JP2004347861A

JP2004347861A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2004347861A
Application number: JP2003144866A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Noda; 正明野田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】プロジェクタの色再現範囲を拡大する。
【解決手段】本発明のカラー画像を投写するプロジェクタは、光源から射出された光を波長ごとに分光する分光器と、分光された波長ごとの光の結像面において、前記波長ごとの光が分布する第１の方向に沿って並ぶ複数の光変調セルを有するセル列が、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って複数配列された光変調装置と、前記セル列に含まれる前記複数の光変調セルから射出され、前記第１の方向に沿って分布する波長の異なった光を、前記セル列ごとに複合する複合器と、前記複合器から射出され、前記第２の方向に沿って並ぶ前記セル列ごとの複合光を投写面上で結像するための投写レンズと、前記セル列ごとの複合光の前記投写面上における結像位置を、前記セル列ごとの複合光の像の並び方向に対して直交する方向に沿って変化させる光路偏向器と、を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、広い色範囲で色再現が可能なプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器あるいは映像機器のディスプレイとして、拡大表示可能なプロジェクタが普及しつつある。
【０００３】
プロジェクタは、液晶パネルなどの光変調装置を用いて、表示する画像情報（画像信号）に応じて照明光を変調し、変調された照明光（以下、「変調光」とよぶ。）をスクリーン上で結像させることにより、画像を投写表示する。また、カラー画像の表示は、通常、白色の照明光をＲＧＢ３色の照明光に分離し、分離されたＲＧＢそれぞれの色の照明光（以下、単に「色照明光」とも呼ぶ。）を１枚または３枚の光変調装置を用いて変調し、変調されたＲＧＢの各色成分の画像を表す変調光（以下、「色変調光」とも呼ぶ。）を加法混色することによって実現している。
【０００４】
上述のように、従来のプロジェクタでは、ＲＧＢそれぞれの色変調光を加法混色することによってカラー表示を実現しているため、色再現が可能な範囲（以下、「色再現範囲」と呼ぶ。）は、ＲＧＢそれぞれの色照明光の色度によって決定される。
【０００５】
図５は、ＲＧＢ加法混色による色再現範囲の例を示すｘｙ色度図である。図５中のＲ，Ｇ，Ｂの３つの点は、加法混色に利用される３色の光の色度座標を示している。馬蹄形状の閉曲線は人間が知覚することができる単色光（スペクトル）の軌跡を示しており、閉曲線の内側は人間が知覚することができる色の範囲を示している。
【０００６】
Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光を加法混色する場合、色度座標上の３つの点Ｒ，Ｇ，Ｂがなす三角形の内側の色を再現することが可能となる。図５（ａ）からも明らかなように、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の光を加法混色する場合の色再現範囲は、人間の知覚可能な色の範囲よりも小さくなる。
【０００７】
色再現範囲を広くする方法として、例えば、下記の特許文献１では、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に、図５（ｂ）中にＹで示す黄色（イエロー）を加えた４色の光を加法混色する技術が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２０９０４７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、４色の光を加法混色する従来の技術においても、色再現範囲は、利用する４色の光の色度座標で囲まれた範囲内に限定される。このため、現実の表示対象の分光特性に対応した色を再現するにはまだ不十分であり、色再現範囲のいっそうの拡大が望まれている。
