JP2978202B2 - Projection display device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、液晶ライトバルブ上に形成された画像をス
クリーン上に拡大投写する投写型表示装置の高輝度化に
関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high brightness projection type display device that enlarges and projects an image formed on a liquid crystal light valve onto a screen.
［従来の技術］ 第６図は従来の投写型表示装置の光学系の説明図であ
る。[Prior Art] FIG. 6 is an explanatory diagram of an optical system of a conventional projection display device.
図において、（１）は光源、（120）はランプ、（13
0）は反射鏡、（２）は光源（１）から出射する照明光
束、（３）は液晶ライトバルブ、（８），（９）は液晶
ライトバルブの前後に配置された偏光板、（４）は投写
レンズ、（５）はスクリーン、（10）はコンデンサレン
ズである。In the figure, (1) is a light source, (120) is a lamp, (13)
0) is a reflecting mirror, (2) is an illumination light beam emitted from the light source (1), (3) is a liquid crystal light valve, (8) and (9) are polarizing plates disposed before and after the liquid crystal light valve, and (4) ) Is a projection lens, (5) is a screen, and (10) is a condenser lens.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
光源（１）はランプ（120）と反射鏡（130）から成
り、液晶ライトバルブ（３）に照明光束（２）を照射す
る。ランプ（120）しては、例えばメタルハライドラン
プ，キセノンランプ等の放電ランプや、ハロゲンランプ
等が用いられる。又、反射鏡（130）の反射面は、図中
に一点鎖線で示す中心線（20）に対して回転対称な放物
面であり、公知のように放物面の焦点位置にランプ（12
0）の発光中心（121）を配置することにより、円形の断
面形状を有する平行照明光束（２）が得られる。液晶ラ
イトバルブ（３）の面上には、後述するように画像が表
示され、画像の濃淡及び色に応じて面内の透過率が変化
する。液晶ライトバルブ（３）を透過した光束はさらに
投写レンズ（４）を透過して投写光（110）となり、ス
クリーン（５）上に拡大結像され鑑賞に供される。な
お、コンデンサレンズレンズ（10）は、照明光束を高効
率で投射レンズ（４）に入射し高輝度の投写画像を得る
ために設けられている。The light source (1) comprises a lamp (120) and a reflecting mirror (130), and irradiates a liquid crystal light valve (3) with an illumination light beam (2). As the lamp (120), for example, a discharge lamp such as a metal halide lamp or a xenon lamp, or a halogen lamp is used. The reflecting surface of the reflecting mirror (130) is a paraboloid that is rotationally symmetric with respect to a center line (20) indicated by a dashed line in the figure.
By disposing the emission center (121) of (0), a parallel illumination light beam (2) having a circular cross-sectional shape is obtained. An image is displayed on the surface of the liquid crystal light valve (3) as described later, and the transmittance in the surface changes according to the density and color of the image. The light beam transmitted through the liquid crystal light valve (3) is further transmitted through the projection lens (4) to become a projection light (110), and is enlarged and formed on a screen (5) for viewing. The condenser lens (10) is provided to allow the illumination light beam to enter the projection lens (4) with high efficiency and obtain a high-brightness projected image.
次に、液晶ライトバルブ（３）の構成と動作につい
て、第７図により説明する。Next, the configuration and operation of the liquid crystal light valve (3) will be described with reference to FIG.
液晶（６）は２枚のガラス基板（７）に挟まれ、さら
に両側に偏光板（８），（９）を配している。電圧無印
加時Ｖ＝０（第７図（ａ））においては、入射側偏光板
（８）を透過した直線偏光（2a）は、液晶（６）を透過
する際に液晶の旋光性によって偏光方向が90゜回転し、
入射側偏光板（８）と偏光軸が直交するように配された
出射側偏光板（９）を透過する。一方、しきい値電圧Vt
h以上の電圧Ｖを印加する（第７図（ｂ））と、液晶の
旋光性が小さくなって、透過側偏光板（９）を透過する
光量が電圧の増加に伴って減少する。この様な透過率の
制御作用を利用し、さらに２次元アレイ状に電極を構成
することにより、２次元の画像表示素子が形成できる。
尚、上記液晶は旋光角が90゜のTN（Twisted Nematic）
液晶をノーマリーホワイトモードで使用した例について
説明した。液晶相の種類，旋光角の大きさ等については
公知のごとく、上記の他にも変形例が知られているが、
本発明の主題と直接的に関係しないので説明を省略す
る。The liquid crystal (6) is sandwiched between two glass substrates (7), and polarizing plates (8) and (9) are arranged on both sides. When no voltage is applied, V = 0 (FIG. 7A), the linearly polarized light (2a) transmitted through the incident-side polarizing plate (8) is polarized by the optical rotation of the liquid crystal when transmitted through the liquid crystal (6). The direction rotates 90 °,
The light passes through the exit-side polarizing plate (9) disposed so that the polarization axis of the entrance-side polarizing plate (8) is orthogonal to that of the polarizing plate. On the other hand, the threshold voltage Vt
When a voltage V of h or more is applied (FIG. 7 (b)), the optical rotation of the liquid crystal decreases, and the amount of light transmitted through the transmission-side polarizing plate (9) decreases with an increase in the voltage. A two-dimensional image display element can be formed by utilizing such a transmittance control function and further forming the electrodes in a two-dimensional array.
The above liquid crystal has a rotation angle of 90 ° TN (Twisted Nematic).
The example in which the liquid crystal is used in the normally white mode has been described. As to the type of liquid crystal phase, the magnitude of the optical rotation angle, and the like, as well-known, other modified examples are known.
The description is omitted because it is not directly related to the subject of the present invention.
さらに、第２の従来装置として、３枚の液晶ライトバ
ルブを用いた装置の光学系を第８図示す。FIG. 8 shows an optical system of a device using three liquid crystal light valves as a second conventional device.
