JP2004310035A

JP2004310035A - カラー照明装置及びこれを採用した画像投射装置

Info

Publication number: JP2004310035A
Application number: JP2003394705A
Authority: JP
Inventors: Sung-Ha Kim; 成河金; Kun-Ho Cho; 虔晧趙; Dae-Sik Kim; 大式金; Hee-Joong Lee; 義重李
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2004-11-04
Also published as: DE60304273T2; CN100397142C; EP1424857B1; CN1503026A; DE60304273D1; US6961192B2; US20040105077A1; EP1424857A1; KR20040046265A

Abstract

【課題】高い光効率を有するカラー光を照明すると共に光学系を小型化できるカラー照明装置及びこれを採用した画像投射装置を提供する。
【解決手段】光源と、入射光を所定波長領域により分離する色分離手段と、色分離手段により分離された光を集束させる第１集束レンズと、所定波長領域により分離された光それぞれの進路を変えて相異なる領域に対してカラー帯をなすと共にカラー帯を周期的にスクロールさせるべく入射光をスクロールするスクロール手段とを含むことを特徴とするカラー照明装置である。さらに、前記のカラー照明装置と、入射光を再集束させる第２集束レンズと、スクロール手段を経た光を均一光とする光均一手段と、光均一手段を介して入射された光から画像を生成する画像生成手段と、画像生成手段で生成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする画像投射装置である。
【選択図】図９

Description

本発明は、光源から照射された白色光を色分離してカラー光を照明できるカラー照明装置及びこれを採用した画像投射装置に係り、詳細には、高い光効率を有するカラー光を照明すると共に光学系を小型化できるカラー照明装置及びこれを採用した画像投射装置に関する。

一般的に、画像投射装置は、液晶表示素子やマイクロミラーディスプレイ装置のようなマイクロディスプレイで生成された画像を光源を利用してスクリーンに投影することにより画像を提供する装置である。

この画像投射装置は、採用されたマイクロディスプレイの枚数により、１パネル方式と３パネル方式とに区分される。３パネル方式の画像投射装置は、分離された赤色、青色、緑色の光路それぞれに配される３枚のディスプレイを利用する方式であり、１パネル方式に比べて光効率は良いが、光学的構成が複雑であって製作コストが高いという短所がある。

一方、一般的な１パネル方式の画像投射装置は、カラーホイールを採用して入射された白色光を周期的に赤色、青色、緑色に変える構造であり、その構成が簡単であるという利点はあるが、カラーホイールを採用することにより３パネル方式に比べて２／３の光量損失が発生して光効率が低いという短所がある。このような１パネル方式を利用しつつも前記の光効率低下問題を考慮した従来の画像投射装置が開示されている。

図１に示すように、開示された従来の１パネル方式の画像投射装置は、光源１１から無偏光の白色光を生成／照射する。この照射された白色光は、入射光を混合して均一光とするフライアイレンズアレイ１３を通過しつつ、均一な光になって偏光変換器１５に向かう。前記偏光変換器１５は、前記光源１１から照射された無偏光の白色光を一偏光方向の光を有する白色光になるように偏光方向を変える。この偏光変換器１５を透過した白色光は、第１及び第２ダイクロイックミラー１７，１９で赤色、青色、緑色の光に分岐される。すなわち、第１ダイクロイックミラー１７は、入射された白色光のうち青色波長の光を反射させてあとの光は透過させる。そして、透過された光は、第２ダイクロイックミラー１９で緑色光と赤色光とに分岐される。

このように分岐された各カラーの光路には、入射光を周期的にスクロールさせる第１ないし第３スキャニングプリズム２１，２３，２５が配される。この第１ないし第３スキャニングプリズム２１，２３，２５それぞれは、四角柱状のプリズムを有し、駆動源（図示せず）により回転駆動される。回転駆動により光路上での光軸とプリズムの側壁とがなす角度が変わりつつ、このプリズムを透過した光の進路が周期的に変わる。

ここで、前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１，２３，２５の光路上での回転駆動時、前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１，２３，２５それぞれを透過した光がディスプレイ素子３３の有効画像領域を三分して照射するように各プリズムの初期角度が設定されている。従って、前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１，２３，２５の駆動状態により、図２に示すように、ディスプレイ素子３３の有効画像領域に分岐されたカラーの光が（Ｂ（青色）、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色））⇒（Ｇ、Ｂ、Ｒ）⇒（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の順序を反復しつつ結像される。

