JP2608946B2 - Projection display device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はライトバルブに形成される光学像を照明光で
照射すると共に投写レンズによりスクリーン上に投写す
る投写型表示装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection display device that irradiates an optical image formed on a light valve with illumination light and projects the optical image on a screen by a projection lens.

従来の技術 大画面の映像表示を行うために、比較的小さなライト
バルブに光学的特性の変化として映像信号に応じた光学
像を形成し、この光学像を照明光で照射するとともに投
写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方法が従来
よりよく知られている。この種の投写型表示装置は、投
写画像の解像度がライトバルブの解像度でほぼ決まり、
光源を強くすれば光出力が大きくなるので、高解像度の
ライトバルブを用いればその表示面積が小さくても高解
像度で光出力の大きい投射型表示装置を実現することが
できる。また、最近では、ライトバルブとして液晶パネ
ルを用いる方法が注目されている。（例えば、SID87ダ
イジェスト第75ページ）。このような投写型表示装置の
従来の構成の一例を第５図に示す。2. Description of the Related Art In order to display a large screen image, a relatively small light valve forms an optical image corresponding to a video signal as a change in optical characteristics, irradiates the optical image with illumination light, and screens the image with a projection lens. A method of enlarging and projecting above is well known in the art. In this type of projection display device, the resolution of the projected image is almost determined by the resolution of the light valve,
If the light source is strengthened, the light output is increased. Therefore, if a high-resolution light valve is used, a high-resolution, large-light-output projection display device can be realized even if its display area is small. Recently, a method using a liquid crystal panel as a light valve has attracted attention. (For example, SID87 digest page 75). FIG. 5 shows an example of a conventional configuration of such a projection display device.

ランプ１は赤、緑、青の色成分を含む光を放射し、ラ
ンプ１から放射される光は集光レンズ２と凹面鏡３とに
より平行に近い光に変換され、熱線吸収フィルタ４を透
過した後、色分解手段５に入射する。色分解手段５は平
板型の青反射ダイクロイックミラー６と平板型の緑反射
ダイクロイックミラー７とを平行に配置したもので、そ
れらの法線8,9が入力光光軸10に対して45度となるよう
に配置されている。色分解手段５を出た赤の光は平面ミ
ラー11,12を介して、緑の光はそのまま直進して、青の
光は平面ミラー13を介して、それぞれ対応する液晶パネ
ル14,15,16に入射する。液晶パネル14,15,16にはそれぞ
れの映像信号に応じて透過率の変化として光学像が形成
される。液晶パネル14,15,16からの出力光は光合成手段
17により１つに合成されて実質的に緑の液晶パネル15の
位置にカラー画像が形成される。このカラー画像はテレ
セントリックの投写レンズ18によりスクリーン（図示せ
ず）上に拡大投写される。光合成手段17は４つの直角プ
リズム19,20,21,22を接合したプリズム型のダイクロイ
ックミラーであり、接合面23,24に赤反射ダイクロイッ
ク多層膜が、接合面25,26に青反射ダイクロイック多層
膜が蒸着されている。多層膜の交差部27はその影響がス
クリーン上に現れないように非常に細かくしている。The lamp 1 emits light containing red, green, and blue color components, and the light emitted from the lamp 1 is converted into nearly parallel light by the condenser lens 2 and the concave mirror 3, and transmitted through the heat ray absorbing filter 4. Thereafter, the light enters the color separation unit 5. The color separation means 5 has a flat-type blue reflecting dichroic mirror 6 and a flat-type green reflecting dichroic mirror 7 arranged in parallel, and their normals 8 and 9 are 45 degrees with respect to the input optical axis 10. It is arranged to become. The red light exiting the color separation means 5 travels straight through the plane mirrors 11 and 12, the green light travels straight through, and the blue light travels through the plane mirror 13 to the corresponding liquid crystal panels 14, 15, 16 respectively. Incident on. Optical images are formed on the liquid crystal panels 14, 15, 16 as changes in transmittance according to the respective video signals. The output light from the liquid crystal panels 14, 15, 16 is used for photosynthesis.
A color image is formed at the position of the substantially green liquid crystal panel 15 by being combined into one by 17. This color image is enlarged and projected on a screen (not shown) by a telecentric projection lens 18. The light synthesizing means 17 is a prism type dichroic mirror in which four right-angle prisms 19, 20, 21, and 22 are joined, a red reflecting dichroic multilayer film on joining surfaces 23, 24, and a blue reflecting dichroic multilayer film on joining surfaces 25, 26. Has been deposited. The intersection 27 of the multilayer film is very fine so that its effects do not appear on the screen.

第５図に示した投写型表示装置は、投写レンズが１本
であるので画面サイズまたは投写レンズ18からスクリー
ンまでの距離を容易に変えられるという特徴がある。The projection type display device shown in FIG. 5 has a feature that the screen size or the distance from the projection lens 18 to the screen can be easily changed because there is only one projection lens.

