JP2004302468A - カラー画像形成方法及びプロジェクションシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】 カラー画像形成方法及びプロジェクションシステムを提供する。
【解決手段】 ライトバルブに形成される複数のカラーバーに対する画像信号処理の立上がり時間及び立下がり時間を確保してカラー画像を形成する方法において、スリットを有する少なくとも一つのフィルタを設置する段階と、射光をスクローリングさせる段階と、複数のダイクロイックフィルタを備えたカラー分離器を利用して前記光源から出射された光をカラー別に分離する段階と、前記カラー分離器及びスクローリングユニットを経由した光をカラー別にライトバルブに各々他の領域に結んで複数のカラーバーを形成する段階と、前記複数のダイクロイックフィルタ間の距離を調節するか、または前記スリット幅を調節して前記複数のカラーバー間にブラックバーを形成する段階と、を備えていることを特徴とするカラー画像形成方法である。
【選択図】 図8

Description

本発明は、カラースクローリングによってカラー画像を形成する方法及びこれを採用したプロジェクションシステムに係り、さらに詳細にはカラーバー間にブラックバーを形成し、このブラックバーの幅を調節することによってライトバルブの立上がり時間と立下がり時間を得てカラー画像を形成する方法及びプロジェクションシステムに関する。
プロジェクションシステムは、高出力ランプ光源から出射された光を画素単位でオン/オフ制御して画像を形成するライトバルブの数によって3板式と単板式とに分けられる。単板式プロジェクションシステムは、3板式に比べて光学系構造を小さくすることができるが、白色光をシーケンシャル方法でR(赤色)、G(緑色)、B(青色)カラーに分離して使用するので、3板式に比べて光効率が1/3に低下する問題点がある。このため、単板式プロジェクションシステムの場合には、光効率を向上させるための努力がなされてきた。
一般的な単板式プロジェクション光学系の場合、白色光源から照射された光をカラーフィルタを利用してR、G、Bの3色光に分離し、各カラーを順番にライトバルブに送る。そして、このカラー順序に合うようにライトバルブを動作させて映像を具現化する。このように単板式光学系は、カラーをシーケンシャルに利用するため、光効率が3板式に比べて1/3に低下する。このような問題を解決するためにスクローリング方法が提案された。カラースクローリング方法は、白色光をR、G、Bの3色ビームに分離し、これを同時にライトバルブの相異なる位置に送る。そして、一画素当りR、G、Bカラーが全て到達したときに映像を具現化することができるので、各カラーバーを特定な方法で一定した速度で動かす。
従来の単板式スクローリングプロジェクションシステムは、図1に示されるように、光源100から照射された白色光が第1及び第2レンズアレイ102,104と偏光ビームスプリッタアレイ105とを経由して、第1ないし第4ダイクロイックフィルタ109,112,122,139によってR、G、Bの3色ビームに分岐される。まず、前記第1ダイクロイックフィルタ109によって、例えば、R及びGは透過されて第1光路Lに進み、Bは反射されて第2光路Lに進む、そして、前記第1光路Lに進むR及びGは、前記第2ダイクロイックフィルタ112によって再び分離される。前記第2ダイクロイックフィルタ112によってRは透過されて第1光路Lに直進し続け、Gは反射されて第3光路Lに進む。
前記光源100から照射された光がR、G、Bに光分離され、各々に対応する第1ないし第3プリズム114,135,142を通過しつつスクローリングされる。前記第1ないし第3プリズム114,135,142は、前記第1ないし第3光路L,L,Lに各々配置されて均一な速度で回転することによってR、G、B3色のカラーバーがスクローリングされる。前記第2及び第3光路L,Lに沿って各々進んでいたG及びB光が第3ダイクロイックフィルタ139によって反射及び透過されて合成され、最終的に前記第4ダイクロイックフィルタ122によってR、G、Bの3色光が合成されて偏光ビームスプリッタ127を通過し、ライトバルブ130によって画像を形成する。
前記第1ないし第3プリズム114,135,142の回転によってR、G、Bカラーバーがスクローリングされる過程が図2に示されている。これは各カラーに対応するプリズムを同期させて回転させるとき、前記ライトバルブ130面に形成されたカラーバーの移動を示したものである。前記ライトバルブ130にR、G、Bカラーバーが1周期循環されたときに1フレームが形成される。
前記ライトバルブ130で各画素に対するオン/オフ信号による画像情報を処理して画像を形成し、この画像が投射レンズユニット(図示せず)を経て拡大されてスクリーンに結ばれる。
前記のような方法は、各カラー別に光路を各々使用するので、カラー別に光路補正用レンズを各々設けなければならず、分離された光を再び集めるための部品が設けられなければならず、各カラー別に部品を別途に準備しなければならないので、光学系の体積が大きくなり、製造及び組立工程が複雑で収率が低下する。また、前記第1ないし第3プリズム114,135,142を回転させるための3つのモータの駆動による大きな騷音が発生し、モータが一つ設けられたカラーホイール方式に比べて製造コストが高くなる。
また、スクローリング方式を利用してカラー画像を具現するためには、図2に示されたようなカラーバーを一定した速度で移動させなければならないが、前記構造ではスクローリングのためにライトバルブと3つのプリズムを同期させなければならないため、同期制御が難しい。それだけでなく、前記スクローリングプリズム114,135,142が円運動するので、カラースクローリングの速度も一定せず画像の質が低下することがある。
一方、前記第1ないし第3光路L,L,Lに進む光の幅によって各カラーバーの幅が決定される。前記第1ないし第3光路に進む光の幅が狭いときには、各カラーバーの幅が狭くなり、図3Aに示されるように各カラーバー間にブラックバーKが形成される。そして、光の幅が広いときには、各カラーバーの幅が広くなり、図3Bに示されるように各カラーバーが重畳される部分Pが生じる。
しかし、特別な場合に、ブラックバーKが生じるようにしなければならない必要がある。例えば、前記ライトバルブ130としてLCD(Liquid Crystal Display)を使用する場合は、画像信号を処理するに当って各カラーバーに対して信号が連続的に処理され難い。言い換えれば、LCDにカラーバーが連続的にスクローリングされるとき、カラーバーが変わる度に画像信号が変わるが、変わった画像信号を連続的に処理し難い。図3Cは、ライトバルブ130に形成されたカラーバーとこれらカラーバーに対応して入力される画像信号によるライトバルブのオン/オフ状態とを表したものである。各カラーバーに対応する画像信号がオンになるのにかかる時間を立上がり時間といい、立上がり領域をSといい、画像信号がオフになるのにかかる時間を立下がり時間といい、立下がり領域をTという。ここで、各カラーバー間に画像信号処理を変えるために立上がり時間と立下がり時間とが要求され、この時間を得るために各カラーバー間にブラックバーkが要求される。
