JP2005234578A - 照明系及びこれを採用したプロジェクションシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】 カラーホイール無しにカラー画像が具現できる照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供する。
【解決手段】 少なくとも一つの発光素子40と、前記発光素子40から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズ45と、前記フォーカシングレンズ45により集束されたビームが入射する所定角度だけ斜めに形成された入射面48を有する導波路50とを含むことを特徴とする照明系、及び前記照明系と、前記導波路から入射するビームを処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【選択図】 図5
【解決手段】 少なくとも一つの発光素子40と、前記発光素子40から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズ45と、前記フォーカシングレンズ45により集束されたビームが入射する所定角度だけ斜めに形成された入射面48を有する導波路50とを含むことを特徴とする照明系、及び前記照明系と、前記導波路から入射するビームを処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
【選択図】 図5
Description
本発明は照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムに係り、特に、カラーホイールなしにカラー画像を具現できる照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムに関する。
図1を参照すれば、従来のプロジェクションシステムは、光源100と、この光源100から出射したビームを集束せしめる第1のリレイレンズ102と、入射光をR,G,Bの3色ビームに分離するカラーホイール105と、前記カラーホイール105を通ったビームを均一ならしめるフライアイレンズ107と、前記フライアイレンズ107を通ったビームを集束せしめる第2のリレイレンズ110と、前記カラーホイール105を介して順次に入射するR,G,Bの3色によりカラー画像を形成するディスプレー素子112及び前記ディスプレー素子112により形成された画像をスクリーン118に向わせる投射レンズ系115とを含んでなる。
前記光源100としては、キセノンランプ、金属−ハロゲンランプ、UHPランプなどが使われるが、これらのランプは余計な赤外線及び紫外線を多量放出する。これにより多量の熱が生じ、この熱を冷やすための冷却ファンが使われるが、この冷却ファンは騷音発生の原因となる。また、ランプ光源のスペクトル分布を見れば、全波長に亘って広く分布していて狭いカラーガマットを有するためにカラー選択の幅が狭まり、色純度が不良であるだけではなく、寿命が短くランプの安定した使用が限られるといった問題点がある。
一方、従来のプロジェクションシステムでは、カラー画像を具現するために前記カラーホイール105を駆動モーター(図示せず)により高速回転させてR,G,Bを順次前記ディスプレー素子112に照明する方式によりカラー画像を具現する。前記カラーホイール105はR,G,Bの3色フィルタがホイールの全体に亘って等分配置され、1画面が形成される間にカラーホイールが回転し、前記ディスプレー素子112の応答速度に応じて前記カラーホイール105の回転時に1カラーずつ順次使用するために、2/3の光損失が起こる。また、望ましいカラー具現のために、前記カラーホイール105の各カラーの境界部分において所定間隔のギャップが形成されており、この部分でも光損失が起こる。
のみならず、前記カラーホイール105は高速回転するために騷音が生じ、機械的な運動により安定性にとって不利であるだけではなく、駆動モーターの機械的な限界のために一定以上の速度が得難いためにカラーブレーキアップ現象が招かれる。さらに、カラーホイールそのもののコストが極めて高価であり、これは製造コスト高につながる。
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、所定波長の光を照射する発光素子を有する照明系を利用して色純度及びカラーガマットを向上させ、且つ、カラーホイール無しにカラー画像が具現できる照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供するところにその目的がある。
また、少なくとも一本以上の導波路を備え、光ビームを断面積の縮小された状態でこの導波路を介して光損失なしに案内することにより、コンパクト化でき、且つ、光効率が高められた照明系及びこれを採用したプロジェクションシステムを提供するところにその目的がある。
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームの光路を変える少なくとも一つのホログラム光素子と、前記ホログラム光素子を通ったビームを案内する導波路とを含むことを特徴とする。
前記少なくとも一つの発光素子がアレイ構造よりなることを特徴とする。前記発光素子または発光素子アレイは、LED、レーザダイオード、有機EL及びFEDのうち何れか一つよりなることを特徴とする。前記導波路内を進んで出射したビームを一方向に平行ならしめるプリズムアレイをさらに含むことを特徴とする。前記ホログラム光素子は、前記導波路の上部または下部に配されることを特徴とする。