発明が解決しようとする課題 第５図に示した構成では、集光レンズ２から各液晶パ
ネル14,15,16までの光路長が、青と緑の光は短く、赤の
光は長い。一般に、集光レンズ２から出る光は光路が長
くなるに従って光が拡がるので、青と緑の光は光利用効
率が高いが、赤の光は光路長が長い分だけ光利用効率が
低くなる。投写画像の白バランスを考えると、例えば青
と緑の光の光路に減衰フィルタを挿入して、最適な赤、
緑、青の照度比にする装置がある。装置全体の光利用効
率は最適な赤、緑、青の照度比に最も不足する色の光で
決定されるので、第５図に示した構成では装置全体の光
利用効率が低く、光出力が小さいという課題がある。ま
た、光源の光出力を大きくすれば装置の光出力を大きく
できるが、それだけ装置全体が大きくなるという課題が
ある。Problems to be Solved by the Invention In the configuration shown in FIG. 5, the optical path length from the condenser lens 2 to each of the liquid crystal panels 14, 15, 16 is short for blue and green light and long for red light. In general, light emitted from the condenser lens 2 spreads as the optical path becomes longer, so that blue and green light have higher light use efficiency, but red light has lower light use efficiency due to the longer light path length. Considering the white balance of the projected image, for example, by inserting an attenuation filter in the optical path of blue and green light,
There is a device to set the illumination ratio between green and blue. Since the light utilization efficiency of the entire apparatus is determined by the light of the color that is the shortest in the optimal illuminance ratio of red, green, and blue, the light utilization efficiency of the entire apparatus is low and the light output is low in the configuration shown in FIG. There is a problem of being small. Further, if the light output of the light source is increased, the light output of the device can be increased. However, there is a problem that the entire device is correspondingly increased.

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、光学系の
光利用効率を向上させて、コンパクトでしかも光出力の
大きい投写型表示装置を提供することを目的としてい
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a compact projection display device having a high light output by improving the light use efficiency of an optical system.

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、本発明の投写型表示装置
は、３原色の色成分を含む光を放射する光源と、前記光
源の出力光を３原色の色光に分解するための第１及び第
２の平板型ダイクロイックミラーを略平行に配置した色
分解手段と、折り返しミラーと、光伝達手段と、２つの
フィールドレンズと、映像信号に応じた光学像が形成さ
れる３つのライトバルブと、前記各ライトバルブからの
出力光を１つに合成する多層膜面をＸ字状に交差させた
光合成手段と、前記光合成手段からの出力光を受け前記
ライトバルブの光学像をスクリーン上に投写する投写レ
ンズとを備え、前記第１の平板型ダイクロイックミラー
によって選択的に分離される第１の色光は前記折り返し
ミラーにより光路を折り曲げられて前記フィールドレン
ズの対応する１つを通過して前記ライトバルブの対応す
る１つに到達せしめられ、前記第２の平板型ダイクロイ
ックミラーによって選択的に反射される第２の色光はそ
のまま直進して前記フィールドレンズの対応する他の１
つを通過して前記ライトバルブの対応する他の１つに到
達せしめられ、前記第２の平板型ダイクロイックミラー
を透過した第３の色光は前記光伝達手段により前記ライ
トバルブの対応する更に他の１つに到達せしめられ、前
記第２の色光は前記光合成手段を直進して前記投写レン
ズに入射せしめ、前記光伝達手段は、入力端に配置され
る入力部収束レンズと、出力端に配置される出力部収束
レンズと、前記入力部収束レンズと前記出力部収束レン
ズとの光路中に配置される中央部収束レンズと、前記入
力部収束レンズと前記中央部収束レンズとの間の光路を
折り曲げる入力側平面ミラーと、前記中央部収束レンズ
と前記出力部収束レンズとの間の光路を折り曲げる出力
側平面ミラーとを備え、前記入力部収束レンズから前記
中央部収束レンズに至る光路長と前記中央部収束レンズ
から前記出力部収束レンズに至る光路長は略等しくし、
前記入力部収束レンズの焦点距離は前記中央部収束レン
ズの焦点距離の略２倍とし、前記入力部収束レンズの焦
点は前記中央部収束レンズの略中心に配置し、前記入力
部収束レンズは前記中央部収束レンズ付近に前記光源内
の発光体の実像を形成し、前記中央部収束レンズは前記
入力部収束レンズ付近の物体の実像を前記出力支部収束
レンズ付近に形成し、前記２つのフィールドレンズの各
々と前記出力部収束レンズはその出射光を前記投写レン
ズに到達せしめ、前記光源から前記３つのライトバルブ
にいたる光路長を等価的に等しくするようにしたもので
ある。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, a projection display apparatus of the present invention decomposes a light source that emits light including three primary color components, and decomposes output light from the light source into three primary color lights. Separation means in which first and second flat-plate dichroic mirrors are arranged substantially in parallel, a folding mirror, a light transmission means, two field lenses, and an optical image corresponding to a video signal are formed. Two light valves, a light combining means having X-shaped cross-sections of a multilayer film surface for combining output lights from the respective light valves into one, and an optical image of the light valve receiving the output light from the light combining means. A projection lens for projecting the light onto a screen, wherein the first color light selectively separated by the first flat dichroic mirror has an optical path bent by the return mirror to form the field light. The second color light passing through the corresponding one of the lenses and reaching the corresponding one of the light valves and selectively reflected by the second flat dichroic mirror proceeds straight as it is to the field lens. Corresponding one of the
And the third color light transmitted through the second flat dichroic mirror through the second flat dichroic mirror is passed by the light transmitting means to another corresponding one of the light valves. And the second color light travels straight through the light combining means and enters the projection lens. The light transmitting means is provided at an input convergent lens disposed at an input end, and is disposed at an output end. An output part convergent lens, a central part convergent lens disposed in an optical path between the input part convergent lens and the output part convergent lens, and an optical path between the input part convergent lens and the central part convergent lens. An input-side flat mirror, and an output-side flat mirror that bends an optical path between the center-portion converging lens and the output-portion converging lens; The optical path length from the optical path length and the central portion converging lens reaches the output portion converging lens extending is substantially equal,
The focal length of the input portion convergent lens is approximately twice the focal length of the central portion convergent lens, the focal point of the input portion convergent lens is disposed substantially at the center of the central portion convergent lens, and the input portion convergent lens is Forming a real image of the illuminant in the light source near a central convergent lens; the central convergent lens forming a real image of an object near the input convergent lens near the output branch convergent lens; And the output section converging lens allow the emitted light to reach the projection lens so that the optical path lengths from the light source to the three light valves are equivalently equal.

