JP2005266115A - Projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示パネルその他の光変調装置を用いてカラー画像を投射するプロジェクタに関する。 The present invention relates to a projector that projects a color image using a liquid crystal display panel or other light modulation device.
従来のプロジェクタでは、一般に、白色光源からの白色光を一対のダイクロイックミラーで分割してRGBの各色の照明光とする。これらRGBの照明光は、各色の液晶表示パネルの照明に利用され、各色の液晶表示パネルを経た変調光は、クロスダイクロイックプリズムとよばれる光合成部材で合成され、カラー画像として投射される(特許文献1参照)。 In a conventional projector, in general, white light from a white light source is divided by a pair of dichroic mirrors to obtain illumination light of each color of RGB. These RGB illumination lights are used to illuminate each color liquid crystal display panel, and the modulated light that has passed through each color liquid crystal display panel is synthesized by a light synthesis member called a cross dichroic prism and projected as a color image (Patent Document) 1).
このようなプロジェクタにおいて、R光は、クロスダイクロイックプリズム中の一方の誘電体多層膜で反射される光路に導かれ、B光は、クロスダイクロイックプリズム中の他方の誘電体多層膜で反射される光路に導かれ、G光は、クロスダイクロイックプリズム中の両誘電体多層膜を透過する光路に導かれる。この際、クロスダイクロイックプリズムの形状的制限を受けて、液晶表示パネルに至るR光の光路は、液晶表示パネルに至るB光やG光の光路よりも長くなるので、光路差を補償するためのリレーレンズが挿入される。この際、高圧水銀ランプの波長特性はG色に強いピークを有しており、これに起因して白画像が緑味がかることを防止するため、ホームシアター、プロジェクションTV等の色合いを重視する用途では、G色の光路上にNDフィルタを配置したりG色液晶表示パネルの変調度を高めることによって、所望の色合いを達成する必要が生じる。 In such a projector, the R light is guided to an optical path reflected by one dielectric multilayer film in the cross dichroic prism, and the B light is an optical path reflected by the other dielectric multilayer film in the cross dichroic prism. The G light is guided to an optical path that passes through both dielectric multilayer films in the cross dichroic prism. At this time, the optical path of the R light reaching the liquid crystal display panel is longer than the optical path of the B light and the G light reaching the liquid crystal display panel due to the shape limitation of the cross dichroic prism, so that the optical path difference is compensated. A relay lens is inserted. At this time, the wavelength characteristic of the high-pressure mercury lamp has a strong peak in G color, and in order to prevent the white image from becoming greenish due to this, it is not suitable for applications such as home theater and projection TV. Therefore, it is necessary to achieve a desired color tone by disposing an ND filter on the G color optical path or increasing the modulation degree of the G color liquid crystal display panel.
なお、リレーレンズ等での光量損失の影響を抑えるため、G光ではなくB光が、クロスダイクロイックプリズムを直進する構成とされ、B光ではなくG光が、リレーレンズ等を設けた長い光路に導かれる構成とされる場合もある(特許文献2参照)。
しかし、上記のうち前者のプロジェクタでは、最も弱いR光がリレーレンズ等によって減衰する可能性があるので、G色の減衰だけでは目的とするホワイトバランスが必ずしも達成されない。 However, in the former projector, the weakest R light may be attenuated by a relay lens or the like, so that the target white balance is not necessarily achieved only by attenuation of the G color.
また、後者のプロジェクタでは、R光の減衰は低減できるが、通常G光よりも弱いB光がクロスダイクロイックプリズムを直進・通過することによって、減衰する可能性がある。 In the latter projector, the attenuation of the R light can be reduced, but the B light that is weaker than the normal G light may be attenuated by going straight through and passing through the cross dichroic prism.
