JP2006084753A - カラー表示装置、プロジェクタ及び接眼型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単一のライトバルブ1と、このライトバルブ1を照明するための照明系とを有してなり、照明系は、赤色、緑色、青色の発光ダイオード3を各々少なくとも二つずつと、これらの発光ダイオード3から射出された照明光によって上記ライトバルブ1を複数の色ライトバンドで照明するためのレンチキュラーレンズ2を少なくとも一枚備える。
【選択図】図2
Description
従来プロジェクタの分野では、単板式にしても三板式の場合と同様に、超高圧水銀灯やキセノンランプ等のいわゆる熱光源ランプが使用されている。熱光源ランプは、その入力電力から光への変換効率の低さから、入力電力が大きい。また、熱光源ランプは、電源とランプ(多くは反射鏡付き)の寸法も大きく、冷却ファンなども必要とする。そのため、熱光源ランプの重量は重く、また、ライトバルブ(特に液晶ライトバルブ)の寿命は熱のために短縮されているといった問題があった。
たしかに、反射型液晶表示素子や、DMD(Digital Micromirror Device)のようにライトバルブ面上の変調情報を一括で変えることができる単板カラー表示装置(たとえば、特許文献2または3参照)であれば、このような方式のカラー表示は可能である。しかし、現在最も一般的に利用されている透過型のTFT液晶では、このようなカラー表示を行うことができない。
さらに、ライトバルブに接眼光学系を取り付けることで接眼型表示装置を得ることもできる。
カラー表示装置は、単一のライトバルブ1と、このライトバルブ1を照明するための照明系とを有してなる。照明系は、照明光源3と、少なくとも一枚のレンチキュラーレンズとを備える。
ライトバルブ1の例としては、透過型液晶素子、反射型液晶素子、DMD(Digital Micromirror Device)があるが、以下の説明ではTFT液晶ライトバルブとする。
照明光源3は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の発光ダイオード(LED)を各々少なくとも二つずつ備えている。また、各色のLEDはアレイ状に配列されている。すなわち、LEDアレイを構成している。
レンチキュラーレンズ2は、照明光源3を構成するR,G,B各色の発光ダイオードから射出された照明光によってライトバルブ1を複数の色ライトバンドで照明するためのレンズである。
そこで、図6に示すように隣り合う色どうしの間のライトバンド(異なる色ライトバンド間のライトバンド)は、無照明状態または白色照明状態にするとよい。無照明状態のライトバンドは、ライトバンドに対応する全LEDをオフにすることで実現できる。また、白色照明状態のライトバンドは、全LEDをオンすることで実現できる。
LED光源数を増やすために、照明光源3を構成するLEDアレイの配列数、すなわちX方向のLEDの数を単純に増やしたのでは、照明装置の径方向が大型化されてしまい、また、放熱あるいは光利用効率の面でも望ましいものではない。
そこで、クロスダイクロイックプリズム4の周辺に各色LEDアレイ3とレンチキュラーレンズ2を配置する。図7は実施例2のカラー表示装置のY断面図であり、レンチキュラーレンズ2のテレセントリック照明によってTFT液晶ライトバルブ1のX方向は全域照明される(図示は省略する)。
ここで、クロスダイクロイックプリズム4は、各色LED(2R,2G,2B)からの照明光の入射面(4R,4G,4B)と、ライトバルブ1を照明する照明光を射出する射出面41とを備える。射出面41から射出される照明光は、各色(R,G,B)あるいは各色が合成された照明光である。
また、実施例2においても、各色LEDのオン・オフで各ライトバンドの色を別々に制御可能であることは実施例1と同様である。
図8と図9は、実施例3のカラー表示装置のX断面図とY断面図である。実施例3は、偏向変換素子としてのカップリングレンズ5によってLEDからの光取り出し効率を上げ、なおかつ、マイクロレンズアレイ6を用いることで、TFT液晶ライトバルブ1上での照度ムラを減少させるものである。
図9に示すように、クロスダイクロイックプリズム4の3辺それぞれに、赤(R)のLED3Rが3個、緑(G)のLED3Gが3個、青(B)のLED3Bが3個、X方向に配列されている。符号5Rは各LED3Rに対応するカップリングレンズで、6Rはマイクロレンズアレイ、2Rはレンチキュラーレンズを示す。同様に、5Gは各LED3Gに対応するカップリングレンズで、6Gはマイクロレンズアレイ、2Gはレンチキュラーレンズを示す。同様に、5Bは各LED3Bに対応するカップリングレンズで、6Bはマイクロレンズアレイ、2Bはレンチキュラーレンズを示す。
カップリングレンズ5は、LEDごとに少なくとも一つずつ設ける。また、マイクロレンズアレイ6は、LEDとレンチキュラーレンズ2との間(光路上)に、少なくとも一つ設ける。
各色とも、LEDアレイを構成するLEDの数は3×3=9個であり、実施例2と同様にライトバンドは三本とした。X方向の照明を図8に示すが、理解を容易にするために緑のLEDアレイ3G以外は図示を省略し、なおかつX方向に並ぶLEDのうち、一個のLEDの光線経路だけを示して、各LEDがケーラー照明によってTFT液晶ライトバルブ1のX方向全体を照明することを示した。このような方法で、実施例3においては1/900秒間に、通常三個のLEDが一本のライトバンドを照明する。