作用 上記構成によれば、集光レンズと光伝達手段の入力部
収束レンズとにより中央部収束レンズの付近に光源内の
発光体の実像を形成し、中央部収束レンズにより入力部
収束レンズ付近の物体の実像を出力部収束レンズ付近に
形成するようにしているので、入力部収束レンズに入射
して中央部収束レンズに到達するような光はすべて出力
部収束レンズを通過して出力される。入力側平面ミラー
と出力側平面ミラーとは、光伝達手段内の光路を折り曲
げるだけである。こうして、入力部収束レンズと中央部
収束レンズとが発散しようとする光を収束光に変換し、
光伝達手段内で光が拡がらないようにするので、レンズ
系を用いて各色の光路長を等価的に等しくでき、光路長
の長い部分の光利用効率の低下を防ぐことができる。次
に、フィールドレンズまたは出力部収束レンズのいずか
の出射光が投写レンズに到達するようにしているので、
この部分の光利用効率は従来と同等である。従って、収
束レンズを組み合わせた光伝達手段を用いることによ
り、光利用効率を向上させた投写型表示装置を実現する
ことができる。Operation According to the above configuration, a real image of the illuminant in the light source is formed near the central portion converging lens by the converging lens and the input portion converging lens of the light transmission means, and the central portion converging lens is used to form a real image near the input portion converging lens. Since the real image of the object is formed near the output portion convergent lens, all the light that enters the input portion convergent lens and reaches the central portion convergent lens is output through the output portion convergent lens. The input side plane mirror and the output side plane mirror only bend the optical path in the light transmitting means. Thus, the light that the input part convergent lens and the central part convergent lens are about to diverge is converted into convergent light,
Since the light is prevented from being spread in the light transmitting means, the optical path lengths of the respective colors can be equivalently made equal by using a lens system, so that a reduction in light use efficiency in a portion having a long optical path length can be prevented. Next, since the outgoing light of either the field lens or the output section converging lens reaches the projection lens,
The light use efficiency of this part is equivalent to the conventional one. Therefore, by using the light transmitting means combined with the converging lens, it is possible to realize a projection display device with improved light use efficiency.

実施例 本発明による投写型表示装置の一実施例について添付
図面を参照しながら説明する。Embodiment An embodiment of a projection display according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第１図は本発明の一実施例における光学系の構成を示
したもので、30は光源、38は色分解手段、39は光伝達手
段、40は折り返しミラー、41,42はフィールドレンズ、4
3,44,45はライトバルブ、46は光合成手段、47は投写レ
ンズである。38の色分解手段において、48は青反射の平
板型ダイクロイックミラー、49は緑反射の平板型ダイク
ロイックミラーであり、それらの法線50,51が光軸37と4
5度の角度をなすように配置してある39の光伝達手段に
おいて、52は入力部収束レンズ、53は入力側平面ミラ
ー、54は中央部収束レンズ、55は出力側平面ミラー、56
は出力部収束レンズである。なお、色分解手段38と光合
成手段46とは第５図に示した従来例で用いているものと
同一である。FIG. 1 shows the configuration of an optical system according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 30 denotes a light source, 38 denotes color separation means, 39 denotes light transmission means, 40 denotes a folding mirror, 41 and 42 denote field lenses,
3, 44, 45 are light valves, 46 is a light synthesizing means, and 47 is a projection lens. In the color separation means 38, 48 is a flat dichroic mirror of blue reflection, 49 is a flat dichroic mirror of green reflection, and their normals 50 and 51 are the optical axes 37 and 4 respectively.
In 39 light transmitting means arranged at an angle of 5 degrees, 52 is an input part converging lens, 53 is an input side flat mirror, 54 is a central part converging lens, 55 is an output side flat mirror, 56
Is an output convergent lens. The color separating means 38 and the light combining means 46 are the same as those used in the conventional example shown in FIG.