そこで、本発明は、R光やB光の減衰を可能な限り低減しつつ、G光をNDフィルタ等で大きく減衰させることなく所望のホワイトバランスを達成することができるプロジェクタを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a projector that can achieve a desired white balance without reducing attenuation of R light and B light as much as possible and without greatly reducing G light with an ND filter or the like. And
上記課題を解決するため、本発明のプロジェクタは、(a)第1から第3色の照明光を含み、第3色の光量が第1及び第2色の光量よりも大きく、かつ、第2色の光量が第1色の光量よりも大きくなるような光源光を射出する光源と、(b)光源から射出された光源光のうち、第1及び第2色の光源光を、第1及び第2色の照明光として第1及び第2光路にそれぞれ導き、第3色の光源光を、第3色の照明光として第1及び第2光路よりも長い光路を有しリレーレンズ系を通る第3光路に導く光分割手段と、(c)光分割手段から射出される第1から第3色の照明光によってそれぞれ照明されるとともに、第1から第3色の照明光をそれぞれ変調して第1から第3色の変調光を形成する第1から第3の光変調装置と、(d)直交する一対のクロスダイクロイックミラーを内蔵するとともに、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第1及び第3色の変調光を反射させ、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第2色の変調光を透過させることによって、光変調装置を経た第1から第3色の変調光を合成する光合成部材と、(e)光合成部材を経ることによって合成された像光の投射像を形成する投射光学系とを備える。 In order to solve the above problems, a projector of the present invention includes (a) first to third color illumination light, the third color light amount is larger than the first and second color light amounts, and the second A light source that emits light source light such that the light amount of the color is greater than the light amount of the first color; and (b) among the light source light emitted from the light source, The second color illumination light is guided to the first and second optical paths, respectively, and the third color light source light is passed as the third color illumination light through the relay lens system having an optical path longer than the first and second optical paths. A light splitting means for guiding to the third optical path; and (c) illuminating with the first to third color illumination lights emitted from the light splitting means, respectively, and modulating the first to third color illumination lights respectively. A first to a third light modulation device for forming modulated light of the first to third colors; A light modulation device having a built-in sudichroic mirror, reflecting the first and third color modulated light with the pair of cross dichroic mirrors, and transmitting the second color modulated light with the pair of cross dichroic mirrors And (e) a projection optical system that forms a projection image of the image light synthesized by passing through the light synthesizing member.
上記プロジェクタでは、光分割手段が、第1及び第2色の照明光より光量が大きな第3色の照明光を第1及び第2光路よりも長くリレーレンズ系を通る第3光路に導かれるので、第3色の照明光がリレーレンズ系等によって減衰することを利用して第3色の相対的強度を自然に減少させることができる。また、光合成部材が一対のクロスダイクロイックミラーで第1及び第3色の変調光を反射させるとともに第2色の変調光を透過させるので、第2色の変調光が一対のクロスダイクロイックミラーの透過によって他のものよりも減衰することを利用し、第2色の相対的強度を自然に減少させて、第1色や第3色の程度に近づけることができる。よって、フィルタ等の減光用の光学系を特に設けることなく、第1から第3色の変調光の相対強度をバランスすることができ、投射画像について簡易に所望のホワイトバランスを達成することができる。 In the projector, the light splitting means guides the third color illumination light having a larger light quantity than the first and second color illumination lights to the third optical path that passes through the relay lens system longer than the first and second optical paths. The relative intensity of the third color can be naturally reduced by utilizing the fact that the illumination light of the third color is attenuated by the relay lens system or the like. Further, since the light combining member reflects the first and third color modulated light and transmits the second color modulated light by the pair of cross dichroic mirrors, the second color modulated light is transmitted by the pair of cross dichroic mirrors. Utilizing the attenuation over others, the relative intensity of the second color can be naturally reduced to approach the degree of the first or third color. Therefore, it is possible to balance the relative intensities of the modulated light of the first to third colors without particularly providing a light reducing optical system such as a filter, and it is possible to easily achieve a desired white balance for the projected image. it can.
本発明の具体的態様では、上記プロジェクタにおいて、光源が白色光源であり、第1色の照明光がB光であり、第2色の照明光がR光であり、第3色の照明光がG光である。一般的に、十分な輝度を有するプロジェクタ用の汎用的なランプ光源は、B光が最も弱くG光が最も強い場合が多いので、このようなランプ光源の色バランスを光分割手段や光合成部材によって自動的に補正することができる。 In a specific aspect of the present invention, in the projector, the light source is a white light source, the first color illumination light is B light, the second color illumination light is R light, and the third color illumination light is G light. In general, a general-purpose lamp light source for a projector having sufficient luminance often has the weakest B light and the strongest G light. Therefore, the color balance of such a lamp light source is adjusted by a light dividing means or a light combining member. It can be corrected automatically.
また、本発明の別の具体的態様では、光源が水銀ランプ及びメタルハライドランプのいずれかである。この場合、水銀ランプ及びメタルハライドランプの色バランスを適宜補正することができる。 In another specific embodiment of the present invention, the light source is either a mercury lamp or a metal halide lamp. In this case, the color balance of the mercury lamp and the metal halide lamp can be corrected as appropriate.