図において、（１）は光源であり、具体的にはメタル
ハライドランプ，キセノンランプ，ハロゲンランプ等の
白色光を発生するランプ（120）と、回転対称な放物面
の反射鏡（130）から成る。（２）は光源（１）を出射
する照明光束であり、第１の従来例と同様に円形の断面
形状を有する平行光束である。（14R），（14B）は色分
離用ダイクロイックミラー、（15B），（15G）は色合成
用ダイクロイックミラー、（11），（12）はミラー、
（3R），（3G），（3B）は液晶ライトバルブ、（8R），
（8G），（8B）は入射側偏光板、（9R），（9G），（9
B）は出射側偏光板、（10R），（10G），（10B）はコン
デンサレンズである。In the figure, reference numeral (1) denotes a light source, specifically, a lamp (120) for generating white light such as a metal halide lamp, a xenon lamp, and a halogen lamp, and a rotationally symmetric parabolic reflector (130). . (2) is an illumination light beam emitted from the light source (1), and is a parallel light beam having a circular cross-sectional shape as in the first conventional example. (14R) and (14B) are dichroic mirrors for color separation, (15B) and (15G) are dichroic mirrors for color synthesis, (11) and (12) are mirrors,
(3R), (3G), (3B) are liquid crystal light valves, (8R),
(8G) and (8B) are incident-side polarizers, (9R), (9G), (9
B) is an output side polarizing plate, and (10R), (10G), and (10B) are condenser lenses.
次に、第２の従来装置の動作について説明する。 Next, the operation of the second conventional apparatus will be described.
照明光束（２）は、放物面反射鏡の焦点位置に置かれ
た白色光源ランプ（120）を出射後、反射鏡（130）で反
射され、平行光束となって光源（１）を出射する。The illumination light beam (2) exits the white light source lamp (120) placed at the focal position of the parabolic reflector, is reflected by the reflector (130), and emerges as a parallel light beam from the light source (1). .
ダイクロイックミラー（14R）は赤色光を反射し青・
緑光を透過する。又、ダイクロイックミラー（14B）は
青色光を反射し、緑色光を透過させる。The dichroic mirror (14R) reflects red light and
Transmits green light. The dichroic mirror (14B) reflects blue light and transmits green light.
従って、液晶ライトバルブ（3G），（3B），（3R）に
は、各々緑・青・赤の照明光束が照射される。液晶ライ
トバルブ（3G），（3B），（3R）には、特に図示しない
外部回路によって緑・青・赤の色光に相当する画像が形
成され、照射光をライトバルブ面内で透過変調する。液
晶ライトバルブ（3G），（3B），（3R）の出射光は、青
色光を反射するダイクロイックミラー（15B），緑色光
を反射するダイクロイックミラー（15G）、及び反射ミ
ラー（12）によって合成光束（100）として投写レンズ
（４）に入射し、投写光束（110）としてスクリーン
（５）上に結像され、拡大されたカラー画像が鑑賞に供
される。なお、コンデンサレンズ（10R），（10G），
（10B）は、各々赤・緑・青色光を高効率で投写レンズ
（４）に入射させるために用いられる。又、各液晶ライ
トバルブ（3R），（3G），（3B）の構成及び動作は、先
に第７図で説明したものと同様である。Accordingly, the liquid crystal light valves (3G), (3B), and (3R) are irradiated with green, blue, and red illumination light beams, respectively. In the liquid crystal light valves (3G), (3B), and (3R), an image corresponding to green, blue, and red light is formed by an external circuit (not shown), and the irradiation light is transmitted and modulated in the light valve plane. Light emitted from the liquid crystal light valves (3G), (3B), and (3R) is combined by a dichroic mirror (15B) that reflects blue light, a dichroic mirror (15G) that reflects green light, and a reflecting mirror (12). The light enters the projection lens (4) as (100), is formed as an image on the screen (5) as the projection light beam (110), and is provided for viewing. In addition, condenser lenses (10R), (10G),
(10B) is used to make each of the red, green, and blue lights incident on the projection lens (4) with high efficiency. The configuration and operation of each liquid crystal light valve (3R), (3G), (3B) are the same as those described above with reference to FIG.
［発明が解決しようとする課題］ 従来の投写型表示装置は、以上のように構成されてい
るので、略円形の照明光束が、液晶ライトバルブの矩形
状表示面でけられて光束損失が生じていた。この問題に
ついて、以下に第９図を用いて詳述する。[Problems to be Solved by the Invention] Since the conventional projection display device is configured as described above, a substantially circular illumination light beam is separated by the rectangular display surface of the liquid crystal light valve, causing a light beam loss. I was This problem will be described in detail below with reference to FIG.
第９図は従来装置の投写型表示装置の第１の構成図、
いわば第６図に示した第１の従来例より、説明に必要な
部分のみを抜き書きした図である。FIG. 9 is a first configuration diagram of a projection display device of a conventional device,
In other words, FIG. 7 is a diagram in which only the parts necessary for description are extracted from the first conventional example shown in FIG.
円形の開口を有する放物面反射鏡（130）の焦点位置
にランプ（120）の発光中心（121）が配置されているの
で略平行化された照明光（２）の断面形状は破線で示し
たように略円形である。一般に液晶ライトバルブの表示
面は矩形（長方形）であり、例えばNTSC規格対応の表示
面は長辺：短辺の比が4:3、ハイビジョン規格対応の表
示面は16:9となっている。略円形の照明光（２）は矩形
の液晶ライトバルブ（３）に入射するが、表示面（本図
では説明の便宜上、液晶ライトバルブ（３）の全領域と
同じとする）を通過する光束のみが投写画像表示に寄与
する。このため、例えば第９図下に１点鎖線枠で抜き書
きした斜線部で示した光束が損失となる。この損失割合
の例として、ハイビジョン規格の表示画面を有する液晶
ライトバルブに、一様強度分布で直径が矩形表示面の対
角線長と等しい円形光束が入射した場合を考える。この
場合、損失光束は円形状総光束の46％にも及び、投写像
を高輝度化する上で大きな障害になっていた。また、従
来例の光学系では、必要に応じて第６図，第８図に示し
たように液晶ライトバルブ（３）の直前にコンデンサレ
ンズ（10）が配置されるが、コンデンサレンズ直後の光
束も円形であり、第９図で説明した液晶ライトバルブの
矩形表示面によるけられの問題は、全く前述の例と同様
である。Since the emission center (121) of the lamp (120) is arranged at the focal position of the parabolic reflector (130) having a circular opening, the cross-sectional shape of the illumination light (2) which is substantially parallelized is indicated by a broken line. It is almost circular. In general, the display surface of a liquid crystal light valve is rectangular (rectangular). For example, a display surface compliant with the NTSC standard has a long side: short side ratio of 4: 3, and a display surface compliant with the HDTV standard has a ratio of 16: 9. Although the substantially circular illumination light (2) is incident on the rectangular liquid crystal light valve (3), the luminous flux passing through the display surface (in this drawing, for convenience of explanation, it is assumed to be the same as the entire area of the liquid crystal light valve (3)) Only contributes to the projection image display. For this reason, for example, a light flux indicated by a hatched portion drawn and drawn in a one-dot chain line frame in FIG. 9 is a loss. As an example of the loss ratio, consider a case where a circular light beam having a uniform intensity distribution and a diameter equal to the diagonal length of a rectangular display surface is incident on a liquid crystal light valve having a display screen of the HDTV standard. In this case, the loss luminous flux is as large as 46% of the total circular luminous flux, which has been a major obstacle in increasing the brightness of the projected image. Further, in the conventional optical system, a condenser lens (10) is disposed immediately before the liquid crystal light valve (3) as shown in FIGS. 6 and 8, if necessary. Is also circular, and the problem of shaking due to the rectangular display surface of the liquid crystal light valve described with reference to FIG. 9 is exactly the same as in the above-described example.
