JP2010276757A - Projector and electro-optical device - Google Patents
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Abstract
【課題】光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターおよび電気光学装置を提供する。
【解決手段】本発明のプロジェクター1は、光源7R,7G,7Bと、導光ロッド8と、マイクロレンズアレイ4と、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bと、投射光学系6と、を備え、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bは、少なくとも一つの画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有し、導光ロッド8の入射端面の水平/垂直寸法比が、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの単位画素パターンの水平/垂直寸法比と一致し、かつ、導光ロッド8の射出端面の水平/垂直寸法比が、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの有効光変調領域の水平/垂直寸法比と一致している。
【選択図】図1Provided are a projector and an electro-optical device that can obtain a high-luminance image with high use efficiency of light from a light source.
A projector 1 of the present invention includes light sources 7R, 7G, and 7B, a light guide rod 8, a microlens array 4, liquid crystal light valves 3R, 3G, and 3B, and a projection optical system 6. The liquid crystal light valves 3R, 3G, and 3B have an effective light modulation region configured by repeating a unit pixel pattern including at least one pixel, and the horizontal / vertical dimension ratio of the incident end face of the light guide rod 8 is the liquid crystal light. The horizontal / vertical dimension ratio of the unit pixel pattern of the bulbs 3R, 3G, 3B and the horizontal / vertical dimension ratio of the exit end face of the light guide rod 8 are effective light modulation regions of the liquid crystal light valves 3R, 3G, 3B. It corresponds to the horizontal / vertical dimension ratio.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、プロジェクターおよび電気光学装置に関する。 The present invention relates to a projector and an electro-optical device.
点光源アレイから射出される複数の光束をマイクロレンズアレイによって液晶パネルの画素開口部に合わせて集束させ、その集束光によって液晶パネルを照明する照明方式を利用した電気光学装置が知られている(例えば、下記の特許文献1,2参照)。この照明方式では点光源アレイから射出される光の大部分を表示に利用できるため、例えばプロジェクターや電気光学装置に応用すれば、光の利用効率が高く、明るい画像を表示することが可能な電気光学装置やプロジェクターを実現できる。
There is known an electro-optical device using an illumination method in which a plurality of light beams emitted from a point light source array are focused on a pixel opening of a liquid crystal panel by a microlens array and the liquid crystal panel is illuminated by the focused light ( For example, see
しかしながら、プロジェクターや電気光学装置に上記の照明方式を採用しようとすると、光源の構成について、以下のような問題がある。
点光源アレイは、発光ダイオード(Light Emitting Diode, 以下、LEDと略記する)やレーザー等の発光素子をアレイ状に配置して構成するが、液晶パネルの複数の画素開口部に合わせて照明するためには、発光素子の数ができるだけ多い方が望ましい。また、液晶パネルを照明する光の照度分布を均一にするためには、各発光素子から射出される光の強度ができるだけ均一であることが望ましい。
ところが、現実的には、プロジェクター等の機器に利用できる程度の高い輝度、高い効率を有し、強度が均一な多数の発光素子を備えた点光源アレイの実現は極めて難しい。したがって、従来、この種の光源はアレイの形態ではなく、単一の発光素子でしか実現できず、十分な光量が得られなかった。
However, when the above-described illumination method is employed in a projector or an electro-optical device, there are the following problems with respect to the configuration of the light source.
A point light source array is configured by arranging light emitting elements such as light emitting diodes (hereinafter abbreviated as LEDs) and lasers in an array shape, and illuminates in accordance with a plurality of pixel openings of a liquid crystal panel. It is desirable that the number of light emitting elements is as large as possible. In order to make the illuminance distribution of the light illuminating the liquid crystal panel uniform, it is desirable that the intensity of light emitted from each light emitting element is as uniform as possible.
However, in reality, it is extremely difficult to realize a point light source array having a large number of light emitting elements with high brightness and high efficiency that can be used in a device such as a projector and uniform intensity. Therefore, conventionally, this type of light source is not in the form of an array, and can only be realized by a single light emitting element, and a sufficient amount of light cannot be obtained.
また、液晶パネル等の光変調素子の形状は一般的に矩形であるから、光の利用効率を高めるためには、光源から射出される光を均一な照度で矩形状に変換した後、液晶パネルを照明することが望ましい。ところが、上記の特許文献1,2の構成では、光源からの光を均一な照度で矩形状に変換するのが難しく、照度のむらが生じたり、光源からの光が液晶パネルの外部に漏れて無駄になったりする虞があった。また、光源からの光を矩形状に均一に変換する手段として、フライアイインテグレーターやロッドインテグレーターが従来からよく用いられるが、これらと点光源アレイを組み合わせて用いると、点光源アレイからの光がフライアイインテグレーターやロッドインテグレーターで乱される。その結果、その後段のマイクロレンズアレイで画素開口部に合わせて集光するのが難しくなるため、光の利用効率を高めることができない。
In addition, since the shape of a light modulation element such as a liquid crystal panel is generally rectangular, in order to increase the light use efficiency, after the light emitted from the light source is converted into a rectangular shape with uniform illuminance, the liquid crystal panel It is desirable to illuminate. However, in the configurations of
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターおよび電気光学装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a projector and an electro-optical device that have high use efficiency of light from a light source and can obtain a high-luminance image.
上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクターは、光を射出する光源と、前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射側面と、前記反射側面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子により変調された光を被投射面上に投射する投射光学系と、が備えられ、前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、前記導光体の前記入射端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平/垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平/垂直寸法比と一致していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a projector according to the present invention includes a light source that emits light, a rectangular incident end surface on which light emitted from the light source is incident, and a reflective side surface that reflects incident light. A light guide having a rectangular emission end surface for emitting light reflected by the reflective side surface, and a lens array in which a plurality of lenses are arranged in an array and light emitted from the light guide is incident And a light modulation element that modulates the light emitted from each of the plurality of lenses constituting the lens array, and a projection optical system that projects the light modulated by the light modulation element onto a projection surface. The light modulation element includes an effective light modulation region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix and is configured by repeating a unit pixel pattern including at least one of the pixels. A plurality of corresponding pixel openings, a horizontal / vertical dimension ratio of the incident end face of the light guide coincides with a horizontal / vertical dimension ratio of the unit pixel pattern of the light modulation element, and the light guide The horizontal / vertical dimension ratio of the exit end face of the light body is equal to the horizontal / vertical dimension ratio of the effective light modulation area of the light modulation element.
本発明のプロジェクターにおいては、光源からの光が導光体に入射され、導光体の反射側面で複数回反射すると、反射側面の外側に光源の虚像が繰り返し現れ、光源の実像とその周囲に位置する複数の虚像とからなるマトリクス状の光源像パターンが形成される。すなわち、光源を1個使用しただけでも、あたかも複数個の光源をマトリクス状に配列したかのような光源像パターンが形成される。このようにすれば、実際の光源を複数個配列させて高輝度で均一な光源アレイを形成するのが難しいとしても、1個の光源を用いて高輝度で均一な光源像パターンを形成することができる。 In the projector of the present invention, when light from the light source is incident on the light guide and is reflected a plurality of times on the reflective side surface of the light guide, a virtual image of the light source repeatedly appears on the outside of the reflective side surface. A matrix-like light source image pattern composed of a plurality of positioned virtual images is formed. That is, even when only one light source is used, a light source image pattern is formed as if a plurality of light sources are arranged in a matrix. In this way, even if it is difficult to form a high-brightness and uniform light source array by arranging a plurality of actual light sources, a single light source is used to form a high-brightness and uniform light source image pattern. Can do.