このようにスクローリング方法によってカラー画像を具現するシステムでは、カラーバーの幅を調節してブラックバーを形成する必要がある。
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、ライトバルブに形成されるカラーバー間にブラックバーを形成させてカラー画像信号処理のための立上がり時間と立下がり時間とを得てカラー画像を形成する方法を提供することを目的とする。
また、ライトバルブに形成されるカラーバー間にブラックバーが形成されてカラー画像処理を円滑にしたプロジェクションシステムを提供するところにさらに他の目的がある。
前記目的を達成するために本発明によるカラー画像形成方法は、ライトバルブに形成される複数のカラーバーに対する画像信号処理の立上がり時間及び立下がり時間を確保してカラー画像を形成する方法において、スリットを有する少なくとも一つのフィルタを設置する段階と、スクローリングユニットの回転運動を光が通過する領域にあるレンズアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクローリングさせる段階と、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる複数のダイクロイックフィルタを備えたカラー分離器を利用して、前記光源から出射された光をカラー別に分離する段階と、前記カラー分離器及びスクローリングユニットを経由した光をカラー別にライトバルブに各々他の領域に結んで複数のカラーバーを形成する段階と、前記複数のダイクロイックフィルタ間の距離を調節するか、または前記スリット幅を調節して前記複数のカラーバー間にブラックバーを形成する段階と、を備えていることを特徴とする。
前記隣接したカラーバー間の距離が隣接したカラーバーの幅の平均値より広いことが望ましい。
前記複数のダイクロイックフィルタは、相互平行に配置された第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタを備え、前記複数のカラーバーが各々g、g、gの幅を有する第1ないし第3カラーバーを備え、前記第1及び第2ダイクロイックフィルタ間の距離がa、第2及び第3ダイクロイックフィルタ間の距離がbであるとき、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタを次の条件式を満足するように設置して前記第1、第2及び第3カラーバー間にブラックバーを形成するように設けられていることを特徴とする。
Figure 2004302468
前記スクローリングユニットは、前記少なくとも一つのレンズセルが螺旋形に配列されたことを特徴とする。
前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がwである空間フィルタを備え、前記空間フィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであり、前記第1ないし第3カラーバーの幅が同じであるとき、前記空間フィルタと第1ないし第3ダイクロイックフィルタとを次の条件式を満足するように設置する。
Figure 2004302468
前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がtであるトリムフィルタをさらに備え、前記空間フィルタとトリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記の条件式によって前記空間フィルタによって第1及び第2カラーバーの幅を調節し、前記トリムフィルタによって第3カラーバーの幅を調節する。
Figure 2004302468
前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がt及びtである第1及び第2トリムフィルタをさらに備え、前記空間フィルタ、第1及び第2トリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記の条件式によって前記空間フィルタによって第1カラーバーの幅を調節し、前記第2及び第3トリムフィルタによって第2及び第3カラーバーの幅を調節する。
Figure 2004302468
前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がt、t及びtである第1、第2及び第3トリムフィルタを備え、第1、第2及び第3トリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記の条件式によって前記第1、第2及び第3トリムフィルタによって第1、第2及び第3カラーバーの幅を各々調節する。
Figure 2004302468
前記目的を達成するために本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、前記光源から出射された光の発散角を調節するためのスリットを有する少なくとも一つのフィルタと、少なくとも一つのレンズセルを備え、前記少なくとも一つのレンズセルの回転運動をレンズセルを通過する領域にあるレンズアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクローリングさせるスクローリングユニットと、入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる複数のダイクロイックフィルタを有して前記光源から出射された光をカラー別に分離するカラー分離器と、前記カラー分離器及びスクローリングユニットを経由した光が相異なる領域にカラー別に分離されて複数のカラーバーが形成され、前記スクローリングユニットの回転によって前記複数のカラーバーがスクローリングされてカラー画像が形成されるライトバルブと、を備え、前記複数のダイクロイックフィルタそれぞれの間の距離を調節するか、または前記スリット幅を調節して前記複数のカラーバー間にブラックバーが形成されることを特徴とする。
前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に第1及び第2フライアイレンズアレイが設けられている。
前記スクローリングユニットの前にスクローリングユニットに入射される光の幅を狭めるための第1シリンダーレンズと、前記スクローリングユニットの後にスクローリングユニットを通過した光を平行光にするための第2シリンダーレンズとが設けられている。
