JP2002258402A - 画像投射装置 - Google Patents
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Abstract
の画像投射装置を提供する。 【解決手段】 照明手段による照明光を分光し、分光し
た光で各色毎に単板式のライトバルブ1の異なる画素領
域A1,A2,A3を照明させるとともに、各色光が照
明するライトバルブの画素領域A1,A2,A3を時系
列的に変化させることで、1サイクルの時間内には全て
の画素領域が時間分割で3色分の画像情報を各々変調す
ることになる。これにより、x×yの画素数を持つライ
トバルブ1により、x×yのカラー画像情報を表示する
ことが可能となる。
Description
する。
ョン用やデータ表示用に広く用いられるようになってき
た。特に、データ表示用では、より多くの画像情報を扱
う必要があり、投射型画像表示装置の画素数も年々改良
が加えられてきている。
図17に示すように液晶パネル531,532,533
などのライトバルブを3枚用い、光源511の光をダイ
クロイックミラー(521,522)などで分光して各液
晶パネル(531,532,533)を照明し、これをダ
イクロイックプリズム571により再度合成し、投射レ
ンズ551に導くいわゆる3板式の投射装置が一般的で
ある。図において、561はスクリーン、541はミラ
ーを示している。581〜584はライトバルブを均一
に照明するためのインテグレータ光学系を構成するレン
ズ群である。
ブを用い、(1) マイクロカラーフィルタ、(2) 傾斜
配置させたダイクロイックフィルタ及びマイクロレン
ズ、(3) ホログラム分光素子などを用いてカラー表示
する方法も知られている。
常の直視型の液晶表示素子と同様に、画素に対応させて
カラーフィルタを配置した液晶パネルを用いるものであ
る。
ダイクロイックミラー581R,581Gとマイクロレ
ンズ555とを用い、色毎に隣接する画素を照明するよ
うに構成したものである。図中、511はライトバルブ
としての1枚の液晶パネル、531は光源、41,55
1,561,552はライトバルブを均一に照明するた
めのインテグレータ光学系を構成するレンズ群、542
は投射レンズ、571はスクリーンである。また、58
0はダイクロイックミラー581R,581Gとミラー
591とによる分光手段である。
クロイックミラー581R,581Gの代わりに分光、
集光特性を有するホログラム素子583を用い、色毎に
隣接する画素を照明するようにしたものである。図中、
512はライトバルブとしての1枚の液晶パネルであ
る。
て、3板式は分光、合成光学系が必要で装置が大きくな
るという問題がある。また、ライトバルブが3枚必要で
あるので、高コストとなるという問題がある。
較的容易であるが、カラーフィルタを用いた場合にはカ
ラーフィルタによる吸収のため光量の損失が大きいとい
う問題がある。
用いる方式とホログラム素子を用いる方式では、光学素
子によるロスを除いては、光量ロスは少ないが、単板式
共通の問題点として、ライトバルブの画素数に対して表
示される画素数が1/3になるという欠点がある。
バルブの画素数を増加させればよいが、実際には技術的
な問題により容易ではない。
素を高密度化する場合、ライトバルブの配線やスイッチ
ング素子の寸法の制約から高密度化に伴って画素の開口
率が低下し、光の利用効率が低下するという問題があ
る。また、ライトバルブの加工上の問題によっても高精
細化に限界がある。
イトバルブ自体の表示面積を増やす方法もある。
すと、加工上の欠陥に伴う歩留まりが低下し、非常にコ
ストが高くなるという問題がある。さらに、光学部品の
大型化によりコスト上昇を招くという問題もある。
された小型で高精細な表示が可能であり、低コストの画
像投射装置を提供することにある。
像投射装置は、ライトバルブと、このライトバルブを照
明する照明手段と、この照明手段による照明光を分光
し、分光した光で各色毎に前記ライトバルブの異なる画
素領域を照明させる分光手段と、前記分光手段による各
色光が照明する前記ライトバルブの画素領域を時系列的
に変化させる光路変更手段と、を備えることを特徴とす
る。
像投射装置において、隣接した画素が異なる色光で照明
されることを特徴とする。
像投射装置において、前記分光手段が、互いに異なる傾
斜角で配置された複数のダイクロイックミラーとマイク
ロレンズとよりなることを特徴とする。
像投射装置において、前記分光手段が、ホログラム素子
よりなることを特徴とする。
の何れか一記載の画像投射装置において、前記光路変更
手段が、入射光の入射角を変化させるものであることを
特徴とする。
の何れか一記載の画像投射装置において、前記光路変更
手段が、前記分光手段の入射光に対する傾斜角を変化さ
せるものであることを特徴とする。
の何れか一記載の画像投射装置において、前記光路変更
手段が、異なる配光特性を有する前記分光手段を切換え
るものであることを特徴とする。
の何れか一記載の画像投射装置において、前記光路変更
手段が、前記ライトバルブ自体の位置を変化させるもの
であることを特徴とする。
の何れか一記載の画像投射装置において、前記光路変更
手段が、前記分光手段と前記ライトバルブとの間に設け
られた光路変更手段であることを特徴とする。
画像投射装置において、前記光路変更手段が、レンズ、
プリズム等の光学部材により構成されていることを特徴
とする。
の画像投射装置において、前記光路変更手段が、前記光
学部材の位置又は角度変化を伴うことを特徴とする。
の画像投射装置において、前記光路変更手段が、電気光
学素子を含むことを特徴とする。
の画像投射装置において、前記電気光学素子が液晶を用
いたものであることを特徴とする。
の画像投射装置において、前記光路変更手段が、液晶と
複屈折性材料とにより構成されていることを特徴とす
る。
の画像投射装置において、前記光路変更手段が、屈折率
変化を伴う光路シフトによるものであることを特徴とす
る。
図2に基づいて説明する。図1は本実施の形態の原理を
説明するための図である。r1〜r6,C1〜C6はラ
イトバルブ1の画素の行及び列を表す。図中で実線の四
角で囲まれた領域がライトバルブの各角画素を表す。点
線の四角で表したA1〜A3は照明光の照明領域(画素
領域)を表し、A1〜A3は各々異なる波長域の光で照
明される。
は、照明領域A1が青(B)、A2が緑(G)、A3が
赤(R)のように照明される。このとき、照明領域A1
〜A3内の各角画素は、照明されている色に対応する画
像情報が書き込まれ、照明光を変調する。
させたダイクロイックミラーを用いた単板方式と同様で
あるが、本実施の形態では、各色が照明する領域を時間
的(時系列的)に変化させることを特徴とする。
間、各色光は別の照明領域を照明する。例えば、照明領
域A1が赤、A2が青、A3が緑のようにである。さら
に、時刻t3に引き続くt3〜t4の期間には、照明領
域A1が緑、A2が赤、A3が青のように照明される。
この例では、時間t1〜t4の間に全ての画素が時間分
割で3色各々の画像情報を変調することになる。
光した場合には、x×yの画素数を持つライトバルブに
より、x×yのカラー画像情報を表示することが可能と
なる。
トバルブでx×y/3の画像情報しか表示することがで
きない。従来公知の3板式においてもx×yのカラー表
示を行わせることが可能であるが、この場合、ライトバ
ルブを3枚用いるため、高コストである上、光を分光す
るためのミラー等を配置するスペースが必要となり、装
置が大型化する。
コストの装置で、高密度の画像情報を表示することが可
能となる。
分光され、各色光毎に図1のように異なる照明領域を照
明するよう構成される。
させた複数のダイクロイックミラーとマイクロレンズと
の組合せや、ホログラム分光素子を好適例として挙げる
ことができる。
例を示したものである。照明手段としての光源31から
の光は分光手段80によって分光され、ライトバルブと
しての液晶パネル11を照明する。照明光は液晶パネル
11によって変調され、投射レンズ42によってスクリ
ーン71上に投影される。51,52は必要に応じて設
けられるインテグレータ光学系、41,61も必要に応
じて設けられる光学素子であって、各々フィールドレン
ズ、偏光変換素子を表す。分光手段80は、入射光に対
して赤反射特性を有するダイクロイックフィルタ81