また、導光体の入射端面の水平/垂直寸法比が、光変調素子の単位画素パターンの水平/垂直寸法比と一致しているため、実像と虚像とで構成される上述の光源像パターンは、光変調素子の有効光変調領域内の画素のパターンと略相似形をなす。そして、各光源像(実像、虚像)からの光がレンズアレイによって光変調素子の画素開口部に集光されるため、光源からの光の大部分は画素開口部を通過し、有効な光束として画像の形成に寄与する。一方、導光体の射出端面の水平/垂直寸法比が、光変調素子の有効光変調領域の水平/垂直寸法比と一致しているため、有効光変調領域外への光の漏洩が最小限で済み、導光体から射出された光の略全てが画像の形成に寄与する。このようにして、本発明によれば、光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる。 In addition, since the horizontal / vertical dimension ratio of the incident end face of the light guide matches the horizontal / vertical dimension ratio of the unit pixel pattern of the light modulation element, the above-described light source image pattern composed of a real image and a virtual image is This is substantially similar to the pattern of pixels in the effective light modulation region of the light modulation element. And since the light from each light source image (real image, virtual image) is condensed on the pixel opening of the light modulation element by the lens array, most of the light from the light source passes through the pixel opening and becomes an effective light beam. Contributes to image formation. On the other hand, since the horizontal / vertical dimension ratio of the exit end face of the light guide coincides with the horizontal / vertical dimension ratio of the effective light modulation area of the light modulation element, light leakage outside the effective light modulation area is minimized. And almost all of the light emitted from the light guide contributes to image formation. In this way, according to the present invention, it is possible to realize a projector that can use light from the light source with high efficiency and obtain a high-luminance image.
本発明のプロジェクターにおいて、前記画素の水平/垂直寸法比が1であり、前記単位画素パターンがn(n:自然数)個の前記画素を含むとき、前記有効光変調領域の水平/垂直寸法比Aが、√{n×(n−1)}<A≦√{n×(n+1)}を満たすことが望ましい。
本発明のプロジェクターにおいて、導光体の入射端面と射出端面とは同一の寸法にはならず、反射側面は入射端面および射出端面に対して垂直以外の角度で接し、導光体の形状がテーパー形状をなすのが通常である。そこで、光変調素子の有効光変調領域の水平/垂直寸法比Aは装置固有の一定値であるから、上の不等式を満たすようにn、すなわち単位画素パターンに含まれる画素の個数を最適化することにより、導光体のテーパー角度が極力大きくならず、好ましい。導光体のテーパー角度が大きくなり過ぎると、光源像パターンの平面からの歪みが大きくなり、光量の損失が生じるからである。なお、不等式の意味については後述する。
In the projector according to the aspect of the invention, when the horizontal / vertical dimension ratio of the pixels is 1, and the unit pixel pattern includes n (n: natural number) pixels, the horizontal / vertical dimension ratio A of the effective light modulation region is obtained. However, it is desirable that √ {n × (n−1)} <A ≦ √ {n × (n + 1)} is satisfied.
In the projector according to the present invention, the incident end face and the exit end face of the light guide are not the same size, the reflective side surface is in contact with the incident end face and the exit end face at an angle other than perpendicular, and the shape of the light guide is tapered. It is normal to make a shape. Therefore, since the horizontal / vertical dimension ratio A of the effective light modulation area of the light modulation element is a constant value unique to the apparatus, n, that is, the number of pixels included in the unit pixel pattern is optimized so as to satisfy the above inequality. This is preferable because the taper angle of the light guide is not increased as much as possible. This is because if the taper angle of the light guide becomes too large, the distortion of the light source image pattern from the plane increases, resulting in a loss of light quantity. The meaning of the inequality will be described later.
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源からの光が、前記導光体の前記入射端面の中心に入射される構成とすることができる。
この構成によれば、1個の画素を含む単位画素パターンを最も正確かつ容易に形成でき、光量の損失を最小限に抑えることができる。
In the projector according to the aspect of the invention, the light from the light source may be incident on the center of the incident end face of the light guide.
According to this configuration, a unit pixel pattern including one pixel can be most accurately and easily formed, and loss of light amount can be minimized.
もしくは、本発明のプロジェクターにおいて、前記単位画素パターンは、一つの前記画素が水平方向および垂直方向に2分割されたことにより全体として4分割された画素部を含み、前記光源からの光が、前記導光体の前記入射端面の角部に入射される構成とすることができる。
この構成によれば、例えば光源からの光を入射端面の中心に入射させる場合と同じ光源を4分割して用いることができ、画像の均一性や光源の放熱性の面で有利である。
Alternatively, in the projector according to the aspect of the invention, the unit pixel pattern includes a pixel portion that is divided into four as a whole by dividing one pixel into two in the horizontal direction and the vertical direction, and the light from the light source is It can be set as the structure which injects into the corner | angular part of the said incident end surface of a light guide.
According to this configuration, for example, the same light source as that in the case where light from the light source is incident on the center of the incident end face can be divided into four parts, which is advantageous in terms of image uniformity and heat dissipation of the light source.
その場合、前記角部に入射される光のうち、少なくとも一部の光が他の光とは異なる色の光であっても良い。
この構成によれば、場合によっては1つの光変調素子のみでカラー画像を表示することができる。その場合、複数の光変調素子からの光を合成する光合成手段が不要となり、小型で低コストのプロジェクターを実現できる。
In that case, at least a part of the light incident on the corner may be a light of a different color from the other light.
According to this configuration, in some cases, a color image can be displayed with only one light modulation element. In this case, a light combining unit that combines light from a plurality of light modulation elements is not necessary, and a compact and low-cost projector can be realized.
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源が、前記導光体の前記入射端面上に配置された構成としても良い。
この構成によれば、光源からの光を導光体まで導くための他の導光体やレンズ等の光学部材が不要となり、小型で低コストのプロジェクターを実現できる。
In the projector according to the aspect of the invention, the light source may be arranged on the incident end face of the light guide.
According to this configuration, other optical members such as a light guide and a lens for guiding light from the light source to the light guide are not required, and a small and low-cost projector can be realized.
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源から射出された光が入射され、入射された光を偏光変換する偏光変換素子が備えられ、前記偏光変換素子によって偏光変換された光が前記導光体に入射される構成としても良い。
この構成によれば、光変調素子が例えば液晶ライトバルブのように一種類の偏光を用いるものである場合、光利用効率をより高められ、高効率、低消費電力のプロジェクターを実現できる。
In the projector according to the aspect of the invention, the light emitted from the light source is incident, and a polarization conversion element that performs polarization conversion of the incident light is provided, and the light that has undergone polarization conversion by the polarization conversion element is incident on the light guide. It is good also as a structure.
According to this configuration, when the light modulation element uses one type of polarized light, such as a liquid crystal light valve, the light utilization efficiency can be further increased, and a projector with high efficiency and low power consumption can be realized.
本発明のプロジェクターにおいて、前記光源が、矩形状の射出端面を有する固体光源で構成されていても良い。
この光源の構成は、ランプ型の光源よりも本発明に適しており、光利用効率が高く、小型のプロジェクターを実現できる。
In the projector according to the aspect of the invention, the light source may be a solid light source having a rectangular emission end surface.
This light source configuration is more suitable for the present invention than a lamp-type light source, and has a high light utilization efficiency and can realize a compact projector.
本発明のプロジェクターにおいて、前記導光体の前記入射端面上での光源像のピッチをP1、前記光変調素子における前記単位画素パターンの水平/垂直ピッチをP2、前記レンズアレイのレンズピッチをPL、前記光源と前記レンズアレイとの間の光学距離をL1、前記レンズアレイと前記光変調素子との間の光学距離をL2としたとき、以下の(1)式、(2)式をともに満足することが望ましい。
PL=(m×P1×P2)/(P1+P2) …(1)(m:自然数)
L2/L1=P2/P1 …(2)
この構成によれば、光源から光変調素子に直接照射される光と、導光体の反射側面で反射して光変調素子に照射される光とが、レンズアレイの異なるレンズを通って同じ画素に重ねて集光される構成を実現できる。
In the projector of the present invention, the pitch of the light source image on the incident end face of the light guide is P1, the horizontal / vertical pitch of the unit pixel pattern in the light modulation element is P2, the lens pitch of the lens array is PL, When the optical distance between the light source and the lens array is L1, and the optical distance between the lens array and the light modulation element is L2, both the following expressions (1) and (2) are satisfied. It is desirable.
PL = (m × P1 × P2) / (P1 + P2) (1) (m: natural number)
L2 / L1 = P2 / P1 (2)
According to this configuration, the light directly irradiated on the light modulation element from the light source and the light reflected on the reflection side surface of the light guide and irradiated on the light modulation element pass through different lenses of the lens array, and the same pixel. It is possible to realize a configuration in which light is condensed on top of each other.