前記第2フライアイレンズアレイとライトバルブ間の光路上にリレーレンズが設けられている。
また、前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に前記光源から出射された光を一偏光方向を有する光に変換させる偏光変換器が配置されることを特徴とする。
本発明によるプロジェクションシステムは、スクローリングユニットの回転運動を光が通過する部分のレンズアレイの直線運動に転換させることによって、一つのスクローリングユニットを利用して全てのカラーに対するスクローリングを行えるので、スクローリング作用を制御し易く、部品数を減らすことができ、これにより、プロジェクションシステムの軽量化及び低コスト化を達成できる。スクローリングユニットは、円形だけでなく円筒形も可能であり、スクローリングユニットの回転運動を光が通過する部分のレンズアレイの直線運動に転換させる構造を有するように、その全体的な形状は変形が可能である。
また、従来の単板式プロジェクションシステムは、白色光を順次にR、G、B光に分離してカラー画像を具現するので、ライトバルブで使われる光の効率が3板式に比べて1/3に低下する問題がある。しかし、本発明によるスクローリング方式を採用した単板式プロジェクションシステムでは、白色光を順次ではなく同時に分離し、このように分離されたカラー光をスクローリングしてカラー画像を具現するので、3板式のような光効率を得ることができる。
また、本発明による方法によれば、ライトバルブに形成される各カラーバー間にブラックバーを形成させることによって、各カラーバー間に画像信号処理を変えるために立上がり時間と立下がり時間とを確保でき、カラー画像形成が円滑になされる。
以下、添付した図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
図4を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるプロジェクションシステムは、図示されるように、光源50、この光源50から出射された光の焦点面に設置されて入射光の発散角またはエテンデューを調節するためのスリットを有する少なくとも一つのフィルタ、入射光を多数のビームに分け、このビームをカラー分離器の相異なる位置に結ばせてスクローリングさせるスクローリングユニット20、前記スクローリングユニット20を通過した光をカラーによって分離させるカラー分離器55及び入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライトバルブ40を備えている。
また、前記スクローリングユニット20によってスクローリングされる光をライトバルブ40で画像信号によって処理してカラー画像を形成し、このライトバルブ40で形成された画像を投射レンズユニット45を利用してスクリーン48に拡大投射させる。
前記光源50は、光を生成するランプ51と、このランプ51から出射された光を反射させてその進行経路を案内する反射鏡53とを備えている。前記反射鏡53は、前記ランプ51の位置を一焦点にし、光が集束される地点を他の焦点にする楕円鏡で構成することができる。または、前記ランプ51の位置を一焦点にし、このランプ51から出射され、前記反射鏡53で反射された光を平行光にする放物鏡で構成することができる。図4は、反射鏡53として楕円鏡を採用した場合を例としたものである。反射鏡として放物鏡を採用する場合には、ランプから出射された平行光を集束させるためのレンズがさらに設けられなければならない。
前記少なくとも一つのフィルタは、空間フィルタ5または後述するトリムフィルタを備えている。前記少なくとも一つのフィルタは、前記反射鏡13の焦点fに配置されることが望ましい。
前記光源50とカラー分離器55間の光路上に入射光を平行光にするコリメーティングレンズ54が設けられている。このコリメーティングレンズ54は、前記光源50とこの光源50から出射された光が集束される焦点f間の距離をpとするとき、前記焦点fからp/5だけ離れた位置に配置されることが望ましい。このように配置することによって、光学系の構成を小型化することができる。
図5Aを参照すれば、前記スクローリングユニット20は回転可能であり、入射面と出射面とを有し、スクローリングユニット20の回転運動が入射光の直線運動に転換されるように少なくとも一つのレンズセル20aが配列されることが望ましい。例えば、前記スクローリングユニット20は、少なくとも一つのレンズセル20aが螺旋形に配列されて構成されている。前記少なくとも一つのレンズセル20aは、入射光を各セルごとに多数のビームに分ける。ここで、前記レンズセル20aは、シリンドリカルレンズとすることができる。
図5Aに示されるように、前記スクローリングユニット20の回転運動(J方向)が、入射光Lが通過する領域におけるレンズアレイの直線運動(Q方向)に転換されてスクローリングされる。図5Aでは、スクローリングユニット20が一つのスパイラルレンズディスクで構成された場合を例示した。これと違って、スクローリングユニット20は、図5Bに示されるように所定間隔に離隔されるように配置された第1及び第2スパイラルレンズディスク26,27を有して構成することができる。このとき、前記第1及び第2スパイラルレンズディスク26,27間にグラスロードまたは導光板28をさらに設けることができる。前記グラスロードまたは導光板28は、前記第1スパイラルレンズディスク26を通過した光の発散角を調節するためのものである。
前記カラー分離器55は、入射光をカラー別に透過及び反射させる複数のダイクロイックフィルタを備えている。例えば、前記カラー分離器55は、第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ55a,55b,55cで構成され、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ55a,55b,55cは相互に平行に配置されるか、または相異なる所定角度に傾くように配置される。前記スクローリングユニット20を通過した光は、シリンドリカルレンズセル20aの入射位置によって相異なる角度の収斂光で進み、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ55a,55b,55cによってカラー毎に相異なる位置で反射されてカラー別に分離される。前記スクローリングユニット20とカラー分離器55間にはプリズム56がさらに設けられ、入射光を光路変換なしに前記カラー分離器55に到達させる。
