JP2006284983A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型でかつ色ムラを低減することが可能な画像表示装置を提供すること。
【解決手段】第1色光を供給する第1色光用光源部101Rと、第2色光を供給する第2色光用光源部101Gと、第3色光を供給する第3色光用光源部101Bと、第1色光用光源部101Rからの第1色光と、第2色光用光源部101Gからの第2色光と、第3色光用光源部101Bからの第3色光とを合成する色合成部103と、色合成部103からの光の強度分布を略均一にする均一化部104と、均一化部104からの光を第1色光と、第2色光と、第3色光とに分離する色分離部110と、色分離部110からの第1色光と、第2色光と、第3色光とを画像信号に応じて変調する空間光変調装置112G、112Bと、を有する。
【選択図】 図1
【解決手段】第1色光を供給する第1色光用光源部101Rと、第2色光を供給する第2色光用光源部101Gと、第3色光を供給する第3色光用光源部101Bと、第1色光用光源部101Rからの第1色光と、第2色光用光源部101Gからの第2色光と、第3色光用光源部101Bからの第3色光とを合成する色合成部103と、色合成部103からの光の強度分布を略均一にする均一化部104と、均一化部104からの光を第1色光と、第2色光と、第3色光とに分離する色分離部110と、色分離部110からの第1色光と、第2色光と、第3色光とを画像信号に応じて変調する空間光変調装置112G、112Bと、を有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、画像表示装置、特に、光源部に固体発光素子を用いる画像表示装置の技術に関する。
近年、プロジェクタの光源部に固体発光素子を用いることが提案されている。固体発光素子である発光ダイオード(以下、「LED」という。)は、超小型、超軽量、長寿命であるという特徴を有する。また、大出力のLEDの開発、改良は著しい進展が見られ、LEDの照明用途への利用が拡大している。このため、プロジェクタ、特に小型で明るいプロジェクタの光源として、LEDを用いることが期待されている。プロジェクタの光源としてLEDを用いてカラー画像を表示する場合、例えば、赤色光(以下、「R光」という。)を供給するR光用LEDと、緑色光(以下、「G光」という。)を供給するG光用LEDと、青色光(以下、「B光」という。)を供給するB光用LEDとを用いる構成とすることができる。色光ごとにLEDを設ける場合、各LEDからの光の強度ムラが色ムラとなって認識されてしまうことがある。複数のLEDからの光の強度ムラを低減するための技術としては、例えば、特許文献1に提案されているものがある。
特許文献1に提案されている構成は、光量を均一化するためのブロックが色光ごとに設けられている。このように、光量を均一化するための構成を色光ごとに設けることとなると、画像表示装置を小型化することが非常に困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型でかつ色ムラを低減することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、第1色光を供給する第1色光用光源部と、第2色光を供給する第2色光用光源部と、第3色光を供給する第3色光用光源部と、第1色光用光源部からの第1色光と、第2色光用光源部からの第2色光と、第3色光用光源部からの第3色光とを合成する色合成部と、色合成部からの光の強度分布を略均一にする均一化部と、均一化部からの光を第1色光と、第2色光と、第3色光とに分離する色分離部と、色分離部からの第1色光と、第2色光と、第3色光とを画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置を提供することができる。
各色光用光源部からの各色光の強度分布を均一化部で略均一にすることにより、色ムラを低減することが可能である。色合成部で合成された各色光を均一化部へ入射させる構成とすることにより、単独の均一化部のみを用いる構成となる。単独の均一化部のみを用いる構成とすることから、色光ごとに均一化部を設ける場合と比較して、画像表示装置を小型にすることができる。また、色光ごとに均一化部を設ける場合、製造誤差等による均一化部同士の僅かなばらつきが原因となって色ムラが生じてしまうこともある。本発明の画像表示装置は、単独の均一化部を用いて各色光を均一化することから、均一化部同士のばらつきに起因する色ムラをなくすことも可能である。これにより、小型でかつ色ムラを低減することが可能な画像表示装置を得られる。また、色光ごとに均一化部を設ける場合よりも構成物品を少なくでき、低コスト化を図ることもできる。
また、本発明の好ましい態様によれば、空間光変調装置は、第1色光を変調する第1色光用空間光変調装置と、第2色光を変調する第2色光用空間光変調装置と、第3色光を変調する第3色光用空間光変調装置と、を有し、第1色光用空間光変調装置と、第2色光用空間光変調装置と、第3色光用空間光変調装置とは、均一化部と第1色光用空間光変調装置との間の光路と、均一化部と第2色光用空間光変調装置との間の光路と、均一化部と第3色光用空間光変調装置との間の光路とが、いずれも略同一の長さとなるように設けられることが望ましい。
