JP2005043884A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像の明るさ、または色の鮮明度を選択的に向上させることのできる色分離装置を用いたプロジェクターを提供すること。
【解決手段】 本発明によるプロジェクターは、光を発生するランプと、夫々一定の領域を有する白色を含む多数個の色フィルターからなる第１装置、及び前記第１モードの一方に夫々一定の領域を有する白色を除いた多数個の色フィルターからなる第２装置を有し、前記装置のうち何れかを介して光をフィルタリングするフィルタリング部と、前記フィルタリング部によって分離された光を集束し、出射するロッドレンズと、前記出射した光に基づいて電気的な信号で画像を表示するＤＭＤ（Digital Micromirror Device）とからなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像投影装置に関し、特に、映像の明るさ、または色の鮮明度を選択的に高められる画像投影装置に関する。

最近、プロジェクターと呼ばれる画像投射装置が広く普及されるにつれて、多様な種類の製品が開発、販売されている。かかる画像投射装置は、明るさを強調する形態や、小型／軽量化を強調する形態などの開発が進められている。
通常、画像投射装置の光学系は、光源としてランプ、前記ランプから発生した光を集束する照明部、前記集束した光を画像で実現するための画像表示素子、前記画像表示素子に表示された画像をスクリーンに拡大して投射する投射部で構成されている。

前記ランプとしては、現在、高圧水銀ランプが多く使用されており、画像表示素子としては、液晶表示素子（ＬＣＤ）と、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などが主に使用されている。
このような画像投射装置は、光学系に使用される画像表示素子の数によって単板式、２板式、３板式に区分されえる。

最近、小型化、軽量化、及び低価格化の傾向により、１枚の画像表示素子を使用する単板式光学系が多く使用されている。
前記単板式画像投射装置には、前記画像表示素子に赤、緑、青のカラーフィルターを装着する方式、外部から赤、緑、青の光を分離して同時に画像表示素子に照明する方式、及び外部で赤、緑、青の光を時間差をおいて順次に画像表示素子に照明する方式がある。

このうち、前記外部で赤、緑、青の光を時間差をおいて順次に分離して照明する方式の場合、画像表示素子の応答速度は、３板式より少なくとも３倍以上であることが要求されるが、現在これを満足させる画像表示素子としてＤＭＤがある。
前記画像表示素子に分離された光を照明するために色分離装置が形成される。画面の明るさが重要視されるプレゼンテーション用としては、４分割方式のカラーホイール（カラー回転板）が有利であるが、ビデオ映像物のように多様なカラーが重要視される場合には、かえって３分割方式のカラーホイールを使用するほうが有利である。カラードラムの場合も同様である。

このように、現在の単板式ＤＭＤプロジェクターの場合、明るさ或いはカラー画質のどちらを主とする製品かによって、明るさまたはカラー再現性のうち何れかを強調するカラー分離装置を選択しなければならないという問題点がある。
しかし、最近、マルチメディア時代のプロジェクター使用環境においては、このような二つの性能が共に要求されており、現在の単板式プロジェクターではその要求に沿いにくい。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、画像の明るさ、または色の鮮明度を選択的に向上させる色分離装置を用いた画像表示装置を提供することにその目的がある。

上記目的を達成するため、本発明による画像投射装置（プロジェクター）は、光を発生するランプと、夫々一定の領域を有する白色を含む多数個の色フィルターからなる第１装置、及び前記第１モードの一方に夫々一定の領域を有する白色を除いた多数個の色フィルターからなる第２装置を有し、前記装置のうち何れかを介して光をフィルタリングするフィルタリング部と、前記フィルタリング部によって分離された光を集束し、出射するロッドレンズと、前記出射した光に基づいて電気的な信号で画像を表示するＤＭＤとを備えることを特徴とする。

