JP3202686B2 - Lighting device for liquid crystal projector - Google Patents
Lighting device for liquid crystal projectorInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光源ランプと液晶パ
ネルをもちいた、液晶プロジェクター、液晶プロジェク
ションテレビの液晶パネルの照明装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting apparatus for a liquid crystal panel of a liquid crystal projector or a liquid crystal projection television, using a light source lamp and a liquid crystal panel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】比較的大きな照明発散角が許容される３
板式やカラーフィルタを用いた単板方式の液晶パネルの
照明装置については、特開平５−３４６５５７号公報や
論文「異形開口レンズアレイによるプロジェクタ用照明
光学系」（MICRO OPTICS NEWSVol.14/No3 1996-9-26
）等に開示されている。この装置では、光源からの出
射光を、フライアイレンズを用いて、従来に比べ更に効
率よく液晶パネル面へ集光させることが可能となってい
る。2. Description of the Related Art A relatively large illumination divergence angle is allowed.
For an illumination device for a single-panel type liquid crystal panel using a plate type or a color filter, see JP-A-5-346557 and a paper entitled "Illumination optical system for projectors using a modified aperture lens array" (MICRO OPTICS NEWS Vol.14 / No3 1996- 9-26
). In this device, the light emitted from the light source can be more efficiently condensed on the liquid crystal panel surface using a fly-eye lens as compared with the related art.
【０００３】ところで、耐熱条件を満足するために現状
の光源の形状を維持したままで、装置全体の更なる小型
化を図ろうとすれば、液晶パネルが更に小型化されるこ
とになる。しかし、従来の装置であると、一定の大きさ
でかつ有限長の光源から発する光を集光照明する相手
（液晶パネル）の面積が、小さくなればなるほど、その
分、照明発散角は拡大することになる。If the overall size of the device is to be further reduced while maintaining the current shape of the light source in order to satisfy the heat-resistant conditions, the size of the liquid crystal panel will be further reduced. However, in the case of the conventional device, the smaller the area of a partner (liquid crystal panel) for condensing and illuminating light emitted from a light source having a fixed size and a finite length, the larger the divergence angle of illumination. Will be.
【０００４】一方、液晶パネルから出射された光を投射
する投射条件の立場から見ると、液晶セルが微細化（小
型化高精細化）するに従い、投射レンズのコストを維持
したまま解像度や諸性能を満足させるためには、寧ろ照
明発散角を小さくしなければならない。この照明発散角
を、より小さくすることで、液晶セル透過後の発散角を
小さくし投射レンズの負担を軽減する必要があるからで
ある。On the other hand, from the standpoint of projection conditions for projecting light emitted from a liquid crystal panel, as the size of a liquid crystal cell becomes smaller (smaller and higher definition), resolution and various performances are maintained while maintaining the cost of a projection lens. In order to satisfy the above, the divergence angle of the illumination must be reduced. This is because, by making the illumination divergence angle smaller, it is necessary to reduce the divergence angle after passing through the liquid crystal cell and reduce the burden on the projection lens.
【０００５】従来の照明装置において、集光効率を維持
したままで照明発散角を小さくする方法は、光路長を延
長するという他に具体的解決策が示されていない。しか
し、このような方法であると、装置全体を小型化すると
いう目的とは相反することになる。[0005] In the conventional illuminating device, there is no specific solution to the method of reducing the divergence angle of illumination while maintaining the light-collecting efficiency, other than extending the optical path length. However, such a method contradicts the purpose of reducing the size of the entire apparatus.
【０００６】またこれから説明するマイクロレンズカラ
ーセパレーション方式の照明装置では、上記の照明発散
角として厳格な精度が要求される。この装置は、Ｒ，
Ｇ，Ｂのセルを持つ単板カラー液晶パネルを用いてお
り、各画素（ＲＧＢ）毎にマイクロレンズを有する。そ
して、ＲＧＢのダイクロイックミラーによりマイクロレ
ンズに入射する光に対して照明角度偏差を与え、カラー
映像表示を行うものである。この装置によると、液晶パ
ネルに対する照明発散角θを、一層厳格に小さくする必
要が生じ、照明発散角が照明有効発散角を大きく越える
と色分離された照明光が隣の画素に到達する、いわゆる
「混色」現象が発生する。In the illumination device of the microlens color separation system described below, strict accuracy is required for the illumination divergence angle. This device uses R,
A single color liquid crystal panel having G and B cells is used, and each pixel (RGB) has a microlens. Then, an illumination angle deviation is given to light incident on the microlens by an RGB dichroic mirror, and a color image is displayed. According to this device, the illumination divergence angle θ with respect to the liquid crystal panel needs to be reduced more strictly. When the illumination divergence angle greatly exceeds the effective divergence angle, the illumination light separated by color reaches adjacent pixels. The "color mixing" phenomenon occurs.