均一化部を用いる場合、均一化部の出射面の像を空間光変調装置の照射面に結像させる構成とすることにより、空間光変調装置を効率良く照明することができる。均一化部と第1色光用空間光変調装置との間の光路と、均一化部と第2色光用空間光変調装置との間の光路と、均一化部と第3色光用空間光変調装置との間の光路とがいずれも略同一の長さであると、均一化部と色分離部との間に単独のレンズ系を設ける構成とすることが可能である。単独のレンズ系を用いる簡易な構成によって、各空間光変調装置を効率良く照明することができる。また、各色光について同じ光路長であることから、特定の色光についてリレーレンズを経由させる必要も無い。これにより、画像表示装置を小型にでき、かつ低コスト化を図ることができる。
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例に係る画像表示装置であるプロジェクタ100の概略構成を示す。プロジェクタ100は、観察者側に設けられたスクリーン116に光を供給し、スクリーン116で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ100は、固体発光素子であるR光用LED101R、G光用LED101G、B光用LED101Bを有する。R光用LED101Rは、第1色光であるR光を供給する第1色光用光源部である。G光用LED101Gは、第2色光であるG光を供給する第2色光用光源部である。B光用LED101Bは、第3色光であるB光を供給する第3色光用光源部である。
プロジェクタ100がZ軸方向であるプラスZ方向へ光を投写させるとすると、R光用LED101Rは、Z軸に対して略直交するX軸の方向であるプラスX方向を向けて設けられている。G光用LED101Gは、プラスZ方向を向けて設けられている。B光用LED101Bは、マイナスX方向を向けて設けられている。クロスダイクロイックプリズム103は、各色光用LED101R、101G、101Bが向けられた略中心に設けられている。クロスダイクロイックプリズム103は、R光用LED101RからのR光と、G光用LED101GからのG光と、B光用LED101BからのB光とを合成する色合成部である。
図2は、プロジェクタ100のXZ平面構成を示す。クロスダイクロイックプリズム103は、互いに略直交する2つのダイクロイック膜103a、103bを有する。ダイクロイック膜103aは、R光を反射し、G光を透過する。ダイクロイック膜103bは、B光を反射し、G光を透過する。クロスダイクロイックプリズム103は、2つのダイクロイック膜103a、103bを用いることにより、各色光を合成してプラスZ方向へ出射させる。
図1に戻って、R光用LED101Rとクロスダイクロイックプリズム103との間には、集光レンズ102Rが設けられている。集光レンズ102Rは、R光用LED101RからのR光をクロスダイクロイックプリズム103へ入射させる。G光用LED101Gとクロスダイクロイックプリズム103との間、B光用LED101Bとクロスダイクロイックプリズム103との間にも、それぞれ集光レンズ102G、102Bが設けられている。
クロスダイクロイックプリズム103の出射側には、ロッドインテグレータ104が設けられている。ロッドインテグレータ104は、色合成部であるクロスダイクロイックプリズム103からの光の強度分布を略均一にする均一化部である。ロッドインテグレータ104は、透明部材、例えば硝子部材からなる直方体形状の構造体である。ロッドインテグレータ104に入射した光は、硝子部材と空気との界面において全反射を繰り返しながらロッドインテグレータ104の内部を進行する。これにより、ロッドインテグレータ104は、クロスダイクロイックプリズム103からの光の強度分布を略均一にする。
ロッドインテグレータ104の出射側には、結像光学系105及び反射ミラー106が設けられている。結像光学系105は、ロッドインテグレータ104の出射面の像を各空間光変調装置の照射面に結像させる。ロッドインテグレータ104の出射面の像を各空間光変調装置の照射面に結像させる構成とすることにより、各空間光変調装置を効率良く照明することができる。反射ミラー106は、クロスダイクロイックプリズム103からの光の光路を略90度折り曲げる。反射ミラー106で反射した光が進行する位置には、クロスダイクロイックプリズム110が設けられている。クロスダイクロイックプリズム110は、均一化部であるロッドインテグレータ104からの光をR光と、G光と、B光とに分離する色分離部である。