R、緑反射特性を有するダイクロイックフィルタ81G
及びミラー91によって3色に分解するように構成され
ている。
一対のフライアイレンズ51,52で構成したが、本実
施の形態はこれに限定するものではない。また、フィー
ルドレンズの使用及び配置についても同様に限定するも
のではない。
80とマイクロレンズ55とによってライトバルブとし
ての液晶パネル11の画素を図1に示したように照明す
る。21は照明光の光路変更手段であり、これによって
照明光の入射角が時間によって時系列的に変調され、ラ
イトバルブを照明する各色光の照射領域が変更可能とな
っている。光路変更手段は21bとして示すように分光
手段80の後方の光路上に配置することもできる。
プ、一般的には放電ランプの他、発光ダイオード、レー
ザー、エレクトロルミネッセンス素子などを用いること
ができる。また、インテグレータ光学系としては、ロッ
ドインテグレータによって構成することもできる。ライ
トバルブは、透過型又は反射型の液晶パネルやマイクロ
ミラーデバイスなど、光強度、偏光状態、光路、位相な
どを変調するものであれば使用できる。
合の構成例を示しているが、他のライトバルブの場合に
は、その光学的特性に応じて、配置及び用いる光学素子
を変更、追加する必要がある。
えば、Δt=t2−t1は15msec以下であることが必
要で、10msec以下であることが好ましい。さらには、
7msec以下であることがより好ましい。この時間が長い
場合には、ちらつきが目視され、好ましくない。
時間によって時系列的に切換える必要がある。これは、
具体的には、分光手段80への入射光の入射角を変化さ
せる方法、分光手段80を入射光に対して傾斜させる方
法、異なる配光特性を有する分光手段80を切換える方
法、ライトバルブ11自体を照明光に対して位置変化さ
せる方法、分光手段80とライトバルブ11との間に光
路変更手段を設ける方法等を好適例として挙げることが
できる。
ズ、プリズム等の光学部材の位置変化によるもの、電気
光学結晶や液晶などの電気光学素子を用いたものを好適
例として挙げることができる。また、液晶と複屈折性材
料とから構成される光路偏光手段も好適例として挙げる
ことができる。
は照明系での吸収や反射等の損失を除いては、ほぼ全て
ライトバルブ11に導かれることになる。
射装置のようなカラーフィルタ等による光量ロスが無
い。
カラーフィルタなどを用いて切換え、照明光の色に対応
する画像情報をライトバルブに表示し、時間的に各色の
情報を重ね合わせる方式がフィールドシークエンシャル
方式として知られている。時間的に色情報を重ね合わせ
るという観点からは、本実施の形態も、この技術範囲に
属するが、複数色を同時に照明し、かつ、時間的に照明
領域を切換える点では、大きく技術思想が異なるもので
ある。即ち、従来のフィールドシークエンシャル方式で
は、同時刻にはライトバルブは単一の色光で照明され、
その際、他の色光は回転カラーフィルタ(円盤状に複数
のカラーフィルタが組合されたフィルタユニット:回転
させることで透過光の波長域を順次切換える)によって
吸収又は反射される。従って、原理的に3色に分光した
場合には1/3の光量が損失となる。これに対し、本実
施の形態では、前述のように全ての光源光をライトバル
ブ11に導くため、極めて効率が高い。
具体的な構成例を実施例として、以下に説明する。
装置の分光素子及びライトバルブ(液晶ライトバルブ)
の周辺構造を示す拡大模式図である。入射光L1は赤反
射特性を有するダイクロイックフィルタ81R、緑反射
特性を有するダイクロイックフィルタ81G及びミラー
91によって構成された分光手段80によりR,G,B
の3色に分解される。各フィルタ81R,81G及びミ
ラー91は図示するように傾斜角が異なるように配置さ
れ、それによって、分解された各色光は色毎に異なる入
射角でマイクロレンズ55に入射することになる。マイ
クロレンズ55は各色光L1B,L1G,L1R毎にラ
イトバルブ11の異なる画素領域に対して集光、照明す
るよう機能する。
に入射する光の光路(光軸)を変化させる機能を有す
る。
別の状態に変更された後の光路を模式的に図示したもの