さらに、第９図に（ｄ）で示したように反射鏡（13
0）で反射されないで前方に発散する光束は殆ど液晶ラ
イトバルブ（３）に入射せず、光束の損失を増やし高輝
度化を妨げる要因となっていた。Further, as shown in FIG.
The light flux diverging forward without being reflected at 0) hardly enters the liquid crystal light valve (3), which increases the loss of the light flux and hinders the increase in brightness.
本発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、従来液晶ライトバルブの矩形表示面のけられ
で発生していた照明光束の損失を防止し、より高輝度な
画像表示が実現できる投写型表示装置を提供するもので
ある。The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and prevents loss of illumination light flux which has conventionally been caused by the eclipse of the rectangular display surface of a liquid crystal light valve, and a higher brightness image display can be achieved. An object of the present invention is to provide a projection display device that can be realized.
［課題を解決するための手段］ 本発明に係る投写型表示装置は、矩形領域に画像を形
成するライトバルブと、ライトバルブに形成された画像
を拡大投写する投写レンズと、ライトバルブを照明する
光束を出射する光源手段よりなる光学系を有し、光源手
段は、ランプ、このランプの発光部を焦点に配置する第
１の放物面鏡、この第１の放物面鏡と光軸を共有して対
向し、かつ第１の放物面鏡と焦点を共有して以下の式を
満たすように第１の放物面鏡と接合された第２の放物面
鏡を備え、この第２の放物面鏡に設けられた矩形開口よ
り光束を出射することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] A projection display device according to the present invention illuminates a light valve that forms an image in a rectangular area, a projection lens that enlarges and projects an image formed on the light valve, and a light valve. An optical system including light source means for emitting a light beam is provided. The light source means includes a lamp, a first parabolic mirror having a light-emitting portion of the lamp at a focal point, and an optical axis formed by the first parabolic mirror. A second parabolic mirror shared and opposed and joined with the first parabolic mirror so as to share the focus with the first parabolic mirror and satisfy the following equation: The luminous flux is emitted from a rectangular aperture provided in the parabolic mirror of No. 2 above.
X1＋X2＝f1＋f2 Y1＝Y2 Y1 2＝4f1X1 Y2 2＝4f2X2 ただし、X1,X2は第１及び第２の放物面鏡の頂点から
の深さ、Y1,Y2は第１及び第２の放物面鏡の半径、f1,f2
は第１及び第２の放物面鏡の焦点距離を示す。X 1 + X 2 = f 1 + f 2 Y 1 = Y 2 Y 1 2 = 4f 1 X 1 Y 2 2 = 4f 2 X 2 where X 1 and X 2 are vertices of the first and second parabolic mirrors. , Y 1 , Y 2 are the radii of the first and second parabolic mirrors, f 1 , f 2
Denotes the focal length of the first and second parabolic mirrors.
また、第1,第２の放物面鏡が接合された内部に不活性
ガスを気密封入したことを特徴とするものである。In addition, an inert gas is hermetically sealed in the inside where the first and second parabolic mirrors are joined.
［作用］ 上記の様に第1,第２の放物面鏡の光軸を共有し、かつ
焦点を共有して対向配置し、かつ上記式を満たすように
接合することにより、コンパクトな構成を実現しつつ、
従来第１の放物面鏡で反射されずに前方へ発散していた
光束の一部を開口から平行光束として出射させ、有効な
照明光束とする作用がある。[Operation] As described above, the first and second parabolic mirrors share the optical axis, share the focal point, and are opposed to each other. While realizing,
There is an effect that a part of the luminous flux that has been diverged forward without being reflected by the first parabolic mirror in the related art is emitted as a parallel luminous flux from the opening, thereby providing an effective illumination luminous flux.
さらに光源から出射する光束はライトバルブと略相似
形状の矩形形状にできるので、表示面に到達する光束の
形状と表示面の形状を略一致させ、けられによる光束損
失を殆どなくすことができる。Further, since the light beam emitted from the light source can be formed in a rectangular shape substantially similar to the shape of the light valve, the shape of the light beam reaching the display surface and the shape of the display surface can be substantially matched, and the light beam loss due to the shaking can be almost eliminated.
さらに、第１、第２の放物面鏡が接合された内部に不
活性ガスを封入することにより、ランプの電極やリード
線の酸化を防ぐことができる。Furthermore, by injecting an inert gas into the interior where the first and second parabolic mirrors are joined, it is possible to prevent oxidation of the lamp electrodes and lead wires.