前記第１，２装置は、カラーホイール（カラー回転板）またはカラードラムであることを特徴とする。
前記フィルタリング部の第１，２装置のうち何れかを決定する制御部をさらに含んでいることを特徴とする。
前記フィルタリング部での第１，２装置間の選択は、前記制御部の制御信号に従って前記フィルタリング部が左右または上下に移動することで決定されることを特徴とする。

本発明による画像投影機（プロジェクター）は、光を発生するランプと、白色を含む多数個のカラーフィルターからなる第１フィルタリング部と、白色を含む多数個のカラーフィルターからなり、そのうち何れかのフィルター領域が、前記第１フィルタリング部に配列された何れかのフィルター領域とオーバーラップする第２フィルタリング部と、前記第１，２フィルタリング部によって分離された光を集束し、出射するロッドレンズと、前記出射した光に基づいて電気的な信号で画像を表示するＤＭＤとを備えることを特徴とする。

前記第２フィルタリング部の白色フィルター領域は、前記第１フィルタリング部の白色フィルターの領域より小さいことを特徴とする。
前記第２フィルタイリング部の白色フィルターの領域は、前記ランプから発生した光が集束するスポットサイズ程度の大きさであることを特徴とする。
ユーザーが映像の色の明るさを強調したい場合には、前記第２フィルタリング部の白色フィルター領域が光路上に位置することを特徴とする。

ユーザーが映像の色鮮明度を強調したい場合には、前記第１フィルタリング部の白色フィルター領域が光路上に位置することを特徴とする。
前記第１，２フィルタリング部は、前記ランプと前記ロッドレンズとの間に順次に位置することを特徴とする。
前記第１フィルタリング部は、前記ランプと前記ロッドレンズとの間に位置し、前記第２フィルタリング部は、前記ロッドレンズの後方に位置することを特徴とする。

前記第１，２フィルタリング部はカラーホイールであることを特徴とする。

本発明による画像投影装置によれば次のような効果が得られる。
第一に、時分割色分離素子を複数個のモードで実現することで、ユーザーは映像の明るさまたは色相の鮮明度を一つの画像投影装置で選択的に強調して視聴可能である。
第二に、複数個のカラーモードを歪曲なしにユーザーの好みに従って選択できる。

以下、本発明による画像投射装置の好ましい実施形態について、添付の図面を参照にして詳細に説明する。
図１の（ａ）は、本発明の第１実施形態によるカラーホイールを備えたプロジェクターの光学系を示す図面である。
図１の（ａ）に示すように、前記画像投影装置（プロジェクター）は、ランプ１０１、カラーホイール（カラー回転板）１０２、ロッドレンズ１０３、第１照明レンズグループ１０４、第２照明レンズ１０５、ＤＭＤ１０６、内部全反射プリズム（TIR Prism; Total Internal Reflection Prism）１０７、投射レンズ１０８で構成される。

前記光源のランプ１０１から発生した光は、楕円形反射鏡によって前記ロッドレンズ１０３の入射面に集束する。ここで、前記ランプ１０１とロッドレンズ１０３との間には、前記光を順次に赤、緑、青の光に分離するためのカラーホイール１０２が位置する。
勿論、色再現範囲を広げるために、赤、緑、青領域の外に黄色のフィルター領域、或いは他の色のフィルター領域を追加することも可能である。このことは、光学的原理において本発明の技術的な面に関する追加的な説明なしにも理解され得るものであり、以下で別途の説明は省略する。

前記カラーフール１０２が前記ランプ１０１と、ロッドレンズ１０３との間においてロッドレンズ１０３側に存在する理由は、前記ランプ１０１から出た光の断面積がちょうどロッドレンズ１０３の入射面付近で最小となるからである。このように前記光の断面積が最小となる部分に前記カラーホイール１０２を設置することで、前記カラーホイールの大きさを最小化しえる。