【０００７】従って従来の様にアーク光源より発せられ
た光のうち、リフレクタの一部のみで反射されたアーク
像を液晶に結像させる、即ち「アークを見るフライアイ
レンズ」ではなく、楕円リフレクタにより光を集光させ
た集光部位置付近に超小型フライアイレンズを設け、液
晶パネルに多重する手法が開発されている。この構成を
避けようとすれば長大な照明光路長が必須条件となるか
らである。Therefore, of the light emitted from the arc light source as in the prior art, an arc image reflected by only a part of the reflector is formed on the liquid crystal, that is, an elliptical reflector is used instead of a "fly-eye lens for viewing an arc". A technique has been developed in which an ultra-small fly-eye lens is provided in the vicinity of the light-collecting portion where light is condensed, and multiplexed on a liquid crystal panel. This is because a long illumination optical path length is an essential condition if this configuration is to be avoided.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、小型化
を得るために、楕円リフレクタを用い、その集光部位置
に小型のフライアイレンズを配置する手法が開発された
が、この照明系は、フライアイレンズの開口、即ちＮＡ
を確保するのが難しい。つまり、集光部位置に配された
フライアイレンズは、基本的に３板式に用いられる略放
物面リフレクタに配される通常フライアイレンズと異な
っており、レンズアレイの各レンズには楕円リフレクタ
のあらゆる反射面より集光してくる全ての光を液晶パネ
ルに結像させなければ当然高効率は期待できない。この
ような照明光学系では一般的な「アークを見るフライア
イレンズ」に対して「リフレクタを見るフライアイレン
ズ」が要求される。As described above, in order to obtain a small size, a method of using an elliptical reflector and arranging a small fly-eye lens at the position of a light condensing portion has been developed. Is the aperture of the fly-eye lens, ie, NA
Difficult to secure. In other words, the fly-eye lens arranged at the condensing part position is different from the ordinary fly-eye lens basically arranged in a substantially parabolic reflector used in a three-plate system, and each lens of the lens array has an elliptical reflector. Naturally, high efficiency cannot be expected unless all the light condensed from all the reflecting surfaces is imaged on the liquid crystal panel. In such an illumination optical system, a “fly-eye lens that looks at a reflector” is required for a general “fly-eye lens that looks at an arc”.
【０００９】そこでこの発明は、フライアイレンズの構
造に着目し、液晶パネルに対する照明有効発散角を維持
しながら、高効率な集光を得ることができる、ひいては
装置全体の小型化に寄与し得る液晶プロジェクタの照明
装置を提供することを目的とするものである。Therefore, the present invention pays attention to the structure of the fly-eye lens, and can obtain highly efficient light collection while maintaining the effective divergence angle of illumination with respect to the liquid crystal panel, and can contribute to miniaturization of the entire device. It is an object of the present invention to provide a lighting device for a liquid crystal projector.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、第１焦点に置かれた光源より発する光
を第２焦点に集光反射させる楕円リフレクタと、前記楕
円リフレクタと液晶パネルの間に配され、前記楕円リフ
レクタより発する光を任意複数に分割し、それぞれに入
力された光を液晶パネルの全体が照射されるよう構成さ
れたフライアイレンズと、前記フライアイレンズの仮想
複数光源より発する光を略平行光に制御する集光レンズ
と、前記集光レンズより出射される光を映像信号にあわ
せて透過量を制御する液晶パネルと、前記液晶パネルの
通過光をスクリーンに拡大投影する投射レンズより構成
される液晶プロジェクタに於いて、前記フライアイレン
ズは、その各フライアイ素子の有効入射角（ＮＡ）が光
軸より遠ざかるほど順次小さくなるように変化してお
り、且つ光軸に隣接するフライアイの有効最大入射範囲
と、前記楕円リフレクタの有効開口範囲が概略等しくな
るように構成されるものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an elliptical reflector for condensing and reflecting light emitted from a light source placed at a first focal point to a second focal point, the elliptical reflector and a liquid crystal. A fly-eye lens arranged between the panels, arbitrarily dividing light emitted from the elliptical reflector into a plurality of light beams, and irradiating the whole of the liquid crystal panel with light input to each of the fly-eye lenses; A condenser lens that controls light emitted from the plurality of light sources into substantially parallel light, a liquid crystal panel that controls the amount of light transmitted from the condenser lens in accordance with a video signal, and a light that passes through the liquid crystal panel on a screen. In a liquid crystal projector composed of a projection lens for enlarging and projecting, the fly-eye lens is such that the effective incident angle (NA) of each fly-eye element is farther from the optical axis. It has changed to gradually decrease, and the effective maximum incidence range of the fly's eye adjacent to the optical axis, the effective opening range of the ellipsoidal reflector is intended to be configured as outlined equal.