また、本発明の別の具体的態様では、投射像の色温度が4000K以上12000K以下である。この場合、照明光を無駄にすることなく、投射画像のホワイトバランスを、ホームシアター、プロジェクションTV等の色合いを重視する用途に適合させることができる。 Moreover, in another specific aspect of the present invention, the color temperature of the projected image is not less than 4000K and not more than 12000K. In this case, it is possible to adapt the white balance of the projected image to uses such as a home theater and a projection TV that place importance on the hue without wasting illumination light.
また、本発明の別の具体的態様では、光合成部材がクロスダイクロイックプリズムである。この場合、光合成部材が一体の部材となり、安定して良好な光合成が可能になる。 In another specific embodiment of the present invention, the photosynthetic member is a cross dichroic prism. In this case, the photosynthetic member becomes an integral member, and stable and good photosynthesis is possible.
図1は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。このプロジェクタ10は、光源光を発生する光源装置21と、光源装置21からの光源光をRGBの3色に分割する光分割手段である色分割光学系23と、色分割光学系23から射出された各色の照明光によって照明される光変調部25と、光変調部25からの各色の変調光を合成するための光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム27と、クロスダイクロイックプリズム27を経た像光をスクリーン(不図示)に投射するための投射光学系である投射レンズ29とを備える。
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical system of a projector according to an embodiment of the invention. The
ここで、光源装置21は、光源ランプ21aと、一対のフライアイ光学系21d,21eと、偏光変換部材21gと、重畳レンズ21iとを備える。ここで、光源ランプ21aは、例えば高圧水銀ランプからなる白色光源であり、光源光をコリメートするための凹面鏡を備える。かかる高圧水銀ランプは、RGBの各色からなる光源光を発生するが、このうちG色に最も強いピークを有し、G光の光量が最も大きくなっている。また、R色の光量はB色の光量よりも幾分大きくなっている。つまり、光源光は完全な白色ではなく緑がかった傾向を有する。一対のフライアイ光学系21d,21eは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源ランプ21aからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材21gは、フライアイ光学系21eから射出した光源光を例えば図1の紙面に垂直なS偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ21iは、偏光変換部材21gを経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部25に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系21d,21eと重畳レンズ21iとを経た照明光は、以下に詳述する色分割光学系23を経て、光変調部25を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶ライトバルブ25a〜25cを均一に重畳照明する。
Here, the
色分割光学系23は、第1及び第2ダイクロイックミラー23a,23bと、3つのフィールドレンズ23f,23g,23hと、反射ミラー23m,23n,23oとを備え、光源装置21とともに照明装置を構成する。第1ダイクロイックミラー23aは、RGBの3色のうちB光を反射しR光及びG光を透過させる。また、第2ダイクロイックミラー23bは、入射したRGの2色のうちR光を反射しG光を透過させる。この色分割光学系23において、光源装置21からの白色の光源光は、第1ダイクロイックミラー23aに入射する。第1ダイクロイックミラー23aで反射されたB光は、例えばS偏光のまま第1光路OP1に導かれ、反射ミラー23mを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ23fに入射する。また、第1ダイクロイックミラー23aを透過して第2ダイクロイックミラー23bで反射されたR光は、例えばS偏光のまま第2光路OP2に導かれフィールドレンズ23gに入射する。さらに、第2ダイクロイックミラー23bを通過したG光は、例えばS偏光のまま第3光路OP3に導かれ、光路長差を補償するためのリレーレンズLL1,LL2及び反射ミラー23n,23oを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ23hに入射する。ここで、第3光路OP3にリレーレンズ系であるリレーレンズLL1,LL2を組み込んでおり、第1及び第2光路OP1,OP2よりも長く設定された第3光路OP3の照明光の収差や拡大率等を補正しているが、このようなリレーレンズLL1,LL2や反射ミラー23n,23oによって減光が生じてしまう。このような減光は、図1に示す配置をとる色分割光学系23では不可避的であるが、これを逆に利用することによって、像光のカラーバランスの調整が可能である。
The color division
光変調部25は、3色の照明光がそれぞれ入射する3つの液晶ライトバルブ25a,25b,25cと、各液晶ライトバルブ25a,25b,25cを挟むように配置される3組の偏光フィルタ25e,25f,25gとを備える。第1光路OP1に導かれたB光は、フィールドレンズ23fを介して液晶ライトバルブ25aの被照射面に入射する。第2光路OP2に導かれたR光は、フィールドレンズ23gを介して液晶ライトバルブ25bの被照射面に入射する。第3光路OP3に導かれたG光は、フィールドレンズ23hを介して液晶ライトバルブ25cの被照射面に入射する。各液晶ライトバルブ25a〜25cは、入射した照明光の空間的強度分布を変調するための非発光型の光変調装置であり、各液晶ライトバルブ25a〜25cにそれぞれ入射した3色の光は、各液晶ライトバルブ25a〜25cに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ25e〜25gによって、各液晶ライトバルブ25a〜25cに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶ライトバルブ25a〜25cから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