前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを平行ならしめる平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする。前記平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする。前記プリズムアレイを通ったビームの進路を変える光路変換器をさらに備えることを特徴とする。
相異なる波長のビームを照射する複数の発光素子または発光素子アレイが水平方向に一列に配されることを特徴とする。前記光路変換器は、前記プリズムアレイを通ったビームを波長に応じて反射または透過せしめるダイクロイックフィルタであることを特徴とする。前記光路変換器は、前記プリズムアレイを通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることを特徴とする。
前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、所定波長のビームに対して左円偏光を反射させて右円偏光を透過せしめる第1の鏡面と、左円偏光を透過させて右円偏光を反射せしめる第2の鏡面とを有することを特徴とする。前記光路変換器は、XプリズムまたはX型ダイクロイックフィルタであることを特徴とする。前記発光素子または発光素子アレイ、ホログラム光素子、導波路が複数層構造にてさらに配されることを特徴とする。前記プリズムアレイは、前記導波路の出射側の端部に導波路と一体に形成されることを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、相異なる波長の光ビームを照射する発光素子と、前記発光素子から照射されたビームの光路を変える前記発光素子の各々に対応するホログラム光素子と、前記ホログラム光素子を介して入射したビームを同方向に案内する導波路とを含むことを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束するフォーカシングレンズと、前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する、所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路とを含むことを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明に係る照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームの光路を変える少なくとも一つの回折光学素子と、前記回折光学素子を通ったビームを案内する導波路とを含むことを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクションシステムは、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から出射した光ビームの進路を変える少なくとも一つのホログラム光素子と、前記少なくとも一つのホログラム光素子を通ったビームを案内する導波路と、前記導波路から入射する光を入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクションシステムは、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズと、前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路と、前記導波路から入射するビームを入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。
前記プリズムアレイまたは光路変換器から出射したビームの強度を均一ならしめるフライアイレンズと、このフライアイレンズを通ったビームを前記ディスプレー素子側に集束せしめるリレイレンズとをさらに含むことを特徴とする。
前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクションシステムは、相異なる波長の光ビームを照射する発光素子と、前記発光素子から照射されたビームの光路を変える前記発光素子の各々に対応するホログラム光素子等と、前記ホログラム光素子を介して入射したビームを同方向に案内する導波路と、前記導波路から入射するビームを入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とする。
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態について説明する。図2を参照すれば、本発明の第1の実施の形態による照明系は、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子10と、前記少なくとも一つの発光素子10から照射されたビームの経路を変えるホログラム光素子15と、前記ホログラム光素子15を通ったビームを案内する導波路20とを備える。
前記少なくとも一つの発光素子10としては、LED、レーザダイオード(LD)、有機ELまたはFEDなどが使用できる。また、前記の如き複数の発光素子が2次元的に配列されたアレイ構造として使用できる。前記少なくとも一つの発光素子または発光素子アレイ10は相異なる波長のビームを照射するように構成できる。例えば、図4に示されたように、R波長のビームを照射する第1の発光素子10a、G波長のビームを照射する第2の発光素子10b及びB波長のビームを照射する第3の発光素子10cを含むことができる。
また、前記発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cから照射される光ビームを平行ならしめるコリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイなどの平行光形成手段13をさらに備えることができる。そして、前記平行光形成手段13により平行ならしめられたビームを前記導波路20内において全反射可能な所定の角度にて入射せしめるホログラム光素子15が備えられる。前記ホログラム光素子15は、ビームを前記導波路20内に入射する時に所定角度だけ回折させて入射せしめることにより、前記導波路20内におけるビームの断面積を縮小せしめる。すなわち、前記ホログラム光素子15に入射するビームの断面積に比べて前記ホログラム光素子15を通った後に前記導波路20内を進むビームの断面積の方が狭まっているということが分かる。これにより、照明系の全体的な体積を減らせるだけではなく、光損失をも減らせる。
前記ホログラム光素子15は、前記導波路20の上部または下部に設置可能である。但し、前記ホログラム光素子15を通った前記導波路20の一端部から出射したビームが導波路20の下部面から全反射されて上部面に入射する時、前記ホログラム光素子15に戻らないように回折角またはホログラムの長さを調節しなければならない。一方、前記ホログラム光素子15はこれと同じ機能を有する回折光学素子に置き換え可能である。
また、前記導波路20の出射側の端部には導波路20を通って出射した色々な方向のビームを一方向に平行ならしめるプリズムアレイ25が配される。すなわち、前記導波路20内を進むビームは相異なる方向に出射した後、前記プリズムアレイ25により一方向に集束されつつ平行に進む。ここでは、前記プリズムアレイ25が前記導波路20とは別体となっている例を説明したが、これに限定されることなく、前記プリズムアレイを前記導波路20の出射側の端部に一体に形成しても良い。図3Aに示されたように、前記導波路20の出射側の端部に所定角度だけ斜めに形成された傾斜面26をもたせてプリズムアレイと同じ機能を行わせても良い。あるいは、図3B及び図3Cのように、前記導波路20の出射側の端部に少なくとも一つのプリズム面27,28をもたせてプリズムアレイを構成しても良い。以上のように、前記導波路20と一体型のプリズムアレイ26,27,28または別体型のプリズムアレイ25を利用し、前記導波路20を介して色々な方向に進むビームを一方向に平行ならしめて進める。これにより、前記発光素子10から照射されたビームの断面積が前記ホログラム光素子15及び導波路20により縮小されて前記プリズムアレイ25,26,27,28を通る。
さらに、十分な光量を確保するために、前記発光素子または発光素子アレイ10を複数備え、これに対応するホログラム光素子15′及び導波路20′を複数備えても良い。この時、前記導波路20,20′は、隣り合う導波路とは異なる平面に階段状に配されて互いのビームの進路を妨げない。
一方、前記プリズムアレイ25,26,27,28を通ったビームの進路を変える光路変換器30がさらに備えられても良いが、これについての具体的な例は後述する。
本発明の第2の実施の形態による照明系は、図5を参照すれば、前記少なくとも一つの発光素子または発光素子アレイ40と、ビームの進路を案内する導波路50と、前記導波路50の入射側の端部側にビームを集束せしめるフォーカシングレンズ45とを備えてなる。前記発光素子または発光素子アレイ40としては、前述の如く、LED、LD、有機ELまたはFEDなどが使用できる。
前記導波路50の入射側の端部は、前記フォーカシングレンズ45により集束されたビームが反射して前記導波路50の内部を全反射するように、所定角度だけ斜めに形成された傾斜面48を有する。望ましくは、前記傾斜面48は、略45°の角度だけ斜めに形成される。ここで、ビームは前記フォーカシングレンズ45により前記導波路50の入射側の端部の一点に集束するので、前記導波路50を一層薄めることができる。従って、前記導波路50内を進むビームの断面積を一層縮小できる。
また、前記発光素子または発光素子アレイ40は複数備えられて一列に配置できる。ここで、前記複数の発光素子または発光素子アレイの各々に対応するフォーカシングレンズ45,45′,45″が階段状に相異なる平面に配され、前記フォーカシングレンズ45,45′,45″により各々集束されたビームは相異なる平面に配された導波路50,50′,50″を介して各々案内される。これにより、光量が十分に確保できる。前記複数の発光素子または発光素子アレイ40は一列に配するが、相異なる波長のビームを照射する発光素子または発光素子アレイを前記の如き方式により構成しても良い。
前記発光素子または発光素子アレイ40及びフォーカシングレンズ45,45′,45″の間に前記発光素子または発光素子アレイ40から照射されたビームを平行ならしめる第1の平行光形成手段43がさらに備えられても良い。そして、前記導波路50,50′,50″の出射側の端部にも導波路50,50′,50″内を進んで出射したビームを平行ならしめる第2の平行光形成手段55が備えられる。前記第1及び第2の平行光形成手段43,55はコリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであっても良い。これらに、前記第2の平行光形成手段55を通ったビームの進路を変える光路変換器58がさらに備えられても良い。