【００１１】このように、楕円リフレクタの外周付近よ
り見たアークの立体角は小さいため、リフレクタ外周付
近にて反射された光はフライアイの中心付近にのみ集光
し、フライアイ外周部へは到達しない。これにより、楕
円リフレクタの外周側から反射されてフライアイレンズ
の中心周囲に集まる光源からの光に対しては開口を大き
くして有効に集光し、集光効率を上げることができる。As described above, since the solid angle of the arc viewed from the vicinity of the outer periphery of the elliptical reflector is small, the light reflected near the outer periphery of the reflector is condensed only near the center of the fly's eye, and is not reflected on the outer periphery of the fly's eye. Do not reach. Thus, the light from the light source reflected from the outer peripheral side of the elliptical reflector and collected around the center of the fly-eye lens can be effectively collected by increasing the aperture, and the light collection efficiency can be increased.
【００１２】[0012]
【実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面を参
照して説明する。図１は、光学系にこの発明が適用され
たマイクロレンズカラーセパレーション方式液晶プロジ
ェクタを示している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a microlens color separation type liquid crystal projector in which the present invention is applied to an optical system.
【００１３】１１はメタルハライドランプあるいは水
銀、キセノン、ハロゲンランプなど極小アーク発光可能
なランプによる光源であり、本方式原理から必然的に小
さなフライアイ構成をとっており、元来、楕円リフレク
タ１２を用いてフライアイレンズ部１４の第１素子に集
光するように制御反射を行っている。この楕円リフレク
タ１２で集光反射された光は、フライアイレンズ部１４
に入射される。フライアイレンズ部１４は、第１、第２
のフライアイレンズで構成され、楕円リフレクタ１２よ
り発する光を任意複数に分割し、それぞれの分割部（フ
ライアイ素子）に入力された光を液晶パネル１８の全体
を照射するように出射する。フライアイレンズ部１４の
フライアイレンズは、例えば水平垂直方向に４つのレン
ズアレイを対向させた形で構成されている。この構造に
ついては、後で詳しく説明する。Reference numeral 11 denotes a light source formed of a metal halide lamp or a lamp capable of emitting an extremely small arc, such as a mercury, xenon, or halogen lamp. The light source 11 has a small fly-eye configuration inevitably based on the principle of the present system. Thus, control reflection is performed so that light is condensed on the first element of the fly-eye lens unit 14. The light condensed and reflected by the elliptical reflector 12 is transmitted to the fly-eye lens unit 14.
Is incident on. The fly-eye lens unit 14 includes the first and second
And arbitrarily divides the light emitted from the elliptical reflector 12 into a plurality of parts, and emits the light input to each of the divided parts (fly-eye elements) so as to irradiate the entire liquid crystal panel 18. The fly-eye lens of the fly-eye lens unit 14 is configured such that, for example, four lens arrays face each other in the horizontal and vertical directions. This structure will be described later in detail.
【００１４】フライアイレンズ部１４から出射された光
は、集光レンズ１５により集光されて光軸に対して傾斜
して３枚がほぼ重なるように配置されたダイクロイック
ミラー１６Ｂ，１６Ｒ，１６Ｇに入射される。The light emitted from the fly-eye lens unit 14 is condensed by a condensing lens 15 and is directed to dichroic mirrors 16B, 16R, and 16G, which are inclined with respect to the optical axis and arranged so that three mirrors substantially overlap each other. Incident.
【００１５】ここでダイクロイックミラー１６Ｒは、赤
の波長帯域の光を９０度方向へ反射し、ダイクロイック
ミラー１６Ｂは、青の波長帯域の光を９０度よりも鈍角
な方向に反射し、ダイクロイックミラー１６Ｇは、緑の
波長帯域の光を９０度よりも鋭角な方向に反射する。ダ
イクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂ，１６Ｇから反射さ
れた光はいずれも偏光板１７を通して、液晶パネル１８
に照射される。液晶パネル１８は、入射側に画素に対応
したマイクロレンズが配されており、偏差を有する３色
を隣り合う液晶セル開口部に分光集光するため、図示し
ない液晶ドライブ回路から供給される映像信号に応じ
て、各Ｒ，Ｇ，Ｂのセルの光透過量が制御されている。Here, the dichroic mirror 16R reflects the light in the red wavelength band in the direction of 90 degrees, the dichroic mirror 16B reflects the light in the blue wavelength band in the direction at an obtuse angle less than 90 degrees, and the dichroic mirror 16G. Reflects light in the green wavelength band in directions that are sharper than 90 degrees. All of the light reflected from the dichroic mirrors 16R, 16B, 16G passes through the polarizing plate 17 and passes through the liquid crystal panel 18
Is irradiated. The liquid crystal panel 18 has a microlens corresponding to a pixel on the incident side, and spectrally condenses three colors having deviations on adjacent liquid crystal cell openings, so that a video signal supplied from a liquid crystal drive circuit (not shown) is provided. , The amount of light transmitted through each of the R, G, and B cells is controlled.