The
クロスダイクロイックプリズム27は、光合成部材であり、R光反射用の誘電体多層膜27aとB光反射用の誘電体多層膜27bとを直交させた状態で内蔵するものである。一方の誘電体多層膜27aは、B色とG色の境界波長(例えば500nm)よりも短波長側の像光を反射するダイクロイックミラーであり、他方の誘電体多層膜27bは、B色とG色の境界波長(例えば500nm)からG色とR色の境界波長(例えば580〜585nm)にかけての波長域の像光を反射するダイクロイックミラーである。このように、クロスダイクロイックプリズム27は、交差させた状態の一対の誘電体多層膜27a,27bをクロスダイクロイックミラーとして内蔵する。クロスダイクロイックプリズム27は、液晶ライトバルブ25aからのR光を誘電体多層膜27aで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ25bからのG光を誘電体多層膜27a,27bを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ25cからのB光を誘電体多層膜27bで反射して進行方向左側に射出させる。以上により、クロスダイクロイックプリズム27の3つの側面から入射した像光が合成され、残りの側面から射出される。クロスダイクロイックプリズム27で合成されて射出された像光は、投射レンズ29を経て適当な拡大率でスクリーン(不図示)にカラー画像として投射される。なお、クロスダイクロイックプリズム27中の両誘電体多層膜27a,27bを透過させる直進光路に関しては、両誘電体多層膜27a,27bのいずれかで反射される光路に比較して、透過損失が増大する傾向がある。このような減光は、不可避的であるが、これを利用することによってカラーバランスの調整が可能である。
The cross
以下、本実施形態に係るプロジェクタ10の動作について説明する。光源装置21からの光源光は、色分割光学系23に設けた第1及び第2ダイクロイックミラー23a,23bによって色分割され、対応する液晶ライトバルブ25a〜25cに照明光としてそれぞれ入射する。各液晶ライトバルブ25a〜25cは、外部からの画像信号によって変調されて2次元的屈折率分布を有しており、照明光を2次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶ライトバルブ25a〜25cで変調された照明光すなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム27で合成された後、投射レンズ29に入射する。投射レンズ29に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。この際、色分割光学系23において、第3光路OP3に導かれるG色の照明光は、リレーレンズLL1,LL2等を経ることによってある程度減光するので、他の光路、例えば第1光路OP1に導かれるB色光と同程度の照明光量となる。また、クロスダイクロイックプリズム27において、これを直進・通過するR色の像光は、両誘電体多層膜27a,27bを透過することによって多少減光するので、例えば第1光路OP1を経て誘電体多層膜27aで反射されるB色の像光と同程度の輝度となる。以上により、クロスダイクロイックプリズム27を射出した各色RGBの像光の輝度は、全体としてバランスした状態になる。この際、いずれかの色の照明光路や像光路にNDフィルタ等を積極的に設ける必要がないので、画像の輝度を高めることができる。また、各液晶ライトバルブ25a〜25cの透過率を調節して開度を落とす必要がないので、コントラストの劣化もない。
Hereinafter, the operation of the
図2は、図1のプロジェクタ10によって投射される像光(スクリーン透過後)の色温度と光利用効率との関係を説明するグラフである。グラフにおいて、横軸は色温度(K)を示し、縦軸は光利用効率(%)を示す。なお、色温度を調節するため、R,B光に対してG光の利用効率を調節した。グラフ中、印「×」は、本実施形態に対応し、G光がリレーレンズLL1,LL2経由でクロスダイクロイックプリズム27に入射して反射によって合成され、R光がクロスダイクロイックプリズム27を透過して合成される。また、印「▲」は、第1の比較例に対応し、G光がリレーレンズLL1,LL2経由でクロスダイクロイックプリズム27に入射して反射によって合成され、B光がクロスダイクロイックプリズム27を透過して合成される。また、印「■」は、第2の比較例に対応し、R光がリレーレンズLL1,LL2経由でクロスダイクロイックプリズム27に入射して反射によって合成され、G光がクロスダイクロイックプリズム27を透過して合成される。また、印「◆」は、第3の比較例に対応し、B光がリレーレンズLL1,LL2経由でクロスダイクロイックプリズム27に入射して反射によって合成され、G光がクロスダイクロイックプリズム27を透過して合成される。
FIG. 2 is a graph for explaining the relationship between the color temperature of the image light (after passing through the screen) projected by the
以上のグラフからも明らかなように、投射像の色温度が4000〜12000(K)の範囲では、×印で示す実施例の光利用効率が他に比較して最も高いことが分かる。つまり、G光がリレーレンズLL1,LL2経由の長い経路でクロスダイクロイックプリズム27で折り曲げられ、R光が比較的短い経路でクロスダイクロイックプリズム27を透過し、B光が比較的短い経路でクロスダイクロイックプリズム27で折り曲げられる実施形態の光路構成が最も光源光の利用効率が良いことが分かる。
As is apparent from the above graph, it can be seen that in the range of the color temperature of the projected image from 4000 to 12000 (K), the light utilization efficiency of the example indicated by the x mark is the highest compared to the others. That is, the G light is bent by the cross