一方、前記スクローリングユニット20の前に第1シリンダーレンズ16が設けられ、前記カラー分離器55とライトバルブ40間の光路上には第2シリンダーレンズ17、第1及び第2フライアイレンズアレイ34,35とリレーレンズ38とを設けることができる。前記第1及び第2フライアイレンズアレイ34,35は、各々レンズセル34a,35aが二次的に配列されて形成されている。
前記第1シリンダーレンズ16によって前記スクローリングユニット20に入射される光の幅が狭まって光損失が減少する。また、前記第2シリンダーレンズ17によってスクローリングユニット20を通過した光の幅が元の状態に戻る。前記第2シリンダーレンズ17は、前記第1及び第2フライアイレンズアレイ34,35間に配置されていてもよい。また、前記第2フライアイレンズアレイ35とリレーレンズ38間には入射光を何れか一つの偏光方向を有する光に転換する偏光変換器36が配置されている。
次いで、前記のように構成された本発明によるプロジェクションシステムの作動関係について説明する。
前記光源50から出射された白色光は、前記空間フィルタ5及びコリメーティングレンズ54を通じて前記スクローリングユニット20に入射される。ここで、前記第1シリンダーレンズ16によってスクローリングユニット20に入射される光の幅が狭まる。
図6は、光源10から出射されたビームが前記第1シリンダーレンズ16を通過せずにそのままスクローリングユニット20に入射したときと、前記第1シリンダーレンズ16によってビームの幅が狭まった状態でスクローリングユニット20に入射したときとを比較したものである。スクローリングユニット20を通過するときのビームの幅が比較的広いときには、螺旋形のレンズアレイの形状とビームL′の形状とが不一致であるため、各カラー別に不一致である領域だけの光損失がもたらされる。これにより、光損失を最小化するために前記第1シリンダーレンズ16を利用してビームの幅を狭めることによって、相対的に螺旋形のレンズアレイの形状とビームLの形状とを一致させることが望ましい。
前記スクローリングユニット20によって入射光がレンズセル20a別に多数の光ビームに分離されてカラー分離器55に入射される。前記第1ダイクロイックフィルタ55a、第2ダイクロイックフィルタ55b及び第3ダイクロイックフィルタ55cによって分離された第1、第2及び第3カラー光は、前記第2シリンダーレンズ17に入射される。前記第2シリンダーレンズ17は、前記第1シリンダーレンズ16によって幅が狭まった光を平行光にして元の状態に復帰させる。光は、前記第2シリンダーレンズ17によってその幅が元の状態に戻されることによって前記ライトバルブ40の幅に対応するように結ぶ。
前記第2シリンダーレンズ17を通過した第1、第2及び第3カラー光は、前記第1フライアイレンズアレイ34でレンズセル34a別にカラーラインに形成され、前記第2フライアイレンズアレイ35と前記リレーレンズ38とによってライトバルブ40にカラー別に重畳されて結ばれることによって、第1、第2及び第3カラーバーM1,M2,M3が形成される(図8参照)。
前記第1ないし第3カラーバーM1,M2,M3は、前記スクローリングユニット20の回転によって周期的にスクローリングされてカラー画像が形成される。
図7Aないし図7Cを参照すれば、前記スクローリングユニット20の回転によってカラーバーが、例えばR,G,B→G,B,R→B,R,G順に周期的にスクローリングされる。図7Aないし図7Cでは、前記スクローリングユニット20が一つのスパイラルレンズディスクで構成された場合を示す。
図7Aに示されるように、前記スクローリングユニット20、第1及び第2フライアイレンズアレイ34,35、リレーレンズ38を経由してライトバルブ40に、例えば、R,G,B順にカラーバーが形成される。次いで、前記スクローリングユニット20の回転によって入射光Lが前記スクローリングユニット20を通過する領域にあるレンズアレイが次第に上方にまたは下方に移動する。したがって、スクローリングユニット20を通過するカラー光それぞれの焦点位置がスクローリングユニット20の回転によって変わり、図7Bに示されるようにG,B,R順にカラーバーが形成されうる。前記スクローリングユニット20が回転し続けるにつれて入射光がスクローリングされ、図7Cに示されるようにB,R,G順にカラーバーが形成される。このようなスクローリングが周期的に繰り返される。
図5Aを参照すれば、前記スクローリングユニット20がJ方向に回転するにつれて相対的に入射光LがQ方向に直線運動するような効果を得ることができる。この直線運動は、スクローリングユニット20の回転軸に対して遠ざかる/近づく方向になる。図5Aでは、スクローリングユニット20がJ方向に回転するとき、スクローリングユニット20に入射される光がスクローリングユニット20の回転軸に対して遠ざかる方向に直線運動するような効果をうみ出す場合を示す。
または、入射光Lを基準にして見れば、前記スクローリングユニット20が回転するときに入射光Lが通過する領域にあるレンズアレイが直線運動するような効果を得ることができる。すなわち、スクローリングユニット20の回転によって入射光Lがスクローリングユニット20のレンズアレイを通過する位置が変わる。この位置変化は、スクローリングユニット20の回転軸に対して遠ざかる/近づく方向に直線になることを特徴とする。しかし、例えば、スクローリングユニット20が円筒形である場合には、レンズアレイの直線運動が回転軸に沿って移動する方向になる。
言い換えれば、前記スクローリングユニット20の回転運動によって光が入射されるレンズの位置が変わり、前記スクローリングユニット20の回転運動がスクローリングユニット20の断面でのレンズアレイの直線運動に転換されることによってスクローリングされる。
前記のように、本発明では各カラーに対して各々スクローリング手段を備える必要なしに全てのカラーに対して単一光路でスクローリングユニット20を共に使用できるので、システムを小型化でき、各カラーに対して同期を調整することに関しても効果的である。前記スクローリングユニット20の各レンズセル20aごとにカラーラインが形成され、これに対応して前記第1フライアイレンズアレイ34の各レンズセル34aごとにカラーラインが形成される。したがって、前記スクローリングユニット20を通過する光が占めるレンズセルと前記第1及び第2フライアイレンズアレイ34,35のローアレイとが1対1に対応することが望ましい。すなわち、スクローリングユニット20を通過する光が占めるレンズセルの数が4つであるとき、前記第1及び第2フライアイレンズアレイ34,35のローアレイの数が4つであることが良い。
前述したように、ライトバルブ40に結ばれているカラーバーがスクローリングされることによってカラー画像が形成される。