【００１６】液晶パネル１８から出射された光空間変調
像、つまりカラー光学像は、検光子１９を介して投射レ
ンズ２０に入射される。投射レンズ２０は、入射したカ
ラー光学像を拡大してスクリーンに投射する。背面投射
あるいは前面投射のいずれのタイプでもよい。The spatial light modulation image emitted from the liquid crystal panel 18, that is, the color optical image, enters the projection lens 20 via the analyzer 19. The projection lens 20 enlarges the incident color optical image and projects it on a screen. Either rear projection or front projection may be used.
【００１７】図２は、図１の点線円形で囲む部分を一部
拡大して示している。図２に示すように、このプロジェ
クタ装置は、マイクロレンズカラーセパレーション方式
であり、液晶パネル１８は、液晶表示素子１８ａの前面
にマイクロレンズ１８ｂが配置されている。このマイク
ロレンズ１８ｂの各レンズ部は、液晶表示素子１８ａの
各信号電極に対応するもので、マイクロレンズ１８ｂの
１つのレンズ部が表示素子であるの３（Ｇ，Ｒ，Ｂ）つ
セルの開口部（１カラー画素分の開口部）に対応する如
く配置されている。FIG. 2 is a partially enlarged view of a portion surrounded by a dotted circle in FIG. As shown in FIG. 2, this projector device is of a microlens color separation type, and a liquid crystal panel 18 has a microlens 18b disposed in front of a liquid crystal display element 18a. Each lens section of the micro lens 18b corresponds to each signal electrode of the liquid crystal display element 18a, and one lens section of the micro lens 18b is an aperture of 3 (G, R, B) cells as a display element. (The opening for one color pixel).
【００１８】図２において、各開口部Ｒ，Ｇ，Ｂに入射
する光１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂはそれぞれ、ダイクロイ
ックミラー１６Ｒ，１６Ｇ，１６Ｂから出射されたもの
である。光１８Ｒは、直進してくるので、マイクロレン
ズ部の真下の開口（赤用）に集光する。しかし、他の光
１８Ｇ，１８Ｂはそれぞれマイクロレンズ部に対して角
度を持って入射するために、集光する位置が赤用の開口
からずれている開口、つまり各Ｇ，Ｂ用の開口にそれぞ
れ入射する。In FIG. 2, lights 18R, 18G, and 18B incident on the openings R, G, and B are emitted from dichroic mirrors 16R, 16G, and 16B, respectively. Since the light 18R travels straight, it is focused on the opening (for red) immediately below the microlens portion. However, since the other lights 18G and 18B are respectively incident on the microlens portion at an angle, the light condensing position is shifted from the red opening, that is, the G and B openings respectively. Incident.
【００１９】これにより、液晶パネル１８から出射され
る光学像は、カラー光学像として出力されることにな
る。ここで、上記の照明装置及び各部に要求される項目
を述べると以下のようになる。As a result, the optical image emitted from the liquid crystal panel 18 is output as a color optical image. Here, the items required for the above-described lighting device and each unit will be described as follows.
【００２０】図３ように、光１８Ｒと１８Ｒ’とのなす
角度θは本ライトバルブとして有効となる照明有効発散
角であり、高精度で小さい角度が要求される。液晶の高
精細化が進むと、照明有効発散角θも小さくなるととも
に高精度化も要求される。照明条件がこの照明有効発散
角θを確保できなかったり、光学部品配置誤差等にて照
明有効発散角θを超えていくと、照明光として有効にな
らないばかりか、液晶非有効部を照射し発熱・迷光源と
なり、悪影響を及ぼし、さらに角度が大きくなると、照
明光がとなりの開口部へ漏れ込みいわゆる混色の原因と
なり、色純度が維持できなくなる不具合が発生する。As shown in FIG. 3, the angle θ between the light 18R and the light 18R ′ is an effective divergence angle of illumination effective as the present light valve, and requires a small angle with high accuracy. As the definition of liquid crystal becomes higher, the effective divergence angle θ of illumination becomes smaller and higher accuracy is required. If the lighting conditions cannot secure this effective divergence angle θ, or exceed the effective divergence angle θ due to an optical component arrangement error, etc., not only will it not be effective as illumination light, but it will also irradiate the liquid crystal ineffective part and generate heat. If the light source becomes a stray light source, adversely affecting the light and further increasing the angle, the illuminating light leaks into the next opening to cause so-called color mixing, which causes a problem that the color purity cannot be maintained.
【００２１】一方、フライアイレンズ部１４は、第１フ
ライアイレンズと第２フライアイレンズを対向して有
し、楕円リフレクタ１２からフライアイレンズの素子の
各々のレンズアイに照射された光を集光レンズ１５にて
結像させるリレーレンズとして機能するとともに、集光
レンズ１５にて結像状態を維持したまま液晶パネル１８
へ重畳平均化される、ここで照明有効発散角θの大きさ
は液晶位置よりみたフライアイレンズ部１４の大きさに
より影響を受ける。On the other hand, the fly-eye lens unit 14 has a first fly-eye lens and a second fly-eye lens facing each other, and emits light emitted from the elliptical reflector 12 to each lens eye of the fly-eye lens element. The liquid crystal panel 18 functions as a relay lens that forms an image with the condenser lens 15 and maintains an image formation state with the condenser lens 15.