【００１０】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、色再現範囲の拡大を可能とする技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明のカラー画像を投写するプロジェクタは、
光源から射出された光を波長ごとに分光する分光器と、
分光された波長ごとの光の結像面において、前記波長ごとの光が分布する第１の方向に沿って並ぶ複数の光変調セルを有するセル列が、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って複数配列された光変調装置と、
前記セル列に含まれる前記複数の光変調セルから射出され、前記第１の方向に沿って分布する波長の異なった光を、前記セル列ごとに複合する複合器と、
前記複合器から射出され、前記第２の方向に沿って並ぶ前記セル列ごとの複合光を投写面上で結像するための投写レンズと、
前記セル列ごとの複合光の前記投写面上における結像位置を、前記セル列ごとの複合光の像の並び方向に対して直交する方向に沿って変化させる光路偏向器と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
そして、上記プロジェクタにおいて、
表示させるべき対象カラー画像の水平方向に沿った任意の１行を表示する場合に、前記光変調装置を、前記対象カラー画像の水平方向の各画素に前記各セル列を対応させて、前記各セル列から射出される光の前記第１の方向に沿った分光分布が、前記対象カラー画像のそれぞれ対応する画素の色の分光分布と等しくなるように制御し、前記光路偏向器を、前記セル列ごとの複合光の前記投写面上における結像位置が、前記投写面上における前記対象カラー画像の前記任意の１行に対応する位置となるように制御すれば、対象カラー画像の各画素の色を、その色の分光分布と等しくなるように制御された複合光によって再現することができる。これにより、従来のような加法混色による場合に比べて広い色範囲で色再現が可能である。
【００１３】
なお、分光器は回折格子あるいはプリズムにより容易に構成することができる。また、複合器は、その構成を容易にするために、分光器と同じ特性を有する回折格子あるいはプリズムにより構成することが好ましい。光路偏向器は、例えば、反射ミラーや、プリズム等を用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
Ａ．プロジェクタの構成および動作概要：
図１は、本発明の一実施例としてのプロジェクタの概略構成を示す説明図である。このプロジェクタ１０は、光学系として、システム光軸Ｌａｘに沿って順に配置された、照明装置１００と、反射型の第１の回折格子２００と、第１のシリンドリカルレンズ３００と、透過型の液晶パネル４００と、第２のシリンドリカルレンズ５００と、反射型の第２の回折格子６００と、投写レンズ７００と、反射角可変ミラー８００と、を備えている。また、このプロジェクタ１０は、プロジェクタの動作、特に液晶パネル４００の動作と反射角可変ミラー８００の動作とを制御する制御回路９００を備えている。なお、液晶パネル４００の偏光板は図示していない。
【００１５】
なお、以下では、原則として、互いに垂直なｘ、ｙ、ｚ軸のうち、システム光軸Ｌａｘに沿って光の進行方向に向かう軸をｚ軸とし、図１の紙面に平行な面内でｚ軸に直交する軸をｙ軸とする。図１の紙面に直交する面内でｚ軸におよびｙ軸に直交する軸をｘ軸とする。
【００１６】
照明装置１００は、光源１１０と、集光レンズ１２０と、ピンホール１３０と、コリメータレンズ１４０とを備えており、平行光を射出する機能を有している。
【００１７】
光源１１０から射出された光は、集光レンズ１２０によってピンホール板１３０のピンホール１３２に向けて集光される。ピンホール１３２を通過した光は、コリメータレンズ１４０によって平行光とされて、第１の回折格子２００に入射する。
【００１８】
なお、光源１１０としては、所望の色再現領域内で連続的なエネルギ分布を有するものが好ましく、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等が用いられる。
【００１９】
第１の回折格子２００は、その表面に多数の溝が等間隔に刻線された光学素子である。照明装置１００から射出された平行光は、第１の回折格子２００で反射されるが、光の波長によって反射角が異なる回折光を発生する。本例では、第１の回折格子２００の溝は、システム光軸Ｌａｘに直交し、かつ、紙面に直交する方向、すなわち、ｘ方向に沿って刻線されており、溝の配列方向、すなわち、ｙ方向に沿って異なった波長の光が分布する。なお、以下では、異なった波長の光が分布する方向を「波長分布方向」とも呼ぶ。
