JP2000347130A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鏡面反射型光変調器を用いる投写型表示装置
の小型化を実現する。 【解決手段】 光源部１の光出射面に第１インテグレー
タ２を配置し、第１インテグレータの各セルで出射光を
鏡面反射型光変調器７の画像面とほぼ同じ縦横比の矩形
形状に分割し、第２インテグレータ３の各セルを介して
鏡面反射型光変調器７近傍に照射する。第２インテグレ
ータの出射側のフィールドレンズ５で第１インテグレー
タのセルで切り出された矩形照明を鏡面反射型光変調器
の画像面上に重ね合わせて、その照射強度分布をほぼ均
一にする。インテグレータの間で第１インテグレータの
焦点距離近傍にカラーホイール４を配置する。時分割色
分離された光は、凹面反射鏡６を介して、鏡面反射型光
変調器の画像面を均一に照射する。鏡面反射型変調器で
は画像情報速度をカラーホイールの回転速度と同期させ
て、色合成機能を果たす。さらに画像情報を投写レンズ
８を介して、スクリーン上に拡大投写する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投写型表示装置に
関し、特に単板構成の画像生成デバイスを用いる時分割
色分離合成方式の投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投写型表示装置は画像生成デバイスで生
成した画像情報を光源を利用してスクリーン上に投写す
ることによりこの画像を表示する装置であって、画像生
成デバイスの形態によって透過型と反射型とに区分され
る。一般的に鏡面反射型光変調器を使用した単板形式の
投写型表示装置においては、時分割色分離合成方式を採
用しており、例えば特開平１１−２７８０号公報に示さ
れるような光学系が実用化されている。

【０００３】図５は当該公報に開示された投写型表示装
置で、画像生成デバイス上の照度分布を均一にするため
の手段としてロッドレンズを使用するもので、照明系と
結像系とより構成される。この照明系は、光を生成し放
射する光源部１と、光源部１から入射された光に対して
時分割色分離を行うカラーホイール４と、鏡面反射型光
変調器７を照射する光の分布を均一にするためのロッド
レンズ１２と、ロッドレンズ１２から出射する光を効率
良く鏡面反射型光変調器７に伝えるためのリレーレンズ
１３および１４とを備えている。また結像系は、凹面反
射鏡６からの反射光を入射して画像光を反射する鏡面反
射型光変調器７と、鏡面反射型光変調器７で生成された
画像光を投写画面上に投写するための投写レンズ８と、
リレーレンズ１４からの出射光を鏡面反射型光変調器７
に向けて投写レンズ８の入射瞳に効率よく光を集光させ
るように反射する凹面反射鏡６とを備えている。

【０００４】図６は当該公報に開示された他の投写型表
示装置で、画像生成デバイス上の照度分布を均一にする
ための手段にインテグレータを使用している。この投写
型表示装置の照明系は、光を放射する光源部１と、光源
部１から入射された光に対して時分割色分離を行うカラ
ーホイール４と、カラーホイール４上に一度集光した光
をほぼ平行光に変換するためのコリメイティングレンズ
１５と、鏡面反射型光変調器７を照射する光の分布を均
一にするための２枚のインテグレータ２、３と、２枚の
インテグレータ２、３から出射する光を効率よく鏡面反
射型光変調器７に伝えるためのフィールドレンズ５とを
備えている。また、結像系は図５の結像系と同一の構成
を有しており、フィールドレンズ５からの光を凹面反射
鏡６に入射する。

【０００５】上述したこれらの従来の投写型表示装置で
はロッドレンズ１２またはインテグレータ２、３を用い
ることにより、鏡面反射型光変調器７を照射する光の照
度分布を均一にしている。