さらに、前記レンズアレイの集光側の開口数をNA、前記画素開口部の水平方向および垂直方向の寸法をa、前記光源からの光の波長をλとしたとき、以下の(3)式を満足することが望ましい。
a≧λ/NA …(3)
この構成によれば、レンズアレイによって集光され、結像された光源像の回折光による広がりが画素開口部の寸法よりも小さくなるので、光の利用効率をより高めることができる。
Further, when the numerical aperture on the condensing side of the lens array is NA, the horizontal and vertical dimensions of the pixel aperture are a, and the wavelength of light from the light source is λ, the following equation (3) is obtained. It is desirable to be satisfied.
a ≧ λ / NA (3)
According to this configuration, since the spread of the light source image focused and imaged by the lens array due to the diffracted light is smaller than the size of the pixel opening, the light use efficiency can be further increased.
本発明のプロジェクターにおいて、前記レンズアレイの結像点が前記光変調素子の前記画素開口部内に位置していることが望ましい。
この構成によれば、光量の損失が最も少なく、光の利用効率をより高めることができる。
In the projector according to the aspect of the invention, it is preferable that an image forming point of the lens array is located in the pixel opening of the light modulation element.
According to this configuration, the light loss is the least, and the light utilization efficiency can be further increased.
本発明の電気光学装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射面と、前記反射面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、が備えられ、前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、前記導光体の前記入射端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平/垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平/垂直寸法比と一致していることを特徴とする。 The electro-optical device according to the aspect of the invention reflects a light source that emits light, a rectangular incident end surface on which light emitted from the light source is incident, a reflective surface that reflects incident light, and the reflective surface. A light guide having a rectangular emission end surface for emitting light, a plurality of lenses arranged in an array, a lens array into which light emitted from the light guide is incident, and the lens array A light modulation element that modulates light emitted from each of the plurality of lenses, wherein the light modulation element includes a plurality of pixels arranged in a matrix and a unit pixel pattern including at least one of the pixels And a plurality of pixel openings corresponding to the plurality of pixels, and a horizontal / vertical dimension ratio of the incident end surface of the light guide is determined by the light modulation element. Of the above And the horizontal / vertical dimension ratio of the exit end face of the light guide coincides with the horizontal / vertical dimension ratio of the effective light modulation area of the light modulation element. It is characterized by.
本発明の電気光学装置によれば、上述した本発明のプロジェクターと同様、各光源像(実像、虚像)からの光の大部分が画像の形成に寄与するとともに、光変調素子の有効光変調領域の外部への光の漏洩が最小限で済む。これにより、光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られる電気光学装置を実現できる。 According to the electro-optical device of the present invention, as in the projector of the present invention described above, most of the light from each light source image (real image, virtual image) contributes to image formation, and the effective light modulation region of the light modulation element. Leakage of light to the outside is minimal. Accordingly, it is possible to realize an electro-optical device that has high use efficiency of light from the light source and can obtain a high-luminance image.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図5を参照しながら説明する。
本実施形態は、3組の液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、いわゆる3板式のプロジェクターの例である。
図1は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図2は、本プロジェクターにおける導光ロッドとマイクロレンズアレイの作用を説明するための図である。図3は、本プロジェクターにおける液晶ライトバルブの画素パターンを示す平面図である。図4は、本プロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図5は、光源像パターンを示す図である。
なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素に応じて寸法の比率や縮尺を適宜変えることがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is an example of a projector using three sets of liquid crystal light valves, that is, a so-called three-plate projector.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projector according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the light guide rod and the microlens array in the projector. FIG. 3 is a plan view showing a pixel pattern of a liquid crystal light valve in the projector. FIG. 4 is a perspective view showing portions of the light source and the light guide rod in the projector. FIG. 5 is a diagram showing a light source image pattern.
In the following drawings, in order to make each component easy to see, the ratio of dimensions and the scale may be appropriately changed depending on the component.
本実施形態のプロジェクター1は、図1に示すように、3組の照明光学系2R,2G,2Bと、各照明光学系2R,2G,2Bに対応した3組の液晶ライトバルブ3R,3G,3B(光変調素子)と、各液晶ライトバルブ3R,3G,3Bに対応して設けられたマイクロレンズアレイ4(レンズアレイ)と、クロスプリズム5と、投射光学系6と、を備えている。3組の照明光学系2R,2G,2Bは、それぞれ赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光の各色光を射出するものである。
As shown in FIG. 1, the
各照明光学系2R,2G,2Bは、各色光を射出するLED光源7R,7G,7B(光源、固体光源)と、各LED光源7R,7G,7Bからの色光を後段の光学系に向けて導光する導光ロッド8(導光体)と、を備えている。各液晶ライトバルブ3R,3G,3Bは、各照明光学系2R,2G,2Bからマイクロレンズアレイ4を経て入射された各色光を変調するものである。マイクロレンズアレイ4は、照明光学系2R,2G,2Bからの光を液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの画素開口部に集光させるものである。クロスプリズム5は、各液晶ライトバルブ3R,3G,3Bによって変調された3つの色光を合成するものである。投射光学系6は、クロスプリズム5によって合成された光をスクリーン9(被投射面)上に投射するものである。
Each illumination
本実施形態の液晶ライトバルブ3R,3G,3Bは、一対の基板間に液晶が挟持された液晶パネル(図示せず)の光入射側および光射出側にそれぞれ偏光板(図示せず)が配置されたものである。液晶ライトバルブ3R,3G,3Bは、図3に示すように、額縁部分となる周辺領域11を除いて、複数の画素12がマトリクス状に配列された有効光変調領域13を有している。有効光変調領域13が、実質的に表示に寄与する領域である。また、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bは、各画素12に対応した画素開口部14を有する格子状の遮光膜15(ブラックマトリクス)を備えている。
In the liquid
各画素12の形状は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法(ピッチ)はともに12μmである。画素開口部14は各画素12の中央に設けられている。画素開口部14の形状は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法はともに9μmである。したがって、画素開口率は、(9×9)/(12×12)≒0.56となり、約56%である。液晶ライトバルブ3R,3G,3Bは、水平画素数が1024、垂直画素数が768であり、いわゆるXGAと呼ばれる解像度を有している。有効光変調領域13の水平方向の寸法は約12.3mm、垂直方向の寸法は約9.2mmであり、水平/垂直寸法比(アスペクト比)は4:3である。
The shape of each
導光ロッド8は、屈折率1.5の透明なガラスで形成された中実の棒状部材である。導光ロッド8の入射端面8aは、図4に示すように、水平方向の寸法が9.4mm、垂直方向の寸法が9.4mmの正方形である。導光ロッド8の射出端面8bは、水平方向の寸法が12.5mm、垂直方向の寸法が9.4mmの長方形である。したがって、導光ロッド8は、水平方向のみが入射端面8a側から射出端面8b側に向けて先広がりのテーパー形状となっており、垂直方向にはテーパー形状となっていない。また、導光ロッド8の入射端面8aの形状は液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの画素12の形状と相似であり、導光ロッド8の射出端面8bの形状は液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの有効光変調領域13の形状と略相似である。ここで、導光ロッド8の射出端面8bが液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの有効光変調領域13よりも若干大きいのは、端部での光漏れにより光量が減少して画面の明るさが不均一になるのを防ぐ目的で多少余裕を持たせるためである。そして、入射端面8aと射出端面8bとに接する4つの側面は、内部を通る光を反射させる反射側面8cとなっている。