【００２０】
第１の回折格子２００によって分光された波長ごとの光のそれぞれは、第１のシリンドリカルレンズ３００によって波長分布方向にのみ集光されて、液晶パネル４００の光照射面４１０で結像するように照射される。図２は、液晶パネル４００の光照射面４１０を照射する光を示す説明図である。液晶パネル４００は、矩形状の光照射面４１０の一方向が波長分布方向（ｙ方向）に一致するように配置されている。従って、液晶パネル４００の光照射面４１０を照明する光は、図２に示すように、ｙ方向に沿って波長分布された光となる。本例では、可視領域の最も短波長側（紫：λｍｉｎ＝３８０ｎｍ）から最も長波長側（赤：λｍａｘ＝７８０ｎｍ）までの波長領域の光がｙ方向に沿って分布して照射されている。
【００２１】
図３は、液晶パネル４００の光照射面４１０について示す説明図である。光照射面４１０には、液晶セル４１２がｘ方向に沿ってｍ列（ｍは、２以上の整数である。）で、ｙ方向に沿ってｎ行（ｎは、２以上の整数である。）のマトリクス状に配列されている。列数ｍは、後述するように、表示可能な水平方向の画素数に対応しており、行数ｎは、以下で示すように、制御可能な光の波長領域の分解能（単位波長領域）に対応している。
【００２２】
ここで、光照射面４１０に照射される光のｙ方向に沿って分布する波長領域をλｍｉｎ（＝３８０ｎｍ）〜λｍａｘ（＝７８０ｎｍ）であるとすると、各行のセル列には、下式（１）で表される単位波長領域λｓｔｅｐごとの波長領域を有する光が入射することになる。例えば、最も短波長側（図の下側）から数えてｊ行目目（ｊは、１〜ｎの整数である。）のセル列に入射する光の波長領域は、下式（２）および（３）に示すλｓ［ｊ］〜λｌ［ｊ］となる。
【００２３】

【００２４】
各液晶セル４１２の光の透過率は、制御回路９００から供給される駆動信号に基づいて、それぞれ独立に制御することが可能である。例えば、ｊ行ｉ列の液晶セル４１２［ｊ，ｉ］の透過率を制御回路９００によって制御することにより、これに入射するλｓ［ｊ］〜λｌ［ｊ］の波長領域の光の透過率を任意に設定することが可能である。従って、ｙ方向に並ぶセル列の行数を多くすれば多くするほど、狭い単位波長領域ごとに光の透過率を制御することが可能である。
【００２５】
液晶パネル４００を通過した単位波長領域λｓｔｅｐごとの光のそれぞれは、図１の第２のシリンドリカルレンズ５００によって、第２の回折格子６００面上に照射され、ｙ方向に沿って分布する波長領域の異なった光を複合する。
【００２６】
第２の回折格子６００は、第１のシリンドリカルレンズ３００および第２のシリンドリカルレンズ５００による光学系において、第１の回折格子２００と共役な関係となるように配置されている。なお、第２の回折格子６００は、第１の回折格子と同じものが利用される。
【００２７】
ｙ方向に複合された光は、第２の回折格子６００で反射され、平行光になる。
【００２８】
ｘ方向に並ぶｍ列の複合光のそれぞれは、投写レンズ７００および反射角可変ミラー８００を介してスクリーンＳＣの水平方向（ｘ方向）に沿った１ライン上で結像するように投写される。なお、反射角可変ミラー８００は、ｘ方向に平行な回動軸を中心として回動可能な平面反射ミラーであり、制御回路９００から供給される走査制御信号に基づいてスクリーンＳＣ上の垂直方向（ｙ方向）の投写位置を変化させることができる。
【００２９】
なお、照明装置１００と、第１の回折格子２００と、第１のシリンドリカルレンズ３００とが、本発明の分光器に相当し、第２のシリンドリカルレンズ５００と、第２の回折格子６００とが、本発明の複合器に相当する。また、液晶パネル４００が本発明の光変調装置に相当し、反射角可変ミラー８００が本発明の光路偏向器に相当する。
【００３０】
Ｂ．表示制御動作：
以下では、上述したプロジェクタ１０でカラー画像を表示するための制御動作について説明する。図４は、液晶パネル４００における光の透過率制御について示す説明図である。表示対象のカラー画像は、図４（ａ）に示すように、水平方向の画素数が液晶パネル４００の液晶セル４１２の列数ｍに等しく、垂直方向の画素数がｐ（ｐは２以上の整数）であるとする。そして、各画素の色情報として、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色情報ではなく、上述した単位波長領域λｓｔｅｐごとの分光分布情報を有しているとする。