前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１，２３，２５を経た光は、第３及び第４ダイクロイックミラー２７，２９で合成される。ここで、前記第１ダイクロイックミラー１７と第３ダイクロイックミラー２７との間、及び前記第２ダイクロイックミラー１９と第４ダイクロイックミラー２９との間それぞれには、反射ミラー１８，２０が配されて光路を変える。

前記第４ダイクロイックミラー２９を経たスクロールされた光は、入射光をその偏光方向により透過または反射させる偏光ビームスプリッタ３１に入射される。この偏光ビームスプリッタ３１で反射された光は、図２に示すように周期的にスクロールされつつ前記ディスプレイ素子３３に入射される。前記ディスプレイ素子３３は、入射された光から画像を生成する。ここで、画像の生成は、画素単位で出射光の偏光方向を異ならせることにより生成され、入射光の偏光方向に対して偏光方向が変わった光だけ前記偏光ビームスプリッタ３１を透過して投射レンズユニット３５に向かう。投射レンズユニット３５は、入射された画像をスクリーン５０に拡大投射させる。

一方、前記の画像投射装置は、光源１１から照射された光が前記ディスプレイ素子３３まで伝えられるように光路上に複数のリレイレンズ４１，…，４８を含む。

このように構成された従来の画像投射装置は、カラー画像を具現するために１枚のディスプレイ素子を採用するにもかかわらず、光学的構成が非常に複雑であるという短所がある。また、３枚のスキャニングプリズムそれぞれを独立に回転させつつスクロールするので、ディスプレイ素子の駆動と同期させ難いという問題点がある。

本発明は、前記のような問題点を勘案して案出されたものであり、光学的構成が単純ながらもスクロールされるカラー光を照明できるカラー照明装置を提供するところにその目的がある。

また、本発明は、光学的構成が単純ながらも、スクロール時にディスプレイ素子の駆動と容易に同期させられる構造の１パネル方式の画像投射装置を提供するところに他の目的がある。

前記した目的を達成するための本発明によるカラー照明装置は、光を生成投射する光源と、入射光を所定波長領域により分離し、この分離された光を相異なる角度に進める色分離手段と、前記色分離手段により分離された光を集束させる第１集束レンズと、前記第１集束レンズにより集束される所定波長領域により分離された光それぞれの進路を変えて相異なる領域にカラー帯を形成すると共に前記カラー帯を周期的にスクロールさせるべく入射光をスクロールするスクロール手段とを含むことを特徴とする。

ここで、スクロール手段は、同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズが隣接して配され、各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第１シリンドリカルアレイレンズと、この第１シリンドリカルアレイレンズを透過した光をスクロールさせるべく前記第１シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第１駆動源とを含むことを特徴とする。そして、スクロール手段は、第１シリンドリカルアレイに対して離隔配置され、同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズが隣接配置されて各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第２シリンドリカルアレイレンズと、この第２シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第２駆動源とをさらに含むことを特徴とする。

また、前記スクロール手段は、光路上に回転自在に配され、円筒状の外周部に隣接して設けられた互いに同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズを備えた旋回型シリンダアレイレンズと、前記旋回型シリンダアレイレンズを回転駆動させる駆動源とを含むことを特徴とする。

前記他の目的を達成するための本発明による画像投射装置は、光を生成する光源と、入射光を所定波長領域により分離し、この分離された光を相異なる角度に進める色分離手段と、前記色分離手段により分離された光を集束させる第１集束レンズと、前記第１集束レンズにより集束される所定波長領域により分離された光それぞれの進路を変えて相異なる領域にカラー帯を形成すると共に前記カラー帯を周期的にスクロールさせるべく入射光をスクロールするスクロール手段と、入射光を再集束させる第２集束レンズと、前記スクロール手段を経た光を均一光とする光均一手段と、前記光均一手段を介して入射された光から画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段で生成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。

ここで、前記スクロール手段は、同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズが隣接して配され、各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第１シリンドリカルアレイレンズと、前記第１シリンドリカルアレイレンズを透過した光をスクロールさせるべく、前記第１シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第１駆動源とを含むことを特徴とする。そしてスクロール手段は、第１シリンドリカルアレイに対して離隔配置され、同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズが隣接配置されて各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第２シリンドリカルアレイレンズと、この第２シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第２駆動源とをさらに含むことを特徴とする。

本発明によるカラー照明装置は、スクロール手段を整え、このスクロール手段を介してカラー光を照明することにより、光学的構成を単純化でき、光損失の少ないスクロールされる光を照明できる。
また、前記のように構成された画像投射装置は、スクロール時にディスプレイ素子の駆動と容易に同期させることができるという利点がある。そして、１パネル方式を採択することにより光学的構成を単純化でき、第１及び第２シリンドリカルアレイレンズまたは旋回型シリンドリカルアレイレンズを採用して入射光をスクロールさせることにより、光効率を高められるという利点がある。

以下、添付された図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。

図３を参照すれば、本発明の一実施形態によるカラー照明装置は、光源６０と、この光源６０から照射された光を所定波長領域により分離する色分離手段７０と、この色分離手段７０で分離された光を集束させる第１集束レンズ８１と、所定波長領域により分離された光それぞれの進路を変えてカラー帯を形成すると共に、前記カラー帯を周期的にスクロールさせるべく入射光をスクロールするスクロール手段９０とを含む。

前記光源６０は、白色光を生成照射し、光を生成するランプ６１と、このランプ６１から出射された光を反射させその進路を案内する反射鏡６３とを含む。前記反射鏡６３は、前記ランプ６１の位置を一焦点とし、光が集束される地点を他の焦点とする楕円鏡より構成されるか、前記ランプ６１の位置を一焦点とし、このランプ６１から出射されて前記反射鏡６３で反射された光を平行光とする放物鏡より構成できる。図３では、反射鏡６３として放物鏡を採用したものを例として示した。

前記色分離手段７０は、入射光を所定波長領域により分離し、この分離された光を相異なる角度に進める。このために、前記色分離手段７０は、それぞれ特定波長領域の光は反射させ、入射された平行光Ｌを第１，２及び第３色光Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３に分岐させる第１，２及び第３ダイクロイックミラー７１，７３，７５を含む。分岐された第１ないし第３色光Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３は、これらのそれぞれの光軸が相異なる角度で前記第１集束レンズ８１の方向に進む。

前記第１ダイクロイックミラー７１は、反射光の進行方向に入射光軸に対してθ_１だけ傾斜するように配され、入射光のうち第１色光Ｌ_１、例えばＢは反射させてあとの光は透過させる。前記第２ダイクロイックミラー７３は反射光の進行方向に入射光軸に対してθ_２だけ傾斜するように前記第１ダイクロイックミラー７１の背面に配され、入射光のうち第２色光Ｌ_２、例えばＲは反射させて残りは透過させる。そして、第３ダイクロイックミラー７５は、反射光の進行方向に入射光軸に対してθ_３だけ傾斜するように前記第２ダイクロイックミラー７３の背面に配され、入射光のうち第３色光Ｌ_３、例えばＧを反射させる。ここで、前記第３ダイクロイックミラー７５は、入射光をいずれも反射させる全反射ミラーに代替されもよい。

一方、前記第１ないし第３ダイクロイックミラー７１，７３，７５で反射された第１ないし第３色光Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３それぞれの光軸が前記第１集束レンズ８１方向に順次集まるように前記θ_１，θ_２，θ_３それぞれは鈍角をなし、数式１を満足することが望ましい。

〔数１〕
θ_１＞θ_２＞θ_３

前記の色分離手段７０において、前記第１ないし第３ダイクロイックミラー７１，７３，７５は、他の色光に対して反射特性を有するように配されても関係ない。また、前記第１ないし第３ダイクロイックミラー７１，７３，７５自体の製造工程は、光応用分野で広く知られているのでその詳細な説明は省略する。

前記第１集束レンズ８１は、前記第１ないし第３ダイクロイックミラー７１，７３，７５で分離された光を集束させる。このために、前記第１集束レンズ８１は、入射光のうちいずれか一方向の光だけを集束させるシリンドリカルレンズであることが望ましい。このような形状は、図１０の図面符号８１に示されたシリンドリカルレンズの形状と実質的に同一である。

また、前記第１集束レンズ８１は、前記のように入射光のうち、いずれか一方向の光だけ集束させるべく平板上に所定の回折パターンを有する回折光学素子より構成されることも可能である。回折パターンにより入射光を収束または発散できるレンズ自体の構造及び製造工程は広く知られているので、その詳細な説明は省略する。

前記スクロール手段９０は、第１シリンドリカルアレイレンズ９１と第１駆動源１００とを含んで構成される。第１シリンドリカルアレイレンズ９１は、互いに隣接して配された同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズ９１ａより構成される。ここで、シリンドリカルレンズ９１ａは、入射された光を個別に収束または発散させ、図面では入射光を発散させる構造の凹型シリンドリカルレンズ９１ａを例として示した。一方、前記シリンドリカルレンズ９１ａは、平板上に回折パターンを形成して構成されることもある。