図6ないし図8は、前記光路変換器30,58の色々な具体例を示すものである。ここで、光路変換器の例は前記第1の実施の形態及び第2の実施の形態に同一に適用可能であるが、前記第1の実施の形態における図面符号を代表的に使用して説明する。
前述の如く、前記発光素子または発光素子アレイ10は各々R,G,B波長のビームを照射する第1,第2及び第3の発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cを含むことができ、図6及び図7に示されたように、水平方向に一列に配置できる。また、十分な光量を確保するために、R,G,B波長のビームを照射する第1ないし第3の発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cを各々複数さらに備えることもできる。複数の発光素子または発光素子アレイを水平方向に平行に配する方法のほかに、上下方向の複数層構造に配しても良い。前記発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cが複数備えられる場合、各々の発光素子または発光素子アレイに対応するホログラム光素子15またはフォーカシングレンズ45、及び導波路20,50がそれに対応して複数備えられるということは言うまでもない。前記複数層構造の場合、前記発光素子10、ホログラム光素子15またはフォーカシングレンズ45、及び導波路20,50などを備えた層が向かい合いつつ対称に配される。このような水平構造または複数層構造は各波長に対応する発光素子または発光素子アレイ別に同じ構造にて繰り返して構成できる。
前記光路変換器30,58は、入射光を選択的に透過または反射せしめることにより相異なる光路に入射した光を同じ光路に向わせる。前記光路変換器30,58は、図6に示されたように、前記第1ないし第3の発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cからの光を各々波長に応じて反射または透過せしめる第1,第2及び第3のダイクロイックフィルタ30a,30b,30cを含むことができる。例えば、前記第1の発光素子または発光素子アレイ10aからR波長のビームが、第2の発光素子または発光素子アレイ10bからG波長のビームが、そして第3の発光素子または発光素子アレイ10cからB波長のビームが照射可能である。
そして、前記第1のダイクロイックフィルタ30aはR波長のビームのみ反射し、残りの波長のG,Bビームは透過させ、前記第2のダイクロイックフィルタ30bはG波長のビームのみ反射し、残りの波長のR,Bビームは透過せしめる。また、前記第3のダイクロイックフィルタ30cは、B波長のビームは反射し、残りの波長のR,Gビームは透過せしめる。従って、前記プリズムアレイ25を通ったビームが前記第1のダイクロイックフィルタ30aに入射すれば、図中のA方向に反射されて行く。また、前記プリズムアレイ25を通ったGビームが前記第2のダイクロイックフィルタ30bに入射すれば、前記第2のダイクロイックフィルタ30bにより反射されて前記第1のダイクロイックフィルタ30aを通って図中のAの方向に直進する。また、前記プリズムアレイ25を通ったBビームが前記第3のダイクロイックフィルタ30cに入射すれば、前記第3のダイクロイックミラー30cにより反射され、前記第2及び第1のダイクロイックフィルタ30b,30aを通って図中のAの方向に直進する。このようにして相異なる経路のR,G,Bの3色ビームを同じ経路に進める。
これとは異なって、前記光路変換器として、図7に示されたように、入射光の偏光方向に応じて選択的に入射光を反射または透過せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタ35を使用できる。前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタ35は、所定波長の光に対し、例えば左円偏光は反射させて右円偏光は透過せしめることにより光路を変えることができ、逆に、左円偏光は透過させて右円偏光は反射せしめることもできる。前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタ35は、R波長のビーム、G波長のビーム、B波長のビームに対して各々円偏光の偏光方向に応じて選択的に透過または反射せしめる第1,第2及び第3のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ35a,35b,35cを含むことができる。
一方、前記第1,第2及び第3のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ35a,35b,35cには各々、左円偏光及び右円偏光をどちらも使用可能にして光効率を高めるために、各々のフィルタに対応する波長に対して左円偏光を反射させて右円偏光を透過せしめる第1の鏡面37と、左円偏光を透過させて右円偏光を反射せしめる第2の鏡面38とが適宜配される。ここで、左円偏光に対しては+、右円偏光に対しては−を付けて表記する。例えば、R+は左円偏光のRビームを、R−は右円偏光のRビームを表わす。
前記発光素子または発光素子アレイ10を通ったR,G,Bビームが各々前記第1,第2及び第3のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ35a,35b,35cに向かう。前記第1,第2及び第3のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ35a,35b,35cは、光が入射する方向から第1の鏡面37及び第2の鏡面38が対角線方向に備えられる。ここで、Rビームの進路について説明する。前記プリズムアレイ25を通ったRビームのうち左円偏光のビームR+が最初に前記第1の鏡面37に出合えば、この第1の鏡面37により反射されてから進路上において第2の鏡面38に出合った時にそのまま透過されて図中のA′の方向に進む。一方、R+のビームが最初に前記第2の鏡面38に出合えば、この第2の鏡面38を透過してから前記第1の鏡面37により反射されて図中のA′の方向に進む。また、前記プリズムアレイ25を通ったRビームのうち右円偏光のビームR−が最初に前記第1の鏡面37に出合えば、この第1の鏡面37を透過し、進路上において第2の鏡面38に出合った時に反射されてA′の方向に進む一方、最初に前記第2の鏡面38に出合えば、この第2の鏡面38により反射されてA′の方向に向かう。
前記の如き作用はGビームの左円偏光G+及び右円偏光G−、Bビームの左円偏光B+及び右円偏光B−に対しても同様に適用され、結局、いずれも同方向(A′)に進められる。前記第1,第2及び第3のコレステリックバンドモジュレーションフィルタ35a,35b,35cは、各々に対応する波長のビームのみを選択的に透過または反射させ、他の波長のビームに対しては偏光方向に関係なくいずれも透過せしめる。このようにして左円偏光及び右円偏光がどちらも有効に使用可能であるので、光効率の面で極めて有利である。
これとは異なって、前記光路変換器は、図8に示されたように、Xプリズム60またはX型ダイクロイックフィルタフィルムを含むことができる。この時、前記第1,第2及び第3の発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cは前記Xプリズム60またはX型ダイクロイックフィルタフィルムを中心として所定角度をもって離隔されて配される。前記Xプリズム60は、R,G,B波長のビームを照射する第1,第2及び第3の発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10c、ホログラム光素子15及び導波路20と対向して位置した第1,第2及び第3の入射面61,62,63と、一つの出射面64とを有する。そして、X字形に交差されて入射光をその波長に応じて選択的に透過または反射せしめることにより光路を変える第3及び第4の鏡面60a,60bを含む。例えば、前記第3の鏡面60aは、Rビームを反射させて他の波長のG,Bビームを透過せしめる一方、前記第4の鏡面60bは、Bビームを反射させて他の波長のR,Gビームを透過せしめる。
前記第1ないし第3の発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cから各々出射されて前記ホログラム光素子15、導波路20及びプリズムアレイ25,26,27,28を通ったR,G,Bの3色ビームは各々前記Xプリズム60の対応する第1ないし第3の入射面61,62,63に入射する。このように相異なる経路に入射したR,G,Bの3色ビームは前記第3及び第4の鏡面60a,60bを透過またはそこから反射されて前記出射面64内を同方向に進む。
前述の実施の形態により、前記発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cを各々に配置でき、その配置に見合うように光路変換器30,35,60を選択して構成できる。また、前記実施の形態における少なくとも一つのホログラム光素子15は同じ機能を有する少なくとも一つの回折光学素子に置き換え可能である。また、前述した第2の実施の形態に対しても前記ダイクロイックフィルタ、コレステリックバンドモジュレーションフィルタ及びXプリズム、X型ダイクロイックフィルタフィルムのうち何れか一つが選択されて同様に適用できる。
本発明の第3の実施の形態によれば、図9に示されたように、各々R,G,Bの3色ビームを照射する第4,第5及び第6の発光素子または発光素子アレイ65,66,67と、前記第4ないし第6の発光素子または発光素子アレイ65,66,67から照射されたビームを平行ならしめる平行光形成手段70と、前記R,G,Bの3色ビーム各々の光路を所定角度だけ変える第4ないし第6のホログラム光素子75,76,77と、前記ホログラム光素子75,76,77を通って入射したビームを全反射させて進める導波路80と、前記導波路80の出射側の端部に設けられたプリズムアレイ85とを含んでなる。
前記平行光形成手段70は、フレネルレンズアレイまたはコリメーティングレンズアレイであっても良い。前記平行光形成手段70により平行に出射したR,G,Bの3色ビームは各々に対応する第4ないし第6のホログラム光素子75,76,77を介して前記導波路80内において全反射可能な角度にて入射する。前記プリズムアレイ85は、前記導波路80の出射側の端部に一体に形成されており、前記導波路80を介して相異なる方向に進むビームを一方向に平行に出射せしめる。前記プリズムアレイ85は、このように前記導波路80と一体型のものもあれば、前述の如く前記導波路80と別体型のものもある。また、十分な光量を確保するために、発光素子または発光素子アレイ65′,66′,67′をさらに備えても良い。前記発光素子または発光素子アレイ65′,66′,67′に対応する平行光形成手段70′、ホログラム光素子75′,76′,77′、導波路80′及びプリズムアレイ85′が前述の如き構造にてさらに配される。ここで、前記ホログラム光素子75′,76′,77′及び導波路80′は、隣り合うホログラム光素子75,76,77及び導波路80が設けられた平面とは異なる平面に配され、互いの光路が重畳されない。