光源30はランプ31と、集光レンズ32と凹面鏡33と、熱
線吸収フィルタ34とから構成され、ランプ31は、赤、
緑、青の３原色の色成分を含む光を放射する。ランプ31
から放射される光は集光レンズ32と凹面鏡33とにより平
行に近い光に変換される。厳密には、ランプ31の発光体
35の中心36から出る光線が集光レンズ32から光軸37と平
行に出射するようにしてある。集光レンズ32から出た光
は熱線吸収フィルタ34により赤外線が除去される。光源
30の出力光は色分解手段38に入射し、赤、緑、青の光に
分解される。色分解手段38を出た赤の光は光伝達手段39
を介して、緑の光は直進してフィールドレンズ41を介し
て、青の光は平面ミラー40で光路が折り曲げられた後に
フィールドレンズ42を介して、それぞれ対応する赤、
緑、青のライトバルブ43,44,45に入射する。ライトバル
ブ43,44,45は透過型の液晶パネルであって、映像信号に
応じて透過率の変化として光学像が形成される。ライト
バルブ43,44,45の出力光は、フィールドレンズ41,42及
び出力部収束レンズ56により投写レンズ47に入射する。
このとき、各出力光は光合成手段46により１つに合成さ
れて、実質的にライトバルブ44の位置にカラー画像が合
成される。このカラー画像は投写レンズ47によりスクリ
ーン（図示せず）上に拡大投写される。The light source 30 includes a lamp 31, a condenser lens 32, a concave mirror 33, and a heat ray absorbing filter 34.
It emits light containing three primary color components, green and blue. Lamp 31
Is converted into near parallel light by the condenser lens 32 and the concave mirror 33. Strictly speaking, the emitter of the lamp 31
Light rays emitted from the center 36 of 35 are emitted from the condenser lens 32 in parallel with the optical axis 37. Light emitted from the condenser lens 32 is subjected to removal of infrared rays by the heat ray absorbing filter 34. light source
The output light 30 enters the color separation means 38 and is separated into red, green, and blue light. The red light exiting the color separation means 38 is transmitted to the light transmission means 39.
, The green light goes straight through the field lens 41, and the blue light passes through the field lens 42 after the optical path is bent by the plane mirror 40, and the corresponding red light,
The light enters the green and blue light valves 43, 44, and 45. The light valves 43, 44, and 45 are transmissive liquid crystal panels, and optical images are formed as changes in transmittance according to video signals. The output lights of the light valves 43, 44, and 45 enter the projection lens 47 by the field lenses 41 and 42 and the output section converging lens 56.
At this time, the respective output lights are combined into one by the light combining means 46, and a color image is combined substantially at the position of the light valve 44. This color image is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 47.

フィールドレンズ41,42は平面57,58をライトバルブ4
4,45に向けた平凸レンズであり、光軸37に平行な光線
が、フィールドレンズ41,42に入射した場合にその出力
光線が投写レンズ47の瞳59の中心60の近傍に到達するよ
うにしている。フィールドレンズ41,42の形状と向きを
このようにするのは、球面収差を大きくしないためと、
平面研磨が比較的安価なためである。Field lenses 41 and 42 have flat surfaces 57 and 58 with light valve 4
The lens is a plano-convex lens directed toward 4, 45, and when a light ray parallel to the optical axis 37 enters the field lenses 41, 42, the output light ray reaches the vicinity of the center 60 of the pupil 59 of the projection lens 47. ing. The reason for setting the shapes and directions of the field lenses 41 and 42 in this way is not to increase spherical aberration.
This is because planar polishing is relatively inexpensive.

投写レンズ47はライトバルブ43,44,45側の画角が小さ
い投写レンズとなっている。これは次のような理由によ
る。一般に、ライトバルブには入射光線の入射角により
工学的な特性が異なるという性質があり、通常の広角の
投写レンズを用いるとライトバルブの中心から離れるほ
どライトバルブへの主光線の入射角が大きくなるので、
スクリーン上の中心と周辺で画質が異なる場合がある。
これを避けるにはライトバルブ側の半画角を10度あるい
はそれ以下にするとよい。The projection lens 47 is a projection lens having a small angle of view on the light valve 43, 44, 45 side. This is for the following reasons. In general, a light valve has the property that its engineering characteristics vary depending on the angle of incidence of the incident light beam.If a normal wide-angle projection lens is used, the farther away from the center of the light valve the greater the angle of incidence of the chief ray to the light valve Because
The image quality may differ between the center and the periphery of the screen.
To avoid this, the half angle of view on the light valve side is preferably set to 10 degrees or less.

第２図は光伝達手段39の構成を示したもので、色分解
手段38側から順に、入力部収束レンズ52と、入力側平面
ミラー53と、中央部収束レンズ52と、出力側平面ミラー
55と、出力部収束レンズ56とで構成されている。入力部
収束レンズ52は平面61を中央部収束レンズ54に向けた平
凸レンズ、中央部収束レンズ54は両面62,63の曲率半径
が等しい両凸レンズ、出力部収束レンズ56は両凸レンズ
であり、収束レンズ52,54,56は等光路間隔で配置されて
いる。光路を直角に折り曲げるために、入力部収束レン
ズ52と中央部収束レンズ54との間に入力側平面ミラー53
が配置され、中央部収束レンズ54と出力収束レンズ56と
の間に出力側平面ミラー55が配置されている。入力部収
束レンズ52の焦点距離は中央部収束レンズ54の焦点距離
の２倍で、入力部収束レンズ52の焦点が中央部収束レン
ズ54の中心64の近傍にくるようにしてある。出力部収束
レンズ56は、中央部収束レンズ54の中心から出る光線が
屈折して投写レンズ47の瞳59の中心60の近傍に到達する
ようにしてある。入力部収束レンズ52を平凸レンズと
し、平面61を中央部収束レンズ54に向けるのは、球面収
差を大きくしないためと、平面研磨が比較的安価なため
である。中央部収束レンズ54を両面62,63の曲率半径が
等しい両凸レンズとするのも球面収差が大きくしないた
めである。FIG. 2 shows the structure of the light transmitting means 39. In order from the color separation means 38 side, an input part converging lens 52, an input side plane mirror 53, a central part converging lens 52, and an output side plane mirror
55 and an output section converging lens 56. The input part convergent lens 52 is a plano-convex lens with the plane 61 facing the central part convergent lens 54, the central part convergent lens 54 is a biconvex lens having the same radius of curvature of both sides 62, 63, and the output part convergent lens 56 is a biconvex lens. The lenses 52, 54, 56 are arranged at equal optical path intervals. In order to bend the optical path at a right angle, an input side plane mirror 53 is provided between the input section converging lens 52 and the central section converging lens 54.
Are arranged, and an output-side flat mirror 55 is arranged between the central converging lens 54 and the output converging lens 56. The focal length of the input section converging lens 52 is twice the focal length of the central section converging lens 54, and the focal point of the input section converging lens 52 is located near the center 64 of the central section converging lens 54. The output part converging lens 56 is configured such that a light beam emitted from the center of the central part converging lens 54 is refracted and reaches near the center 60 of the pupil 59 of the projection lens 47. The reason why the input part converging lens 52 is a plano-convex lens and the plane 61 is directed to the central part converging lens 54 is that the spherical aberration is not increased and that planar polishing is relatively inexpensive. The reason why the central converging lens 54 is a biconvex lens in which both surfaces 62 and 63 have the same radius of curvature is that spherical aberration is not increased.