【０００６】まず、図５のロッドレンズ１２を使用した
投写型表示装置の動作について説明する。この投写型表
示装置では、カラーホイール４を介して色分離された光
源部１からの光はロッドレンズ１２の入射面に集光さ
れ、光強度分布の不均一な状態で入射する。ロッドレン
ズ１２内に入射した光は側面で全反射を繰り返す。ロッ
ドレンズ１２の長さが長くなればなるほど、この全反射
の回数が増える。図７にロッドレンズ１２による照射状
況の概念図を示す。例えば図示のようにロッドレンズ１
２内で光が入射面から出射面に到達するまでに側面によ
り２回全反射を行ったと仮定する。もしロッドレンズ１
２の側面での全反射がなければ光は点線のように広が
り、仮想照射領域１６に光が照射されるはずである。こ
のとき、入射光のロッドレンズ１２の入射面での強度分
布（不均一性）と、仮想照射領域１６における強度分布
（不均一性）とはほぼ等しい。仮想照射領域１６に広が
る光は、実際にはロッドレンズ１２の側面で全反射を繰
り返すことで、全て出射面領域１７に集まることとな
る。２回の全反射がなければ、この図で仮想照射領域１
６は出射面領域１７の２５倍（５×５）の面積を有する
ことになる。仮想照射領域１６では不均一な光強度分布
をもつが、その中の各１／２５の領域毎では光の強度分
布が比較的均一になる。この仮想照射領域１６の１／２
５領域の光が、上述したように全て出射面領域１７上で
重なり合うことで、ロッドレンズ１２の出射面では均一
な光強度分布になる。このロッドレンズ１２の出射面で
の光強度分布をリレーレンズ１３および１４を経て結像
部の鏡面反射型光変調器７に転写することにより、均一
な光強度分布を得ることができる。

【０００７】次に、図６のインテグレータ２および３を
使用した投写型表示装置の動作について説明する。光源
部１から放射される光は時分割色分離を行うカラーホイ
ール４上に極力小さく集光させる必要があるため、非常
に大きい角度成分を有する。この光をインテグレータ系
で利用しやすくするためにコリメイティングレンズ１５
を使ってほぼ平行光に変更する。この平行光は第１イン
テグレータ２上ではほぼ光源部１から入射する光と同様
な光強度分布を有する。この光強度分布を第１インテグ
レータ２のセルで複数の微小矩形形状の領域に分割す
る。このとき、微小矩形領域内の光は微小区域の光なの
で、その区域内での光の強度分布は相対的に均一であ
る。この複数の微小矩形領域光それぞれを第２インテグ
レータ３の各セルのパワー（屈折率力）で鏡面反射型光
変調器８近傍を照射する。このとき、微小矩形領域光は
フィールドレンズ５により鏡面反射型光変調器７に効率
良く集められて、鏡面反射型光変調器７上で均一な光強
度分布を得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の投写型
表示装置の第１の問題点は装置が大型化することであ
り、その理由は次のとおりである。すなわち、これらの
投写型表示装置においては、鏡面反射型光変調器７を均
一に照射するための均一化照明系と時分割色分離を行う
カラーホイール４とが分離されている。このとき、均一
化照明系は光源部１からの光を鏡面反射型光変調器７上
に均一に照射するために、配置上の問題も含めてある特
定の空間領域が必要である。また、カラーホイール４も
配置上、特定の空間領域が必要である。さらに、カラー
ホイール４近傍に一旦集光させた光を略平行光にするた
めのコリメイティングレンズ１５や、一度均一にした光
強度分布を鏡面反射型光変調器７に転写するためのリレ
ーレンズ１３、１４等を配置するための特定の空間領域
が必要となる。これら３つの空間的領域が必要となるた
め装置が大型化してしまう。