［実施例］ 本発明を図に基づいて説明する。Example The present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の投写型表示装置の第１の実施例の説
明図である。図において、（120）はランプ、（130）は
第１の放物面鏡、（140）は第２の放物面鏡である。（1
41）は第２の放物面鏡に設けられた矩形開口であり、図
のｚ方向（照明光（２）の出射方向）から見た場合、液
晶ライトバルブ（３）の画像表示領域と相似な矩形形状
となっている。なお、第１の放物面鏡（130）の内面、
及び第２の放物面鏡（140）の矩形開口（141）以外の内
面は反射鏡として作用するように、鏡面仕上げされ、必
要に応じて反射膜コーティングが施されている。以上の
ランプ（120），第１の放物面鏡（130），第２の放物面
鏡（140），矩形開口（141）が光源（１）を構成してい
る。それ以外の構成要素は、第１の従来例を示す第６図
と同様である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment of the projection display apparatus of the present invention. In the figure, (120) is a lamp, (130) is a first parabolic mirror, and (140) is a second parabolic mirror. (1
Reference numeral 41) denotes a rectangular opening provided in the second parabolic mirror, which is similar to the image display area of the liquid crystal light valve (3) when viewed from the z direction (the emission direction of the illumination light (2)) in the figure. It has a simple rectangular shape. In addition, the inner surface of the first parabolic mirror (130),
The inner surface of the second parabolic mirror (140) other than the rectangular opening (141) is mirror-finished so as to function as a reflecting mirror, and is coated with a reflecting film as necessary. The lamp (120), the first parabolic mirror (130), the second parabolic mirror (140), and the rectangular aperture (141) constitute a light source (1). The other components are the same as in FIG. 6 showing the first conventional example.
次に実施例の動作を説明する。 Next, the operation of the embodiment will be described.
第１の放物面鏡（130）と第２の放物面鏡（140）は、
一点鎖線で示した光軸（20）、及び各々の焦点を同一点
に共有するように対向配置されている。The first parabolic mirror (130) and the second parabolic mirror (140)
The optical axis (20) shown by the dashed line and the respective focal points are arranged to face each other so as to share the same point.
ランプ（120）は、この共有焦点位置に発光中心（12
1）が位置するように配置されている。ランプ（120）を
出射した光線は、第１の放物面鏡（130）で直接反射さ
れて、光軸（20）と平行な光線として矩形開口（141）
より出射するか、２つの放物面（130），（140）間で反
射されて矩形開口（141）より光軸（20）に平行な光線
として出射する。この状況について、光源（１）の内部
を詳細に描いた第２図で説明する。図において、斜線で
示した放物面鏡（130），（140）の内面が反射鏡として
作用する部分であり、破線で示した部分（141）が矩形
開口部である。図中には３本の代表的な光線（ａ），
（ｂ），（ｃ）の挙動を示している。光線（ａ）はラン
プ（120）を出射後第１の放物面鏡（130）で反射され、
矩形開口（141）の端を通って出射する光線である。ラ
ンプ（120）の発光中心（121）は、一点鎖線で示した光
軸（20）に対して垂直な面で対向する放物面鏡（13
0），（140）の共有焦点位置に置かれているので、光線
（ａ）は光軸に平行な照明光束（２）となる。光線
（ａ）よりも光軸（20）に近い点で放物面鏡（130）で
反射される光線は、光線（ａ）と同様に矩形開口（14
1）より平行照明光束として出射する。光線（ｂ）は、
光線（ａ）よりも高い位置で第１の放物面鏡（130）で
反射され、光軸（20）と平行な光線として第２の放物面
鏡（140）に入射し、反射後共有焦点（ランプ（120）の
発光中心（121））を通って再び第１の放物面鏡（130）
で反射され、矩形開口（141）より光軸（20）に平行な
光線として出射する。光線（ｂ）は従来円形光束の矩形
表示面によるけられ部分で損失となっていた光線である
（第９図右下の斜線部参照）。光線（ｃ）は、矩形開口
より高い位置で第２の放物面鏡（140）に入射し、反射
後光軸（20）に平行な光線として第１の放物面鏡（13
0）で反射され、共有焦点（ランプ（120）の発光中心
（121））を通って再び第１の放物面鏡（130）で反射さ
れ、光軸（20）と平行な光線として矩形開口（141）よ
り出射する。以上の説明より明らかなように、ランプ
（120）から出射して直接矩形開口（141）内に入射する
光線以外は、全て矩形開口（141）より光軸（20）に平
行で、断面形状が矩形の照明光束（２）として出射され
る。照明光束（２）はコンデンサレンズ（10）を透過
し、その直後に配置された液晶ライトバルブ（３）に入
射する。照明光束（２）は、液晶ライトバルブ（３）内
の矩形表示領域の大きさにほぼ等しい矩形形状の光束と
して、照射されるよう矩形開口（141）の大きさ及びコ
ンデンサレンズ（10）と液晶ライトバルブ（３）の配置
関係が設定されている。また、コンデンサレンズ（10）
を省略した光学系では照明光束（２）は平行光束のまま
で液晶ライトバルブ（３）に入射するが、この場合は平
行照明光束（２）の断面形状がほぼ液晶ライトバルブ
（３）の矩形表示領域と等しい寸法に設定されている。
第１図で、液晶ライトバルブ（３）の透過光が投写レン
ズ（４）を透過後、投写光（110）となってスクリーン
（５）に拡大投写される点は従来装置と変わりない。The lamp (120) is positioned at the common focus position at the luminescent center (12
1) is arranged to be located. The light beam emitted from the lamp (120) is directly reflected by the first parabolic mirror (130) and becomes a light beam parallel to the optical axis (20) as a rectangular aperture (141).
The light is emitted more or is reflected between the two paraboloids (130) and (140), and is emitted from the rectangular aperture (141) as a light beam parallel to the optical axis (20). This situation will be described with reference to FIG. 2, which illustrates the inside of the light source (1) in detail. In the figure, the inner surfaces of the parabolic mirrors (130) and (140) indicated by oblique lines are portions that function as reflecting mirrors, and the portion (141) indicated by broken lines is a rectangular opening. In the figure, three representative light beams (a),
The behaviors (b) and (c) are shown. The ray (a) is reflected by the first parabolic mirror (130) after exiting the lamp (120),
Light rays exiting through the edge of the rectangular aperture (141). The emission center (121) of the lamp (120) is opposed to the parabolic mirror (13) perpendicular to the optical axis (20) indicated by the dashed line.
Since the light beams (a) are located at the common focal positions of (0) and (140), the light beam (a) becomes an illumination light beam (2) parallel to the optical axis. The light beam reflected by the parabolic mirror (130) at a point closer to the optical axis (20) than the light beam (a) is, like the light beam (a), a rectangular aperture (14).