ここで、前記ライトバルブ40としてLCDまたはLCOS(Liquid Crystal On Silicon)を使用する場合、各カラーバー間に画像信号処理を変えるために立上がり時間と立下がり時間とが要求され、この時間を得るために各カラーバー間にブラックバーが要求される。ライトバルブにブラックバーを形成する方法について説明する。
図8に前記空間フィルタ5、カラー分離器55及びライトバルブ40を概略的に示す。ここで、説明の便宜上、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ55a,55b,55c間の間隔a,bを多少誇張して示した。前記カラー分離器55によって分離されたカラー光は、カラーによって前記ライトバルブ40の相異なる領域に結ばれて第1、第2及び第3カラーバーM1,M2,M3が形成される。
まず、前記第1ないし第3カラーバーM1,M2,M3の各幅をg、g、gとし、g=g=g=gであるときについて説明する。
前記第1ないし第3カラーバーの幅gは、前記スリット5cの幅wによって決定される。そして、隣接するカラーバー間の間隔d,dは、前記第1ダイクロイックフィルタ55aと第2ダイクロイックフィルタ55b間の間隔a及び第2ダイクロイックフィルタ55bと第3ダイクロイックフィルタ55c間の間隔bによって決定される。ここで、第1カラーバーM1と第2カラーバーM2間の間隔d及び第2カラーバーM2と第3カラーバーM3間の間隔dは、次の数式を満足する。ここで、各カラーバー間の間隔は、各カラーバーの中心線間の間隔を表し、以下同じ意味で使用する。
Figure 2004302468
前記数式1で、αは比例定数を表す。例えば、αは倍率とすることができる。そして、前記空間フィルタ5のスリット幅をw、前記コリメーティングレンズ54の焦点距離をf、前記スクローリングユニット20の焦点距離をfとするとき、前記各カラーバーの幅gは、次の数式によって求められる。
Figure 2004302468
前記各カラーバーM1,M2,M3間にブラックバーを発生させるためには隣接するカラーバー間の間隔が隣接する各カラーバーの幅の平均値より広くなければならない。ここで、各カラーバーの幅gがカラーバー間の間隔d,dより狭くなければならない(g<d,d)。前記数式1及び2を利用してブラックバーを発生させるための条件を求めれば、次の通りである。
Figure 2004302468
前記数式3の条件を満足するとき、各カラーバーM1,M2,M2間にブラックバーkが発生して、各カラーバーが変わる度に画像信号が変わるためにオン/オフにかかる立上がり時間と立下がり時間とを確保できる。
前記空間フィルタ5は、そのスリット5cの幅wを調節できるようになっている。例えば、前記空間フィルタ5は、図9に示されるように、第1フィルタ面5aと、この第1フィルタ面5aと離隔されて配置された第2フィルタ面5bと、前記第1及び第2フィルタ面5a,5bを各々支持し、移送スクリュー7によって移動可能になった第1及び第2支持板6a,6bと、前記移送スクリュー7が回転可能に支持されたフレーム8とを備えている。前記移送スクリュー7を回転させれば、第1及び第2支持板6a,6bが移送スクリュー7に沿って移動して前記第1及び第2フィルタ面5a,5b間のスリット5cの幅wが調節される。前記スリット5cの幅は、カラー分離方向またはカラースクローリング方向に調節されることが望ましい。
例えば、図10Aに示されるように、スリット5cの幅wがwであるとき、第1ないし第3カラーバーM1,M2,M3がライトバルブ40の3領域に等分されて形成されると仮定すれば、スリット幅wがw1より狭いw2(w1>w2)に変わるとき、図10Bに示されるようにカラーバー間にブラックバーkが発生する。もちろん、スリット幅wがw1より広いw3(w3>w1)に変わるとき、図10Cに示されるようにカラーバーの面積が広くなってカラーバー間に重畳される部分Pが発生する。
前述したように、前記スリット幅wまたはa、bを調節して数式3の条件を満足させることによって各カラーバー間にブラックバーkを調節できる。
次いで、前記第1ないし第3カラーバーM1,M2,M3の各幅g,g,gが異なるときについて説明する。
次いで、図11Aないし図11Cに示されるように、前記空間フィルタ5にカラーバーの幅または面積を調節するためにスリット1a,2a,3aを有する少なくとも一つの第1、第2及び第3トリムフィルタ1,2,3をさらに設けることができる。前記トリムフィルタ1,2,3の第1ないし第3スリット1a,2a,3aを通じて全てのカラーの光がそのまま通過され、フィルタ1,2,3を通じて所定カラーの光は反射され、残りの光は透過されて所定カラー光の幅を調節できる。
図11Aは、空間フィルタ5に第1トリムフィルタ1が付着された場合を示す図であって、前記第1トリムフィルタ1は、例えば、Gは反射させ、残りの光は透過させ、第1スリット1aを通じては全てのカラーの光が通過される。前記第1トリムフィルタ1は、前記空間フィルタ5の前後に設置され、図では空間フィルタ5の後に配置された場合を示す。ここで、前記空間フィルタ5のスリット5cの幅wによって各カラーバーの幅が同じに決定された後、前記第1トリムフィルタ1の第1スリット1aの幅tによって所定カラーバーの幅が選択的に決定される。図11Aでは、第1トリムフィルタ1によって第2カラーバーM2、例えば、Gカラーバーの幅gが調節される場合を示す。
図11Bは、空間フィルタ5に第1及び第2トリムフィルタ1,2が付着された場合を示す図であり、図11Cは、空間フィルタ5なしに第1、第2及び第3トリムフィルタ1,2,3が設けられた場合を示す図である。前記第1ないし第3トリムフィルタ1,2,3は、前記空間フィルタ5または別途のガラスに各フィルタをコーティングして製作するか、または各々別途のフィルタプレートに製作されることもある。
ここで、前記第1ないし第3スリット1a,2a,3a及びスリット5cの幅は、前記カラー分離器55によるカラー分離方向またはカラースクローリング方向に調節される。
図8を参照すれば、第1及び第2ダイクロイックフィルタ55a,55b間の間隔aと第2及び第3ダイクロイックフィルタ55b,55c間の間隔bとの比は、第1幅gと第2幅gとの和に対する第2幅gと第3幅gとの和の比と同じである。そして、前記第1及び第2カラーバーM1,M2間にブラックバーを発生させるためには第1幅gと第2幅gとの和の1/2値が第1カラーバーと第2カラーバー間の間隔dより狭くなければならず、第2及び第3カラーバーM2,M3間にブラックバーを発生させるためには第2幅gと第3幅gとの和の1/2値が第2カラーバーと第3カラーバー間の間隔dより狭くなければならない。言い換えれば、隣接するカラーバー間の距離が隣接するカラーバーの幅の平均より広いとき、ブラックバーが形成される。前記数式1を利用してブラックバーが生成される条件を式で表せば、次の通りである。
Figure 2004302468