The
導光ロッド8の入射端面8aの中央には、水平方向の寸法が7mm、垂直方向の寸法が7mmの正方形状のLED光源7R,7G,7Bが1個配置されている。このLED光源7R,7G,7Bは、上述したように、R光、G光、B光のうちのいずれかを射出するものである。LED光源7R,7G,7Bは、光射出側の面を導光ロッド8の入射端面8aに対向させた姿勢で、光学接着剤等により導光ロッド8に固定されている。LED光源7R,7G,7Bから射出された光は、入射端面8aから導光ロッド8の内部に入射された後、反射側面8cで複数回反射し、射出端面8bから導光ロッド8の外部に射出される。
In the center of the
このとき、LED光源7R,7G,7Bからの光が導光ロッド8の反射側面8cで多重反射を起こすと、図2に示すように、反射側面8cの外側にLED光源7R,7G,7Bの虚像が形成される。図2では、1回の反射による虚像のみを図示したが、実際には様々な回数の反射による虚像が1回の反射による虚像の外側に繰り返し現れる。これを導光ロッド8の射出端面8b側から見た図が図4であり、LED光源7R,7G,7Bの実像17の周囲にLED光源7R,7G,7Bの虚像18がマトリクス状に複数配置されたパターン(以下、このパターンのことを光源像パターン19と称する)が形成されたことになる。
At this time, when light from the
このとき、導光ロッド8は水平方向のみがテーパー状になっているため、図5に示した光源像パターン19は、実際には平面状に形成されるのではなく、図2にその一部を示したように、曲面状(折れ曲がった形状)に歪んで形成される。ところが、導光ロッド8の導光方向の寸法は、例えば数十mmと実際には図2に示したイメージよりも長く、テーパー角度(入射端面8aと反射側面8cとのなす角度から90度を引いた値)は十分に小さい。したがって、光源像パターン19が曲面状に歪んだとしても、その曲率は小さく、光源像パターン19が曲面状に歪むことによる各光源像17,18の位置ズレはさほど問題とならない。ただし、光源像パターン19の曲率が大きくならないように、テーパー角度は極力小さい方が望ましい。このため、本実施形態では、垂直方向をテーパー形状とせずに、水平方向のみをテーパー形状とした。しかしながら、垂直方向、水平方向のテーパー形状をどの程度に設定するかは設計上の各種要素を考慮して最適な値を用いれば良く、限定されるものではない。一例として、射出端面8bの面積を変えずに、入射端面の面積を例えば10mm×10mmともう少し大きくし、垂直方向を先細りの逆テーパー形状としても良い。
At this time, since the
本実施形態の場合、1個の画素12を単位画素パターンと考え、この単位画素パターンの繰り返しで有効光変調領域13が構成されていると考える。すると、導光ロッド8の入射端面8aの水平/垂直寸法比(9.4:9.4=1:1)が、単位画素パターンの水平/垂直寸法比(12:12=1:1)と一致している。さらに、導光ロッド8の入射端面8aの一辺の寸法に対するLED光源7R,7G,7Bの一辺の寸法の比(7:9.4)は、単位画素パターン(画素12)の一辺の寸法に対する画素開口部14の一辺の寸法の比(9:12)と略一致している。また、導光ロッド8の射出端面8bの水平/垂直寸法比(12.5:9.4)が、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの有効光変調領域13の水平/垂直寸法比(12.3:9.2)と略一致している。
In the present embodiment, one
マイクロレンズアレイ4は、図1、図2に示すように、ガラス基板の表面にウェットエッチングにより多数の凹部が形成され、屈折率の高い樹脂が凹部内に充填されることにより作製されたものであり、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの光入射側の基板に貼り付けられている。また、マイクロレンズアレイ4は、導光ロッド8の射出端面8bと接触するように配置されている。マイクロレンズアレイ4を構成する任意の一つのマイクロレンズは、光源像パターン19を構成する各光源像17,18を各画素開口部14内に縮小して結像し、光源像17,18と画素開口部14とがちょうど重なるように、焦点距離と位置とが設定されている。そして、隣接するマイクロレンズは、図2に示すように、光源像パターン19が有効光変調領域13上でn画素分(本実施形態ではn=1)ずれた位置に結像されるように、マイクロレンズ間のピッチが設定されている。このことにより、各画素開口部14には各光源像(実像17、虚像18)からの光が重ね合わされて集光される。光源像パターン19の歪み、マイクロレンズの収差、回折限界などの影響が微小であれば、LED光源7R,7G,7Bからの光の略全てが画素開口部14を通過し、有効な光束として投射画像の形成に寄与する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ここで、導光ロッド8の入射端面8a上での光源像17,18のピッチをP1、液晶ライトバルブ3R,3G,3Bにおける単位画素パターンの水平/垂直ピッチをP2、マイクロレンズアレイ4のレンズピッチをPL、LED光源7R,7G,7Bとマイクロレンズアレイ4との間の光学距離をL1、マイクロレンズアレイ4と液晶ライトバルブ3R,3G,3Bとの間の光学距離をL2とすると、光源像17,18のピッチは入射端面8aの一辺と等しいため、P1=9.4mmであり、単位画素パターンの水平/垂直ピッチは画素ピッチと等しいため、P2=12μmである。また、マイクロレンズアレイ4のレンズピッチPLを水平方向、垂直方向ともに11.98μm、LED光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離L1を40mm、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ(遮光膜の画素開口部)間の光学距離L2を51μmと設定すると、下記の(1)式、(2)式の条件をともに満足する。
Here, the pitch of the
PL=(n×P1×P2)/(P1+P2) …(1)(n:自然数)
L2/L1=P2/P1 …(2)
ただし、ここでの「n」は、隣接するマイクロレンズにより光源像パターン19がずれた位置に結像される際の画素数であり、上述の通り、本実施形態ではn=1である。
PL = (n × P1 × P2) / (P1 + P2) (1) (n: natural number)
L2 / L1 = P2 / P1 (2)
However, “n” here is the number of pixels when the light
(1)式、(2)式は、LED光源7R,7G,7Bから液晶ライトバルブ3R,3G,3Bに直接照射される光と、導光ロッド8の反射側面8cで反射して液晶ライトバルブ3R,3G,3Bに照射される光とが、異なるマイクロレンズを通って同じ画素に重ねて集光されるための条件である。
なお、上ではLED光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離L1を40mmと表したが、これは空気中での光学距離に換算した値であり、導光ロッド8の屈折率は1.5であるから、導光ロッド8の実際の長さは60mmである。同様に、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離L2=51μmも、空気中での光学距離に換算した値であり、この間の実際の長さは76.5mmである。また、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離L2は、マイクロレンズの焦点距離と一致している。
The formulas (1) and (2) are the liquid crystal light valves that are reflected directly on the liquid
In the above, the optical distance L1 between the LED light source and the microlens array is expressed as 40 mm. This is a value converted into an optical distance in the air, and the refractive index of the
さらに、マイクロレンズアレイ4の集光側の開口数NAを0.117、画素開口部14の水平方向および垂直方向の寸法aを9μmとし、LED光源7R,7G,7Bからの光の波長λを、例えばG光の場合で0.632μmとしたとき、以下の(3)式を満足する。
a≧λ/NA …(3)
(3)式のλ/NAは、マイクロレンズアレイ4によって集光され、結像された光源像の回折光による広がりを示している。(3)式を満足する場合、光源像の広がりが画素開口部14の寸法よりも小さくなるので、光の利用効率をより高めることができる。
Further, the numerical aperture NA on the light condensing side of the
a ≧ λ / NA (3)
Λ / NA in the expression (3) indicates the spread of the light source image focused and imaged by the
一般に、LED光源は、面内の均一性が不十分で放射輝度分布を持っているため、そのまま使用すると、液晶ライトバルブ上で輝度分布や明るさムラが発生してしまう。その点、本実施形態のプロジェクター1においては、LED光源7R,7G,7Bからの光を導光ロッド8内に透過させることにより多重反射した光が重畳されるため、輝度分布が均一化される。そして、導光ロッド8の射出端面8bと液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの有効光変調領域13とが略同一形状、略同一寸法であるため、有効光変調領域13の外部への光の漏洩が最小限で済み、導光ロッド8から射出された光の略全てが画像の形成に寄与する。また、光源像パターン19と画素パターンとが相似の関係にあり、各光源像(実像17、虚像18)からの光がマイクロレンズアレイ4によって液晶ライトバルブ3R,3G,3Bの画素開口部14に集光されて重畳される。これにより、光の大部分は画素開口部14を通過でき、有効な光束として画像の形成に寄与する。このようにして、本実施形態によれば、LED光源からの光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる。
In general, since the LED light source has insufficient in-plane uniformity and has a radiance distribution, if it is used as it is, the luminance distribution and brightness unevenness occur on the liquid crystal light valve. In that respect, in the
[第2実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図6、図7を参照しながら説明する。
本実施形態も3板式のプロジェクターの例である。プロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、導光ロッドの形状とLED光源の配置が第1実施形態と異なっている。したがって、本実施形態ではプロジェクターの基本構成の説明を省略し、第1実施形態と異なる点のみを説明する。
図6は、本実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図7は、光源像パターンを示す図である。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This embodiment is also an example of a three-plate projector. The basic configuration of the projector is the same as that of the first embodiment, and the shape of the light guide rod and the arrangement of the LED light sources are different from those of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, description of the basic configuration of the projector is omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
FIG. 6 is a perspective view showing portions of the light source and the light guide rod in the projector according to the present embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a light source image pattern.
第1実施形態では1個の画素で一つの単位画素パターンを構成したのに対し、本実施形態では2個の画素で一つの単位画素パターンを構成している。本実施形態において、液晶ライトバルブの画素は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法(ピッチ)はともに10μmである。画素開口部は正方形であり、水平方向、垂直方向の寸法はともに8μmである。したがって、画素開口率は約64%である。液晶ライトバルブは、水平画素数が1920、垂直画素数が1080であり、いわゆるフルハイビジョンと呼ばれる解像度を有している。有効光変調領域の水平方向の寸法は約19.2mm、垂直方向の寸法は約10.8mmであり、水平/垂直寸法比(アスペクト比)は16:9である。 In the first embodiment, one unit pixel pattern is composed of one pixel, whereas in this embodiment, one unit pixel pattern is composed of two pixels. In this embodiment, the pixels of the liquid crystal light valve are square, and the horizontal and vertical dimensions (pitch) are both 10 μm. The pixel opening is square, and the horizontal and vertical dimensions are both 8 μm. Therefore, the pixel aperture ratio is about 64%. The liquid crystal light valve has a horizontal pixel number of 1920 and a vertical pixel number of 1080, and has a so-called full high-definition resolution. The effective light modulation area has a horizontal dimension of about 19.2 mm, a vertical dimension of about 10.8 mm, and a horizontal / vertical dimension ratio (aspect ratio) of 16: 9.
導光ロッド21の入射端面21aは、図6に示すように、水平方向の寸法が20mm、垂直方向の寸法が10mmの長方形である。導光ロッド21の射出端面21bは、水平方向の寸法が20mm、垂直方向の寸法が11.6mmの長方形である。したがって、導光ロッド21は、垂直方向のみが入射端面側から射出端面側に向けて先広がりのテーパー形状となっており、水平方向にはテーパー形状となっていない。導光ロッド21の入射端面21aの形状は、10mm×10mmの正方形2個を水平方向に並べた形態の長方形であり、各正方形の中心に相当する部分に水平方向の寸法が8mm、垂直方向の寸法が8mmの正方形状のLED光源22R,22G,22Bが2個配置されている。
As shown in FIG. 6, the
本実施形態の場合、2個の画素を単位画素パターンと考え、この単位画素パターンの繰り返しで有効光変調領域が構成されていると考える。ここで、導光ロッド21の入射端面21aの水平/垂直寸法比(20:10=2:1)が、単位画素パターンの水平/垂直寸法比(20:10=2:1)と一致している。さらに、導光ロッド21の入射端面21aの垂直方向の寸法に対するLED光源22R,22G,22Bの垂直方向の寸法の比(8:10)は、単位画素パターン(画素)の垂直方向の寸法に対する画素開口部の垂直方向の寸法の比(8:10)と一致している。また、導光ロッド21の射出端面21bの水平/垂直寸法比(20:11.6)が、液晶ライトバルブの有効光変調領域の水平/垂直寸法比(19.2:10.8)と略一致している。
In the present embodiment, two pixels are considered as a unit pixel pattern, and it is considered that an effective light modulation region is configured by repeating this unit pixel pattern. Here, the horizontal / vertical dimension ratio (20: 10 = 2: 1) of the
2つのLED光源22R,22G,22Bからの光が導光ロッド21の反射側面21cで多重反射を起こすと、図7に示すように、2つのLED光源の実像23の周囲に2つのLED光源の虚像24がマトリクス状に繰り返し配置された光源像パターン25が形成される。この光源像パターン25は、第1実施形態で述べたように、導光ロッド21がテーパー形状であるため、実際には曲面状に形成されるが、これを平面として近似すると、画素パターンと略相似形をなす。
When the light from the two
本実施形態のように、液晶ライトバルブのアスペクト比が16:9のようなワイド画面の場合、それに対応して導光ロッド21の射出端面21bが水平方向に長い長方形となるため、第1実施形態のように1個の画素を一つの単位画素パターンとすると、導光ロッドの水平方向のテーパー角度が大きくなり過ぎ、光源像パターンの曲率が大きくなる。すると、光源像パターンが曲面状に歪むことによる光源像の位置ズレが無視できなくなり、光量の損失を生じてしまう。したがって、光量の損失を極力生じさせないためには、2個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましいのである。
In the case of a wide screen such as the liquid crystal light valve having an aspect ratio of 16: 9 as in the present embodiment, the
液晶ライトバルブのアスペクト比に応じて、1個の画素を一つの単位画素パターンとすべきか、2個の画素を一つの単位画素パターンとすべきかの判断は、例えば以下のように考えることができる。
すなわち、任意の縦横比を有する矩形が、縦横比1:1の正方形に近いのか、縦横比1:2の長方形に近いのかを判断するための境界(閾値)を求めればよい。その境界では、縦横比1:xと縦横比x:2が等しくなるため、x=√2となる。よって、液晶ライトバルブのアスペクト比Aが、A≦√2を満たす場合には、形状が正方形に近いと判断し、1個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。一方、液晶ライトバルブのアスペクト比Aが、√2<A≦√6を満たす場合には、形状が縦横比1:2の長方形に近いと判断し、2個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。液晶ライトバルブのアスペクト比Aが√6を超えると、形状が縦横比1:3の長方形に近くなり、3個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。これを一般化すると、液晶ライトバルブのアスペクト比Aが、√{n×(n−1)}<A≦√{n×(n+1)}(n:自然数)を満たすとき、n個の画素を一つの単位画素パターンとするのが望ましい。
The determination of whether one pixel should be one unit pixel pattern or two pixels should be one unit pixel pattern according to the aspect ratio of the liquid crystal light valve can be considered as follows, for example. .
That is, a boundary (threshold) for determining whether a rectangle having an arbitrary aspect ratio is close to a square having an aspect ratio of 1: 1 or a rectangle having an aspect ratio of 1: 2 may be obtained. At the boundary, since the aspect ratio 1: x and the aspect ratio x: 2 are equal, x = √2. Therefore, when the aspect ratio A of the liquid crystal light valve satisfies A ≦ √2, it is determined that the shape is close to a square, and one pixel is preferably used as one unit pixel pattern. On the other hand, when the aspect ratio A of the liquid crystal light valve satisfies √2 <A ≦ √6, it is determined that the shape is close to a rectangle having an aspect ratio of 1: 2, and two pixels are regarded as one unit pixel pattern. It is desirable to do. When the aspect ratio A of the liquid crystal light valve exceeds √6, the shape is close to a rectangle with an aspect ratio of 1: 3, and it is desirable that the three pixels be one unit pixel pattern. Generalizing this, when the aspect ratio A of the liquid crystal light valve satisfies √ {n × (n−1)} <A ≦ √ {n × (n + 1)} (n: natural number), n pixels are It is desirable to use one unit pixel pattern.
本実施形態の場合、導光ロッド21の入射端面21a上での光源像のピッチP1は10mm、単位画素パターンの水平/垂直ピッチP2は10μm、マイクロレンズアレイのレンズピッチPLは水平方向、垂直方向ともに9.99μm、LED光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離L1(空気中)は50mm(導光ロッドの実長さは75mm)であり、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離L2(空気中)およびマイクロレンズの焦点は50μm(実長さは75mm)であり、第1実施形態に記載した(1)式、(2)式をともに満足する。
In the case of this embodiment, the pitch P1 of the light source image on the
本実施形態においても、LED光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第1実施形態と同様の効果が得られる。 Also in the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, in which a projector that can use a light emitted from an LED light source and that can obtain a high-luminance image can be realized.
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図8、図9を参照しながら説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様である。また、2個の画素を一つの単位画素パターンとする点は第2実施形態と同様であり、導光ロッドに対するLED光源の配置が第2実施形態と異なっている。
したがって、本実施形態では、第2実施形態と異なるLED光源の配置に関する部分のみを説明する。
図8は、本実施形態のプロジェクターにおけるLED光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図7は、偏光ビームスプリッターの作用を説明するための図である。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projector of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Moreover, the point which makes two pixels one unit pixel pattern is the same as that of 2nd Embodiment, and arrangement | positioning of the LED light source with respect to a light guide rod differs from 2nd Embodiment.
Therefore, in the present embodiment, only a part related to the arrangement of the LED light sources different from the second embodiment will be described.
FIG. 8 is a perspective view showing portions of the LED light source and the light guide rod in the projector according to the present embodiment. FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the polarization beam splitter.