1) It is emitted as a parallel illumination light beam. Ray (b) is
The light is reflected by the first parabolic mirror (130) at a position higher than the ray (a), enters the second parabolic mirror (140) as a ray parallel to the optical axis (20), and is shared after reflection. The first parabolic mirror (130) again through the focal point (luminous center (121) of the lamp (120))
And is emitted from the rectangular aperture (141) as a ray parallel to the optical axis (20). The light beam (b) is a light beam which has conventionally been lost at a portion cut by the rectangular display surface of the circular light beam (see a hatched portion in the lower right of FIG. 9). The light ray (c) is incident on the second parabolic mirror (140) at a position higher than the rectangular aperture, and as a light ray parallel to the optical axis (20) after reflection, the first parabolic mirror (13).
0), is reflected by the first parabolic mirror (130) again through the common focus (the emission center (121) of the lamp (120)), and is a rectangular aperture as a ray parallel to the optical axis (20). (141). As is clear from the above description, except for the light beam emitted from the lamp (120) and directly entering the rectangular opening (141), the light is parallel to the optical axis (20) from the rectangular opening (141) and has a sectional shape. It is emitted as a rectangular illumination light beam (2). The illumination light beam (2) passes through the condenser lens (10) and enters the liquid crystal light valve (3) disposed immediately after the condenser lens (10). The illumination light beam (2) is illuminated as a light beam having a rectangular shape substantially equal to the size of the rectangular display area in the liquid crystal light valve (3), the size of the rectangular opening (141), the condenser lens (10), and the liquid crystal. The arrangement relationship of the light valve (3) is set. In addition, condenser lens (10)
Is omitted, the illumination light beam (2) enters the liquid crystal light valve (3) as a parallel light beam in this case. In this case, the cross-sectional shape of the parallel illumination light beam (2) is almost rectangular in the liquid crystal light valve (3). The dimensions are set equal to the display area.
In FIG. 1, the point that the transmitted light of the liquid crystal light valve (3) passes through the projection lens (4), becomes the projected light (110), and is enlarged and projected on the screen (5) is the same as the conventional apparatus.
次に、光源（１）の作成法について述べる。まず第１
に、矩形開口（141）は、放物面鏡（140）に設けられた
孔であれば、開口からの不要な反射等が防げるので好適
である。放物面鏡（130）、（140）は公知のようにAl等
の金属を成型または切削するか、ガラス材を成型して作
られる。ガラス製の場合には、内面に反射コーティング
を施すのが適当である。液晶ライトバルブ（３）側に不
要な赤外線・紫外線が照射されるのを防ぐには、第１の
放物面鏡（130）に対して、可視光（例えば波長400〜70
0nm）のみを選択的に反射するコーティングを施し、第
２の放物面鏡（140）の矩形開口（141）以外の部分を広
帯域反射（例えば、200〜1000nmの波形範囲で反射率90
％以上）するコーティングを施しておけばよい。Next, a method for producing the light source (1) will be described. First,
In addition, the rectangular opening (141) is preferably a hole provided in the parabolic mirror (140) because unnecessary reflection from the opening can be prevented. The parabolic mirrors (130) and (140) are made by molding or cutting a metal such as Al, or by molding a glass material, as is known. In the case of glass, it is appropriate to apply a reflective coating to the inner surface. In order to prevent unnecessary infrared rays and ultraviolet rays from being irradiated to the liquid crystal light valve (3) side, a visible light (for example, a wavelength of 400 to 70) is applied to the first parabolic mirror (130).
0 nm), and a portion other than the rectangular aperture (141) of the second parabolic mirror (140) is subjected to broadband reflection (for example, a reflectance of 90 in a waveform range of 200 to 1000 nm).
% Or more).
第２に、矩形開口（141）は、透明ガラス材料で作成
された第２の放物面鏡（140）内に部分的に設けられた
透過領域（窓領域）として、必ずしも物理的に孔を開け
なくてもよい。この場合、矩形開口部（141）は、反射
コーティングを施さず単なる透明ガラス窓としてもよい
し、必要に応じて可視光（例えば波長400〜700nm）に対
する無反射コーティングを施してもよい。矩形開口（14
1）以外の第２の放物面鏡（140）の内面には、広帯域の
反射コーティング（例えば、200〜1000nmの波長範囲で
反射率90％以上）を施すのが適当である。また、矩形開
口部（141）のコーティングに紫外線（波長400nm以下）
・赤外線（波長700nm以上）の反射機能をもたせて、液
晶ライトバルブ（３）への不要スペクトルの照射を防い
でもよい。Second, the rectangular aperture (141) is not necessarily a physical aperture, as a transmissive area (window area) partially provided in a second parabolic mirror (140) made of a transparent glass material. You do not need to open it. In this case, the rectangular opening (141) may be a mere transparent glass window without applying a reflective coating, or may be provided with a non-reflective coating for visible light (for example, a wavelength of 400 to 700 nm) as necessary. Rectangular opening (14
The inner surface of the second parabolic mirror (140) other than 1) is suitably provided with a broadband reflective coating (for example, a reflectance of 90% or more in a wavelength range of 200 to 1000 nm). UV rays (wavelength 400 nm or less) are applied to the coating of the rectangular opening (141).
-Irradiation of an unnecessary spectrum to the liquid crystal light valve (3) may be prevented by providing a reflection function of infrared rays (wavelength of 700 nm or more).
第３に、２つの放物面鏡（130），（140）は互いに対
向させ、第２図に示したように外周部（記号Ａで示す）
を溶着等の公知の方法で接合してもよい。この場合、上
記第２の構成のように矩形開口（141）を透明ガラスと
し、対向放物面鏡内を公知の方法で気密封止し、内部に
N2,Ar等の不活性ガスを封入しておけば、ランプ（120）
の特に図示しない電極及び電極と駆動回路をつなぐリー
ド線の酸化を防げるので長寿命化に有効である。Third, the two parabolic mirrors (130) and (140) are opposed to each other, and the outer periphery (indicated by the symbol A) as shown in FIG.