以下に、第２図に示した赤の光伝達手段39の作用につ
いて説明する。第３図はランプ31から投写レンズ47まで
の光学系を示したもので、説明を簡単にするために関係
する光学部品のみ示している。光伝達手段39には次のよ
うな性質がある。The operation of the red light transmitting means 39 shown in FIG. 2 will be described below. FIG. 3 shows an optical system from the lamp 31 to the projection lens 47, and shows only relevant optical components for simplifying the description. The light transmitting means 39 has the following properties.

第１に、中央部収束レンズ54の焦点距離と収束レンズ
52,54,56の位置関係から、中央部収束レンズ54により入
力部収束レンズ52の中心65付近にある物体66の実像67は
出力部収束レンズ56の中心68付近に形成され、この物体
66と実像67とは同じ大きさである。このため、入力部収
束レンズ52の任意の位置から中央部収束レンズ54の任意
の位置に入力する光線は必ず出力部収束レンズ56に入射
する。しかも、ライトバルブ43,44,45への入射光の光束
径がほぼ同一となる。First, the focal length of the central convergent lens 54 and the convergent lens
From the positional relationship of 52, 54, 56, a real image 67 of an object 66 near the center 65 of the input lens 52 is formed by the center convergent lens 54 near the center 68 of the output lens 56.
66 and the real image 67 are the same size. For this reason, a light beam input from an arbitrary position of the input part convergent lens 52 to an arbitrary position of the central part convergent lens 54 always enters the output part convergent lens 56. Moreover, the luminous flux diameters of the light incident on the light valves 43, 44, 45 are substantially the same.

第２に、入力部収束レンズ52の焦点が中央部収束レン
ズ54の中心64の近傍にあり、中央部収束レンズ54の中心
付近は屈折力がないので、光軸37と平行に入力部収束レ
ンズ52の周辺に入射した光線は中央部収束レンズ54の中
心64をそのまま通過し、出力部収束レンズ56の周辺を通
過する。このため、ランプ31の発光体35の中心36から出
た光線が集光レンズ32で屈折して光軸37と平行に出射す
る場合には、集光レンズ32と入力部収束レンズ52とによ
り、ランプ31の発光体35の実像70が中央部収束レンズ54
の中心64付近に形成される。Second, since the focal point of the input part converging lens 52 is near the center 64 of the central part converging lens 54 and the central part of the central part converging lens 54 has no refractive power, the input part converging lens 52 is parallel to the optical axis 37. The light beam incident on the periphery of 52 passes through the center 64 of the central convergent lens 54 as it is, and passes around the output convergent lens 56. For this reason, when a light beam emitted from the center 36 of the light emitting body 35 of the lamp 31 is refracted by the condenser lens 32 and emitted parallel to the optical axis 37, the condenser lens 32 and the input section converging lens 52 The real image 70 of the luminous body 35 of the lamp 31 is formed by a central convergent lens 54.
Is formed near the center 64 of.

以上の事から、中央部収束レンズ54の有効領域が実像
70よりも大きければ、入力部収束レンズ52に入射した光
はすべて出力部収束レンズ56から出射し、光伝達手段39
の内部では光が拡がることによる損失のないことがわか
る。このため第５図に示した従来の構成に比べて赤の光
の利用効率が高くなり、その結果として装置全体の光利
用効率が高くなる。From the above, the effective area of the central converging lens 54 is a real image.
If it is larger than 70, all the light incident on the input section converging lens 52 exits from the output section converging lens 56, and the light transmitting means 39
It can be seen that there is no loss due to the spread of light inside. For this reason, the use efficiency of red light is higher than that of the conventional configuration shown in FIG. 5, and as a result, the light use efficiency of the entire apparatus is higher.

ランプ31の発光体35の中心36からでた光線は、緑と青
の光がフィールドレンズ41,42を通過して、赤の光が光
伝達手段39を通過して、投写レンズ47の瞳59の中心60付
近に到達する。つまり、ランプ31の発光体35の赤、緑、
青に分かれた実像が、投写レンズ47の瞳59の近傍に形成
される。従って、ライトバルブ43,44,45から出射した光
は効率よくスクリーン上に到達する。なお、第２図に示
した構成では、入力部収束レンズ52から出力部収束レン
ズ56までの光路長を自由に選べるので、光路を折り曲げ
るための平面ミラー53,55を配置する空間は十分に確保
できる。The light emitted from the center 36 of the light emitting body 35 of the lamp 31 is such that green and blue light pass through the field lenses 41 and 42, red light passes through the light transmitting means 39, and the pupil 59 of the projection lens 47. Around the center 60 of. That is, the red, green,
A real image divided into blue is formed near the pupil 59 of the projection lens 47. Therefore, the light emitted from the light valves 43, 44, 45 efficiently reaches the screen. In the configuration shown in FIG. 2, since the optical path length from the input part converging lens 52 to the output part converging lens 56 can be freely selected, a sufficient space for disposing the plane mirrors 53 and 55 for bending the optical path is secured. it can.