図１の（ｂ）は、本発明の第１実施形態によるプロジェクターのカラーホイールの構成を示す図面である。
図１の（ｂ）に示すように、前記カラーホイール１０２は、カラーフィルターが二重に配置されている。即ち、前記カラーホイール１０２は、内部と外部とに分けられ、内部は夫々赤、緑、青、白色のフィルターが配置された４分割領域に構成され、外部は赤、緑、青色のフィルターが配置された３分割領域に構成される。ここで、前記内部と外部との構成は互いに入れ換わっても構わない。何故なら、前記カラーフールの内部と外部に当たる第１，２モードは、別途の制御部によって任意に選択されえるからである。

前記フィルターは、マスキング方法を通じた２色性コーティング（dichroic coating）によって製作される。
一方、前記カラーホイール１０２は、光軸に垂直な方向への機械的な移動によって互いに異なるカラーモードを選択的に有する。即ち、ユーザーの選択により、例えば、プレゼンテーション時のように、映像の明るさが強調される必要がある場合は４分割カラーモードに、一般的なビデオ映像物を視聴する場合のようにカラーの鮮明度が強調される必要がある場合には、３分割カラーモードに転換される。

ここで、前記カラーホイールの垂直移動は、前記制御部のマイクロプロセッサーによって制御されえる。
次に、前記カラーホイールによってフィルタリングされた光は前記ロッドレンズ１０３に入射される。前記ロッドレンズは直六面体の形態を有し、内部への入射光を全反射して出射する。この際、前記ロッドレンズに入射する光のロッドレンズ入射面に対する明るさの均一度が落ちても、内部で全反射されることで出射面での明るさが均一となる。前記明るさの均一度は、前記ロッドレンズの長さ、または媒質の種類によって変わる。

前記ロッドレンズ１０３は基本的に二つの形態が可能である。一つは、内部が空いており、かつ内部境界面がミラーになっていて、ミラー反射をする構成であり、他の一つは、高屈折率を有するガラスになっていて、内部全反射をする構成である。
このようにロッドレンズ１０３を介して均質な輝度分布を有する光は、多数の第１照明レンズグループ１０４と、第２照明レンズ１０５を介して前記ＤＭＤ１０６に入射された後、内部全反射プリズム１０７に入射する。

前記内部全反射プリズム１０７は、二つのプリズムが微細な空気間隙をおいて接合されている。入射光は、一番目のプリズムの境界面で内部全反射された後、前記ＤＭＤ１０６に入射する。
前記ＤＭＤ面の上部には各画素に対応するマイクロミラー（図示せず）が形成され、夫々のマイクロミラーは、外部の電気的な信号に従って±θのチルトモードを有する。現在、θは、１０度または１２度で常用化されている。

前記ＤＭＤ１０６は、ホワイト(White)信号時、前記マイクロミラーのチルトによって前記光を入射角と異なる角度で反射させる。すると、前記反射光は、前記内部全反射プリズム１０７で内部全反射されず、投射レンズ１０８側に透過される。前記透過された光は投射レンズ１０８を介してスクリーン（図示せず）に拡大、結像する。
図２の(ａ）は、本発明の第２実施形態によるカラードラムを備えたプロジェクターの光学系を示す図面である。

図２の(ａ）に示すように、前記プロジェクターは、ランプ２０１、カラードラム２０２、ロッドレンズ２０３、第１照明レンズグループ２０４、第２照明レンズ２０５、ＤＭＤ素子２０６、内部全反射プリズム２０７、投射レンズ２０８で構成される。
前記カラードラムを除いた構成と動作は図１(ａ）と同一であるので、以下では前記カラードラムの特性について説明する。

図２の(ｂ）は、本発明の第２実施形態によるカラードラムの構成を示す図面である。
図２の(ｂ）に示すように、前記カラーホイール２０２は、カラードラム面が縦方向に区分されている。その外側は赤、緑、青色フィルターの３分割領域に構成され、内側は赤、緑、青、白色フィルターの４分割領域に構成される。ここで、前記カラーホイールの場合と同様に、前記内側と外側との構成は互いに入れ換わっても構わない。