また、前記スクロール手段９０は、前記第１シリンドリカルアレイレンズ９１を透過した光が進路上に設けられ、前記第１シリンドリカルアレイレンズ９１と共に入射光をスクロールさせる第２シリンドリカルアレイレンズ９３及びこれを駆動する第２駆動源１００’をさらに含むことが望ましい。前記第２シリンドリカルアレイレンズ９３は、前記第１シリンドリカルアレイレンズ９１と同様に、互いに隣接して配された同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズ９３ａより構成される。ここで、シリンドリカルレンズ９３ａは、入射された光を個別に収束または発散させる。このシリンドリカルレンズ９３ａは、幾何学的に凹型のシリンドリカルレンズ９３ａ以外に、平板上に回折パターンを形成することにより、入射光を収束または発散させるべく構成することも可能である。

前記第１及び第２駆動源１００，１００’は、第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３それぞれを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動する駆動力を提供する。

図４及び図５を参照すれば、第１及び第２駆動源１００，１００’それぞれは、シリンドリカルアレイレンズ９１，９３を図面上の双方向矢印方向に往復駆動するためのものであり、磁路を形成するための内外ヨークが一体に形成されたヨーク部材１０１と、このヨーク部材１０１の外側ヨーク内に設けられたマグネット１０３と、前記マグネット１０３に対向すべく前記シリンドリカルアレイレンズ９１，９３から延長形成されたボビン９２に巻かれたコイル部材１０５を含んで構成される。ここで、前記マグネット１０３の磁力線方向及び前記コイル部材１０５の巻線方向は、コイル部材１０５とマグネット１０３間の電磁力による力の方向が図面上の双方向矢印方向になるように決定される。

前記第１及び第２駆動源１００，１００’は、前記第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３それぞれを独立に稼動させることにより、この第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３を透過した光がカラー帯をなすと共に、このカラー帯をスクロールさせる。従って、後述する画像生成手段１３０の位置に形成されるカラー帯は、画像生成手段１３０の有効領域を３等分し、等分された各部分に第１，２及び第３波長領域の光Ｒ，Ｇ，Ｂを交互に入射させる。例えば、３等分のうち上部分から下部分に分岐されたカラーの光が（Ｇ、Ｒ、Ｂ）⇒（Ｒ、Ｂ、Ｇ）⇒（Ｂ、Ｇ、Ｒ）の順序を反復しつつ結像される。一方、前記第１及び第２駆動源１００，１００’は、前述のボイスコイルモータ構造以外に圧電原理により駆動されるピエゾ駆動器で構成できることはもちろんである。

また、本発明の実施形態によるカラー照明装置は、前記スクロール手段９０を経た光の焦点位置及び均一度を考慮し、第２集束レンズ８３、光均一手段１１０及び光を所定位置まで所定サイズを保持したままで伝達するリレイレンズ１２０をさらに備えることが望ましい。

前記第２集束レンズ８３は、前記スクロール手段９０を経た光を再集束させ、入射光のうちいずれか一方向の光だけ集束させるシリンドリカルレンズであることが望ましい。また、前記第２集束レンズ８３は、前記のように入射光のうちいずれか一方向の光だけ集束させるべく平板上に所定回折パターンを有する回折光学素子より構成されることも可能である。

前記光均一手段１１０は、前記第２集束レンズ８３と前記リレイレンズ１２０間の光路上に配され、スクロール手段９０を経た光を均一光とする。このために、前記光均一手段１１０は、入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部１１１ａが形成された第１フライアイレンズ１１１と、この第１フライアイレンズ１１１に隣接して配され、入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部１１３ａが形成された第２フライアイレンズ１１３とを含む。

一方、前記光均一手段１１０は、前記の第１及び第２フライアイレンズ１１１，１１３に限定されず、グラスロッドなどの他の光学手段で具現することも可能である。前記リレイレンズ１２０は、前記光均一手段１１０を経た光を所定位置、例えば画像生成手段１３０位置まで伝達する機能を果たす。

前記のように、構成された本発明の一実施形態によるカラー照明装置の動作を図３及び図６ないし図８を参照して説明する。

図６は、第１及び第２駆動源１００，１００’の駆動により第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３の一配置位置を示したものであり、このような光学的配置を有する場合、前記色分離手段７０で分離されて入射された各波長のカラー光は、第１集束レンズ８１により集束される。この集束された光は、前記第１シリンドリカルアレイレンズ９１によりさまざまな分岐のビームに分けられる。この分けられたビームは、再び第２シリンドリカルアレイレンズ９３、第２集束レンズ８３、光均一手段１１０及びリレイレンズ１２０を経由して分離された所定位置にカラー帯を形成する。この時、形成されるカラー帯は、符号１３０ａで示すように、上から下にＧ、Ｒ及びＢの順序で配される。このように、カラー別に分離されるのは、前記色分離手段７０でカラー別に分離された光が相異なる角度で入射され、これを前記の光学要素により相異なる経路に伝達することにより可能である。