【００３１】
例えば、表示対象のカラー画像において、垂直方向の下からｋ行目で水平方向の左からｉ列目の画素Ｐ［ｋ，ｉ］の色が、図４（ｂ）に示すような分布特性を有する色であるとする。この場合、図４（ｃ）に示すように、ｉ列目の液晶セル４１２［１，ｉ］〜４１２［ｎ，ｉ］のそれぞれの光の透過率を、それぞれから射出される波長領域の光の分布が、図４（ｂ）の分布特性と等価となるように制御する。他の列も同様である。なお、図４（ｃ）の液晶セル４１２［１，ｉ］〜４１２［ｎ，ｉ］は、黒点の密度が高い部分ほど光の透過率が低いことを示している。
【００３２】
このように、液晶パネル４００は、各液晶セル４１２の光の透過率を制御することにより、表示対象であるカラー画像のｋ行目に含まれる各画素（ｍ列の画素）それぞれの色を、ｙ方向に沿ってスペクトル分散した光の列の状態で射出することができる。上述したように、液晶パネル４００を通過した光は、対応する液晶セル４１２の列ごとにｙ方向に沿って複合されて、スクリーンＳＣの水平方向の一ライン上で結像するように投写され、表示対象であるカラー画像のｋ行目に含まれるｍ列の画素の画像が投写される。表示対象であるカラー画像の他の行に含まれるｍ列の画素の画像についても同様である。
【００３３】
このとき、表示対象であるカラー画像の各行ごとに液晶パネル４００の光の透過率の制御を実行するとともに、スクリーンＳＣ上の垂直方向（ｙ方向）の投写位置を反射角可変ミラー８００を回動させて、水平方向（ｘ方向）に沿って投写される１ラインの画像を垂直方向（ｙ方向）に走査させることにより、表示対象であるカラー画像をスクリーンＳＣ上に表示させることができる。
【００３４】
なお、液晶パネル４００の光照射面４１０に照射される光の分光強度が、λｍａｘ〜λｍｉｎの範囲にわたって一定であれば、表示対象の各画素の色の分光分布に基づいて、それぞれの液晶セル４１２の光の透過率を決定して制御すればよい。しかしながら、光源の発光分光特性や、回折格子の反射分光強度の特性などにより、実際に照射される光の分光強度分布は一定ではない場合が多いので、このような場合には、あらかじめ、その分光強度分布を測定しておき、その測定値と表示対象の分光情報に基づき、それぞれの液晶セル４１２から射出する光の量が所望の量となるような光の透過率を算出して制御するようにすればよい。また、液晶パネル４００の他に、輝度変化の波長依存性をキャンセルするための液晶パネルを用いることも可能である。
【００３５】
以上、説明したように、本実施例のプロジェクタ１０では、表示対象であるカラー画像の各画素の色を、それぞれの色の分光分布を再現するように制御して表示することができる。これにより、従来のような３原色あるいは４原色の加法混色によって色を再現する場合に比べて、広い色再現領域を実現することが可能である。特に、液晶パネル４００で制御可能な単位波長領域λｓｔｅｐを狭くすればするほど色再現範囲を広くすることが可能である。単位波長領域λｓｔｅｐとしては、制御する波長領域λｍｉｎ〜λｍａｘの範囲の１％以下とすることが好ましい。例えば、上述したように、制御する波長領域の範囲がλｍｉｎ＝３８０ｎｍ〜λｍａｘ＝７８０ｎｍの４００ｎｍであるとすると、単位波長領域λｓｔｅｐは、４ｎｍ以下であることが好ましい。そして、単位波長領域λｓｔｅｐ≦４ｎｍとすると、液晶セル４１２のｙ方向の行数はｎ≧１００行とすることが好ましい。
【００３６】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３７】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例のプロジェクタ１０では、分光器および複合器として反射型の回折格子を用いる場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、分光器および複合器として透過型の回折格子を用いるようにしてもよい。また、分光器および複合器としてプリズムを用いるようにしてもよい。また、複合器としては、分光された光が視覚的効果として実効的に複合されるように、波長分布方向にのみ集光するようなシリンドリカルレンズを利用することも可能である。
【００３８】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例のプロジェクタ１０では、発明の光路偏向器に相当する反射角可変ミラー８００として、回動軸を中心として回動可能に構成された平面反射ミラーが用いられている場合を例に示しているが、これに限定されるものではない。例えば、ポリゴンミラー等の光の反射角を可変とすることができる種々のミラーを用いることができる。また、光路偏向器として、反射ミラーではなく、プリズムを用いるようにしてもよい。