【０００９】本発明の目的は、鏡面反射型光変調器を均
一に照射するための照明系と時分割色分離を行うカラー
ホイールとを一体化することにより装置の小型化を実現
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、光源部からの光の出射面に、光を鏡面反射
型光変調器に均一に照射させるための第１インテグレー
タ、第２インテグレータを配置し、第１インテグレータ
と第２インテグレータとの間で、かつ、第２インテグレ
ータの近傍にカラーホイールを配置し、均一化照明系と
時分割色分離糸とを一体として構成する。照明系を配置
するための特定の空間領域は必要となるが、カラーホイ
ールを配置するための特定空間領域は照明系を配置する
特定の空間領域に含まれてしまう。またコリメイティン
グレンズやリレーレンズ等を配置するための特定の空間
領域は必要としない。よって、従来よりも２つの特定の
空間領域を必要としないので装置の小型化を実現可能と
している。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１２】図１を参照すると、本発明の投写型表示装
置は光源部１、第１インテグレータ２、第２インテグレ
ータ３、および第１インテグレータ２と第２インテグレ
ータ３との間で第２インテグレータ３近傍に配置された
カラーホイール４と、第２インテグレータ３の出射側に
配置されたフィールドレンズ５とで照明系が構成されて
いる。また凹面反射鏡６を介して、鏡面反射型光変調器
７と投写レンズ８とからなる図５、６の従来例と同様の
結像系が構成されている。

【００１３】図２に図１の装置に使用するインテグレー
タ２、３のセル形状の一例を示す。このインテグレータ
は４つの矩形状のセルから構成されていて、各セル形状
の縦横比は鏡面反射型光変調器７の映像面の縦横比とほ
ぼ等しい。

【００１４】図３に図１の装置に使用する３色タイプの
カラーホイールを示す。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
３色のフィルターを組み合わせたセグメント群が放射状
に４組で構成されている。

【００１５】図４に本発明の実施例１に使用する４色タ
イプのカラーホイールを示す。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）、白（Ｗ）のフィルターを組み合わせたセグメン
ト群が放射状に４組で構成されている。

【００１６】これらのカラーホイールは駆動モータによ
り鏡面反射型光変調器７の映像速度と同期して回転させ
られて、回転中はいずれか一つのカラーフィルターが光
経路上に配置される。

【００１７】図１で光源部１から出射された光は第１イ
ンテグレータ２の各セルで鏡面反射型光変調器７とほぼ
同じ縦横比の矩形形状に分割され、第２インテグレータ
３の各セルのパワーを介して鏡面反射型光変調器７近傍
を照射する。このとき、第２インテグレータ３の出射側
に配置されたフィールドレンズ５により第１インテグレ
ータ２の複数のセルにより切り出された個々の矩形照明
が凹面反射鏡６を介して鏡面反射型光変調器７上に重ね
あわせられて、鏡面反射型光変調器７上の照射分布をほ
ぼ均一にする。また、第１インテグレータ２と第２イン
テグレータ３との間で、第１インテグレータ２の各セル
の焦点距離はほぼ同等にされており、この焦点距離近傍
にカラーホイール４が配置される。インテグレータ形状
は例えば図２に示すように４つのセルから構成されてい
る。このときのカラーホイール４の形状は図３のように
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｒ）各フィルターセグメント
は３色を１組とし、第１インテグレータ２のセル数と同
じ４組で同じ色順に配置されている。そして、第１イン
テグレータ２の４つのセルから発せられる光は、同一時
刻にカラーホイールの同じ色の４つのセグメントを照射
することになり、これによって時分割色分離機能を果た
す。

【００１８】図４はフィルターセグメントにホワイトセ
グメントを使用した場合のカラーホイールで、装置の白
の明るさを明るくするためと白の色再現性を良くするた
めに使用し、図３のカラーホイールと同様な機能を果た
す。

【００１９】時間的に色分離された光源は、凹面反射鏡
６を介して、鏡面反射型光変調器７を均一に照射する。

【００２０】鏡面反射型変調器７では外部から映像情報
を受けてカラーホイール４の回転速度と同期して凹面反
射鏡６からの入射光に対して色合成機能を果たす。そし
て、色合成された画像情報を投写レンズ８を介して所要
のスクリーンに拡大投写する。