である。このように光路変更手段21への入射光の入射
角を変化させることによって、各色光が照明する画素領
域を時系列的に変化させることができる。
の例を示したものである。本実施例の光路変更手段21
用の光学素子は、ガラス等の透光部材により構成され、
平行平板部分211及びプリズム形状部分212,21
3から構成される。照明光が平行平板部分211に入射
した際には光軸は曲がらず直進するが、プリズム形状部
分212,213に入射した場合には図示したように、
光軸が曲折される。この素子を、図中、上下方向に動か
すことにより、照明光の角度を変調することが可能とな
る。
射装置を示す模式図である。82はホログラム素子から
なる分光素子である。他の符号は、実施例1の場合と同
じ素子等を示し、説明も省略する。
2及びライトバルブ11、光路変更手段の機能を説明す
る図である。照明光L211(図7では、3画素に対応
する照明光のみを図示)はホログラム素子82によって
分光、集光され、ライトバルブ11の或る画素領域を照
明する。光路変更手段によって入射角が変えられた照明
光L212は隣接する画素領域に集光するように素子を
構成する。
により、各画素領域を時分割で異なる色光で照明するこ
とが可能となる。
変更手段を用いずに、分光手段80の角度を可変とし、
時系列的に分光手段80の傾斜角を変化させる構成を図
示したものである。
トバルブ11の各画素領域を異なる色光で照明すること
が可能である。
数の分光素子(本実施例では、ホログラム素子)82を
備え、それらを順次切換えるように構成した例である。
ホログラム素子82は図10に示すように、複数の領域
からなるホログラム素子821,822,823を有し
ている。各領域のホログラム素子821,822,82
3は異なる配向特性を有しており、これを回転させるこ
とにより配向特性を変化させることができる。各ホログ
ラム素子821,822,823が異なる画素領域を照
明するよう配向特性を制御するように設計することによ
り、時分割で各色光を異なる画素領域に照明することが
できる。
示すもので、ライトバルブ11が横方向に可動可能な構
造とされている。分光素子(本実施例では、ホログラム
素子)821によって各色光は隣接する画素領域を照明
するが、ライトバルブ11の移動に伴って、各色光の照
明する画素領域もシフトし、異なる画素領域を照明する
ようになる。
なる画素領域に照明することができる。
示すもので、分光手段82とライトバルブ11との間に
は光路変更手段83が配置されている。光路変更手段8
3は図13に示すように照明光L211の光軸をシフト
又は曲折させるように作用する。光路変更手段83によ
る光路変更量は可変となっている必要がある。
なる画素領域に照明することができる。
折させる構成例を示し、平行平板状のガラスが配置され
ており回転可能となっている。光軸に対して、図14
(b)に示すようにガラス板を傾斜させることにより、
図のように光路をシフトさせることが可能となる。
して光路を曲折させる構成例を示したものである。2枚
の透光性基板831の間に液晶832が配置されてい
る。液晶832は傾斜した配向と垂直又は水平に配向し
た状態の少なくとも2状態以上の配向間でスイッチング
可能なように構成する。基板831上に構成された電極
(図示せず)に電圧を印加することにより液晶832の
配向を変化させ、それに伴って入射光の光軸をシフトさ
せる。図中、矢印で示した偏光は、図中、左側に示すよ
うに、傾斜配向した液晶層を透過することにより、光軸
がシフトする。シフト量を調整するには液晶の角度を制
御するか、図のような素子を複数重ね、別個に動作させ
ればよい。
して光路を曲折させる別の構成例を示したものである。
強誘電性液晶833及び結晶の光軸が入射光の光軸に対
して斜めに配置された光学結晶834から基本的に構成
される。
斜面に平行であるとき、光路は図中、左側に示すように
シフトする。それに対して、結晶軸の傾斜面に垂直であ
る場合には、図中、右側に示すように光路は偏向を受け
ない。
作用するか否かを電気的に制御することが可能であり、
結晶に入射する偏光の方向を制御するように作用する。
835はライトバルブに入射する偏光を制御するための
