と第3の傾斜面39は平行でない場合、すなわちθ1≠θ4の構成も考えられる。これにより透過光と反射光の光軸を透過光軸に略合わせることが可能となる。すなわち、片方ばかりの光軸角度ズレを透過光軸と反射光軸にて互いに分担して、光軸角度ズレの絶対値を低減させ効率を向上させるものである。   This value is a case where a glass material of BK7 is used for the transmission prism 32 and the reflection prism 31, and the reflection of the outgoing light B can be totally reflected on the second inclined surface using the total reflection angle. . Further, since the light beam compressing means 26 can be configured by the BK7, it is possible to further reduce the cost. In addition, in the case of a refractive index near 1.474 such as Pyrex, the angle corresponding to this, that is, θ1 is 42 ° or less, and θ2 is 42.5 ° or less. Conversely, if the glass material has a refractive index of 1.523, θ1 is 40 ° or less, θ2 is 42 ° or less, and if the glass material has a refractive index of 1.6, θ1 is 38 ° or less, and θ2 is 38.5 ° or less. The conditions are slightly different. Accordingly, θ1 is equal to or smaller than the critical angle obtained by θ01 = sin−1 (1 / n2), that is, θ1 <sin−1 (1 / n2), and transmitted light is transmitted from the medium of the transmission prism 32 to the first inclined surface. 40 and the third inclined surface 39 are in such a condition that total reflection does not occur. Conversely, the reflected light is adjusted on the second inclined surface 38 of the reflection combining prism 31, and θ 2 and θ 4 are set so as to be totally reflected by the third inclined surface 39. At this time, θ4 is θ1 = θ4, and θ3, which is an angle formed by the normal line of the third inclined surface 39 and the incident optical axis, and the normal line and the reflected optical axis, is the critical angle of the optical member of the reflection combining prism 31 θ02 and critical angle θ02 = sin −1 (1 / n1). That is, θ3> sin−1 (1 / n1), that is, θ02 <θ3, for example, in BK7, a relationship of about ± 41 ° or more is established. However, this is one embodiment of the present invention, and the transmission prism and the reflection combining prism use different glass materials, or the first inclined surface 40 and the third inclined surface 39 are not parallel, that is, θ1 ≠. A configuration of θ4 is also conceivable. As a result, the optical axes of the transmitted light and the reflected light can be substantially aligned with the transmitted optical axis. That is, only one of the optical axis angle deviations is shared by the transmitted optical axis and the reflected optical axis, thereby reducing the absolute value of the optical axis angular deviation and improving the efficiency.

もちろん、透過プリズム32の第1の傾斜面40には反射防止膜、ARコートが施されている。これにより、光の角度保存されたまま、光束幅を上下あるいは左右方向に圧縮できるので、圧縮によるレンズ収差の問題や、角度の広がりを防止できるので、効率の良い光束圧縮が可能となる。   Of course, the first inclined surface 40 of the transmission prism 32 is provided with an antireflection film and an AR coat. Thus, the light beam width can be compressed vertically or horizontally while the angle of the light is preserved, so that the problem of lens aberration due to compression and the spread of the angle can be prevented, thereby enabling efficient light beam compression.

また、光束圧縮手段の反射手段をプリズム構成とし、このプリズム硝材を透過プリズムの硝材と異なる屈折率の硝材とした構成も考えられる。これは、照明系ゆえに可能な手法であり、例えば、反射手段31の硝材の屈折率をn1にし、透過プリズム32の硝材の屈折率をn2とすると、n1>n2にすると、第二の傾斜面39にて全反射した光の光軸は、最終的に透過光の光軸とほとんど一致させることが可能である。この場合、n1およびn2の屈折率の選択が重要であるが、一般的に透過プリズム32と反射プリズム31の硝材の屈折率を変えると、透過光の光軸が微少に屈折するので、実際は、照明系全体の光利用効率の最も高い、硝材の組合せを考える必要がある。一例としては、透過プリズム32はn2=1.5168の硝材、反射プリズム31はn1=1.56883を用いて、θ1=38°、θ2=39.5°の場合が考えられる。   Further, a configuration in which the reflecting means of the light beam compressing means has a prism configuration and the prism glass material has a refractive index different from that of the transmission prism glass material is also conceivable. This is possible because of the illumination system. For example, when the refractive index of the glass material of the reflecting means 31 is n1, and the refractive index of the glass material of the transmission prism 32 is n2, the second inclined surface is obtained when n1> n2. The optical axis of the light totally reflected at 39 can finally be made almost coincident with the optical axis of the transmitted light. In this case, the selection of the refractive indexes of n1 and n2 is important, but in general, when the refractive index of the glass material of the transmission prism 32 and the reflection prism 31 is changed, the optical axis of the transmitted light is slightly refracted. It is necessary to consider a combination of glass materials that has the highest light utilization efficiency of the entire illumination system. As an example, it is conceivable that θ1 = 38 ° and θ2 = 39.5 ° using the glass material of n2 = 1.5168 for the transmission prism 32 and n1 = 1.56883 for the reflection prism 31.

これにより、光の角度保存されたまま、光束幅を上下あるいは左右方向に圧縮できるので、圧縮によるレンズ収差の問題や、角度の広がりを防止できるので、効率の良い光束圧縮が可能となる。   Thus, the light beam width can be compressed vertically or horizontally while the angle of the light is preserved, so that the problem of lens aberration due to compression and the spread of the angle can be prevented, thereby enabling efficient light beam compression.

図4は本発明による第1番目の光束圧縮手段の一実施形態を示す図である。   FIG. 4 is a view showing an embodiment of the first light beam compression means according to the present invention.