前記第3の実施の形態によれば、前記第4ないし第6の発光素子または発光素子アレイ65,66,67からR,G,Bビームが順次オン/オフされて出射することにより、光損失無しにカラー画像が形成可能になる。そして、前記R,G,Bの3色ビームが前記導波路80内を同一経路に進むので、別途の光路変換器を備えなくても良い。
一方、本発明は、前記の如き照明系を採用したプロジェクションシステムを提供する。本発明に係る照明系を採用したプロジェクションシステムは、図10に示されたように、光を照射する照明系90と、この照明系90から出射したR,G,Bの3色ビームを利用して画像を形成するディスプレー素子95及び前記ディスプレー素子95により形成された画像をスクリーン98に向わせる投射レンズユニット97を含むプロジェクションシステムにおいて、前記照明系90は、図2に示されたように、所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子10と、前記発光素子10から出射した光ビームの経路を変える少なくとも一つのホログラム光素子15と、前記少なくとも一つのホログラム光素子15を介して入射する入射光を案内する導波路20とを含んでなる。
前記照明系は、図2ないし図9を参照して説明した第1ないし第3の実施の形態による照明系のうち一つよりなり、図10中の90にて表わされる。図2及び図4を参照すれば、前記発光素子または発光素子アレイ10としては、LED、LD、有機ELまたはFEDなどが使用できる。前記発光素子または発光素子アレイ10は各々R,G,Bの3色ビームを出射する第1ないし第3発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cを含み、十分な光量が確保可能なように発光素子10a,10b,10c、ホログラム光素子15、導波路20などが同じ構造にて水平方向または上下方向にさらに備えられる。ここで、前記少なくとも一つのホログラム光素子15は同じ機能を有する回折光学素子に置き換え可能であり、これによっても本発明の目的は達成できる。
また、前記導波路20内を進んで出射したビームを一方向に平行ならしめるプリズムアレイ25をさらに備えても良い。前記プリズムアレイ25は、前記導波路20とは別体型のものもあれば、前記導波路20の出射側の端部と一体型に形成されるものもある(図3Aないし図3C参照)。これに加えて、前記プリズムアレイ25,26,27,28を介して同方向に進むR,G,Bの3色ビームを均一ならしめるフライアイレンズ92及び前記ディスプレー素子95側に光を集束せしめるリレイレンズ93がさらに備えられても良い。これにより、R,G,Bの3色ビームを利用して前記ディスプレー素子95によりカラー画像を形成する。前記ディスプレー素子95は、画像信号に基づきマイクロミラーのオン−オフ切り換え動作によりカラー画像を具現する可動ミラー装置であっても良く、入射光を偏光変調させてカラー画像を具現する液晶表示素子であっても良い。
これらに加えて、前記照明系90は、前記プリズムアレイ25,26,27,28の後方に相異なる方向から入射するビームの進路を変えて一方向に集束せしめる光路変換器30をさらに備えても良い。
前記光路変換器は、前述の如く、入射光の波長に応じて選択的に透過または反射せしめることによりR,G,Bの3色ビームの進路を変える第1ないし第3のダイクロイックフィルタ30a,30b,30cを含むことができる。前記第1ないし第3のダイクロイックフィルタ30a,30b,30c内を同方向に進むR,G,Bの3色ビームは、前記フライアイレンズ92及びリレイレンズ93により均一に集束されて前記ディスプレー素子95によりカラー画像を形成する。
ここでは、前記光路変換器として第1ないし第3のダイクロイックフィルタ30a,30b,30cを使用した例を説明したが、これに限定されることなく、前述の如く、入射光の円偏光の方向に応じて透過または反射せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタ35を使用しても良い。また、光の波長に応じて入射光を反射または透過せしめることにより相異なる方向から入射するR,G,Bの3色ビームが同方向に進むように光路を変えるXプリズム60またはX型ダイクロイックフィルタが使用できる。この時には、R,G,Bの3色ビームを照射する第1ないし第3の発光素子または発光素子アレイ10a,10b,10cが、図8に示されたように、前記Xプリズム60またはX型ダイクロイックフィルタを中心として所定角度をもって離隔されて配される。
さらに他の実施形態として、前記照明系90が、図5に示されたように、発光素子または発光素子アレイ40、前記発光素子または発光素子アレイ40から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズ45及び前記フォーカシングレンズ45により集束されたビームが全反射可能に所定角度だけ斜めに形成された反射面48を有する導波路50を備えても良い。そして、前記導波路50内を進んで出射したビームを平行ならしめるコリメーティングレンズまたはフレネルレンズなどの平行光形成手段55がさらに備えられる。