May be joined by a known method such as welding. In this case, as in the second configuration, the rectangular opening (141) is made of transparent glass, and the inside of the opposed parabolic mirror is hermetically sealed by a known method.
If an inert gas such as N 2 or Ar is sealed, the lamp (120)
Especially, it is possible to prevent oxidation of an electrode (not shown) and a lead wire connecting the electrode and the driving circuit, which is effective for extending the life.
第３図を用いて機密封止するための、放物面（内面）
の形状決定方法を説明する。Parabolic surface (inner surface) for sealing with confidential information using Fig. 3
Will be described.
同図で、下記〜式が成立する。 In the figure, the following expressions are established.
X1＋X2＝f1＋f2 ・・・・ Y1＝Y2 ・・・・ Y1 2＝4f1X1 ・・・・ Y2 2＝4f2X2 ・・・・ 但し、X1,X2は第1,及び第２の放物面鏡の頂点からの
深さ、Y1,Y2は第1,及び第２の放物面鏡の半径、f1,f2は
第1,及び第２の放物面鏡の焦点距離である。 X 1 + X 2 = f 1 + f 2 ···· Y 1 = Y 2 ···· Y 1 2 = 4f 1 X 1 ···· Y 2 2 = 4f 2 X 2 ···· However, X 1 , X 2 is the depth from the top of the first and second parabolic mirrors, Y 1 , Y 2 is the radius of the first and second parabolic mirrors, f 1 , f 2 is the first , And the focal length of the second parabolic mirror.
第１の放物面鏡のパラメータ（f1,X1,Y1）が与えられ
ているとすると、〜式よりY1,Y2,X2を消去すると
式が得られる。Assuming that the parameters (f 1 , X 1 , Y 1 ) of the first parabolic mirror are given, the equations can be obtained by eliminating Y 1 , Y 2 , and X 2 from the equation.
（f2＋f1）（f2−X1）＝０ ・・・・ ここでf1,f2は共に正の値とするので、の解は、 f2＝X1 ・・・・ となる。又、式を式に用いると X2＝f1 ・・・・ となる。式の焦点距離f2と、式のX2,式のY2とい
うパラメータの第２の放物面鏡（140）を用いることに
より、上記のように外周部で接合した対向放物面鏡が得
られる。(F 2 + f 1 ) (f 2 −X 1 ) = 0 Since both f 1 and f 2 are positive values, the solution is f 2 = X 1. . When the equation is used in the equation, X 2 = f 1 . By using the second parabolic mirror (140) having the parameters of focal length f 2 of the formula, X 2 of the formula, and Y 2 of the formula, the opposing parabolic mirror joined at the outer periphery as described above is obtained. can get.
［数値例］ f1＝12.5mm,Y1＝46.5mm,X1＝43.245mmなる第１の放物
面鏡を用いると、，，式より、第２の放物面鏡
は、f2＝43.245mm,Y2＝46.5mm X2＝12.5mmとなる。[Numerical example] When the first parabolic mirror having f 1 = 12.5 mm, Y 1 = 46.5 mm, and X 1 = 43.245 mm is used, the second parabolic mirror is expressed as f 2 = 43.245Mm, the Y 2 = 46.5mm X 2 = 12.5mm .
なお、矩形窓から平行照明光束を得る際に、f2＞f1と
して、第１の放物面鏡（130）で直接反射されて矩形開
口（141）より出射する光束を増加させると、ランプ出
射光をより効率よく矩形開口から出射させるのに有効で
ある。また、第３図の右側には、第２の放物面鏡の平面
図を示した。矩形開口（141）は、平面図上で長辺H,短
辺Ｖの寸法を有している。前述の通り、H:Vは液晶ライ
トバルブ（３）の有効表示領域の長辺：短辺比にほぼ等
しくなっている。When obtaining a parallel illumination light beam from the rectangular window, if f 2 > f 1 and the light beam directly reflected by the first parabolic mirror (130) and emitted from the rectangular opening (141) is increased, the lamp becomes This is effective for more efficiently emitting outgoing light from the rectangular opening. In addition, the plan view of the second parabolic mirror is shown on the right side of FIG. The rectangular opening (141) has dimensions of a long side H and a short side V in a plan view. As described above, H: V is substantially equal to the ratio of the long side to the short side of the effective display area of the liquid crystal light valve (3).
［他の実施例］ 次に、本発明の第２の実施例を第４図により説明す
る。本実施例は、第１の実施例を示す第１図と同様の第
１の放物面鏡（130），第２の放物面鏡（140），共有焦
点位置に発光中心（121）が配置されたランプ（120），
矩形開口（141）よりなる光源（１）を、第２の従来例
を示す第８図の光学系に適用した例である。第１の実施
例と同様に、矩形開口（141）から断面形状が矩形の照
明光束（２）が出射し、ダイクロイックミラー（14R）
以降の光学系に入射する。液晶ライトバルブ（3R），
（3G），（3B）の有効表示領域の大きさと、照射光束の
寸法が略一致するように設定しておけば、第１の実施例
と同様に、液晶ライトバルブの表示面で円形断面照明光
束がけられて発生する光束損失が低減できる。なお、光
源（１）以外は第２の従来例と同じ構成・動作なので説
明は省略する。Another Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a first parabolic mirror (130), a second parabolic mirror (140), and a light emission center (121) at the common focal position are the same as in FIG. 1 showing the first embodiment. Placed lamps (120),
This is an example in which a light source (1) having a rectangular aperture (141) is applied to the optical system of FIG. 8 showing a second conventional example. As in the first embodiment, an illumination light beam (2) having a rectangular cross section is emitted from the rectangular opening (141), and the dichroic mirror (14R)
The light enters the subsequent optical system. Liquid crystal light valve (3R),
If the size of the effective display area of (3G) and (3B) is set so as to substantially match the size of the illuminating light beam, a circular cross-section illumination on the display surface of the liquid crystal light valve is performed as in the first embodiment. It is possible to reduce a light beam loss caused by the light beam being separated. Except for the light source (1), the configuration and operation are the same as those of the second conventional example, and the description is omitted.