図(a)は、本発明の光源ユニット1、5を複数個並べて、配列し、この出射光束を圧縮する構成を示している。図(a)の場合は、一列上に光源ユニット1、5が配列されており、一方向、この場合図面に対して上下方向、すなわち光源ユニット1,5の並んでいる方向の光束を圧縮している図を示している。   FIG. 1A shows a configuration in which a plurality of light source units 1 and 5 of the present invention are arranged and arranged, and the emitted light beam is compressed. In the case of FIG. 1 (a), the light source units 1 and 5 are arranged in a row, and the light flux in one direction, in this case, the vertical direction, that is, the direction in which the light source units 1 and 5 are aligned is compressed. The figure is shown.

これにより、光束の角度が保存されたまま、光源の光束を圧縮でき、光学照明系の大きさを小型化することができ、なおかつ光源ユニットを2個以上用いることができるので、明るさも向上する。   As a result, the luminous flux of the light source can be compressed while the angle of the luminous flux is preserved, the size of the optical illumination system can be reduced, and more than two light source units can be used, so that the brightness is improved. .

図(b)および図(c)は、本発明を2個以上利用し、照明系の光束幅を上下左右ともに圧縮する構成の一例を示している。この場合は、光源ユニット1、5の後に光束圧縮手段26をそれぞれの透過光軸に対しての直交面内で圧縮方向が直交するように、すなわち、上下圧縮と左右圧縮とを順次おこなえるように、複数の光束圧縮手段26を配置している構成である。   FIGS. (B) and (c) show an example of a configuration that uses two or more of the present invention and compresses the luminous flux width of the illumination system both vertically and horizontally. In this case, the light beam compression means 26 after the light source units 1 and 5 can be sequentially subjected to vertical compression and horizontal compression so that the compression directions are orthogonal to each other in a plane orthogonal to the respective transmission optical axes. In this configuration, a plurality of light beam compression means 26 are arranged.

これにより、光源ユニット1、5が、複数個配列されていても、図(b)は2個並列にされ、図(c)は4個配列した光源を示しているが、光源の並び方に対応し、どの方向にも圧縮可能で、照明系の最終的な光束径を圧縮できる。したがって、光学系の小型化と明るさ性能を両立した映像表示装置を提供できる。   Thus, even if a plurality of light source units 1 and 5 are arranged, two (b) are arranged in parallel, and (c) shows four arranged light sources, but this corresponds to the arrangement of the light sources. However, it can be compressed in any direction, and the final luminous flux diameter of the illumination system can be compressed. Therefore, it is possible to provide an image display device that achieves both the miniaturization of the optical system and the brightness performance.

本発明の第1番目の実施形態としての投射型液晶表示装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a projection type liquid crystal display device as a first embodiment of the present invention. 本発明の第1番目の実施形態を示す図である。It is a figure which shows the 1st embodiment of this invention. 本発明の第1番目の実施形態を示す図である。It is a figure which shows the 1st embodiment of this invention. 本発明の第2番目の実施形態を示す図である。It is a figure which shows the 2nd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…光源、2G,2R,2B…反射型映像表示素子、5…リフレクタ、6…第一のアレイレンズ、7…第二のアレイレンズ、8…偏光ビームスプリッター(PBS)、10…コンデンサレンズ、11…反射ミラー、13…ダイクロイックミラー、14…入射偏光板、16…G専用PBS、R−B専用PBS、17…特定波長選択偏光変換素子、20…投射レンズ、22…光学部材、23…プリズム硝材、25…誘電体多層膜、26…光束圧縮手段、31…反射合成手段、32…透過プリズム手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2G, 2R, 2B ... Reflective type image display element, 5 ... Reflector, 6 ... 1st array lens, 7 ... 2nd array lens, 8 ... Polarization beam splitter (PBS), 10 ... Condenser lens, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Reflection mirror, 13 ... Dichroic mirror, 14 ... Incident polarizing plate, 16 ... PBS for exclusive use of G, PBS for exclusive use of RB, 17 ... Specific wavelength selection polarized light conversion element, 20 ... Projection lens, 22 ... Optical member, 23 ... Prism Glass material 25... Dielectric multilayer film 26. Light flux compression means 31. Reflection synthesis means 32. Transmission prism means

Claims (2)

少なくとも1つ以上の光源ユニットと、少なくとも偏光ビームスプリッターを有し、前記光源ユニットからの光を前記偏光ビームスプリッターを介して出射する照明光学系と、前記照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調する映像表示素子と、前記映像表示素子からの光を投射する投射手段を備えた映像表示装置であって、An illumination optical system having at least one light source unit and at least a polarization beam splitter, and emitting light from the light source unit via the polarization beam splitter, and light from the illumination optical system according to a video signal A video display device including a video display element that modulates the optical image, and a projection unit that projects light from the video display element,
前記照明光学系は、前記光源ユニットの光軸と前記照明光学系の光軸とを含む面に直交する方向の第1f値が、前記面に対して平行であって、前記光源ユニットの光軸と直交する方向の第2f値よりも大きいことを特徴とする映像表示装置。In the illumination optical system, a first f value in a direction orthogonal to a plane including the optical axis of the light source unit and the optical axis of the illumination optical system is parallel to the plane, and the optical axis of the light source unit And a second f value in a direction orthogonal to the image display device.
請求項1に記載の映像表示装置であって、The video display device according to claim 1,
前記照明光学系は、第1及び第2のシリンドリカルレンズを有し、The illumination optical system has first and second cylindrical lenses,
前記第1及び第2のシリンドリカルレンズにより、前記第1f値を前記第2f値よりも大きくしたことを特徴とする映像表示装置。An image display device, wherein the first and second cylindrical lenses make the first f value larger than the second f value.
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