前記平行光形成手段55により平行ならしめられたビームは前記フライアイレンズアレイ92により均一になり、前記リレイレンズ93により前記ディスプレー素子95に集束する。ここで、前記平行光形成手段55の後方に前記第1ないし第3のダイクロイックフィルタ30a,30b,30c、コレステリックバンドモジュレーションフィルタ35、XプリズムまたはX型ダイクロイックフィルタ60などの光路変換器が挿入可能であるということは前述の通りであるため、これについての詳細な説明は省く。
また、本発明に係るプロジェクションシステムは、図9に示されたように、R,G,Bの3色ビームが前記第4ないし第6のホログラム光素子75,76,77を介して同導波路80に入射して同方向に進む構造の照明系を採用することができる。この場合には、R,G,Bの3色ビームが一本の導波路80を介して同光路に進むので、別途の光路変換器を備えなくても良い。従って、プロジェクションシステムのコンパクト化が可能になる。
前記の如き色々な実施の形態による照明系90から出射されるR,G,Bの3色ビームは、前記フライアイレンズ92及びリレイレンズ93を通って前記ディスプレー素子95に入射してカラー画像が形成される。そして、このカラー画像は、前記投射レンズユニット97により拡大されてスクリーン98に結像される。
[発明の効果]
本発明に係る照明系は、所望の波長帯の狭いスペクトルを有する光を照射する発光素子または発光素子アレイを利用することで色純度が向上し、より広い分布を有するカラーガマットを確保できるだけではなく、ホログラム光素子または回折光学素子、及び導波路によりビームの断面積を縮小せしめることにより照明系をコンパック化でき、しかも光損失を低減できる。また、フォーカシングレンズにより一点に集束されたビームを導波路内に進めることでビームの断面積が一層縮小し、従来のランプ光源に比べて熱の発生が少ないほか、寿命が延びるという利点もある。
本発明に係る照明系は、所望の波長帯の狭いスペクトルを有する光を照射する発光素子または発光素子アレイを利用することで色純度が向上し、より広い分布を有するカラーガマットを確保できるだけではなく、ホログラム光素子または回折光学素子、及び導波路によりビームの断面積を縮小せしめることにより照明系をコンパック化でき、しかも光損失を低減できる。また、フォーカシングレンズにより一点に集束されたビームを導波路内に進めることでビームの断面積が一層縮小し、従来のランプ光源に比べて熱の発生が少ないほか、寿命が延びるという利点もある。
のみならず、本発明に係る照明系を採用したプロジェクションシステムでは、発光素子または発光素子アレイを有する照明系によるタイムシーケンシャル駆動が可能であることから、カラーホイールが不要であり、カラーホイールの回転速度より高速のオン−オフ切り換え作動が可能であることから、高いフレームレートが具現できて電力の消耗も省ける。よって、本発明に係る照明系を採用したプロジェクションシステムは、高鮮明度及び高画質の画面を提供することができる。
10,40 発光素子(発光素子アレイ)
43 第1の平行光形成手段
45,45′,45″ フォーカシングレンズ
48 傾斜面(入射面、反射面)
20,20′,50,50′,50″,80,80′ 導波路
55 第2の平行光形成手段
30,35,58,60 光路変換器
10,55,70,70′ 平行光形成手段
15,15′ ホログラム光電子
25〜28,85,85′ プリズムアレイ
30a 第1のダイクロイックフィルタ(ダイクロイックフィルタ、光路変換器)
30b 第2のダイクロイックフィルタ(ダイクロイックフィルタ、光路変換器)
30c 第3のダイクロイックフィルタ(ダイクロイックフィルタ、光路変換器)
35 コレステリックバンドモジュレーションフィルタ(光路変換器)
37 第1の鏡面
38 第2の鏡面
60 Xプリズム(光路変換器)
90 照明系
92,107 フライアイレンズ
93,110 リレイレンズ
95,112 ディスプレー素子
97 投射レンズユニット
98,118 スクリーン
43 第1の平行光形成手段
45,45′,45″ フォーカシングレンズ
48 傾斜面(入射面、反射面)
20,20′,50,50′,50″,80,80′ 導波路
55 第2の平行光形成手段
30,35,58,60 光路変換器
10,55,70,70′ 平行光形成手段
15,15′ ホログラム光電子
25〜28,85,85′ プリズムアレイ
30a 第1のダイクロイックフィルタ(ダイクロイックフィルタ、光路変換器)
30b 第2のダイクロイックフィルタ(ダイクロイックフィルタ、光路変換器)
30c 第3のダイクロイックフィルタ(ダイクロイックフィルタ、光路変換器)
35 コレステリックバンドモジュレーションフィルタ(光路変換器)
37 第1の鏡面
38 第2の鏡面
60 Xプリズム(光路変換器)
90 照明系
92,107 フライアイレンズ
93,110 リレイレンズ
95,112 ディスプレー素子
97 投射レンズユニット
98,118 スクリーン
Claims (23)
- 所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、
前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束するフォーカシングレンズと、