前記カラードラム２０２は、前記図１(ａ）のカラーホイールの場合と異なり、光軸と平行方向への機械的な移動が可能なように構成される。
何故なら、前記カラードラムは、前記カラーホイールと異なり、第１モードと第２モードとが立体的に連結されているので、前記光軸に平行した方向に移動してこそユーザーの所望するモードが選択されえるからである。ここで、前記カラードラムの移動は、別途の制御部のマイクロプロセッサーによって制御される。

図３の(ａ），(ｂ）は、本発明の第３実施形態によるプロジェクターの第１，２カラーホイールを示す図面で、図３の(ｃ）は、本発明の第３実施形態による前記第１，２カラーホイールを備えたプロジェクターの光学系を示す図面である。
前記第１カラーホイール３０２は、図３の(ａ）に示すように、赤、緑、青、白色のフィルターが４つの領域に適正に（略均一な大きさで）配置されることで構成される。

前記第２カラーホイール３０３は、図３の(ｂ)に示すように、赤、緑、青色フィルターは互いに適正な大きさ（略均一な大きさ）の領域に配列され、白色フィルター領域は、前記三つのフィルターの各領域より小さく構成される。好ましくは、前記白色フィルター領域は、前記ランプから発生した光が集束しえる程度の大きさ、つまりスポットサイズになるように最小化する。

以下、このように構成された第１，２カラーホイールを適用したプロジェクターの光学系を図３の(ｃ)を参照にして説明する。
図３の(ｃ）に示すように、光源のランプ３０１と、ロッドレンズ３０４との間の光路上に前記第１，２カラーホイール３０２，３０３をランプ３０１側から順次に配置する。この際、前記第２カラーホイール３０３に配置された何れかのフィルター領域が前記第１カラーホイール３０２に配置された何れかのフィルター領域と互いにオーバーラップするように配置する。

そして、前記第１，２カラーホイール３０２，３０３は、ユーザーによって選択的に作動する。即ち、前記第１カラーホイール３０２が作動すると前記第２カラーホイール３０３は停止し、前記第２カラーホイール３０３が作動すると前記第１カラーホイール３０２は停止する。
具体的に説明すると、前記第１カラーホイール３０２の作動時は、前記第２カラーホイール３０３の白色フィルター領域が光路の有効面積内に固定され、前記第２カラーフィルター３０３の作動時には前記第１カラーホイール３０２の白色フィルター領域が光路の有効面積内に固定される。ここで、光路の有効面積とは、前記ランプから発生した光が前記カラーホイールを通過する時、前記光が通過するカラーホイールの断面積をいう。

まず、ユーザーが前記プロジェクターの映像の明るさを重要視する場合には、前記第２カラーホイール３０３の白色フィルター領域が光路上に位置するようにする。それから、前記第１カラーホイール３０２を回転させる。すると、相対的に白色フィルター領域が大きい第１カラーホイール３０２によって明るさが強調された映像が得られる。
反面、ユーザーが前記プロジェクター色相の鮮明度を重要視する場合には、前記第１カラーホイール３０２の白色フィルター領域が光路上に位置するようにする。それから、前記第２カラーホイール３０３を回転させることで、カラーの鮮明度が強調された映像が得られる。

一方、第１，２カラーホイール３０２，３０３は、図示したように、ランプ３０１とロッドレンズ３０４との間にランプ３０１側から順次に位置する。また、第１カラーホイール６０１は、前記ランプ３０１と、前記ロッドレンズ３０４との間に位置し、第２カラーホイール３０３は、前記ロッドレンズ３０４と、前記第１照明レンズグループ３０５との間に位置するようにすることもできる。