The magnitude of the effective divergence angle θ is affected by the size of the fly-eye lens unit 14 as viewed from the liquid crystal position.
【００２２】これはフライアイレンズ部１４が楕円リフ
レクタ１２より集光した光を分割重畳するためフライア
イ形状に応じた複数の仮想光源を有するためであり、上
記の照明有効発散角θを小さくするためには、仮想光源
の分布範囲を小さくする、即ち超小型のフライアイレン
ズが要求されることになる。This is because the fly-eye lens unit 14 has a plurality of virtual light sources corresponding to the fly-eye shape in order to divide and condense the light condensed from the elliptical reflector 12, so that the above-mentioned effective divergence angle θ is reduced. For this purpose, a distribution range of the virtual light source is reduced, that is, a very small fly-eye lens is required.
【００２３】ところが照明有効角θが小さくなるかまた
は液晶が小型化することは、フライアイレンズ部が小さ
くなるかまたはフライアイ素子間隔（光源側のフライア
イと液晶側のフライアイの間隔）が大きくなる結果とな
り、この何れもフライアイレンズ部への有効照明角（Ｎ
Ａ）も小さくならざるを得ないというところにある。However, when the effective illumination angle θ becomes smaller or the liquid crystal becomes smaller, the fly-eye lens portion becomes smaller or the fly-eye element interval (the interval between the fly-eye on the light source side and the fly-eye on the liquid crystal side) becomes smaller. In either case, the effective illumination angle (N
A) also has to be small.
【００２４】このために、今度は以下に光り利用率をど
のように向上するかという問題が生じる。そこでこの発
明では次のような点に着目するものである。図４におい
て、フライアイレンズ部１４への入射光に着目すると、
楕円リフレクタ１２の開口部近辺の反射位置Ｒ０より反
射した光は、フライアイレンズ部１４の中央付近にすべ
て集光している。逆に楕円リフレクタ１２の中央付近の
反射位置より反射した光は、フライアイレンズ部１４の
外周側に広がり全体に渡って集光している。拡大図は、
楕円リフレクタ１２の中心付近の反射面から反射される
光の様子を示している。For this reason, the following problem arises as to how to improve the light utilization rate. Therefore, the present invention focuses on the following points. In FIG. 4, focusing on the light incident on the fly-eye lens unit 14,
The light reflected from the reflection position R0 near the opening of the elliptical reflector 12 is all collected near the center of the fly-eye lens unit 14. Conversely, light reflected from a reflection position near the center of the elliptical reflector 12 spreads to the outer peripheral side of the fly-eye lens unit 14 and is condensed over the entirety. The enlarged view is
The state of light reflected from a reflection surface near the center of the elliptical reflector 12 is shown.
【００２５】上記の関係を楕円リフレクタ１２の反射面
とフライアイレンズ部１４の側から解析すると次のよう
になる。即ち。図５に示すように、アーク長が一定であ
るとき、反射面がネック側より開口部周囲に近づくと、
一旦は、スポットは一時大きくなるものの、その後は順
次小さなスポット径へと変化する。即ち反射面から見た
アークが小さくなる（見える）ほど第２焦点位置ｆ２で
のスポット径は小さくなることは明白である。The above relationship is analyzed from the reflection surface of the elliptical reflector 12 and the fly-eye lens unit 14 as follows. That is. As shown in FIG. 5, when the arc length is constant and the reflection surface approaches the periphery of the opening from the neck side,
Once the spot becomes larger temporarily, it then gradually changes to a smaller spot diameter. That is, it is obvious that the smaller (visible) the arc viewed from the reflection surface, the smaller the spot diameter at the second focal position f2.
【００２６】図６は、この現象をフライアイ側よりみ
て、光軸からの位置とリフレクタの半径との関係を示し
ている。即ちリフレクタ外周より反射される光は、光軸
付近にしか集光しないため、光軸付近のフライアイ素子
のみがリフレクタの有効面全て（スポット大）をカバー
する必要があるのみで、外周部のフライアイ素子はリフ
レクタの中央付近の任意範囲より反射された光（スポッ
ト小）のみを有効光束とみれ十分な効率が得られること
になる。FIG. 6 shows the relationship between the position from the optical axis and the radius of the reflector when this phenomenon is viewed from the fly-eye side. That is, since the light reflected from the outer periphery of the reflector is condensed only near the optical axis, only the fly-eye element near the optical axis needs to cover the entire effective surface (large spot) of the reflector. In the fly-eye element, only light (small spot) reflected from an arbitrary range near the center of the reflector is regarded as an effective light flux, and sufficient efficiency can be obtained.