ここで、g、g、gは各々wと前記第1ないし第3トリムフィルタ1,2,3の幅t,t,tによって調節可能である。
図11Aを参照すれば、前記スリット5cの幅wによって第1ないし第3カラーバーM1,M2,M3の幅g,g,gが一次的に決定される。その後、最終的に第1トリムフィルタ1の幅tによって何れか一カラーの幅が調節される。このような構造は、w>tの関係式を満足させることが望ましい。例えば、前記第1トリムフィルタ1の第1幅tによって第2カラーバーM2の幅gが調節されるとするとき、前記第1及び第3カラーバーの幅g,gはスリット5cの幅wによって、そして、前記第2カラーバーの幅gは第1トリムフィルタ1の幅tによって、次のように調節されうる。
Figure 2004302468
前記数式4及び5を参照して、a、b、w、t、f及びfのうち少なくとも一つを調節して各カラーバー間にブラックバーKを形成させることができる。
次いで、図11Bを参照すれば、空間フィルタ5の幅wによって一次的にカラーバーの幅が決定される。次いで、前記第1トリムフィルタ1の幅tによって、例えば、第1カラーバーM1の幅gが決定され、前記第2トリムフィルタ2の幅tによって第3カラーバーM3の幅gが決定される。最終的に、前記第1ないし第3カラーバーM2の幅g,g,gは、次のように決定される。
Figure 2004302468
ここで、t、tは、wより小さい値を有することが望ましく、a、b、w、t、t、f及びfのうち少なくとも何れか一つを調節して数式4による条件を満足させることによって各カラーバー間にブラックバーkを形成できる。
次いで、図11Cを参照すれば、第1トリムフィルタ1の幅tによって第1カラーバーM1の幅gを調節し、第2トリムフィルタ2の幅tによって第2カラーバーM2の幅gを調節し、第3トリムフィルタ3の幅tによって第3カラーバーM3の幅gを調節する。これら関係を数式で整理すれば、次の通りである。
Figure 2004302468
前記数式7によって、g、g、gを調節するか、またはa、bを調節して数式4の条件を満足させることによってブラックバーkを形成することができる。
前記のように、空間フィルタ5に少なくとも一つのトリムフィルタをさらに設けるか、または3つのトリムフィルタを設けてカラーバーの幅を選択的に調節でき、さらに前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ55a,55b,55c間の幅a,bを調節してブラックバーの幅を調節できる。
一方、本発明によるプロジェクションシステムは、前記第1ないし第3カラーバーM1,M2,M3の幅を調節するためのスリットを有する少なくとも一つのフィルタを備えている。前記少なくとも一つのフィルタは、例えば、空間フィルタ5を備えているか、空間フィルタと少なくとも一つのトリムフィルタを備えているか、あるいは第1ないし第3トリムフィルタ1,2,3を備えていてもよい。前記空間フィルタ5と第1ないし第3トリムフィルタ1,2,3とのスリット幅を各々w、t、t、tとするとき、前記空間フィルタ5と第1ないし第3トリムフィルタ1,2,3とは、前記数式3または数式4を満足するように各スリット幅が調節可能である。
本発明は、前記実施例に限定されず、当業者なら本発明の技術的思想内で多様に変形実施できる。したがって、本発明は、後述する特許請求の範囲によって決定されなければならない。
本発明は、構成要素を最小限に簡単にしつつ光効率と画質とを改善し、特にカラーバー間の間隙を調節してカラー画像信号を変えるための時間を確保することによってLCDをライトバルブとして使用するプロジェクションシステムに効果的に適用できる。
従来のプロジェクションシステムを示す図である。 プロジェクションシステムのカラースクローリング方式を説明するための図である。 スクローリング方法によってカラー画像を形成するプロジェクションシステムに採用されるライトバルブにカラーバーが形成されている状態を示す図である。 スクローリング方法によってカラー画像を形成するプロジェクションシステムに採用されるライトバルブにカラーバーが形成されている状態を示す図である。 ライトバルブに形成されたカラーバーとこれらカラーバーに対応して入力される画像信号によるライトバルブとのオン/オフ状態を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムを示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用されたスクローリングユニットの例を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用されたスクローリングユニットの例を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用されたシリンダーレンズによってスクローリングユニットに入射される光の幅が狭まる前と狭まった後とを比較して示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用されたシリンダーレンズによってスクローリングユニットに入射される光の幅が狭まる前と狭まった後とを比較して示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムでのスクローリング過程を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムでのスクローリング過程を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムでのスクローリング過程を示す図である。 本発明によるカラー画像形成方法を説明するための図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用された空間フィルタの斜視図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用された空間フィルタのスリット幅を調節してライトバルブに形成されるカラーバーの幅を調節する例を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用された空間フィルタのスリット幅を調節してライトバルブに形成されるカラーバーの幅を調節する例を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用された空間フィルタのスリット幅を調節してライトバルブに形成されるカラーバーの幅を調節する例を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用された空間フィルタ及びスリムフィルタのスリット幅を調節してライトバルブに形成されるカラーバーの幅を調節する例を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用された空間フィルタ及びスリムフィルタのスリット幅を調節してライトバルブに形成されるカラーバーの幅を調節する例を示す図である。 本発明によるプロジェクションシステムに採用された空間フィルタ及びスリムフィルタのスリット幅を調節してライトバルブに形成されるカラーバーの幅を調節する例を示す図である。