図3は、クロスダイクロイックプリズム110のXY平面構成を示すとともに、クロスダイクロイックプリズム110の作用を説明するものである。クロスダイクロイックプリズム110は、互いに略直交する2つのダイクロイック膜110a、110bを有する。ダイクロイック膜110aは、R光、G光、B光を含む光LAのうち、R光LRを反射し、G光LGを透過する。ダイクロイック膜110bは、R光、G光、B光を含む光LAのうち、B光LBを反射し、G光LGを透過する。クロスダイクロイックプリズム110は、2つのダイクロイック膜110a、110bを用いることにより、R光LRをマイナスX方向へ、G光LGをプラスY方向へ、B光LBをプラスX方向へ出射させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム110は、ロッドインテグレータ104からの光LAをR光LRと、GLG光と、B光LBとに分離する。
図1に戻って、クロスダイクロイックプリズム110のプラスZ側には、さらにクロスダイクロイックプリズム111が設けられている。クロスダイクロイックプリズム111の3つの面には、それぞれR光用空間光変調装置、G光用空間光変調装置112G、B光用空間光変調装置112Bが設けられている。R光用空間光変調装置は、第1色光であるR光を画像信号に応じて変調する第1色光用空間光変調装置である。R光用空間光変調装置は、クロスダイクロイックプリズム111のマイナスX側の面、図1ではクロスダイクロイックプリズム111の紙面奥行き側に設けられている。G光用空間光変調装置112Gは、第2色光であるG光を画像信号に応じて変調する第2色光用空間光変調装置である。G光用空間光変調装置112Gは、クロスダイクロイックプリズム111のプラスY側の面に設けられている。B光用空間光変調装置112Bは、第3色光であるB光を画像信号に応じて変調する第3色光用空間光変調装置である。B光用空間光変調装置112Bは、クロスダイクロイックプリズム111のプラスX側の面に設けられている。
図2のXZ平面構成に示すように、クロスダイクロイックプリズム110のマイナスX側、R光用空間光変調装置112RのマイナスX側には、それぞれ反射ミラー107R、108Rが設けられている。反射ミラー107R、108Rは、それぞれR光の光路を略90度折り曲げる。クロスダイクロイックプリズム110からマイナスX方向へ出射したR光LRは、2つの反射ミラー107R、108Rを経由して、R光用空間光変調装置112Rへ入射する。R光用空間光変調装置112Rで変調された光は、クロスダイクロイックプリズム111へ入射する。
クロスダイクロイックプリズム110のプラスX側、B光用空間光変調装置112BのプラスX側には、それぞれ反射ミラー107B、108Bが設けられている。反射ミラー107B、108Bは、それぞれB光の光路を略90度折り曲げる。クロスダイクロイックプリズム110からプラスX方向へ出射したB光LBは、2つの反射ミラー107B、108Bを経由して、B光用空間光変調装置112Bへ入射する。B光用空間光変調装置112Bで変調された光は、クロスダイクロイックプリズム111へ入射する。
図5は、プロジェクタ100のYZ平面構成を示す。クロスダイクロイックプリズム110のプラスY側、G光用空間光変調装置112GのプラスY側には、それぞれ反射ミラー107G、108Gが設けられている。反射ミラー107G、108Gは、それぞれG光の光路を略90度折り曲げる。クロスダイクロイックプリズム110からプラスY方向へ出射したG光LGは、2つの反射ミラー107G、108Gを経由して、G光用空間光変調装置112Gへ入射する。G光用空間光変調装置112Gで変調された光は、クロスダイクロイックプリズム111へ入射する。
図4は、クロスダイクロイックプリズム111のXY平面構成を示すとともに、クロスダイクロイックプリズム111の作用を説明するものである。クロスダイクロイックプリズム111は、互いに略直交する2つのダイクロイック膜111a、111bを有する。ダイクロイック膜111aは、マイナスX側から入射したR光LRを反射し、プラスY側から入射したG光LGを透過する。ダイクロイック膜111bは、プラスX側から入射したB光LBを反射し、プラスY側から入射したG光LGを透過する。
クロスダイクロイックプリズム111は、2つのダイクロイック膜111a、111bを用いることにより、R光LR、G光LG、B光LBを合成して、R光、G光、B光を含む光LAをマイナスY方向へ出射させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム111は、R光用空間光変調装置112RからのR光LRと、G光用空間光変調装置112GからのG光LG光と、B光用空間光変調装置112BからのB光LBとを合成する。
図1に戻って、クロスダイクロイックプリズム111からの光は、反射ミラー109で光路を略90度折り曲げられた後、投写光学系114へ入射する。投写光学系114は、各色光用空間光変調装置で変調された光をスクリーン116へ投写する。図5に示すように、ロッドインテグレータ104から出射し、クロスダイクロイックプリズム110へ入射する光LAは、R光、G光、B光が合成されたものである。このことから、ロッドインテグレータ104からクロスダイクロイックプリズム110までの光路は、各色光について同じ長さである。また、クロスダイクロイックプリズム110からR光用空間光変調装置112RまでのR光LRの光路と、クロスダイクロイックプリズム110からB光用空間光変調装置112BまでのB光LBの光路と(図2参照)、クロスダイクロイックプリズム110からG光用空間光変調装置112GまでのG光LGの光路(図5参照)とは、いずれも略同一の長さである。