このように本発明の第３実施形態によるプロジェクターでは、別途の制御部によって前記第１，２カラーホイールを機械的に移動させる必要はない。但し、各々のカラーホイールのモーター駆動を制御することでユーザーが所望する映像を実現できる。
以上で説明した内容を通して当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能なことが分かるだろう。したがって、本発明の技術的範囲は実施形態に記載された内容に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。

（ａ）は、本発明の第１実施形態によるプロジェクターの光学系を示す図面である。（ｂ）は、本発明の第１実施形態によるプロジェクターのカラーホイールの構成を示す図面である。 (ａ）は、本発明の第２実施形態によるプロジェクターの光学系を示す図面である。(ｂ）は、本発明の第２実施形態によるカラードラムの構成を示す図面である。 （ａ），(ｂ）は、本発明の第３実施形態によるプロジェクターの第１，２カラーホイールを示す図面である。（ｃ）は、本発明の第３実施形態によるプロジェクターの光学系を示す図面である。

符号の説明

１０１，２０１，３０１…ランプ
１０２，３０２，３０３…カラーホイール
１０３，２０３，３０４…ロッドレンズ
１０４，２０４，３０５…第１照明レンズグループ
１０５，２０５，３０６…第２照明レンズ
１０６，２０６，３０７…ＤＭＤ
１０７，２０７，３０８…ＴＩＲプリズム
１０８，２０８，３０９…投射レンズ

Claims (12)

1. 光を発生するランプと、
   夫々一定の領域を有する白色を含む多数個の色フィルターからなる第１装置、及び前記第１モードの一方に夫々一定の領域を有する白色を除いた多数個の色フィルターからなる第２装置を有し、前記装置のうち何れかを介して光をフィルタリングするフィルタリング部と、
   前記フィルタリング部によって分離された光を集束し、出射するロッドレンズと、
   前記出射した光に基づいて電気的な信号で画像を表示するＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と、
   を備えることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記第１，２装置は、カラーホイールまたはカラードラムであることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
3. 前記フィルタリング部の第１，２装置のうち何れかを決定する制御部をさらに含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の画像投影装置。
4. 前記フィルタリング部での第１，２装置間の選択は、前記制御部の制御信号に従って前記フィルタリング部が左右または上下に移動することで決定されることを特徴とする請求項３記載の画像投影装置。
5. 光を発生するランプと、
   白色を含む多数個のカラーフィルターからなる第１フィルタリング部と、
   白色を含む多数個のカラーフィルターからなり、そのうち何れかのフィルター領域が、前記第１フィルタリング部に配列された何れかのフィルター領域とオーバーラップする第２フィルタリング部と、
   前記第１，２フィルタリング部によって分離された光を集束し、出射するロッドレンズと、
   前記出射した光に基づいて電気的な信号で画像を表示するＤＭＤと、
   を備えることを特徴とする画像投影装置。
6. 前記第２フィルタリング部の白色フィルター領域は、前記第１フィルタリング部の白色フィルターの領域より小さいことを特徴とする請求項５記載の画像投影装置。
7. 前記第２フィルタイリング部の白色フィルターの領域は、前記ランプから発生した光が集束するスポットサイズ程度の大きさであることを特徴とする請求項６記載の画像投影装置。
8. ユーザーが映像の色の明るさを強調したい場合には、前記第２フィルタリング部の白色フィルター領域が光路上に位置することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の画像投影装置。
9. ユーザーが映像の色鮮明度を強調したい場合には、前記第１フィルタリング部の白色フィルター領域が光路上に位置することを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の画像投影装置。
10. 前記第１，２フィルタリング部は、前記ランプと前記ロッドレンズとの間に前記ランプ側から順次に位置することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の画像投影装置。
11. 前記第１フィルタリング部は、前記ランプと前記ロッドレンズとの間に位置し、前記第２フィルタリング部は、前記ロッドレンズの光出力側に位置することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の画像投影装置。
12. 前記第１，２フィルタリング部はカラーホイールであることを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の画像投影装置。

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