【００２７】従って、光軸近辺のフライアイ素子のＮＡ
のみを従来レベル確保し、周辺部は光軸近辺の一部のみ
が取り込めれば必要十分な効率維持が可能である。つま
り図５、図６の様な集光関係に沿った開口（ＮＡ）のフ
ライアイ素子を有するフライアイレンズ部１４を設計す
れば、従来と同じフライアイレンズ部１４の外形でも光
軸近辺素子はより大きく、周辺素子はその分小さく設定
することで、集光能率を高能率化することができる。Therefore, the NA of the fly-eye element near the optical axis
If only the conventional level is secured and only a part of the periphery near the optical axis can be taken in, the necessary and sufficient efficiency can be maintained. In other words, if the fly-eye lens unit 14 having a fly-eye element having an aperture (NA) along the light condensing relationship as shown in FIGS. Is set to be larger and the peripheral elements are set to be smaller by that amount, whereby the light collection efficiency can be improved.
【００２８】図７は、上記の原理に基づいて設計された
フライアイレンズ部１４を示している。図１の各部品と
同一部品には同一符号を付している。この例で述べるフ
ライアイレンズ部１４は、光軸に近いほどＮＡを増すフ
ライアイ構造の実施例である。有限長を有する光源１１
の影響で楕円リフレクタ１２の第２焦点ｆ２での発散状
況は、リフレクタの光源側（ネック）程明色で、以降開
口部に近づく程暗色へと変化しており、これは図５のグ
ラフの結果に準ずるものとなっており、外周フライアイ
素子には暗色光線しか到達していないことである。FIG. 7 shows a fly-eye lens unit 14 designed based on the above principle. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The fly-eye lens unit 14 described in this example is an embodiment of a fly-eye structure in which the NA increases as the distance from the optical axis increases. Light source 11 having a finite length
The divergence state at the second focal point f2 of the elliptical reflector 12 changes to a lighter color on the light source side (neck) of the reflector and changes to a darker color as it approaches the opening, as shown in FIG. According to the result, only the dark light beam has reached the outer fly-eye element.
【００２９】ここで第１フライアイレンズ１４ａは，表
示液晶のアスペクト比に準じた形状をとる必要がある
が、第２フライアイレンズ１４ｂはこの制限を必ずしも
守る必要はなく、４現象が光軸対象形を成していればＮ
Ａのアンバランスもかなりの品位で平均化することが可
能である。Here, it is necessary that the first fly-eye lens 14a has a shape conforming to the aspect ratio of the display liquid crystal, but the second fly-eye lens 14b does not necessarily need to observe this limitation, and the four phenomena are caused by the optical axis. N if the object is formed
The imbalance of A can be averaged with considerable quality.
【００３０】本実施の形態では、投写レンズの取り込み
角（瞳形状）を考慮した円形状をとっており、敢えて四
辺形をとっていない。これは、何れ投写レンズの瞳で蹴
られる光速を極力排除することで、カラーフィルタや偏
光板、そして液晶等の耐光性問題を少しでも回避する目
的よりとられた手法である。In this embodiment, the projection lens is formed in a circular shape in consideration of the take-in angle (pupil shape) of the projection lens, and is not intentionally a quadrilateral. This is a technique taken for the purpose of avoiding any problem of light fastness of a color filter, a polarizing plate, a liquid crystal or the like by eliminating as much as possible the speed of light kicked by a pupil of a projection lens.
【００３１】図８（Ａ）と図８（Ｂ）とは、この発明の
他の実施の形態を示す図である。図７の構成でも照明角
度を遵守したままでかなりの効率改善が確保可能である
が、図８（Ａ）からわかるようにマイクロレンズ構成に
起因する各フライアイ素子の主光線が内側を向きすぎて
おり、結果として中央部のフライアイ素子ではほぼリフ
レクタの有効開口全面と同面積のＮＡ回復にも関わら
ず、余裕と不足範囲が発生する。FIGS. 8A and 8B are diagrams showing another embodiment of the present invention. Although a considerable improvement in efficiency can be ensured in the configuration of FIG. 7 while observing the illumination angle, as can be seen from FIG. 8A, the principal ray of each fly-eye element due to the microlens configuration is directed too inward. As a result, in the fly-eye element at the center, a margin and a deficiency range are generated despite the NA recovery of almost the same area as the entire effective opening of the reflector.
【００３２】そこで図８（Ｂ）に示すように、第１フラ
イアイレンズ１４ａ，第２フライアイレンズ１４ｂによ
り発生する主光線の編心が最も効率よくリフレクタ配光
特性をカバーすべく、第１フライアイレンズ１４ａの入
射面に各フライアイ素子に応じたプリズム形状（光学手
段）を施している。これにより、中央部フライアイ素子
の有効範囲をシフトさせて、効率的に集光を行うことが
できる。等価的には凸レンズとして第１フライアイレン
ズ１４ａが機能する。Therefore, as shown in FIG. 8 (B), the first light-eye lens 14a and the second light-eye lens 14b have the first ray-enhanced center so as to cover the reflector light distribution characteristic most efficiently. The entrance surface of the fly-eye lens 14a has a prism shape (optical means) corresponding to each fly-eye element. As a result, the effective range of the center fly-eye element can be shifted, and light can be collected efficiently. Equivalently, the first fly-eye lens 14a functions as a convex lens.