【００３９】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例のプロジェクタ１０は、本発明のプロジェクタを実現するために最低限要求される機能としての構成要素を備える場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、種々の機能を有する構成要素を適宜追加することが可能である。例えば、照明装置１００は、液晶パネルの入射側に通常備えられている偏光板を透過する偏光光を射出するように、インテグレータ光学系を備えるようにしてもよい。また、少なくとも１つの反射ミラーをいずれかの光の経路中に備えて、構成要素の配置位置や向きを適宜変更するようにしてもよい。
【００４０】
Ｃ４．変形例４：
上記実施例のプロジェクタ１０は、光変調装置として透過型の液晶パネル４００を用いた場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、反射型の液晶パネルを用いることも可能である、また、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）（ＴＩ社の商標）を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としてのプロジェクタの概略構成を示す説明図である。
【図２】液晶パネル４００の光照射面４１０を照射する光を示す説明図である。
【図３】液晶パネル４００の光照射面４１０について示す説明図である。
【図４】液晶パネル４００における光の透過率制御について示す説明図である。
【図５】ＲＧＢ加法混色による色再現範囲の例を示すｘｙ色度図である。
【符号の説明】
１０…プロジェクタ
１００…照明装置
１１０…光源
１２０…集光レンズ
１３０…ピンホール板
１３２…ピンホール
１４０…コリメータレンズ
２００…第１の回折格子
３００…第１のシリンドリカルレンズ
４００…液晶パネル
４１０…光照射面
４１２…液晶セル
５００…第２のシリンドリカルレンズ
６００…第２の回折格子
７００…投写レンズ
８００…反射角可変ミラー
９００…制御回路
Ｌａｘ…システム光軸
ＳＣ…スクリーン

Claims

カラー画像を投写するプロジェクタであって、
光源から射出された光を波長ごとに分光する分光器と、
分光された波長ごとの光の結像面において、前記波長ごとの光が分布する第１の方向に沿って並ぶ複数の光変調セルを有するセル列が、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って複数配列された光変調装置と、
前記セル列に含まれる前記複数の光変調セルから射出され、前記第１の方向に沿って分布する波長の異なった光を、前記セル列ごとに複合する複合器と、
前記複合器から射出され、前記第２の方向に沿って並ぶ前記セル列ごとの複合光を投写面上で結像するための投写レンズと、
前記セル列ごとの複合光の前記投写面上における結像位置を、前記セル列ごとの複合光の像の並び方向に対して直交する方向に沿って変化させる光路偏向器と、
を備えることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１記載のプロジェクタであって、
表示させるべき対象カラー画像の水平方向に沿った任意の１行を表示する場合に、
前記光変調装置を、前記対象カラー画像の水平方向の各画素に前記各セル列を対応させて、前記各セル列から射出される光の前記第１の方向に沿った分光分布が、前記対象カラー画像のそれぞれ対応する画素の色の分光分布と等しくなるように制御し、
前記光路偏向器を、前記セル列ごとの複合光の前記投写面上における結像位置が、前記投写面上における前記対象カラー画像の前記任意の１行に対応する位置となるように制御することを特徴とするプロジェクタ。
前記分光器は回折格子により構成される請求項１または請求項２記載のプロジェクタ。
前記複合器は前記分光器と同じ特性を有する回折格子により構成される請求項３記載のプロジェクタ。
前記分光器はプリズムにより構成される請求項１または請求項２記載のプロジェクタ。
前記複合器は前記分光器と同じ特性を有するプリズムにより構成される請求項５記載のプロジェクタ。