ここで、前記第１及び第２集束レンズ８１，８３と第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３とによる全体焦点距離は、前記第１集束レンズ８１に平行光が入射された場合、前記第２集束レンズ８３から出射された光が前記第１フライアイレンズ１１１に焦点が結像されるように設定されていることが望ましい。このように、焦点距離の設定は、前記の光学要素の屈折力を選択することにより決定され、それ自体はよく知られているので詳細な説明は省略する。

図７は、第１及び第２駆動源１００，１００’の駆動により第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３の他の配置位置を示したものである。すなわち、図６に対応させてみる時、第１シリンドリカルアレイレンズ９１は上側に配され、第２シリンドリカルアレイレンズ９３は下方に配される。このように第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３が配される場合に形成されるカラー帯は、符号１３０ｂで示すように、上から下にＲ、Ｂ及び緑色Ｇの順序で配される。

図８は、第１及び第２駆動源１００，１００’の駆動により第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ８１，８３のさらに他の配置位置を示したものである。すなわち、図６及び図７に対応させてみる時、第１シリンドリカルアレイレンズ９１は、さらに上側に配され、第２シリンドリカルアレイレンズ９３は、さらに下方に配される。このように、第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３が配される場合に形成されるカラー帯は、符号１３０ｃで示すように、上から下にＢ、Ｇ及びＲの順序で配される。

従って、前記第１及び第２駆動源１００，１００’を駆動して図６ないし図８に示すように第１及び第２シリンドリカルアレイレンズ９１，９３の配置を変えることにより、符号１３０ａないし１３０ｃで示したカラー帯が規則的に反復される。

また、図３を参照すれば本発明の一実施形態による画像投射装置は、カラー照明装置と、光均一手段１１０を介して入射された光から画像を生成する画像生成手段１３０と、前記画像生成手段１３０で生成された画像をスクリーン１５０に拡大投射させる投射レンズユニット１４０とを含んで構成される。

ここで、前記カラー照明装置は、光を生成投射する光源６０と、入射光を所定波長領域により分離する色分離手段７０と、第１及び第２集束レンズ８１，８３と、スクロール手段９０及び光均一手段１１０を含んで構成される。このカラー照明装置をなす各構成要素の構造、配置及び機能は、図３ないし図８を参照し、説明された本発明の一実施形態によるカラー照明装置と実質的に同一なので、その詳細な説明は省略する。

前記画像生成手段１３０は、前記カラー帯が結像される部分に設けられ、この画像生成手段１３０の有効画像領域には、３等分されてカラー帯を形成するＲ、Ｂ及びＧがスクロールされつつ入射される。

前記画像生成手段１３０は、図示されるように、透過型液晶表示素子より構成することができる。この場合、透過型液晶表示素子は、ライトバルブとしての役割を果たし、各画素単位で選択的に入射光を透過または遮断させることにより画像を生成する。

また前記画像生成手段１３０としては、反射型液晶表示素子または各画素単位で入射光の反射経路を異にするマイクロミラーディバイスを備えられる。この場合、光路上には、画像生成手段１３０で生成された画像を前記スクリーン１５０方向に向けるビームスプリッタ（図示せず）などの光学要素をさらに備えることができる。前記画像生成手段１３０自体の構成及び機能は、よく知られているので、その詳細な説明は省略する。

前記投射レンズユニット１４０は、前記画像生成手段１３０とスクリーン１５０間に配され、前記投射レンズユニット１４０側から入射される光が前記スクリーン１５０に向かうように拡大投射させる。

図９を参照すれば、本発明の他の実施形態によるカラー照明装置は、光源６０と、色分離手段７０と、第１集束レンズ８１及びスクロール手段１９０を含んで構成される。ここで、前記光源６０、色分離手段７０、第１集束レンズ８１は、第一実施形態によるカラー照明装置の同一符号を使用して表現された構成要素とそれぞれ実質的に構成及び機能が同一なので、その詳細な説明は省略する。

本実施形態は、前記スクロール手段１９０の構成を変更したところにその特徴がある。図９及び図１０を参照すれば、本実施形態によるスクロール手段１９０は、光路上に回転自在に配された旋回型シリンダアレイレンズ１９５と、この旋回型シリンダアレイレンズ１９５を回転駆動させる駆動源２００とを含む。