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、光源装置21の光源ランプ21aは、高圧水銀ランプに限らず、メタルハライドランプ等を使用することができ、この場合も、色分割光学系23において、G色の照明光が自動的に減光され、クロスダイクロイックプリズム27において、R色の照明光が自動的に減光されて、各色RGBの像光の輝度が全体としてバランスした状態になる。
As described above, the present invention has been described according to the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the
10…プロジェクタ、 21…光源装置、 21a…光源ランプ、 21d,21e…フライアイ光学系、 21g…偏光変換部材、 21i…重畳レンズ、 23…色分割光学系、 23a,23b…ダイクロイックミラー、 25…光変調部、 25a,25b,25c…液晶ライトバルブ、 25e,25f,25g…偏光フィルタ、 27…クロスダイクロイックプリズム、 27a,27b…誘電体多層膜、 29…投射レンズ、 OP1…第1光路、 OP2…第2光路、 OP3…第3光路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光源から射出された光源光のうち、第1及び第2色の光源光を、第1及び第2色の照明光として第1及び第2光路にそれぞれ導き、第3色の光源光を、第3色の照明光として前記第1及び第2光路よりも長い光路を有しリレーレンズ系を通る第3光路に導く光分割手段と、
前記光分割手段から射出される第1から第3色の照明光によってそれぞれ照明されるとともに、第1から第3色の照明光をそれぞれ変調して第1から第3色の変調光を形成する第1から第3の光変調装置と、
直交する一対のクロスダイクロイックミラーを内蔵するとともに、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第1及び第3色の変調光を反射させ、当該一対のクロスダイクロイックミラーで第2色の変調光を透過させることによって、前記光変調装置を経た第1から第3色の変調光を合成する光合成部材と、
前記光合成部材を経ることによって合成された像光の投射像を形成する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。 A light source that includes illumination light of the first to third colors, the light amount of the third color is larger than the light amounts of the first and second colors, and the light amount of the second color is larger than the light amount of the first color A light source that emits light;
Of the light source light emitted from the light source, the first and second color light source lights are led to the first and second optical paths as the first and second color illumination lights, respectively, and the third color light source light, A light splitting means for guiding the third color illumination light to the third optical path having a longer optical path than the first and second optical paths and passing through the relay lens system;
The first to third color illumination lights emitted from the light splitting means are respectively illuminated, and the first to third color illumination lights are modulated to form first to third color modulated lights. First to third light modulation devices;
By incorporating a pair of orthogonal cross dichroic mirrors, reflecting the first and third color modulated light with the pair of cross dichroic mirrors, and transmitting the second color modulated light with the pair of cross dichroic mirrors A light combining member that combines the modulated light of the first to third colors that has passed through the light modulation device;
A projector comprising: a projection optical system that forms a projection image of image light synthesized by passing through the light synthesis member.
The projector according to claim 1, wherein the light combining member is a cross dichroic prism.
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Cited By (2)
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JP2012155341A (en) * | 2012-04-19 | 2012-08-16 | Hitachi Ltd | Projection type video display device |
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2004
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |