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JP4479982B2 - Projection display device using hologram color filter - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置に関し、特に、投影面内の明るさが均一な投影表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、特開平6−222361号等において、液晶表示用バックライト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラムを利用したカラーフィルターを提案した。
【0003】
さらに、このようなホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置を投影型に構成して、スクリーン上に明るいカラー映像を表示する液晶投影表示装置も、特開平7−98454号等において提案した。
【0004】
さらに、1層あるいは3層からなるホログラムカラーフィルターに関しても多くの提案がある。
【0005】
また、このようなホログラムカラーフィルターを反射型液晶表示装置用に用いて投影表示装置として構成することも多く提案されている(例えば、特許第3,011,228号、特開平9−189809号)。
【0006】
一方、テレセントリック光学系には、物体とレンズ間の距離が変わっても像の大きさが変わらないという利点があり、部品の検査等に用いられる投影機で活用されている。
【0007】
しかしながら、従来の液晶投影表示装置では、投影レンズとしてこのような必要性がないので、一般に非テレセントリック光学系を用いていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ホログラムカラーフィルターは、1層構成のものであれ3層構成のものであれ、ホログラムの干渉縞の配置は、その原版の作製を容易にするため、一般に単一要素の繰り返しの構成を持つ。つまり、画面の中央と周辺で同じ光学特性を有する。そのため、ホログラムすなわち液晶表示素子からの出射光は面内で同一の角度(典型的には垂直)である必要がある。このような光学系において、従来のプロジェクタで用いられていた非テレセントリック投影レンズを用いた場合、光軸近傍に対し画面周辺からの光束は開口絞りによるケラレのため、光の光量が低下し、面内の輝度の均一性が得られないという問題があった。
【0009】
本発明は従来技術のこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の面内の輝度を均一にして明るい均一なカラー映像を表示できるようにすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置は、照明光源と、前記照明光源からの照明光を色毎に分光するホログラムカラーフィルターと、前記ホログラムカラーフィルターで色毎に分光された異なる色の光が別々の画素に入射するように配置された空間変調素子と、前記空間変調素子で変調された表示光を投影する投影光学系とを備えた投影表示装置において、前記投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いていることを特徴とするものである。
【0011】
この場合、空間変調素子は、透過型であっても反射型であっても適用可能である。
【0012】
本発明においては、投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いているので、投影面内の何れの位置でも同じ輝度の画像を投影表示することができ、面内の輝度の均一性が高く明るい表示が可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の実施例について説明する。以下の説明においては、本出願人が特開平6−222361号等において提案したホログラムカラーフィルターを前提にしているが、他の原理のホログラムカラーフィルターを用いる場合にも同様に本発明を適用できる。
【0014】
図1は、透過型液晶表示素子の入射側にホログラムカラーフィルターを配置した場合のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の実施例の構成を概略的に示す図である。
【0015】
この投影表示装置は、空間変調素子としての多数の画素からなり各画素の透過率が独立に制御可能な液晶表示素子2のバックライト4入射側に、透過型の集光性ホログラム要素のアレーからなるホログラムカラーフィルター1が平行に配置されており、ホログラムカラーフィルター1には、光源3からの平行な白色照明光4が所定の斜めの入射角で入射するようになっている。そのため、照明光4はホログラムカラーフィルター1の各ホログラム要素でR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の3つの光5に角度分光され、その3つの光5は液晶表示素子2の対応する3つの隣接する画素に入射して各画素で変調される。したがって、液晶表示素子2の色分解された全ての画素にそれぞれ対応する色の照明光5が入射するので、液晶表示素子2に吸収型等のカラーフィルターを設けなくとも、液晶表示素子2を透過した光6はカラー映像を表示する表示光になる。
【0016】
この表示光6は投影光学系9によってスクリーン11上に投影され、液晶表示素子2に表示されたカラー映像がスクリーン11上に拡大結像され、スクリーン11の反射側(スクリーン11が反射型の場合)あるいは透過側(スクリーン11が透過型の場合)で明るいカラー映像が観察可能になる。
【0017】
ここで、投影光学系9は、本発明に基づき、例えばレンズからなる結像光学素子7とその像側焦点位置に配置された開口絞り8とからなるテレセントリック光学系が用いられている。ホログラムカラーフィルター1は、何れのホログラムカラーフィルターであっても、画面の中央と周辺で同じ光学特性を有するので、液晶表示素子2からの表示光6も、その画面の中央と周辺で同じ配光特性を持つ。したがって、何れの位置から出た表示光6も結像光学素子7で集光されると、光軸近傍の光束10も周辺近傍の光束10’も、結像光学素子7の像側焦点面の光軸近傍の略同じ領域を通過するので、その位置に開口絞り8が配置されたテレセントリック光学系を投影光学系9として用いることにより、投影面内の何れの位置でも同じ輝度の画像を投影表示することができる。従来のように、破線で示した位置、すなわち、結像光学素子7の像側焦点面から外れた位置に開口絞り8を配置すると、図示のように、光軸近傍の光束10に対して画面周辺の光束10’がこの開口絞り8でケラレることになり、光軸近傍に対し画面周辺の光量が低下し、面内の輝度の均一性が得られないが、本発明においてはこのような問題は起きない。
【0018】
以上の実施例では、液晶表示素子2として透過型のものを前提にしているが、反射型の場合にも適用できる。その場合には、ホログラムカラーフィルター1は液晶表示素子2の投影光学系9側に配置されるのが一般的である。また、照明光4も液晶表示素子2の投影光学系9側からプリズム等を介して入射される。このように、液晶表示素子2が反射型の場合は、液晶表示素子2と投影光学系9の間に別の光学素子あるいは光学系が配置されるので、フィールドレンズの利用により面内の輝度の均一性を得ることができないので、本発明により投影光学系9としてテレセントリック光学系を用いることは非常に有効である。
【0019】
また、以上の実施例では、ホログラムカラーフィルター1として、透過型の集光性ホログラム要素のアレーからなるものを考えていたが、均一の回折格子とマイクロレンズの組み合わせからなるもの、回折の波長選択性、角度選択性を持つ体積型ホログラムを3層に配置してなるもの、あるいは、体積型ホログラム1層からなり、回折角の波長選択性が高い特性を用いて拡散白色光中の異なる入射角の異なる色成分を別々の角度に回折して色分光を行うもの等を用いてもよい。
【0020】
以上、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【0021】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置によると、投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いているので、投影面内の何れの位置でも同じ輝度の画像を投影表示することができ、面内の輝度の均一性が高く明るい表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例のホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
1…ホログラムカラーフィルター
2…液晶表示素子
3…光源
4…バックライト(照明光)
5…分光された3つの光
6…表示光
7…結像光学素子
8…開口絞り
9…投影光学系
10…光軸近傍からの光束
10’…画面周辺近傍からの光束
11…スクリーン
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device using a hologram color filter, and more particularly to a projection display device having a uniform brightness within a projection plane.
[0002]
[Prior art]