本実施形態では、図8、図9に示すように、導光ロッド27の入射端面27aに、偏光ビームスプリッター28(Polarized Beam Splitter, 以下、PBSと略記する)(偏光変換素子)が設けられている。PBS28は、導光体29と、導光体29の内部に設けられた偏光分離面30と、波長板31と、反射面32と、を有している。偏光分離面30は、例えばLED光源7Gからの光のうちのS波を反射させ、P波を透過させるものであり、導光体29の導光方向に対して略45度の角度に設置されている。そして、導光体29の入射端面に、LED光源7Gが固定されており、導光体29のLED光源7Gが設けられた側と反対側の端部には、導光方向に対して略45度の角度に反射面32が設けられている。
In this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, a polarization beam splitter 28 (hereinafter abbreviated as PBS) (polarization conversion element) is provided on the
本構成では、LED光源7Gから射出された光は、導光体29の内部を通る際、LED光源7Gからの光のうちのS波が偏光分離面30で反射して導光ロッド27の入射端面27aに向かい、第2実施形態と同様、入射端面27a上に光源像33を形成して内部に入射される。一方、P波は偏光分離面30を透過した後、波長板31を透過することによりS波に偏光変換され、反射面32で反射して導光ロッド27の入射端面27aに向かい、入射端面27a上に光源像33を形成して内部に入射される。
In this configuration, when the light emitted from the LED
本実施形態においても、LED光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第1、第2実施形態と同様の効果が得られる。また本実施形態の場合、LED光源7Gから射出された光がPBS28によって偏光変換され、一方の直線偏光(本実施形態ではS波)に揃った状態で導光ロッド27を経て液晶ライトバルブ3Gに入射される。そのため、本構成は表示に一種類の偏光を用いる液晶ライトバルブに適しており、光利用効率をより高められ、より高効率で低消費電力のプロジェクターを実現できる。
Also in this embodiment, the same effects as those in the first and second embodiments can be obtained, in which a projector capable of obtaining a high-luminance image with high use efficiency of light emitted from the LED light source can be obtained. In the case of the present embodiment, the light emitted from the LED
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について、図10、図11を参照しつつ説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、導光ロッドの形状とLED光源の配置が第1実施形態と異なっている。したがって、本実施形態ではプロジェクターの基本構成の説明を省略し、第1実施形態と異なる点のみを説明する。
図10は、本実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図11は、光源像パターンを示す図である。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
The basic configuration of the projector of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the shape of the light guide rod and the arrangement of the LED light sources are different from those of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, description of the basic configuration of the projector is omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
FIG. 10 is a perspective view showing portions of the light source and the light guide rod in the projector according to the present embodiment. FIG. 11 is a diagram showing a light source image pattern.
第1実施形態では1個の画素で一つの単位画素パターンを構成し、第2実施形態では2個の画素で一つの単位画素パターンを構成したのに対し、本実施形態では水平方向2個×垂直方向2個、計4個の画素で一つの単位画素パターンを構成している。液晶ライトバルブは、第1実施形態と同一のものを用いている。すなわち、液晶ライトバルブの画素は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法(ピッチ)がともに12μm、画素開口部は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法がともに9μmである。また、液晶ライトバルブは、水平画素数が1024、垂直画素数が768、有効光変調領域の水平方向の寸法は約12.3mm、垂直方向の寸法は約9.2mm、水平/垂直寸法比(アスペクト比)は4:3である。 In the first embodiment, one unit pixel pattern is composed of one pixel, and in the second embodiment, one unit pixel pattern is composed of two pixels, whereas in the present embodiment, two horizontal pixels × One unit pixel pattern is composed of a total of four pixels in two vertical directions. The same liquid crystal light valve as that in the first embodiment is used. In other words, the pixels of the liquid crystal light valve are square, the horizontal and vertical dimensions (pitch) are both 12 μm, the pixel openings are square, and the horizontal and vertical dimensions are both 9 μm. The liquid crystal light valve has a horizontal pixel count of 1024, a vertical pixel count of 768, an effective light modulation area with a horizontal dimension of about 12.3 mm, a vertical dimension of about 9.2 mm, and a horizontal / vertical dimension ratio ( Aspect ratio) is 4: 3.
導光ロッド35は、図10に示すように、入射端面35aの水平方向、垂直方向の寸法が9.4mmの正方形、射出端面35bの水平方向の寸法が12.5mm、垂直方向の寸法が9.4mmの長方形であり、第1実施形態と同じであるが、導光方向の光学長さが第1実施形態の半分程度に短くなっている。したがって、導光ロッド35は、水平方向のみが入射端面35a側から射出端面35b側に向けて先広がりのテーパー形状となっており、水平方向にはテーパー形状となっていない。導光ロッド35の入射端面35aは、4.7mm×4.7mmの正方形4個を水平方向および垂直方向に2個ずつ並べた形態の正方形であり、各正方形の中心に相当する部分に第1実施形態の同一のLED光源を4分割したもの、すなわち、水平方向、垂直方向の寸法がともに3.5mmの正方形状のLED光源36が4個配置されている。
As shown in FIG. 10, the
本実施形態の場合、4個の画素を含む単位画素パターンを考え、この単位画素パターンの繰り返しで有効光変調領域が構成されているとする。4個のLED光源36からの光が導光ロッド35の反射側面35cで多重反射を起こすと、図11に示すように、4個のLED光源の実像37の周囲に4個のLED光源の虚像38がマトリクス状に繰り返し配置された光源像パターン39が形成される。この場合も、光源像パターン39と画素パターンは相似になり、各光源像37,38からの光をマイクロレンズアレイによって各画素開口部に集光することができる。
In the present embodiment, a unit pixel pattern including four pixels is considered, and it is assumed that an effective light modulation region is configured by repeating this unit pixel pattern. When the light from the four
本実施形態の場合、導光ロッド35の入射端面35a上での光源像の水平/垂直ピッチP1は4.7mm、単位画素パターンの水平/垂直ピッチP2は12μm、マイクロレンズアレイのレンズピッチPLは水平方向、垂直方向ともに11.97μm、LED光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離L1(空気中)は20mm(導光ロッドの実長さは30mm)、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離L2(空気中)およびマイクロレンズの焦点距離は51μm(実長さは76.5mm)であるから、第1実施形態に記載した(1)式、(2)式をともに満足する。
In the present embodiment, the horizontal / vertical pitch P1 of the light source image on the
本実施形態においても、LED光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第1〜第3実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では第1実施形態と同一の液晶ライトバルブを用いたが、本構成は比較的大きな液晶ライトバルブを用いて明るいプロジェクターを構成する場合に有利である。本構成によれば、LED光源36を複数個使用しても光利用効率が低下せず、LED光源同士が離れて配置されるため、光源の実装や放熱性の面でも有利である。
Also in the present embodiment, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained, in which a projector capable of obtaining a high-luminance image with high utilization efficiency of light emitted from the LED light source can be obtained. In this embodiment, the same liquid crystal light valve as that in the first embodiment is used. However, this configuration is advantageous when a bright projector is configured using a relatively large liquid crystal light valve. According to this configuration, even if a plurality of
[第5実施形態]
以下、本発明の第5実施形態について、図12、図13を参照しつつ説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、導光ロッドの形状とLED光源の配置が第1実施形態と異なっている。したがって、本実施形態ではプロジェクターの基本構成の説明を省略し、第1実施形態と異なる点のみを説明する。
図12は、本実施形態のプロジェクターにおける光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図13は、光源像パターンを示す図である。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The basic configuration of the projector of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the shape of the light guide rod and the arrangement of the LED light sources are different from those of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, description of the basic configuration of the projector is omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
FIG. 12 is a perspective view showing portions of the light source and the light guide rod in the projector according to the present embodiment. FIG. 13 is a diagram showing a light source image pattern.