前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する、所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路とを含むことを特徴とする照明系。 - 前記少なくとも一つの発光素子がアレイ構造よりなることを特徴とする請求項1に記載の照明系。
- 前記発光素子または発光素子アレイは、LED、レーザダイオード、有機EL及びFEDのうち何れか一つよりなることを特徴とする請求項1または2に記載の照明系。
- 前記発光素子または発光素子アレイから照射されたビームを平行ならしめる第1の平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする請求項3に記載の照明系。
- 前記導波路内を進んで出射したビームを平行ならしめる第2の平行光形成手段をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の照明系。
- 前記第1及び第2の平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする請求項4または5に記載の照明系。
- 前記第2の平行光形成手段を通ったビームを選択的に透過または反射せしめることにより光の進路を変える光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の照明系。
- 相異なる波長のビームを照射する複数の前記発光素子または発光素子アレイが水平方向に一列に配されることを特徴とする請求項7に記載の照明系。
- 前記光路変換器は、
前記第2の平行光形成手段を通ったビームを波長に応じて反射または透過せしめるダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項8に記載の照明系。 - 前記光路変換器は、
前記第2の平行光形成手段を通ったビームを偏光方向及び波長に応じて反射または透過せしめるコレステリックバンドモジュレーションフィルタであることを特徴とする請求項8に記載の照明系。 - 前記コレステリックバンドモジュレーションフィルタは、
所定波長のビームに対して左円偏光を反射させて右円偏光を透過せしめる第1の鏡面と、左円偏光を透過させて右円偏光を反射せしめる第2の鏡面とを有することを特徴とする請求項10に記載の照明系。 - 相異なる波長の光ビームを照射する複数の前記発光素子または発光素子アレイが所定角度にて離隔されて配されることを特徴とする請求項7に記載の照明系。
- 前記光路変換器は、
XプリズムまたはX型ダイクロイックフィルタであることを特徴とする請求項12に記載の照明系。 - 前記発光素子または発光素子アレイ、前記フォーカシングレンズ及び前記導波路が複数層構造にてさらに配されて十分な光量が確保可能であることを特徴とする請求項1、2、8及び12のうち何れか一項に記載の照明系。
- 前記複数層構造は、対称構造であることを特徴とする請求項14に記載の照明系。
- 所定波長の光ビームを照射する少なくとも一つの発光素子と、
前記少なくとも一つの発光素子から照射されたビームを集束せしめるフォーカシングレンズと、
前記フォーカシングレンズにより集束されたビームが入射する所定角度だけ斜めに形成された入射面を有する導波路と、
前記導波路から入射するビームを入力された映像信号に基づき処理して画像を形成するディスプレー素子と、
前記ディスプレー素子により形成された画像をスクリーン側に拡大投射せしめる投射レンズユニットとを含むことを特徴とするプロジェクションシステム。 - 前記少なくとも一つの発光素子は、アレイ構造よりなることを特徴とする請求項16に記載のプロジェクションシステム。
- 前記発光素子または発光素子アレイは、LED、レーザダイオード、有機EL及びFEDのうち何れか一つよりなることを特徴とする請求項17に記載のプロジェクションシステム。
- 前記発光素子または発光素子アレイから照射された光を平行ならしめる第1の平行光形成手段がさらに備えられることを特徴とする請求項18に記載のプロジェクションシステム。
- 前記導波路内を進んで出射したビームを平行ならしめる第2の平行光形成手段をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載のプロジェクションシステム。
- 前記第2の平行光形成手段から出射したビームの強度を均一ならしめるフライアイレンズと、該フライアイレンズを通ったビームを前記ディスプレー素子側に集束せしめるリレイレンズとをさらに含むことを特徴とする請求項20に記載のプロジェクションシステム。
- 前記第2の平行光形成手段及び前記フライアイレンズの間に前記第2の平行光形成手段を通ったビームを選択的に透過または反射せしめることにより光の進路を変える光路変換器をさらに備えることを特徴とする請求項19または20に記載のプロジェクションシステム。
- 前記第1及び第2の平行光形成手段は、コリメーティングレンズアレイまたはフレネルレンズアレイであることを特徴とする請求項21に記載のプロジェクションシステム。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061024 |
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A521 | Request for written amendment filed |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070320 |