本発明の各実施例は液晶ライトバルブとして透過型の
ものを使用しているが、反射型液晶ライトバルブを使用
した装置も公知である。第５図に、本発明の光源（１）
を反射型液晶ライトバルブ（３）を用いた光学系に適用
した第３の実施例を示す。第１及び第２の実施例と同様
に、第１の放物面鏡（130），矩形開口（141）を有する
第２の放物面鏡（140），共有焦点に発光中心（121）が
配置されたランプ（120）からなる光源（１）から出射
する矩形断面の照明光束（２）は、偏光ビームスプリッ
タ（200）で反射されて液晶ライトバルブ（３）側に向
かうＳ偏光の照明光束となる。反射型ライトバルブに入
射した光束は、画素に電圧が印加されていない場合には
下側のガラス基板（７）に設けられた反射鏡で反射され
て液晶から出射する際に偏光面が90゜回転するが、画素
にしきい値以上の電圧Ｖが印加されていると上記旋光作
用が小さくなる。一方、液晶ライトバルブの反射光は偏
光ビームスプリッタ（200）を透過後、投写レンズ
（４）側に向かう光束（100）となる。偏光ビームスプ
リッタ（200）はＰ偏光を透過し、これと偏光面の直交
するＳ偏光は反射する特性を有するので、液晶ライトバ
ルブの画素への印加電圧の強弱に応じて光束断面内の透
過率が変調されて画像情報となる。投写レンズ（４）を
出射した光束（110）は、従来例と同様にスクリーン
（５）上に拡大投写される。以上の、反射型ライトバル
ブを用いた実施例でも、透過型の場合と同様に、液晶の
画像表示面は矩形であり、第1,第２実施例と同様に、光
源（１）の効果により高輝度化が可能である。以上の実
施例では液晶ライトバルブとして、液晶の旋光性を利用
した方式を例にとって説明した。このほかにも液晶の複
屈折を電気的に制御する方式、例えばECB（electricall
y controlled birefringence）形や、光散乱によって画
像を表示する方式等も公知であり、これら旋光性以外の
光学的表示メカニズムを持つ液晶ライトバルブを用いた
投写型表示装置にも、本発明が適用出来ることはもちろ
んである。また、ライトバルブの枚数も３枚に限らず３
枚以上、あるいは１〜２枚でも問題なく適用できる。In each of the embodiments of the present invention, a transmissive liquid crystal light valve is used, but an apparatus using a reflective liquid crystal light valve is also known. FIG. 5 shows a light source (1) of the present invention.
A third embodiment in which is applied to an optical system using a reflection type liquid crystal light valve (3) is shown. As in the first and second embodiments, a first parabolic mirror (130), a second parabolic mirror (140) having a rectangular opening (141), and a luminescent center (121) at a common focal point. An illumination light beam (2) having a rectangular cross section emitted from a light source (1) comprising a lamp (120) arranged is reflected by a polarizing beam splitter (200) and directed toward a liquid crystal light valve (3). Becomes When no voltage is applied to the pixels, the luminous flux incident on the reflective light valve is reflected by a reflecting mirror provided on the lower glass substrate (7) and has a polarization plane of 90 ° when exiting from the liquid crystal. Although the light rotates, when the voltage V equal to or higher than the threshold value is applied to the pixel, the above-mentioned optical rotation effect is reduced. On the other hand, the reflected light from the liquid crystal light valve passes through the polarizing beam splitter (200) and then becomes a light flux (100) heading for the projection lens (4). The polarizing beam splitter (200) has a characteristic of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light perpendicular to the plane of polarization, so that the transmittance in the cross section of the light beam according to the strength of the voltage applied to the pixels of the liquid crystal light valve. Is modulated into image information. The light beam (110) emitted from the projection lens (4) is enlarged and projected on the screen (5) as in the conventional example. In the above-described embodiment using the reflection type light valve, the image display surface of the liquid crystal is rectangular as in the case of the transmission type, and the light source (1) has the same effect as in the first and second embodiments. High brightness can be achieved. In the above embodiments, the liquid crystal light valve has been described by taking as an example a system utilizing the optical rotation of the liquid crystal. In addition, a method of electrically controlling the birefringence of liquid crystal, such as ECB (electricall
The present invention can also be applied to a projection type display device using a liquid crystal light valve having an optical display mechanism other than optical rotation, such as a y controlled birefringence type and a method of displaying an image by light scattering. Of course. Also, the number of light valves is not limited to three, but may be three.
More than one sheet or one or two sheets can be applied without any problem.
以上の説明から明らかなように、本発明の主な特徴は
次のとおりである。As is clear from the above description, the main features of the present invention are as follows.
１）前記矩形開口は、前記第２の放物面鏡の一部に設け
られ前記光軸方向から見た形状が矩形の孔であること。1) The rectangular opening is provided in a part of the second parabolic mirror, and has a rectangular shape when viewed from the optical axis direction.
２）前記矩形開口は、前記第２の放物面鏡の一部に設け
られた透明部であり、前記光軸方向から見た形状が矩形
であること。2) The rectangular opening is a transparent portion provided in a part of the second parabolic mirror, and has a rectangular shape when viewed from the optical axis direction.
３）前記第１の放物面鏡、及び第２の放物面鏡は各々前
記光軸に対して回転対称であり、互いに外径が等しく、
密閉構造となるよう対向して貼合わせられていること。3) The first parabolic mirror and the second parabolic mirror are each rotationally symmetric with respect to the optical axis, have the same outer diameter, and
They must be bonded together facing each other to form a closed structure.
［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の投写型表示装置によれ
ば、光軸を共有し、かつ放物面鏡の焦点が共有となるよ
うに対向配置し、かつ第1,第２の放物面鏡を以下の式を
満たすように接合することにより、コンパクトな構成を
実現しつつ、従来第１の放物面鏡で反射されずに前方へ
発散していた光束の一部を開口から平行光束として出射
させ、有効な照明光束とする作用がある。[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the projection display device of the present invention, the optical axis is shared, and the parabolic mirrors are opposed to each other so that the focal point is shared, By joining the second parabolic mirror so as to satisfy the following equation, a compact configuration is realized, and one of the luminous fluxes diverging forward without being reflected by the first parabolic mirror in the past. There is an effect that the portion is emitted from the opening as a parallel light beam to make an effective illumination light beam.