【００３３】図９は、さらにこの発明の他の実施の形態
を説明するために示した図である。前段で述べた主光線
編心は照明側にも発生する。照明側では主光線が発散方
向に編心するため、光軸と略平行となるよう第２フライ
アイレンズ１４ｂの投影側に対策を施してもよい。即ち
この例では、第２フライアイレンズ１４ｂの投影側を凸
上に形成している。等価的にはこの第２フライアイレン
ズ１４ｂが等価的には凸レンズとしての光学手段として
機能する。FIG. 9 is a diagram shown for explaining still another embodiment of the present invention. The chief ray center described above also occurs on the illumination side. On the illuminating side, since the principal ray is knitted in the diverging direction, measures may be taken on the projection side of the second fly-eye lens 14b so as to be substantially parallel to the optical axis. That is, in this example, the projection side of the second fly-eye lens 14b is formed convex. Equivalently, the second fly-eye lens 14b functions equivalently as optical means as a convex lens.
【００３４】上記した図８（Ｂ），図９のフライアイレ
ンズ部１４を用いることで、ＮＡ変化に伴い発生する不
具合を回避することが可能である。以上２つの編心補正
手段はフライアイそのものの編心処理でも同様の効果を
得ることが可能である。By using the fly-eye lens unit 14 shown in FIGS. 8B and 9, it is possible to avoid a problem caused by a change in NA. The above two knitting center correcting means can obtain the same effect even in the knitting center processing of the fly eye itself.
【００３５】つまり上記のフライアイレンズ部において
は、各フライアイ素子より光源側に延びる主光線が、何
れも前記楕円リフレクタの有効開口部面より各フライア
イ素子に到達する光の重心に到達すべく、前記フライア
イレンズの近辺に第１の光学手段が施されている。また
前記フライアイレンズのアレイでは、各フライアイ素子
より前記液晶パネル側に延びる主光線が、何れも光軸と
略平行となるべく第２の光学手段が施されている。That is, in the above fly-eye lens portion, any principal ray extending from the fly-eye element to the light source side reaches the center of gravity of light reaching each fly-eye element from the effective aperture surface of the elliptical reflector. To this end, first optical means is provided near the fly-eye lens. In the array of fly-eye lenses, second optical means is provided so that the principal rays extending from each fly-eye element toward the liquid crystal panel are substantially parallel to the optical axis.
【００３６】図１０は、フライアイ素子の編心処理にて
同様な補正を施した例である。即ち、第１、第２フライ
アイレンズ１４ａ、１４ｂに対する光学手段が施される
もので、フライアイレンズのアレイにおける光学手段
は、フライアイレンズの各レンズアレイの偏心処理にて
構築されている。FIG. 10 shows an example in which the same correction is performed in the centering processing of the fly-eye element. That is, the first and second fly-eye lenses 14a and 14b are provided with optical means, and the optical means in the fly-eye lens array is constructed by decentering each lens array of the fly-eye lens.
【００３７】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
は、照明角に高度なテレセントリック性が要求された場
合に、フライアイレンズに僅かの光学的工夫を施すのみ
で、高効率・高品位なフライアイ照明光学素子を得、光
路長短縮とともに、更なる高効率化が可能である。As described above, according to the present invention, when a high degree of telecentricity is required for the illumination angle, only a slight optical contrivance is applied to the fly-eye lens to achieve high efficiency and high quality. With such a fly-eye illumination optical element, it is possible to shorten the optical path length and further increase the efficiency.
【図１】この発明が適用された液晶プロジェクタの構成
を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a liquid crystal projector to which the present invention is applied.
【図２】図１の一部を拡大して示す図。FIG. 2 is an enlarged view showing a part of FIG. 1;
【図３】有効照明角の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of an effective illumination angle.
【図４】この発明の着目点を説明するために示した図。FIG. 4 is a diagram shown to explain a point of interest according to the present invention;
【図５】任意楕円リフレクと任意有限アーク長ランプを
組み合わせた場合のリフレクタ開口位置でリフレクタよ
り出射される光の光軸からの距離とその位置より発した
光が第２焦点位置につくるスポット径の関係を示した
図。FIG. 5 shows the distance from the optical axis of light emitted from the reflector at the reflector opening position and the spot diameter formed by the light emitted from that position at the second focal position when an arbitrary elliptical reflex and an arbitrary finite arc length lamp are combined. FIG.
【図６】楕円リフレクタの反射面の径とスポットの位置
との関係を示した図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a diameter of a reflection surface of an elliptical reflector and a position of a spot.
【図７】本発明の一実施の形態を示す図。FIG. 7 illustrates an embodiment of the present invention.