次に具体的な数値例を用いて説明する。 Next, a description will be given using specific numerical examples.

ライトバルブ43,44,45の表示寸法が40mm×60mm、投写
レンズ47が焦点距離150mm、明るさF2.5、フィールドレ
ンズ41,42が焦点距離170mm、入力部収束レンズ52が焦点
距離130mm、中央部収束レンズ54が焦点距離65mm、出力
部収束レンズ55が焦点距離80mmである。第５図に示した
構成の場合、赤のライトバルブ14の直前の照度は色分解
手段５の直後の照度50％であったが、第１図に示した構
成では、赤のライトバルブ43の直前の照度は色分解手段
38の直後の照度の約75％となり、明らかに光利用効率の
向上が認められた。The display dimensions of the light valves 43, 44, 45 are 40 mm x 60 mm, the projection lens 47 has a focal length of 150 mm, the brightness is F2.5, the field lenses 41, 42 have a focal length of 170 mm, the input section converging lens 52 has a focal length of 130 mm, and the center The focusing lens 54 has a focal length of 65 mm, and the focusing lens 55 has a focal length of 80 mm. In the configuration shown in FIG. 5, the illuminance immediately before the red light valve 14 is 50% of the illuminance immediately after the color separation means 5, but in the configuration shown in FIG. The illuminance just before is color separation means
The illuminance immediately after 38 was about 75%, clearly improving the light use efficiency.

次に、本発明の他の一実施例について説明する。第２
図に示した光伝達手段39の入力部収束レンズ52は並凸レ
ンズでなくてもよい。第４図はこの場合の例を示したも
ので、入力部収束レンズ71を曲率の小さい面72が中央部
収束レンズ54に向いた両凸レンズとしている。一般に、
球面レンズはＦ数が小さいと球面収差が大きくなり、光
の拡がりを無視できなくなる。この場合、平凸レンズよ
りも、中央部収束レンズ54に向いた面72の曲率半径が他
方の面の曲率半径の約２倍の両凸レンズの方が球面収差
が少ない。また、第２図に示した入力部収束レンズ52、
中央部収束レンズ54、出力部収束レンズ56の少なくとも
１つのレンズに少なくとも１つの非球面を含むようにし
て光伝達手段39の諸収差の発生を抑制すれば、光伝達手
段39内の光が拡がる事による損失を更に小さくすること
ができる。これは、第４図に示した光伝達手段の場合も
同様である。Next, another embodiment of the present invention will be described. Second
The input part converging lens 52 of the light transmitting means 39 shown in the figure may not be a parallel-convex lens. FIG. 4 shows an example of this case, in which the input unit convergent lens 71 is a biconvex lens in which the surface 72 having a small curvature faces the central convergent lens 54. In general,
If the F-number of the spherical lens is small, the spherical aberration increases, and the spread of light cannot be ignored. In this case, the spherical aberration of the biconvex lens in which the radius of curvature of the surface 72 facing the central convergent lens 54 is about twice the radius of curvature of the other surface is smaller than that of the plano-convex lens. Further, the input section converging lens 52 shown in FIG.
If at least one aspheric surface is included in at least one of the central converging lens 54 and the output converging lens 56 to suppress the occurrence of various aberrations of the light transmitting means 39, the light in the light transmitting means 39 is expanded. The loss can be further reduced. This is the same in the case of the light transmitting means shown in FIG.

また、光伝達手段39において、入力側平面ミラー53も
しくは出力側平面ミラーの少なくともいずれか一方は赤
反射の平板型ダイクロイックミラーであっても構わな
い。この場合、赤反射平板型ダイクロイックミラーの分
光反射特性を適当に選択することにより、平面ミラーを
用いる場合に比べて色純度の高い赤の色光を得ることが
できる。その結果、光合成手段46により合成されたカラ
ー画像において高い赤の色再現性が実現できる。In the light transmitting means 39, at least one of the input-side flat mirror 53 and the output-side flat mirror may be a red-reflective flat-plate dichroic mirror. In this case, by appropriately selecting the spectral reflection characteristics of the red-reflection plate type dichroic mirror, red color light with higher color purity can be obtained as compared with the case where a plane mirror is used. As a result, high red color reproducibility can be realized in the color image synthesized by the light synthesis means 46.

第１図に示した構成では、フィールドレンズ41,42を
平凸レンズとしたが、他の形状の球面レンズや少なくと
も一方の面に非球面を含むレンズを用いて、スクリーン
上の中心部に対する周辺部の照度比の最適化を図ること
ができる。この場合、曲率の小さい面をライトバルブ4
4,45に向ける方が収差の点で有利である。In the configuration shown in FIG. 1, the field lenses 41 and 42 are plano-convex lenses, but a spherical lens having another shape or a lens including an aspheric surface on at least one surface is used to form a peripheral portion with respect to a central portion on the screen. Of the illumination ratio can be optimized. In this case, the surface with the small curvature is
Aiming at 4,45 is more advantageous in terms of aberration.