The present applicant has proposed a color filter using a hologram in JP-A-6-222361 in order to greatly improve the utilization efficiency of a liquid crystal display backlight or the like.
[0003]
Further, a liquid crystal projection display device that displays a bright color image on a screen by constructing a liquid crystal display device using such a hologram color filter in a projection type has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-98454.
[0004]
Furthermore, many proposals have been made regarding hologram color filters composed of one or three layers.
[0005]
Further, it has been proposed that such a hologram color filter is used for a reflection type liquid crystal display device as a projection display device (for example, Japanese Patent No. 3,011,228, Japanese Patent Laid-Open No. 9-189809). .
[0006]
On the other hand, the telecentric optical system has an advantage that the size of the image does not change even if the distance between the object and the lens changes, and is used in a projector used for parts inspection or the like.
[0007]
However, since the conventional liquid crystal projection display device does not require such a projection lens, a non-telecentric optical system is generally used.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Regardless of whether the hologram color filter has a single-layer structure or a three-layer structure, the arrangement of hologram interference fringes generally has a single-element repetitive structure in order to facilitate the production of the original. That is, it has the same optical characteristics at the center and the periphery of the screen. For this reason, the light emitted from the hologram, that is, the liquid crystal display element, needs to have the same angle (typically vertical) in the plane. In such an optical system, when a non-telecentric projection lens used in a conventional projector is used, the luminous flux from the periphery of the screen with respect to the vicinity of the optical axis is vignetted by the aperture stop, so that the amount of light is reduced and the surface is reduced. There was a problem that the uniformity of the brightness could not be obtained.
[0009]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to make it possible to display a bright uniform color image by making the in-plane luminance of a projection display device using a hologram color filter uniform. Is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The projection display device using the hologram color filter of the present invention that achieves the above object includes an illumination light source, a hologram color filter that separates illumination light from the illumination light source for each color, and a spectrum for each color by the hologram color filter. A projection display apparatus comprising: a spatial modulation element arranged so that the different color lights incident on different pixels; and a projection optical system that projects display light modulated by the spatial modulation element. As an optical system, a telecentric optical system in which an aperture stop is disposed at an image side focal position is used.
[0011]
In this case, the spatial modulation element can be applied to either a transmission type or a reflection type.
[0012]
In the present invention, as the projection optical system, a telecentric optical system in which the aperture stop is disposed at the image side focal position is used, so that an image having the same luminance can be projected and displayed at any position within the projection plane. Brightness can be displayed with high uniformity of in-plane brightness.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a projection display device using the hologram color filter of the present invention will be described below. In the following description, the hologram color filter proposed by the present applicant in Japanese Patent Laid-Open No. 6-222361 is premised, but the present invention can be similarly applied to the case of using a hologram color filter of another principle.
[0014]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a projection display device using a hologram color filter when a hologram color filter is arranged on the incident side of a transmissive liquid crystal display element.