符号の説明
5・・・空間フィルタ
20・・・スクローリングユニット
40・・・ライトバルブ
54・・・コリメーティングレンズ
55a,55b,55c・・・第1ないし第3ダイクロイックフィルタ
M1,M2,M3・・・第1ないし第3カラーバー


Claims (28)

  1. 光源と、
    前記光源から出射された光の発散角を調節するためのスリットを有する少なくとも一つのフィルタと、
    少なくとも一つのレンズセルを備え、前記少なくとも一つのレンズセルの回転運動をレンズセルを通過する領域にあるレンズアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクローリングさせるスクローリングユニットと、
    入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる複数のダイクロイックフィルタを有して前記光源から出射された光をカラー別に分離するカラー分離器と、
    前記カラー分離器及びスクローリングユニットを経由した光が相異なる領域にカラー別に分離されて複数のカラーバーが形成され、前記スクローリングユニットの回転によって前記複数のカラーバーがスクローリングされてカラー画像が形成されるライトバルブと、を備え、
    前記複数のダイクロイックフィルタそれぞれの間の距離を調節するか、または前記スリット幅を調節して前記複数のカラーバー間にブラックバーが形成されるように構成されていることを特徴とするプロジェクションシステム。
  2. 隣接したカラーバー間の距離が隣接したカラーバーの幅の平均値より長いことを特徴とする請求項1に記載のプロジェクションシステム。
  3. 前記複数のダイクロイックフィルタは、相互平行に配置された第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタを備え、前記複数のカラーバーが各々g、g、gの幅を有する第1ないし第3カラーバーを有し、前記第1及び第2ダイクロイックフィルタ間の距離がa、第2及び第3ダイクロイックフィルタ間の距離がbであるとき、第1ないし第3ダイクロイックフィルタが次の条件式を満足するように設置されていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクションシステム。
    Figure 2004302468
  4. 前記スクローリングユニットは、前記少なくとも一つのレンズセルが螺旋形に配列されてなることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクションシステム。
  5. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がwである空間フィルタを備え、前記空間フィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであり、αが比例定数であり、前記第1ないし第3カラーバーの幅が同じであるとき、前記空間フィルタと第1ないし第3ダイクロイックフィルタとが次の条件式を満足するように設置されていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクションシステム。
    Figure 2004302468
  6. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がtであるトリムフィルタをさらに備え、前記空間フィルタとトリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、前記空間フィルタを用いて第1及び第2カラーバーの幅が下記条件式に従うように調節され、前記トリムフィルタによって第3カラーバーの幅が調節されるように構成されていることを特徴とする請求項5に記載のプロジェクションシステム。
    Figure 2004302468
  7. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がt及びtである第1及び第2トリムフィルタをさらに備え、前記空間フィルタ、第1及び第2トリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記条件式に従うように前記空間フィルタを用いて第1カラーバーの幅が調節され、前記第1及び第2トリムフィルタによって第2及び第3カラーバーの幅が調節されるように構成されていることを特徴とする請求項5に記載のプロジェクションシステム。
    Figure 2004302468
  8. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がt、t及びtである第1、第2及び第3トリムフィルタを備え、第1、第2及び第3トリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記条件式に従うように前記第1、第2及び第3トリムフィルタを用いて第1、第2及び第3カラーバーの幅が各々調節されるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクションシステム。
    Figure 2004302468
  9. 前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に第1及び第2フライアイレンズアレイが設けられていることを特徴とする請求項1ないし8のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
  10. 前記スクローリングユニット前にスクローリングユニットに入射される光の幅を狭めるための第1シリンダーレンズと、前記スクローリングユニットの後にスクローリングユニットを通過した光を平行光にするための第2シリンダーレンズとが設けられていることを特徴とする請求項1ないし8のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
  11. 前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に第1及び第2フライアイレンズアレイが設けられていることを特徴とする請求項10に記載のプロジェクションシステム。