X1＋X2＝f1＋f2 Y1＝Y2 Y1 2＝4f1X1 Y2 2＝4f2X2 ただし、X1,X2は第１及び第２の放物面鏡の頂点から
の深さ、Y1,Y2は第１及び第２の放物面鏡の半径、f1,f2
は第１及び第２の放物面鏡の焦点距離を示す。X 1 + X 2 = f 1 + f 2 Y 1 = Y 2 Y 1 2 = 4f 1 X 1 Y 2 2 = 4f 2 X 2 where X 1 and X 2 are vertices of the first and second parabolic mirrors. , Y 1 , Y 2 are the radii of the first and second parabolic mirrors, f 1 , f 2
Denotes the focal length of the first and second parabolic mirrors.
さらに、光源から出射する光束は液晶ライトバルブと
相似な矩形断面状とできるので、表示面に到達する光束
の形状を表示面の形状とほぼ同一にでき、けられによる
光束損失をほとんどなくすことができる。この結果、高
輝度な投写画像の投写型装置が実現可能である。Furthermore, since the light beam emitted from the light source can have a rectangular cross section similar to the liquid crystal light valve, the shape of the light beam reaching the display surface can be made almost the same as the shape of the display surface, and light beam loss due to shaking can be almost eliminated. it can. As a result, a high-brightness projection image projection device can be realized.
さらに、第1,第２の放物面鏡が接合された内部に不活
性ガスを封入することにより、ランプの電極やリード線
の酸化を防ぐことができ長寿命化となる。Furthermore, by filling an inert gas into the inside where the first and second parabolic mirrors are joined, oxidation of the lamp electrodes and lead wires can be prevented, and the life can be extended.
第１図は本発明の投写型表示装置の第１の実施例の説明
図、第２図は本発明に用いられる光源の詳細説明図、第
３図は本発明の投写型表示装置の光源を構成する、対向
放物面鏡の設計法及び矩形開口の形状を説明する図、第
４図は本発明の投写型表示装置の第２の実施例の説明
図、第５図は本発明の投写型表示装置の第３の実施例の
説明図、第６図は従来の投写型表示装置の第１の構成
図、第７図は液晶ライトバルブの動作原理の説明図、第
８図は従来の投写型表示装置の第２の構成図、第９図は
従来装置の問題点である光束損失の説明図である。 図において、（３），（3R），（3G），（3B）は液晶ラ
イトバルブ（画像表示面）、（４）は投写レンズ、
（１）は光源手段、（120）はランプ、（130）は第１の
放物面鏡、（140）は第２の放物面鏡、（141）は矩形開
口、（121）は発光中心（共有焦点）である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。FIG. 1 is an explanatory view of a first embodiment of a projection display apparatus of the present invention, FIG. 2 is a detailed explanatory view of a light source used in the present invention, and FIG. 3 is a light source of the projection display apparatus of the present invention. FIG. 4 is a view for explaining the design method of the opposed parabolic mirror and the shape of the rectangular opening, FIG. 4 is a view for explaining a second embodiment of the projection display apparatus of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing a first configuration of a conventional projection display device, FIG. 7 is a diagram illustrating the operation principle of a liquid crystal light valve, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing a second configuration of the projection type display device, and FIG. 9 is an explanatory diagram of luminous flux loss which is a problem of the conventional device. In the figure, (3), (3R), (3G), and (3B) are liquid crystal light valves (image display surfaces), (4) is a projection lens,
(1) is a light source means, (120) is a lamp, (130) is a first parabolic mirror, (140) is a second parabolic mirror, (141) is a rectangular aperture, and (121) is a light emission center. (Shared focus). In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木田 博 京都府長岡京市馬場図所１番地 三菱電 機株式会社電子商品開発研究所内 (72)発明者 近藤 光重 京都府長岡京市馬場図所１番地 三菱電 機株式会社電子商品開発研究所内 (56)参考文献 実開 平１−123881（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03B 21/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroshi Kida 1 Baba Zujo, Nagaokakyo-shi, Kyoto, Japan Inside Electronic Product Research Laboratory Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Mitsushige Kondo 1 Baba Zojo, Nagaokakyo-shi, Kyoto (56) References 1-123881 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G03B 21/14
Claims (2)
と、 該ライトバルブに形成された画像を拡大投写する投写レ
ンズと、 前記ライトバルブを照明する光束を出射する光源手段よ
りなる光学系を有する投写型表示装置において、 前記光源手段は、ランプ、該ランプの発光部を焦点に配
置する第１の放物面鏡、この第１の放物面鏡と光軸を共
有して対向し、かつ前記第１の放物面鏡と焦点を共有し
て以下の式を満たすように前記第１の放物面鏡と接合さ
れた第２の放物面鏡を備え、前記第２の放物面鏡に設け
られた矩形開口より前記光束を出射することを特徴とす
る投写型表示装置。 X1＋X2＝f1＋f2 Y1＝Y2 Y1 2＝4f1X1 Y2 2＝4f2X2 ただし、X1,X2は第１及び第２の放物面鏡の頂点からの
深さ、Y1,Y2は第１及び第２の放物面鏡の半径、f1,f2は
第１及び第２の放物面鏡の焦点距離を示す。An optical system comprising a light valve for forming an image in a rectangular area, a projection lens for enlarging and projecting an image formed on the light valve, and light source means for emitting a light beam for illuminating the light valve. In the projection display device, the light source unit may be a lamp, a first parabolic mirror that places a light emitting unit of the lamp at a focal point, and opposes the first parabolic mirror sharing an optical axis, and A second parabolic mirror that shares a focal point with the first parabolic mirror and is joined to the first parabolic mirror so as to satisfy the following equation: A projection display device, wherein the light beam is emitted from a rectangular opening provided in a mirror. X 1 + X 2 = f 1 + f 2 Y 1 = Y 2 Y 1 2 = 4f 1 X 1 Y 2 2 = 4f 2 X 2 where X 1 and X 2 are vertices of the first and second parabolic mirrors. , Y 1 and Y 2 indicate the radii of the first and second parabolic mirrors, and f 1 and f 2 indicate the focal lengths of the first and second parabolic mirrors.
部に不活性ガスを気密封入したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の投写型表示装置。2. The projection type display device according to claim 1, wherein an inert gas is hermetically sealed inside the first and second parabolic mirrors.
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1990
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