図10と図11は、実施例3のカラー表示装置のX断面図とY断面図である。図10に示すように、レンズLa,Lbは、X断面においてはTFT液晶ライトバルブ1を各LEDがテレセントリック照明するような屈折力を有し、Y断面においては焦点ずれのクリティカル照明するような屈折力を有している。焦点ずれのクリティカル照明を行うことで、Y断面においてはTFT液晶ライトバルブ1を五分割して照明することができ、前述の実施例1〜3と同様にカラースクロールが可能となる。
なお、焦点ずれクリティカル照明は、光源側・ライトバルブ側共にテレセントリックな光学系であることが望ましい。
プロジェクタは、照明光源30から射出された光束をライトバルブ10に照明するための表示装置と、ライトバルブ10上の画像をスクリーン13に投射するための投射光学系とを有してなる。図12に示すプロジェクタを構成する表示装置は、前述の図7に示した、クロスダイクロイックプリズムの周辺に各色LEDアレイとレンチキュラーレンズを配置した実施例2に相当するカラー表示装置を用いたものである。また、投射レンズ12は、投射光学系を構成する光学素子である。
図13は、接眼型表示装置の実施の形態を示す光学配置図(Y断面図)であり、符号100はライトバルブ、14は接眼レンズを示す。ライトバルブ100は、透過型である。
接眼レンズ14は、表示装置により形成された画像、すなわちライトバルブ100上に表示された画像を観察するためのレンズである。照明光源30から射出された光束は、レンズ20、クロスダイクロイックプリズム40を通過してライトバルブ100を照明する。ライトバルブ100上に表示された画像は、接眼レンズ14の紙面右側に位置する人眼から接眼レンズ14を介して観察される。
2 照明系を構成するレンズ
3 照明系を構成する照明光源
4 クロスダイクロイックプリズム
5 カップリングレンズ
6 マイクロレンズアレイ
La,Lb レンズ
Claims (18)
- 単一のライトバルブと、このライトバルブを照明するための照明系とを有してなり、
照明系は、赤色、緑色、青色の発光ダイオードを各々少なくとも二つずつと、これらの発光ダイオードから射出された照明光によって上記ライトバルブを複数の色ライトバンドで照明するためのレンチキュラーレンズを少なくとも一枚備えていることを特徴とするカラー表示装置。 - レンチキュラーレンズに代えてアナモフィックレンズとした請求項1記載のカラー表示装置。
- 赤色、緑色、青色それぞれの発光ダイオードのオン・オフによって、各色ライトバンドの色を切り替える請求項1または2記載のカラー表示装置。
- 各色ライトバンドには、赤色、緑色、青色の発光ダイオードが各々少なくとも一つずつ対応している請求項1乃至3のいずれかに記載のカラー表示装置。
- 異なる色のライトバンド間のライトバンドは、赤色、緑色、青色の発光ダイオードをそれぞれオフすることによって無照明状態とする請求項1乃至4のいずれかに記載のカラー表示装置。
- 異なる色のライトバンド間のライトバンドは、赤色、緑色、青色の発光ダイオードをそれぞれオンすることによって白色照明状態とする請求項1乃至4のいずれかに記載のカラー表示装置。
- 赤色、緑色、青色の発光ダイオードそれぞれのオン・オフ信号と、ライトバルブの画素の変調信号を同期させることでカラー表示を行う請求項1または2記載のカラー表示装置。
- 色ライトバンドにより照射される各ライトバルブ部分をアドレス指定して、この部分に当該色ライトバンドの色の画像情報を提供させるとともに、当該バンドをこの情報によって変調させるためのライトバルブ駆動回路を有する請求項1または2記載のカラー表示装置。
- 赤色、緑色、青色それぞれの発光ダイオードはアレイ状に配列されている請求項1または2記載のカラー表示装置。
- 赤色、緑色、青色それぞれの発光ダイオードからの赤色、緑色、青色の照明光をそれぞれの入射面に入射し、残り1面の射出面から各色あるいは各色が合成された照明光を射出するクロスダイクロイックプリズムを有する請求項1または2記載のカラー表示装置。
- 発光ダイオードごとに少なくとも一つずつのカップリングレンズを備える請求項1乃至10のいずれかに記載のカラー表示装置。
- 発光ダイオードと照明系を構成するレンズの間に少なくとも一つのマイクロレンズアレイを有する請求項1乃至11のいずれかに記載のカラー表示装置。
- 発光ダイオードとライトバルブの間に少なくとも一つの偏光変換素子を有する請求項1乃至12のいずれかに記載のカラー表示装置。
- ライトバルブは透過型液晶素子である請求項1乃至13のいずれかに記載のカラー表示装置。
- ライトバルブは反射型液晶素子である請求項1乃至13のいずれかに記載のカラー表示装置。
- ライトバルブはデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)である請求項1乃至13のいずれかに記載のカラー表示装置。
- 表示装置により形成される画像を被投射面上に投射表示するプロジェクタであって、
表示装置は請求項1乃至16のいずれかに記載のカラー表示装置であることを特徴とするプロジェクタ。 - 表示装置により形成される画像を観察するための接眼レンズを有してなる接眼型表示装置であって、
表示装置は請求項1乃至16のいずれかに記載のカラー表示装置であることを特徴とする接眼型表示装置。
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