【００２１】このように、時分割色分離機能と均一化照
明光学系との配置を一体化することで、従来の装置と比
較して、小型化が可能となる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、カラーホ
イールを用いる色分離系を、鏡面反射型光変調器の映像
面上の光の分布を均一化する照明系の中に組み込むこと
により、投写型表示装置の小型化を実現することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写型表示装置の実施形態の構成を示
す図である。

【図２】図１の装置に使用するインテグレータの一例で
ある。

【図３】図１の装置に使用する３色タイプのカラーホイ
ールの一例である。

【図４】図１の装置に使用する４色タイプのカラーホイ
ールの一例である。

【図５】従来の投写型表示装置の一例の構成を示す図で
ある。

【図６】従来の投写型表示装置の他の例の構成を示す図
である。

【図７】図５のロッドレンズ１２による光の照射状況の
概念図である。

【符号の説明】

１ 光源部 ２ 第一インテグレータ ３ 第二インテグレータ ４ カラーホイール ５ フィールドレンズ ６ 凹面反射鏡 ７ 鏡面反射型光変調器 ８ 投写レンズ １２ ロッドレンズ １３、１４ リレーレンズ １５ コリメイティングレンズ １６ 仮想照射領域 １７ 出射面領域

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部から出射された光の時分割色分離
   を行って照射する照明系と、外部から入力された映像デ
   ータに基づいて画像を生成し、照明系からの光で照射さ
   れて当該画像の画像光を反射する鏡面反射型光変調器な
   らびに鏡面反射型光変調器からの画像光を投写表示面上
   に投写する投写レンズを有する結像系とよりなり、前記
   照明系の一部に鏡面反射型光変調器における画像速度と
   同期して前記時分割色分離作用を行うカラーホイールを
   有している投写型表示装置において、 前記照明系が、光源部から出射された光を鏡面反射型光
   変調器上に均一に照射する手段として光の経路上に、光
   源部側からの順に第１インテグレータと第２インテグレ
   ータとを有しており、 前記２組のインテグレータの間に前記カラーホイールが
   配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
2. 【請求項２】 前記２組のインテグレータは、それぞれ
   前記鏡面反射型光変調器の画像面と同一の縦横比を有す
   る矩形形状に分割された同数個のセルを備え、かつ、第
   １インテグレータの各セルの焦点距離はほぼ同一で、こ
   の焦点距離近傍に前記カラーホイールが配置された請求
   項１記載の投写型表示装置。
3. 【請求項３】 前記カラーホイールが２つ以上のセグメ
   ント群に分割され、それぞれ同一順に赤（Ｒ）、青
   （Ｂ）、緑（Ｇ）の各カラーフィルターのセグメントに
   よって構成されたセグメント群の数量が、前記第１イン
   テグレータの有効セル数量と同数である請求項２記載の
   投写型表示装置。
4. 【請求項４】 前記カラーホイールが２つ以上のセグメ
   ント群に分割され、それぞれ同一順に赤（Ｒ）、緑
   （Ｇ）、青（Ｂ）、白（Ｗ）の各カラーフィルターのセ
   グメントによって構成されたセグメント群の数量が、前
   記第１インテグレータの有効セル数量と同数である請求
   項２記載の投写型表示装置。
5. 【請求項５】 前記照明系は第２インテグレータの出射
   側に、第２インテグレータの各セルからの出射光を収束
   して前記鏡面反射型光変調器の画像面上に重ね合わせる
   フィールドレンズを有する請求項１記載の投写型表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記結像系は前記フィールドレンズと前
   記鏡面反射型光変調器との間に、フィールドレンズから
   の入射光を鏡面反射型光変調器に向けて前記投射レンズ
   の入射瞳に効率よく光を集光させるように反射する凹面
   反射鏡を有する請求項５記載の投写型表示装置。