【図８】本発明の他の実施の形態を示す図。FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図９】本発明のさらに他の実施の形態を示す図。FIG. 9 is a diagram showing still another embodiment of the present invention.
【図１０】本発明のさらに他の実施の形態を示す図。FIG. 10 is a diagram showing still another embodiment of the present invention.
１１…光源、１２…楕円リフレクタ、１４…フライアイ
レンズ部、１５…集光レンズ、１６Ｒ，１６Ｂ，１６Ｇ
…ダイクロイックミラー、１７…偏光板、１８…液晶パ
ネル、１９…検光子、２０…投射レンズ。11: light source, 12: elliptical reflector, 14: fly-eye lens unit, 15: condenser lens, 16R, 16B, 16G
... dichroic mirror, 17 ... polarizing plate, 18 ... liquid crystal panel, 19 ... analyzer, 20 ... projection lens.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1335 530 G02F 1/13 505 F21V 13/04 G03B 21/14 G02B 27/00 - 27/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/1335 530 G02F 1/13 505 F21V 13/04 G03B 21/14 G02B 27/00-27/28
Claims (5)
第２焦点に集光反射させる楕円リフレクタと、 前記楕円リフレクタと液晶パネルの間に配され、前記楕
円リフレクタより発する光を任意複数に分割し、それぞ
れに入力された光を液晶パネルの全体が照射されるよう
構成されたフライアイレンズと、 前記フライアイレンズの仮想複数光源より発する光を略
平行光に制御する集光レンズと、 前記集光レンズより出射される光を映像信号にあわせて
透過量を制御する液晶パネルと、 前記液晶パネルの通過光をスクリーンに拡大投影する投
射レンズより構成される液晶プロジェクタに於いて、 前記フライアイレンズは、その各フライアイ素子の有効
入射角（ＮＡ）が光軸より遠ざかるほど順次小さくなる
ように変化しており、且つ光軸に隣接するフライアイの
有効最大入射範囲と、前記楕円リフレクタの有効開口範
囲が概略等しいことを特徴とする液晶プロジェクタの照
明装置。1. An elliptical reflector for condensing and reflecting light emitted from a light source placed at a first focal point to a second focal point, and disposed between the elliptical reflector and a liquid crystal panel to arbitrarily generate a plurality of lights emitted from the elliptical reflector. A fly-eye lens configured to irradiate the whole of the liquid crystal panel with light input to each, and a condenser lens that controls light emitted from a plurality of virtual light sources of the fly-eye lens to substantially parallel light. A liquid crystal panel comprising: a liquid crystal panel that controls a transmission amount of light emitted from the condenser lens in accordance with a video signal; and a projection lens that enlarges and projects light passing through the liquid crystal panel onto a screen. The fly's eye lens changes so that the effective incident angle (NA) of each fly's eye element becomes progressively smaller as it goes away from the optical axis, and is adjacent to the optical axis. That the effective maximum incidence range of the fly's eye, an illumination device of a liquid crystal projector effective opening range of the ellipsoidal reflector is characterized in that equal schematic.
前記楕円リフレクタの有効開口部面より各フライアイ素
子に到達する光の重心に到達すべく、前記フライアイレ
ンズの近辺に第１の光学手段が施されていること特徴と
する請求項１記載の液晶プロジェクタの照明装置。2. In the array of fly-eye lenses, any chief ray extending from each fly-eye element toward the light source reaches the center of gravity of light reaching each fly-eye element from the effective aperture surface of the elliptical reflector. 2. The illumination device for a liquid crystal projector according to claim 1, wherein a first optical means is provided near the fly-eye lens.
フライアイ素子より前記液晶パネル側に延びる主光線
が、何れも光軸と略平行となるべく第２の光学手段が施
されていること特徴とする請求項１又は２記載の液晶プ
ロジェクタの照明装置3. The array of fly-eye lenses is characterized in that a second optical means is provided so that principal rays extending from each fly-eye element toward the liquid crystal panel are substantially parallel to an optical axis. 3. A lighting device for a liquid crystal projector according to claim 1 or 2.
光学手段は、フライアイレンズの各レンズアレイの偏心
処理にて構築されていることを特徴とする請求項２又は
３記載の液晶プロジェクタの照明装置。4. The illumination device for a liquid crystal projector according to claim 2, wherein the optical means in the fly-eye lens array is constructed by decentering each lens array of the fly-eye lens.
レンズアレイと、折り返しのダイクロイックミラーによ
り赤、青、緑毎に照明入射角を変化させるマイクロレン
ズ色分離方式の装置であることを特徴とする請求項１乃
至４の液晶プロジェクタの照明装置。5. A micro-lens color separation type device in which a micro-lens array corresponding to each pixel of a liquid crystal one-to-one and an illumination incident angle for each of red, blue and green are changed by a folded dichroic mirror. 5. The lighting device for a liquid crystal projector according to claim 1, wherein:
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