第２図に示した構成では、入力部収束レンズ52を平凸
レンズとし、中央部収束レンズ54の焦点距離と収束レン
ズ52,54,56の位置関係を規定したが、これにこだわる必
要はなく、多少変更することにより、スクリーン上の中
心部に対する周辺部の照度比や、赤、緑、青の照度比な
どの最適化を図ることもできる。In the configuration shown in FIG. 2, the input unit convergent lens 52 is a plano-convex lens, and the focal length of the central convergent lens 54 and the positional relationship between the convergent lenses 52, 54, 56 are defined. However, there is no need to stick to this. By making some changes, it is possible to optimize the illuminance ratio of the peripheral portion with respect to the center portion on the screen and the illuminance ratio of red, green, and blue.

第１図では、ライトバルブ43,44,45として液晶パネル
を用いた例を示したが、電気光学結晶など光学的特性の
変化として映像信号に応じた光学像を形成できるものな
らライトバルブとして用いることができる。また、第１
図では光合成手段46としてプリズム型のダイクロイック
ミラーを用いた例を示したが、高い解像度が要求されな
い場合には、色分解手段38と同様に平板型のダイクロイ
ックミラーをＸ字状に交差させたものを用いることがで
きる。いずれも、上述の実施例と同様の効果を得ること
ができる。FIG. 1 shows an example in which a liquid crystal panel is used as the light valves 43, 44, and 45. However, an electro-optic crystal or the like that can form an optical image corresponding to a video signal as a change in optical characteristics is used as a light valve. be able to. Also, the first
In the figure, an example in which a prism type dichroic mirror is used as the light combining means 46 is shown. However, when high resolution is not required, a flat type dichroic mirror crossed in an X shape like the color separating means 38. Can be used. In each case, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