[0015]
This projection display device is composed of an array of transmissive condensing holographic elements on the incident side of the backlight 4 of the liquid crystal display element 2 which comprises a large number of pixels as spatial modulation elements and the transmittance of each pixel can be controlled independently. The hologram color filter 1 is arranged in parallel, and parallel white illumination light 4 from the light source 3 enters the hologram color filter 1 at a predetermined oblique incident angle. Therefore, the illumination light 4 is angularly dispersed into three lights 5 of R (red), G (green), and B (blue) by each hologram element of the hologram color filter 1, and the three lights 5 are emitted from the liquid crystal display element 2. The light enters the corresponding three adjacent pixels and is modulated at each pixel. Accordingly, since the illumination light 5 of a color corresponding to each of the color-separated pixels of the liquid crystal display element 2 is incident, the liquid crystal display element 2 is transmitted through the liquid crystal display element 2 without providing an absorption type color filter or the like. The light 6 becomes display light for displaying a color image.
[0016]
The display light 6 is projected on the screen 11 by the projection optical system 9, and the color image displayed on the liquid crystal display element 2 is enlarged and formed on the screen 11, and the reflection side of the screen 11 (when the screen 11 is a reflection type) ) Or a bright color image on the transmission side (when the screen 11 is a transmission type).
[0017]
Here, the projection optical system 9 uses, for example, a telecentric optical system including an imaging optical element 7 made of a lens and an aperture stop 8 disposed at the image side focal position based on the present invention. Since the hologram color filter 1 has the same optical characteristics at the center and the periphery of the screen regardless of the hologram color filter, the display light 6 from the liquid crystal display element 2 also has the same light distribution at the center and the periphery of the screen. Has characteristics. Therefore, when the display light 6 emitted from any position is condensed by the imaging optical element 7, both the light beam 10 near the optical axis and the light beam 10 ′ near the periphery are on the image side focal plane of the imaging optical element 7. Since it passes through substantially the same region in the vicinity of the optical axis, a telecentric optical system in which an aperture stop 8 is arranged at that position is used as the projection optical system 9 so that an image having the same luminance can be projected and displayed at any position within the projection plane. can do. If the aperture stop 8 is disposed at the position indicated by the broken line, that is, the position deviated from the image-side focal plane of the imaging optical element 7 as in the prior art, the screen is shown with respect to the light beam 10 near the optical axis as shown in the figure. The peripheral light beam 10 'is vignetted by the aperture stop 8, and the amount of light around the screen decreases with respect to the vicinity of the optical axis, and uniformity of in-plane luminance cannot be obtained. There is no problem.
[0018]
In the above embodiment, the liquid crystal display element 2 is assumed to be a transmissive type, but it can also be applied to a reflective type. In that case, the hologram color filter 1 is generally disposed on the projection optical system 9 side of the liquid crystal display element 2. Illumination light 4 is also incident from the projection optical system 9 side of the liquid crystal display element 2 through a prism or the like. As described above, when the liquid crystal display element 2 is a reflection type, another optical element or optical system is disposed between the liquid crystal display element 2 and the projection optical system 9. Since uniformity cannot be obtained, it is very effective to use a telecentric optical system as the projection optical system 9 according to the present invention.
[0019]
In the above embodiments, the hologram color filter 1 is considered to be composed of an array of transmissive condensing hologram elements, but is composed of a combination of a uniform diffraction grating and a microlens, and a wavelength selection for diffraction. Different in angle of incidence in diffused white light by using a volume hologram with three-layered volume and / or angle selectivity, or a volume hologram with one layer and having a high wavelength selectivity of diffraction angle Or the like that perform color spectroscopy by diffracting different color components at different angles.
[0020]
As described above, the projection display device using the hologram color filter of the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.
[0021]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the projection display device using the hologram color filter of the present invention, the projection optical system uses a telecentric optical system in which the aperture stop is disposed at the image side focal position. An image having the same luminance can be projected and displayed at any position in the plane, and a bright display with high uniformity of luminance in the plane is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a projection display device using a hologram color filter according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hologram color filter 2 ... Liquid crystal display element 3 ... Light source 4 ... Backlight (illumination light)
5 ... Three separated light beams 6 ... Display light 7 ... Imaging optical element 8 ... Aperture stop 9 ... Projection optical system 10 ... Light beam 10 'from near optical axis ... Light beam 11 from near screen periphery ... Screen

Claims (1)

照明光源と、前記照明光源からの照明光を色毎に分光するホログラムカラーフィルターと、前記ホログラムカラーフィルターで色毎に分光された異なる色の光が別々の画素に入射するように配置された透過型空間変調素子と、前記透過型空間変調素子で変調された表示光を投影する投影光学系とを備えた投影表示装置において、
前記投影光学系として、開口絞りが像側焦点位置に配置されたテレセントリック光学系を用いていることを特徴とするホログラムカラーフィルターを用いた投影表示装置。
An illumination light source, a hologram color filter that separates the illumination light from the illumination light source for each color, and a transmission that is arranged so that light of different colors separated for each color by the hologram color filter is incident on different pixels In a projection display device comprising: a type spatial modulation element; and a projection optical system that projects display light modulated by the transmission type spatial modulation element.
A projection display apparatus using a hologram color filter, wherein a telecentric optical system in which an aperture stop is disposed at an image side focal position is used as the projection optical system.
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