強誘電性液晶セルであり、必要に応じて配置される。強
誘電性液晶セル835を強誘電性液晶833と同期させ
て動作させた場合には、照明光は常に同一の偏光とな
り、特に偏光制御を行う液晶ライトバルブの場合、好適
例となる。この場合、多値のシフト量の制御は、このよ
うな素子を積層することで容易に達成することができ
る。
精細な画像表示を簡略化された小型の投射装置で実現す
ることができる。
を異なる画素領域に分光・集光する効率的な装置構造を
提供することができる。
照明領域を効率よくかつ簡略に変更する光路変更手段の
具体的構成例が明らかとなる。
理的な正面図である。
ある。
す概略側面図である。
面図である。
る。
す概略側面図である。
略側面図である。
例を示す概略側面図である。
例を示す概略側面図である。
ある。
成例を示す概略側面図である。
示す概略側面図である。
概略側面図である。
成例を示す概略側面図である。
成例を示す概略側面図である。
図である。
側面図である。
す概略側面図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 ライトバルブと、 このライトバルブを照明する照明手段と、 この照明手段による照明光を分光し、分光した光で各色
毎に前記ライトバルブの異なる画素領域を照明させる分
光手段と、 この分光手段による各色光が照明する前記ライトバルブ
の画素領域を時系列的に変化させる光路変更手段と、を
備えることを特徴とする画像投射装置。 - 【請求項2】 隣接した画素が異なる色光で照明される
ことを特徴とする請求項1記載の画像投射装置。 - 【請求項3】 前記分光手段が、互いに異なる傾斜角で
配置された複数のダイクロイックミラーとマイクロレン
ズとよりなることを特徴とする請求項1記載の画像投射
装置。 - 【請求項4】 前記分光手段が、ホログラム素子よりな
ることを特徴とする請求項1記載の画像投射装置。 - 【請求項5】 前記光路変更手段が、入射光の入射角を
変化させるものであることを特徴とする請求項1ないし
4の何れか一記載の画像投射装置。 - 【請求項6】 前記光路変更手段が、前記分光手段の入
射光に対する傾斜角を変化させるものであることを特徴
とする請求項1ないし4の何れか一記載の画像投射装
置。 - 【請求項7】 前記光路変更手段が、異なる配光特性を
有する前記分光手段を切換えるものであることを特徴と
する請求項1ないし4の何れか一記載の画像投射装置。 - 【請求項8】 前記光路変更手段が、前記ライトバルブ
自体の位置を変化させるものであることを特徴とする請
求項1ないし4の何れか一記載の画像投射装置。 - 【請求項9】 前記光路変更手段が、前記分光手段と前
記ライトバルブとの間に設けられた光路変更手段である
ことを特徴とする請求項1ないし4の何れか一記載の画
像投射装置。 - 【請求項10】 前記光路変更手段が、レンズ、プリズ
ム等の光学部材により構成されていることを特徴とする
請求項9記載の画像投射装置。 - 【請求項11】 前記光路変更手段が、前記光学部材の
位置又は角度変化を伴うことを特徴とする請求項10記
載の画像投射装置。 - 【請求項12】 前記光路変更手段が、電気光学素子を
含むことを特徴とする請求項11記載の画像投射装置。 - 【請求項13】 前記電気光学素子が液晶を用いたもの
であることを特徴とする請求項12記載の画像投射装
置。 - 【請求項14】 前記光路変更手段が、液晶と複屈折性
材料とにより構成されていることを特徴とする請求項1
3記載の画像投射装置。 - 【請求項15】 前記光路変更手段が、屈折率変化を伴
う光路シフトによるものであることを特徴とする請求項
13記載の画像投射装置。
Priority Applications (1)
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- 2001-03-05 JP JP2001059816A patent/JP4812178B2/ja not_active Expired - Fee Related
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