前記旋回型シリンダアレイレンズ１９５は、円筒状の構造を有し、その外周部に隣接して設けられた互いに同じ屈折力を有する複数のシリンドリカルレンズ１９５ａを備える。前記シリンドリカルレンズ１９５ａは、入射された光を個別に収束または発散させる。このシリンドリカルレンズ１９５ａは、幾何学的に凹型のシリンドリカルレンズ１９５ａ以外に、平板上に回折パターンを形成することにより入射光を収束または発散できるように構成することも可能である。

前記駆動源２００は、モータなどの一般的な回転駆動装置より構成され、その構成自体は広く知られているので詳細な説明は省略する。

このように、旋回型シリンドリカルアレイレンズ１９５をスクロール手段１９０として採用することにより、本発明の第一実施形態に開示されたスクロール手段とは異なり、分離形成されるカラー帯を連続的にスクロールさせられるという利点がある。

また、本実施形態によるカラー照明装置は、第２集束レンズ１８３と、光均一手段１１０及びリレイレンズ１２０をさらに備えることが望ましい。

このとき、前記第２集束レンズ１８３を図１０に示すように構成できる。すなわち、第２集束レンズ１８３は、複数のシリンドリカルレンズ１９５ａの一部に対向するように配され、基本的には第１集束レンズ８１のように切断された円筒構造を有する。

また、前記第２集束レンズ１８３は、対向するシリンドリカルレンズ１９５ａのうち外側に位置するシリンドリカルレンズに対向する第１領域１８３ａと、内側に位置するシリンドリカルレンズに対向する第２領域１８３ｂとを互いに曲率を異にした構成を有することができる。このように曲率を違えることにより、第１領域１８３ａを透過した光と、第２領域１８３ｂを透過した光とが同一平面に焦点を結ぶことができる。

前記光均一手段１１０は、前記第２集束レンズ１８３と前記リレイレンズ１２０間の光路上に配され、その光学的構成は、第一実施形態によるカラー照明装置の光均一手段と実質的に同じ構成を有し、同じ機能を果たすのでその詳細な説明を省略する。

図１１を参照すれば、本発明のさらに他の実施形態によるカラー照明装置は、光源６０と、色分離手段７０と、第１集束レンズ８１、スクロール手段１９０、第２集束レンズ２８３と、光均一手段１１０及び、リレイレンズ１２０とを含んで構成される。

ここで、前記光源６０、色分離手段７０、第１集束レンズ８１、スクロール手段１９０は、図９を参照して説明された他の実施形態によるカラー照明装置の同一符号を使用して表現された構成要素とそれぞれ実質的に構成及び機能が同一なのでその詳細な説明は省略する。

本実施形態は、前記第２集束レンズ２８３の光学的配置を変えたところに特徴がある。すなわち、前記第２集束レンズ２８３は、光均一手段１１０をなす第１フライアイレンズ１１１と第２フライアイレンズ１１３間に配したところに特徴がある。

また、本発明の他の実施形態による画像投射装置は、カラー照明装置と、光均一手段１１０を介して入射された光から画像を生成する画像生成手段１３０と、前記画像生成手段１３０で生成された画像をスクリーン１５０に拡大投射させる投射レンズユニット１４０とを含んで構成される。本実施形態による画像投射装置は、前記カラー照明装置を構成するにあたり、図９に示すようにスクロール手段１９０として旋回型シリンダアレイレンズ１９５が採用された点において第一実施形態と区別される。あとの光学要素は、前述の一実施形態による画像投射装置と実質的に同一なのでその詳細な説明は省略する。このように旋回型シリンドリカルアレイレンズ１９０と、これを駆動する駆動源を採用して、カラー帯をスクロールさせることにより、前記画像生成手段１３０の駆動と容易に同期を合わせられる。

本発明のカラー照明装置及びこれを採用した画像投射装置は、例えば１パネルのディスプレイ素子を利用してカラー画像を具現するプロジェクションテレビジョンなどに適用可能である。

従来のカラー照明装置を採用した１パネル方式の画像投射装置の光学的配置を示した概略的な図である。図１のスキャニングプリズムの駆動による分岐されたカラーの変動位置を示した図である。本発明の一実施形態によるカラー照明装置及びこれを採用した画像投射装置の光学的配置を示した概略的な図である。図３のスクロール手段として採用されたシリンドリカルレンズアレイレンズ及び駆動源を示した斜視図である。図４の断面図である。図３に示された本発明の実施形態によるカラー照明装置の動作を説明するための概略的な図である。図３に示された本発明の実施形態によるカラー照明装置の動作を説明するための概略的な図である。図３に示された本発明の実施形態によるカラー照明装置の動作を説明するための概略的な図である。本発明の他の実施形態によるカラー照明装置の光学的配置を示した概略的な図である。図９の要部を抜粋して示した概略的な斜視図である。本発明のさらに他の実施形態によるカラー照明装置の光学的配置を示した概略的な図である。