発明の効果 以上述べたごとく本発明によれば、光路の長い部分に
収束レンズを組み合わせた光伝達手段を用いて各色の光
路長を等価的に等しくすることでその部分での光利用効
率の低下を防いでいるので、装置全体の光利用効率を向
上させることができ、それによりコンパクトでしかも光
出力の大きい投写型表示装置を提供することができる。Effect of the Invention As described above, according to the present invention, the optical path length of each color is equivalently made equal by using a light transmitting means in which a converging lens is combined with a long part of the optical path, thereby reducing the light use efficiency in that part. Therefore, the light utilization efficiency of the entire apparatus can be improved, and a compact projection display apparatus having a large light output can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図の本発明の一実施例における投写型表示装置の構
成を示す略構成図、第２図は第１図に示した投写型表示
装置で用いる光伝達手段の略構成図、第３図は第１図に
示した光伝達手段の作用を説明するための略線図、第４
図は本発明の他の実施例における光伝達手段の構成を示
す略構成図、第５図は従来の投写型表示装置の構成を示
す略構成図である。 30……光源、38……色分解手段、39……光伝達手段、40
……折り返しミラー、41,42……フィールドレンズ、43,
44,45……ライトバルブ、46……光合成手段、47……投
写レンズ、52……入力部収束レンズ、53……入力側平面
ミラー、54……中央部収束レンズ、55……出力側平面ミ
ラー、56……出力部収束レンズ。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a projection display device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a light transmitting means used in the projection display device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the light transmitting means shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a light transmitting means according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional projection display device. 30 light source, 38 color separation means, 39 light transmission means, 40
…… Folding mirror, 41,42 …… Field lens, 43,
44, 45: light valve, 46: light combining means, 47: projection lens, 52: input part converging lens, 53: input side plane mirror, 54: central part converging lens, 55: output side plane Mirror, 56 ... Convergent lens at output section.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−46490（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−284592（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−122637（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−196192（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−216025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−142509（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−106785（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-46490 (JP, A) JP-A-63-284592 (JP, A) JP-A-61-122637 (JP, A) 196192 (JP, A) JP-A-63-216025 (JP, A) JP-A-56-142509 (JP, A) JP-A-63-106785 (JP, A)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】３原色の色成分を含む光を放射する光源
と、前記光源の出力光を３原色の色光に分解するための
第１及び第２の平板型ダイクロイックミラーを略平行に
配置した色分解手段と、折り返しミラーと、光伝達手段
と、２つのフィールドレンズと、映像信号に応じた光学
像が形成される３つのライトバルブと、前記各ライトバ
ルブからの出力光を１つに合成する多層膜面をＸ字状に
交差させた光合成手段と、前記光合成手段からの出力光
を受け前記ライトバルブの光学像をスクリーン上に投写
する投写レンズとを備え、前記第１の平板型ダイクロイ
ックミラーによって選択的に分離される第１の色光は前
記折り返しミラーにより光路を折り曲げられて前記フィ
ールドレンズの対応する１つを通過して前記ライトバル
ブの対応する１つに到達せしめられ、前記第２の平板型
ダイクロイックミラーによって選択的に反射される第２
の色光はそのまま直進して前記フィールドレンズの対応
する他の１つを通過して前記ライトバルブの対応する他
の１つに到達せしめられ、前記第２の平板型ダイクロイ
ックミラーを透過した第３の色光は前記光伝達手段によ
り前記ライトバルブの対応する更に他の１つに到達せし
められ、前記第２の色光は前記光合成手段を直進して前
記投写レンズに入射せしめ、前記光伝達手段は、入力端
に配置される入力部収束レンズと、出力端に配置される
出力部収束レンズと、前記入力部収束レンズと前記出力
部収束レンズとの光路中に配置される中央部収束レンズ
と、前記入力部収束レンズと前記中央部収束レンズとの
間の光路を折り曲げる入力側平面ミラーと、前記中央部
収束レンズと前記出力部収束レンズとの間の光路を折り
曲げる出力側平面ミラーとを備え、前記入力部収束レン
ズから前記中央部収束レンズに至る光路長と前記中央部
収束レンズから前記出力部収束レンズに至る光路長は略
等しくし、前記入力部収束レンズの焦点距離は前記中央
部収束レンズの焦点距離の略２倍とし、前記入力部収束
レンズの焦点は前記中央部収束レンズの略中心に配置
し、前記入力部収束レンズは前記中央部収束レンズ付近
に前記光源内の発光体の実像を形成し、前記中央部収束
レンズは前記入力部収束レンズ付近の物体の実像を前記
出力部収束レンズ付近に形成し、前記２つのフィールド
レンズの各々と前記出力部収束レンズはその出射光を前
記投写レンズに到達せしめ、前記光源から前記３つのラ
イトバルブにいたる光路長を等価的に等しくすることを
特徴とする投写型表示装置。1. A light source that emits light containing three primary color components and first and second flat dichroic mirrors for decomposing output light from the light source into three primary color lights are arranged substantially in parallel. A color separation unit, a folding mirror, a light transmission unit, two field lenses, three light valves on which an optical image is formed according to a video signal, and output light from each of the light valves is combined into one. A light combining means having X-shaped cross-sections of the multilayer film surfaces to be formed, and a projection lens for receiving an output light from the light combining means and projecting an optical image of the light valve onto a screen, wherein the first flat dichroic is provided. The first color light selectively separated by the mirror has its optical path bent by the folding mirror and passes through a corresponding one of the field lenses to a corresponding one of the light valves. Was allowed to reach a second that is selectively reflected by said second flat plate type dichroic mirror
The color light travels straight as it is, passes through another corresponding one of the field lenses, reaches another corresponding one of the light valves, and is transmitted through the second flat dichroic mirror. The color light is made to reach another corresponding one of the light valves by the light transmitting means, and the second color light goes straight through the light synthesizing means and is incident on the projection lens. An input part convergent lens disposed at an end, an output part convergent lens disposed at an output end, a central part convergent lens disposed in an optical path between the input part convergent lens and the output part convergent lens, An input plane mirror that bends an optical path between a partial convergent lens and the central convergent lens; and an output plane that bends an optical path between the central convergent lens and the output convergent lens. And the optical path length from the input part converging lens to the central part converging lens is substantially equal to the optical path length from the central part converging lens to the output part converging lens, and the focal length of the input part converging lens is The focal length of the central portion converging lens is approximately twice as long as the focal length of the central portion converging lens, and the focal point of the input portion converging lens is disposed substantially at the center of the central portion converging lens. The central convergent lens forms a real image of the object near the input convergent lens near the output convergent lens, and each of the two field lenses and the output convergent lens A projection display device, wherein the emitted light reaches the projection lens, and the optical path length from the light source to the three light valves is equivalently equalized. 【請求項２】光源から出射する光が平行光に近いことを
特徴とする請求項（１）記載の投写型表示装置。2. The projection display according to claim 1, wherein the light emitted from the light source is close to a parallel light. 【請求項３】入力部収束レンズは曲率の小さい面を中央
部収束レンズに向けたレンズであることを特徴とする請
求項（１）記載の投写型表示装置。3. The projection display device according to claim 1, wherein the input portion convergent lens is a lens having a surface having a small curvature directed toward the central convergent lens. 【請求項４】入力部収束レンズは平面を中央部収束レン
ズに向けた平凸レンズであることを特徴とする請求項
（１）記載の投写型表示装置。4. The projection type display device according to claim 1, wherein the input part convergent lens is a plano-convex lens whose plane faces the central part convergent lens. 【請求項５】出力部収束レンズは両凸レンズであること
を特徴とする請求項（１）記載の投写型表示装置。5. The projection display device according to claim 1, wherein the output portion converging lens is a biconvex lens. 【請求項６】フィールドレンズは曲率の大きい面を色分
解手段に向けたレンズであることを特徴とする請求項
（１）記載の投写型表示装置。6. A projection display apparatus according to claim 1, wherein said field lens is a lens having a surface having a large curvature directed to color separation means. 【請求項７】フィールドレンズは凸面を色分解手段に向
けて配置した平凸レンズであることを特徴とする請求項
（１）記載の投写型表示装置。7. The projection type display device according to claim 1, wherein the field lens is a plano-convex lens having a convex surface facing the color separation means. 【請求項８】中央部収束レンズは両面の曲率半径が等し
い両凸レンズであることを特徴とする請求項（１）記載
の投写型表示装置。8. The projection display device according to claim 1, wherein the central convergent lens is a biconvex lens having the same radius of curvature on both surfaces. 【請求項９】入力側平面ミラーまたは出力側平面ミラー
の少なくともいずれか１つは平板型ダイクロイックミラ
ーであることを特徴とする請求項（１）記載の投写型表
示装置。9. The projection display device according to claim 1, wherein at least one of the input side flat mirror and the output side flat mirror is a flat type dichroic mirror. 【請求項１０】フィールドレンズと入力部収束レンズと
中央部収束レンズと出力部収束レンズの少なくとも１つ
のレンズに、少なくとも１つの非球面を含むことを特徴
とする請求項（１）記載の投写型表示装置。10. The projection type according to claim 1, wherein at least one of the field lens, the input portion convergent lens, the central portion convergent lens, and the output portion convergent lens includes at least one aspheric surface. Display device.