第1〜第4実施形態では少なくとも1個の画素をそのままの形状で含む形で一つの単位画素パターンが構成されていた。これに対し、本実施形態では、1個の画素を4分割(水平方向に2分割、垂直方向に2分割)した画素部4個で一つの単位画素パターンが構成されている。液晶ライトバルブは、第1実施形態と同一のものを用いている。すなわち、液晶ライトバルブの画素は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法(ピッチ)がともに12μm、画素開口部は正方形で、水平方向、垂直方向の寸法がともに9μmである。また、液晶ライトバルブは、水平画素数が1024、垂直画素数が768、有効光変調領域の水平方向の寸法は約12.3mm、垂直方向の寸法は約9.2mm、水平/垂直寸法比(アスペクト比)は4:3である。 In the first to fourth embodiments, one unit pixel pattern is configured so as to include at least one pixel as it is. On the other hand, in the present embodiment, one unit pixel pattern is configured by four pixel portions obtained by dividing one pixel into four (two in the horizontal direction and two in the vertical direction). The same liquid crystal light valve as that in the first embodiment is used. In other words, the pixels of the liquid crystal light valve are square, the horizontal and vertical dimensions (pitch) are both 12 μm, the pixel openings are square, and the horizontal and vertical dimensions are both 9 μm. The liquid crystal light valve has a horizontal pixel count of 1024, a vertical pixel count of 768, an effective light modulation area with a horizontal dimension of about 12.3 mm, a vertical dimension of about 9.2 mm, and a horizontal / vertical dimension ratio ( Aspect ratio) is 4: 3.
導光ロッド8は、図12に示すように、入射端面8aの水平方向、垂直方向の寸法が9.4mmの正方形、射出端面8bの水平方向の寸法が12.5mm、垂直方向の寸法が9.4mmの長方形であり、第1実施形態と同一のものを用いている。導光ロッド8の入射端面8aの4つの角部には、第1実施形態の同一のLED光源を4分割したもの、すなわち、水平方向、垂直方向の寸法がともに3.5mmの正方形状のLED光源36がそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 12, the
本実施形態の場合、図13に示すように、光源像パターン41の中の一つの光源像は異なる4つの鏡像(1つの実像42と3つの虚像43、もしくは4つの虚像43)により形成されている。本構成では、導光ロッド8の入射端面8aの各辺の寸法が光源像のピッチとなる。この場合も、光源像パターン41と画素パターンとは相似になり、各光源像からの光をマイクロレンズアレイによって各画素開口部に集光することができる。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 13, one light source image in the light
本実施形態の場合、導光ロッド8の入射端面8a上での光源像の水平/垂直ピッチP1は9.4mm、単位画素パターンの水平/垂直ピッチP2は12μm、マイクロレンズアレイのレンズピッチPLは水平方向、垂直方向ともに11.98μm、LED光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離L1(空気中)は40mm(導光ロッドの実長さは60mm)、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離L2(空気中)およびマイクロレンズの焦点距離は51μm(実長さは76.5mm)であり、第1実施形態に記載した(1)式、(2)式の条件をともに満足する。
In the present embodiment, the horizontal / vertical pitch P1 of the light source image on the
本実施形態においても、LED光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第1〜第4実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、各構成要素の寸法や光学的なパラメーターは第1実施形態と略同一であるが、LED光源を4分割して用いているため、画面の均一性や放熱性の面で有利である。 Also in this embodiment, the same effects as those in the first to fourth embodiments can be obtained, in which a projector capable of obtaining a high-luminance image with high use efficiency of light emitted from the LED light source can be obtained. In this embodiment, the dimensions and optical parameters of each component are substantially the same as those in the first embodiment. However, since the LED light source is divided into four parts, the uniformity of the screen and the surface of heat dissipation are obtained. Is advantageous.
[第6実施形態]
以下、本発明の第6実施形態について、図14〜図17を参照しつつ説明する。
第1〜第5実施形態では3板式のプロジェクターの例を示したのに対し、本実施形態では1組の液晶ライトバルブのみを用いてカラー表示を実現するプロジェクター、いわゆる単板式のプロジェクターの例を示す。
図14は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図15は、光源と導光ロッドの部分を示す斜視図である。図16は、光源像パターンを示す図である。図17は、マイクロレンズアレイの作用を説明するための図である。
図14において、第1実施形態の図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
[Sixth Embodiment]
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the first to fifth embodiments, an example of a three-plate projector is shown. In the present embodiment, a projector that realizes color display using only one set of liquid crystal light valves, an example of a so-called single-plate projector. Show.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the projector according to the present embodiment. FIG. 15 is a perspective view showing portions of a light source and a light guide rod. FIG. 16 is a diagram showing a light source image pattern. FIG. 17 is a diagram for explaining the operation of the microlens array.
In FIG. 14, the same components as those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態のプロジェクター45は、図14に示すように、LED光源46R,46G,46B,46Wと、導光ロッド47と、マイクロレンズアレイ4と、液晶ライトバルブ48と、投射光学系6と、を備えている。第1〜第5実施形態では、異なる色の色光毎に独立した照明光学系を3組備えていたのに対し、本実施形態では、後述するように、1つの導光ロッド47に異なる色の色光を射出する複数のLED光源46R,46G,46B,46Wが配置されており、1組の照明光学系49から異なる色の複数の色光が射出されるようになっている。
As shown in FIG. 14, the
本実施形態の液晶ライトバルブ48の画素は、赤色(R)光を変調するサブ画素、緑色(G)光を変調するサブ画素、青色(B)光を変調するサブ画素、白色(W)光を変調するサブ画素の4つのサブ画素で構成されている。そして、サブ画素の配列パターン51は、例えば図17の右側に示すように、水平方向の奇数行のサブ画素列には、R,B,R,B,…というようにRのサブ画素52RとBのサブ画素52Bが交互に並び、偶数行のサブ画素列には、G,W,G,W,…というようにGのサブ画素52GとWのサブ画素52Wが交互に並んだ構成となっている。
The pixels of the liquid crystal
このサブ画素の配列パターン51に対応して、図15に示すように、導光ロッド47の入射端面47aの4つの角部のうち、光入射側から見て左上の角部には赤色光を射出する赤色LED光源46Rが配置され、左下の角部には緑色光を射出する緑色LED光源46Gが配置され、右上の角部には青色光を射出する青色LED光源46Bが配置され、右下の角部には白色光を射出する白色LED光源46Wが配置されている。
Corresponding to the
なお、本実施形態では、赤色、緑色、青色、白色の4色の色光を用いたが、赤色、緑色、青色の3色はカラー表現のために用い、白色は画像の明るさとコントラストを向上するために用いている。しかしながら、使用する色はこれに限定されることはなく、例えば緑色LED光源の強度が相対的に弱い場合には、緑色の画素を2個にしてR,G1,G2,Bとしても良いし、例えば黄色などの他の色を導入して表現可能な色域を広げても良い。 In this embodiment, four color lights of red, green, blue, and white are used. However, three colors of red, green, and blue are used for color expression, and white improves the brightness and contrast of the image. It is used for. However, the color to be used is not limited to this. For example, when the intensity of the green LED light source is relatively weak, two green pixels may be used as R, G1, G2, and B. For example, another color such as yellow may be introduced to expand the color gamut that can be expressed.