  12. 前記第2フライアイレンズアレイとライトバルブ間の光路上にリレーレンズが設けられていることを特徴とする請求項11に記載のプロジェクションシステム。
  13. 前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に前記光源から出射された光を一偏光方向を有する光に変換させる偏光変換器が配置されていることを特徴とする請求項1ないし8のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
  14. 前記ライトバルブがLCDまたはLCOSであることを特徴とする請求項1ないし8のうち何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
  15. ライトバルブに形成される複数のカラーバーに対する画像信号処理の立上がり時間及び立下がり時間を確保してカラー画像を形成する方法において、
    スリットを有する少なくとも一つのフィルタを設置する段階と、
    スクローリングユニットの回転運動を光が通過する領域にあるレンズアレイの直線運動に転換させることによって入射光をスクローリングさせる段階と、
    入射光を波長によって選択的に透過及び反射させる複数のダイクロイックフィルタを備えたカラー分離器を利用して前記光源から出射された光をカラー別に分離する段階と、
    前記カラー分離器及びスクローリングユニットを経由した光をカラー別にライトバルブに各々他の領域に結ばせて複数のカラーバーを形成する段階と、
    前記複数のダイクロイックフィルタ間の距離を調節するか、または前記スリット幅を調節して前記複数のカラーバー間にブラックバーを形成する段階と、を備えていることを特徴とするカラー画像形成方法。
  16. 隣接したカラーバー間の距離が隣接したカラーバーの幅の平均より長いことを特徴とする請求項15に記載のカラー画像形成方法。
  17. 前記複数のダイクロイックフィルタは、相互平行に配置された第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタを備え、前記複数のカラーバーが各々g、g、gの幅を有する第1ないし第3カラーバーを備え、前記第1及び第2ダイクロイックフィルタ間の距離がa、第2及び第3ダイクロイックフィルタ間の距離がbであるとき、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタを次の条件式を満足するように設置して前記第1、第2及び第3カラーバー間にブラックバーを形成することを特徴とする請求項15に記載のカラー画像形成方法。
    Figure 2004302468
  18. 前記スクローリングユニットは、前記少なくとも一つのレンズセルが螺旋形に配列されたことを特徴とする請求項15に記載のカラー画像形成方法。
  19. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がwである空間フィルタを備え、前記空間フィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであり、αが比例定数であり、前記第1ないし第3カラーバーの幅が同じであるとき、前記空間フィルタと第1ないし第3ダイクロイックフィルタとを次の条件式を満足するように設置することを特徴とする請求項15に記載のカラー画像形成方法。
    Figure 2004302468
  20. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がtであるトリムフィルタをさらに備え、前記空間フィルタとトリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記の条件式によって前記空間フィルタによって第1及び第2カラーバーの幅を調節し、前記トリムフィルタによって第3カラーバーの幅を調節することを特徴とする請求項19に記載のカラー画像形成方法。
    Figure 2004302468
  21. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がt及びtである第1及び第2トリムフィルタをさらに備え、前記空間フィルタ、第1及び第2トリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記の条件式によって前記空間フィルタによって第1カラーバーの幅を調節し、前記第1及び第2トリムフィルタによって第2及び第3カラーバーの幅を調節することを特徴とする請求項19に記載のカラー画像形成方法。
    Figure 2004302468
  22. 前記少なくとも一つのフィルタが、スリット幅がt、t及びtである第1、第2及び第3トリムフィルタを備え、、第1、第2及び第3トリムフィルタの焦点距離がf、前記スクローリングユニットの焦点距離がfであるとき、下記の条件式によって前記第1、第2及び第3トリムフィルタによって第1、第2及び第3カラーバーの幅を各々調節することを特徴とする請求項15に記載のカラー画像形成方法。
    Figure 2004302468
  23. 前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に第1及び第2フライアイレンズアレイを設けることを特徴とする請求項15ないし22のうち何れか一項に記載のカラー画像形成方法。
  24. 前記スクローリングユニットの前に第1シリンダーレンズを設けてスクローリングユニットに入射される光の幅を狭める段階と、前記スクローリングユニットの後に第2シリンダーレンズを設けてスクローリングユニットを通過した光を平行光にする段階とを備えていることを特徴とする請求項15ないし22のうち何れか一項に記載のカラー画像形成方法。
  25. 前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に第1及び第2フライアイレンズアレイを設けることを特徴とする請求項24に記載のカラー画像形成方法。
  26. 前記第2フライアイレンズアレイとライトバルブ間の光路上にリレーレンズが設けることを特徴とする請求項25に記載のカラー画像形成方法。
  27. 前記カラー分離器とライトバルブ間の光路上に、前記光源から出射された光を一偏光方向を有する光に変換させる偏光変換器を配置することを特徴とする請求項15ないし22のうち何れか一項に記載のカラー画像形成方法。
  28. 前記ライトバルブをLCDまたはLCOSとすることを特徴とする請求項15ないし22のうち何れか一項に記載のカラー画像形成方法。

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