符号の説明

６０光源
６１ランプ
６３反射鏡
７０色分離手段
７１，７３，７５第１，２及び３ダイクロイックミラー
８１第１接続レンズ
８３，１８３第２接続レンズ
９０，１９０スクロール手段
９１，９３第１及び２シリンドリカルアレイレンズ
９１ａ，９３ａ，１９５ａ凹型シリンドリカルレンズ
１００，１００’ 第１及び２駆動源
１１０光均一手段
１１１，１１３第１及び２フライアイレンズ
１１１ａ，１１３ａ凸部
１２０リレイレンズ
１３０画像生成手段
１４０投射レンズユニット
１５０スクリーン
１９５旋回型シリンドリカルアレイレンズ
Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３第１，２及び３色光

Claims

光を生成投射する光源と、
入射光を所定波長領域により分離し、この分離された光を相異なる角度に進める色分離手段と、
前記色分離手段により分離された光を集束させる第１集束レンズと、
前記第１集束レンズにより集束される所定波長領域により分離された光それぞれの進路を変えて相異なる領域に対してカラー帯をなすと共に、前記カラー帯を周期的にスクロールさせるべく入射光をスクロールするスクロール手段とを含むことを特徴とするカラー照明装置。
前記スクロール手段を経た光を再集束させる第２集束レンズと、
前記スクロール手段を経た光を均一光とする光均一手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のカラー照明装置。
前記光均一手段を経た光を所定位置まで伝達するリレイレンズをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のカラー照明装置。
前記第２集束レンズは、
入射光のうちいずれか一方向の光だけ集束させるシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項２または３に記載のカラー照明装置。
前記第２集束レンズは、
入射光のうちいずれか一方向の光だけ集束さすべく所定回折パターンを有する回折光学素子であることを特徴とする請求項２または３に記載のカラー照明装置。
前記光均一手段は、
入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部が形成された第１フライアイレンズと、
前記第１フライアイレンズに隣接して配され、入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部が形成された第２フライアイレンズとを含むことを特徴とする請求項２ないし５のうちいずれか１項に記載のカラー照明装置。
前記色分離手段は、
入射光軸に対して傾斜するように配され、入射光のうち第１色光は反射させ、あとの光は透過させる第１ダイクロイックミラーと、
入射光軸に対して傾斜するように前記第１ダイクロイックミラーの背面に配され、前記第１ダイクロイックミラーを透過して入射された光のうち第２色光は反射させ、残りは透過させる第２ダイクロイックミラーと、
入射光軸に対して傾斜するように前記第２ダイクロイックミラーの背面に配され、入射光のうち第３色光を反射させる第３ダイクロイックミラーとを含むことを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載のカラー照明装置。
前記第１ないし第３ダイクロイックミラーは、入射光軸に対して相異なる角度で傾斜するように配され、前記第１集束レンズに相異なる角度で入射させることを特徴とする請求項７に記載のカラー照明装置。
前記第１集束レンズは、
前記入射光軸に対する前記第１ダイクロイックミラーの傾斜角は、前記第２ダイクロイックミラーの傾斜角より小さく、
前記第２ダイクロイックミラーの傾斜角は、前記第３ダイクロイックミラーの傾斜角より小さいことを特徴とする請求項８に記載のカラー照明装置。
前記第１集束レンズは、
入射光のうちいずれか一方向の光だけ集束さすべく所定回折パターンを有する回折光学素子であることを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載のカラー照明装置。
前記スクロール手段は、
複数のシリンドリカルレンズが隣接して配され、各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第１シリンドリカルアレイレンズと、
前記第１シリンドリカルアレイレンズを透過した光をスクロールさせるべく、前記第１シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第１駆動源とを含むことを特徴とする請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載のカラー照明装置。
前記スクロール手段は、
前記第１シリンドリカルアレイレンズに対して離隔配置され、複数のシリンドリカルレンズが隣接配置され、各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第２シリンドリカルアレイレンズと、
前記第２シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第２駆動源とをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のカラー照明装置。