本実施形態の場合、図16に示すように、光源像パターン53の中の一つの光源像は同色の異なる4つの鏡像(1つの実像54と3つの虚像55、もしくは4つの虚像55)により形成される。また、水平方向の1つの行、垂直方向の1つの列に着目すると、いずれの行、列ともに、異なる2つの色の光源像の繰り返しとなっている。本実施形態の場合は、図17に示すように、光源像パターン53と画素パターン(サブ画素の配列パターン51)とは、水平方向、垂直方向ともに互いにパターンが反転した相似形状になっており、各光源像からの光をマイクロレンズアレイ56によって各画素開口部に集光することができる。
In the case of this embodiment, as shown in FIG. 16, one light source image in the light
本実施形態の場合、液晶ライトバルブには、サブ画素ピッチが10μmのVGA(640×480画素)パネルを使用する。導光ロッド47の入射端面47a上での光源像の水平/垂直ピッチP1は20mm、単位画素パターンの水平/垂直ピッチP2は20μm、マイクロレンズアレイのレンズピッチPLは水平方向、垂直方向ともに19.98μm、LED光源−マイクロレンズアレイ間の光学距離L1(空気中)は80mm(導光ロッドの実長さは120mm)、マイクロレンズアレイ−液晶ライトバルブ間の光学距離L2(空気中)およびマイクロレンズの焦点距離は80μm(実長さは120mm)であり、第1実施形態に記載した(1)式、(2)式の条件をともに満足する。
In the case of this embodiment, a VGA (640 × 480 pixels) panel having a subpixel pitch of 10 μm is used for the liquid crystal light valve. The horizontal / vertical pitch P1 of the light source image on the
本実施形態においても、LED光源から射出される光の利用効率が高く、高輝度の画像が得られるプロジェクターを実現できる、という第1〜第5実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、1組の液晶ライトバルブ48でカラー表現が可能であり、クロスプリズムで色合成を行う必要がないため、液晶ライトバルブ48の後段に投射光学系6を直接配置することができる。これにより、プロジェクター全体の小型化と低コスト化が実現できる。
Also in the present embodiment, the same effects as those in the first to fifth embodiments can be obtained, in which a projector capable of obtaining a high-luminance image with high use efficiency of light emitted from the LED light source can be obtained. Further, in the present embodiment, color expression is possible with one set of liquid
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、中実の導光ロッドを用いたが、この構成に代えて、内面が反射面となった中空状(管状)の導光ロッドを用いても良い。また、導光ロッドの入射端面にLED光源を直接固定する構成に代えて、導光ロッドから離れた位置に配置した光源からの光をレンズで結像し、導光ロッドの入射端面に光源像を形成しても良い。もしくは、他の導光ロッドを用いて、導光ロッドの入射端面に光源像を形成しても良い。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, a solid light guide rod is used, but instead of this configuration, a hollow (tubular) light guide rod having an inner surface as a reflection surface may be used. Also, instead of a configuration in which the LED light source is directly fixed to the incident end face of the light guide rod, light from the light source arranged at a position away from the light guide rod is imaged by the lens, and a light source image is formed on the incident end face of the light guide rod. May be formed. Alternatively, another light guide rod may be used to form a light source image on the incident end face of the light guide rod.
また、上記実施形態では、光源としてLED光源を用いたが、レーザー光源を用いても良いし、ランプ光源を集光し矩形状に成形して用いても良い。特にレーザー光源を用いる場合、ビーム形状が円形であるため、厳密には矩形状の画素開口部に対して光源像が相似形になるわけではない。しかしながら、レーザー光源からは十分に細い光ビームが得られ、光ビームを無駄なく画素開口部に入射させることができるため、光利用効率が高く、明るいプロジェクターが得られる。その他、上記実施形態で例示した各部の形状、寸法、配置等の具体的な構成については適宜変更が可能である。 In the above embodiment, an LED light source is used as a light source. However, a laser light source may be used, or a lamp light source may be condensed and formed into a rectangular shape. In particular, when a laser light source is used, since the beam shape is circular, strictly speaking, a light source image does not have a similar shape with respect to a rectangular pixel opening. However, since a sufficiently thin light beam can be obtained from the laser light source and the light beam can be incident on the pixel opening without waste, a bright projector with high light utilization efficiency can be obtained. In addition, specific configurations such as shapes, dimensions, and arrangements of the respective parts exemplified in the above embodiment can be appropriately changed.
また、上記実施形態では、本発明をプロジェクターに適用した例を挙げたが、上記実施形態から投射光学系を除き、使用者が液晶ライトバルブを直接視認する構成とすれば、直視型の液晶表示装置となる。このようにして、本発明を液晶表示装置等の電気光学装置に適用することもできる。 Further, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a projector has been described. However, if a configuration in which a user directly views a liquid crystal light valve except for a projection optical system from the above embodiment, a direct view type liquid crystal display is provided. It becomes a device. In this way, the present invention can also be applied to an electro-optical device such as a liquid crystal display device.
1,45…プロジェクター、3R,3G,3B,48…液晶ライトバルブ(光変調素子)、4,56…マイクロレンズアレイ(レンズアレイ)、6…投射光学系、7R,7G,7B,22R,22G,22B,36,46R,46G,46B,46W…LED光源(光源、固体光源)、8,21,27,35,47…導光ロッド(導光体)、8a,21a,27a,35a,47a…入射端面、8b,21b,27b,35b,47b…射出端面、8c,21c,27c,35c,47c…反射側面、9…スクリーン(被投射面)、12…画素、13…有効光変調領域、14…画素開口部。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射側面と、前記反射側面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、
前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子により変調された光を被投射面上に投射する投射光学系と、
が備えられ、
前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、
前記導光体の前記入射端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平/垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平/垂直寸法比と一致していることを特徴とするプロジェクター。 A light source that emits light;
A light guide having a rectangular incident end surface on which light emitted from the light source is incident, a reflective side surface that reflects the incident light, and a rectangular emission end surface that emits the light reflected on the reflective side surface. Body,
A lens array in which a plurality of lenses are arranged in an array and light emitted from the light guide is incident;
A light modulation element that modulates light emitted from each of the plurality of lenses constituting the lens array;
A projection optical system that projects the light modulated by the light modulation element onto the projection surface;
Is provided,
The light modulation element includes an effective light modulation region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix and is configured by repeating a unit pixel pattern including at least one of the pixels, and a plurality of pixels corresponding to the plurality of pixels. An opening is provided,
The horizontal / vertical dimension ratio of the incident end face of the light guide coincides with the horizontal / vertical dimension ratio of the unit pixel pattern of the light modulation element, and the horizontal / vertical dimension of the exit end face of the light guide The projector is characterized in that the ratio matches the horizontal / vertical dimension ratio of the effective light modulation area of the light modulation element.
前記光源からの光が、前記導光体の前記入射端面の角部に入射されることを特徴とする請求項1または2に記載のプロジェクター。 The unit pixel pattern includes a pixel portion that is divided into four as a whole by dividing one pixel into two in the horizontal direction and the vertical direction,
The projector according to claim 1, wherein light from the light source is incident on a corner portion of the incident end face of the light guide.
PL=(m×P1×P2)/(P1+P2) …(1)(m:自然数)
L2/L1=P2/P1 …(2) The pitch of the light source image on the incident end face of the light guide is P1, the horizontal / vertical pitch of the unit pixel pattern in the light modulation element is P2, the lens pitch of the lens array is PL, the light source and the lens array The following equation (1) and equation (2) are both satisfied, where L1 is the optical distance between the lens array and L2 is the optical distance between the lens array and the light modulation element. Item 9. The projector according to any one of Items 1 to 8.
PL = (m × P1 × P2) / (P1 + P2) (1) (m: natural number)
L2 / L1 = P2 / P1 (2)
a≧λ/NA …(3) When the numerical aperture on the condensing side of the lens array is NA, the horizontal and vertical dimensions of the pixel aperture are a, and the wavelength of light from the light source is λ, the following expression (3) is satisfied. The projector according to claim 9.
a ≧ λ / NA (3)
前記光源から射出された光が入射される矩形状の入射端面と、入射された光を反射させる反射側面と、前記反射側面で反射した光を射出させる矩形状の射出端面と、を有する導光体と、
複数のレンズがアレイ状に配列され、前記導光体から射出された光が入射されるレンズアレイと、
前記レンズアレイを構成する前記複数のレンズの各々から射出された光を変調する光変調素子と、
が備えられ、
前記光変調素子は、複数の画素がマトリクス状に配列され、少なくとも一つの前記画素を含む単位画素パターンの繰り返しで構成される有効光変調領域を有するとともに、前記複数の画素に対応した複数の画素開口部が設けられ、
前記導光体の前記入射端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記単位画素パターンの水平/垂直寸法比と一致し、かつ、前記導光体の前記射出端面の水平/垂直寸法比が、前記光変調素子の前記有効光変調領域の水平/垂直寸法比と一致していることを特徴とする電気光学装置。 A light source that emits light;
A light guide having a rectangular incident end surface on which light emitted from the light source is incident, a reflective side surface that reflects the incident light, and a rectangular emission end surface that emits the light reflected on the reflective side surface. Body,
A lens array in which a plurality of lenses are arranged in an array and light emitted from the light guide is incident;
A light modulation element that modulates light emitted from each of the plurality of lenses constituting the lens array;
Is provided,
The light modulation element includes an effective light modulation region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix and is configured by repeating a unit pixel pattern including at least one of the pixels, and a plurality of pixels corresponding to the plurality of pixels. An opening is provided,
The horizontal / vertical dimension ratio of the incident end face of the light guide coincides with the horizontal / vertical dimension ratio of the unit pixel pattern of the light modulation element, and the horizontal / vertical dimension of the exit end face of the light guide An electro-optical device characterized in that the ratio matches a horizontal / vertical dimension ratio of the effective light modulation region of the light modulation element.
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