前記第１及び第２シリンドリカルアレイレンズは、回折パターンにより前記シリンドリカルレンズを具現させる回折光学素子であることを特徴とする請求項１２に記載のカラー照明装置。
前記スクロール手段は、
光路上に回転自在に配され、円筒状の外周部に隣接して設けられた複数のシリンドリカルレンズを備えた旋回型シリンダアレイレンズと、
前記旋回型シリンダアレイレンズを回転駆動させる駆動源とを含むことを特徴とする請求項１ないし１０のうちいずれか１項に記載のカラー照明装置。
前記旋回型シリンダアレイレンズは、
回折パターンにより前記シリンドリカルレンズを具現させる回折光学素子であることを特徴とする請求項１４に記載のカラー照明装置。
光を生成投射する光源と、
入射光を所定波長領域により分離し、この分離された光を相異なる角度に進める色分離手段と、
前記色分離手段により分離された光を集束させる第１集束レンズと、
前記第１集束レンズにより集束される所定波長領域により分離された光それぞれの進路を変えて相異なる領域に対してカラー帯をなすと共に前記カラー帯を周期的にスクロールさせるべく入射光をスクロールするスクロール手段と、
前記スクロール手段を経た光を再集束させる第２集束レンズと、
前記スクロール手段を経た光を均一光とする光均一手段と、
前記光均一手段を介して入射された光から画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段で生成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする画像投射装置。
前記色分離手段は、
入射光軸に対して傾斜するように配され、入射光のうち第１色光は反射させ、あとの光は透過させる第１ダイクロイックミラーと、
入射光軸に対して傾斜するように前記第１ダイクロイックミラーの背面に配され、前記第１ダイクロイックミラーを透過して入射された光のうち第２色光は反射させ、残りは透過させる第２ダイクロイックミラーと、
入射光軸に対して傾斜するように前記第２ダイクロイックミラーの背面に配され、入射光のうち第３色光を反射させる第３ダイクロイックミラーとを含むことを特徴とする請求項１６に記載の画像投射装置。
前記第１ないし第３ダイクロイックミラーは、入射光軸に対して相異なる角度で傾斜するように配され、前記第１集束レンズに相異なる角度で入射させることを特徴とする請求項１７に記載の画像投射装置。
前記第１及び第２集束レンズそれぞれは、
入射光のうちいずれか一方向の光だけ集束させるシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１６ないし１８のうちいずれか１項に記載の画像投射装置。
前記入射光軸に対する前記第１ダイクロイックミラーの傾斜角は、前記第２ダイクロイックミラーの傾斜角より小さく、
前記第２ダイクロイックミラーの傾斜角は、前記第３ダイクロイックミラーの傾斜角より小さいことを特徴とする請求項１９に記載のカラー照明装置。
前記スクロール手段は、
複数のシリンドリカルレンズが隣接して配され、各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第１シリンドリカルアレイレンズと、
前記第１シリンドリカルアレイレンズを透過した光をスクロールさせるべく、前記第１シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第１駆動源とを含むことを特徴とする請求項１６ないし２０のうちいずれか１項に記載の画像投射装置。
前記スクロール手段は、
前記第１シリンドリカルアレイレンズに対して離隔配置され、複数のシリンドリカルレンズが隣接配置され、各シリンドリカルレンズに入射された光を独立的に収束または発散させる第２シリンドリカルアレイレンズと、
前記第２シリンドリカルアレイレンズを入射光軸に対して垂直方向に往復駆動させるべく駆動力を提供する第２駆動源とをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の画像投射装置。
前記第１及び第２シリンドリカルアレイレンズは、回折パターンにより前記シリンドリカルレンズを具現させる回折光学素子であることを特徴とする請求項２２に記載の画像投射装置。
前記スクロール手段は、
光路上に回転自在に配され、円筒状の外周部に隣接して設けられた複数のシリンドリカルレンズを備えた旋回型シリンダアレイレンズと、
前記旋回型シリンダアレイレンズを回転駆動させる駆動源とを含むことを特徴とする請求項１６ないし２０のうちいずれか１項に記載の画像投射装置。
前記旋回型シリンダアレイレンズは、
回折パターンにより前記シリンドリカルレンズを具現させる回折光学素子であることを特徴とする請求項２４に記載の画像投射装置。
前記光均一手段を経た光を所定位置まで伝達するリレイレンズをさらに含むことを特徴とする請求項１６ないし２５のうちいずれか１項に記載の画像投射装置。
前記光均一手段は、
入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部が形成された第１フライアイレンズと、
前記第１フライアイレンズに隣接して配され、入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部が形成された第２フライアイレンズとを含むことを特徴とする請求項１６ないし２５のうちいずれか１項に記載の画像投射装置。