従って、R光用空間光変調装置112Rと、G光用空間光変調装置112Gと、B光用空間光変調装置112Bとは、ロッドインテグレータ104とR光用空間光変調装置112Rとの間の光路と、ロッドインテグレータ104とG光用空間光変調装置112Gとの間の光路と、ロッドインテグレータ104とB光用空間光変調装置112Bとの間の光路とが、いずれも略同一の長さとなるように設けられている。
R光用LED101RからのR光、G光用LED101GからのG光、及びB光用LED101BからのB光の強度分布をロッドインテグレータ104で略均一にすることにより、色ムラを低減することが可能である。クロスダイクロイックプリズム103で合成された各色光をロッドインテグレータ104へ入射させる構成とすることにより、単独のロッドインテグレータ104のみを用いる構成となる。単独のロッドインテグレータ104のみを用いる構成とすることから、色光ごとにロッドインテグレータを設ける構成と比較して、プロジェクタ100を小型にすることができる。
また、色光ごとにロッドインテグレータ104を設ける場合、製造誤差等によるロッドインテグレータ同士の僅かなばらつきが原因となって色ムラが生じてしまうこともある。本発明のプロジェクタ100は、単独のロッドインテグレータ104を用いて各色光を均一化することから、ロッドインテグレータ同士のばらつきに起因する色ムラをなくすことも可能である。これにより、プロジェクタ100を小型にでき、かつ色ムラを低減することができるという効果を奏する。また、色光ごとにロッドインテグレータを設ける場合よりも構成物品を少なくでき、低コスト化を図ることもできる。
ロッドインテグレータ104と各色光用空間光変調装置112R、112G、112Bとの間の光路をいずれも略同一の長さとすることにより、ロッドインテグレータ104とクロスダイクロイックプリズム110との間に単独の結像光学系105を用いる構成とすることが可能である。単独の結像光学系105を用いる簡易な構成によって、各空間光変調装置を効率良く照明することができる。また、各色光について同じ光路長であることから、特定の色光についてリレーレンズを経由させる必要も無い。これにより、プロジェクタ100を小型にでき、かつ低コスト化を図ることができる。
なお、均一化部としては、透明部材からなる直方体形状のロッドインテグレータ104を用いる構成に限られない。例えば、図6の斜視構成に示すように、中空構造のロッドインテグレータ604を用いることとしても良い。ロッドインテグレータ604の内面には、高反射性部材、例えばアルミニウム等の金属部材で構成された反射面616が設けられている。ロッドインテグレータ604に入射した光は、反射面616において反射を繰り返しながらロッドインテグレータ604の内部を進行する。さらに、均一化部としては、硝子部材と反射面とを組み合わせたロッドインテグレータを用いることとしても良い。
また、均一化部として、図7の斜視構成に示すように、開口反射ミラー717を有するロッドインテグレータ704を用いても良い。ロッドインテグレータ704は、内面に反射面が設けられたロッドインテグレータ604(図6参照)のLED側の面に、開口反射ミラー717を加えた構成を有する。各LEDからの光は、開口反射ミラー717の開口部からロッドインテグレータ704へ入射する。さらに、ロッドインテグレータ704の、開口反射ミラー717とは反対側の面には、λ/4位相板718と反射型偏光板719とが設けられている。開口反射ミラー717は、反射型偏光板719から開口反射ミラー717の方向へ戻る光を反射型偏光板719の方向へ反射する。
反射型偏光板719は、特定の振動方向の偏光光、例えばp偏光光を透過し、特定の振動方向以外の他の振動方向の偏光光、例えばs偏光光を反射する。反射型偏光板719としては、ワイヤグリッド型偏光板を用いることができる。ワイヤグリッド型偏光板は、光学的に透明な硝子部材からなる基板の上に、金属、例えばアルミニウムで構成されるワイヤを格子状に設けた構成を用いることができる。ワイヤグリッド型偏光板は、振動方向がワイヤに略垂直である偏光光を透過し、振動方向がワイヤに略平行である偏光光を反射する。ワイヤグリッド型偏光板を、特定の振動方向の偏光光の振動方向に対してワイヤが略垂直となるように設けることにより、特定の振動方向の偏光光のみを透過させることができる。
ロッドインテグレータ704から反射型偏光板719へ入射した光のうちp偏光光は、反射型偏光板719を透過する。反射型偏光板719へ入射した光のうちs偏光光は、反射型偏光板719で反射し、開口反射ミラー717の方向へ進行する。反射型偏光板719から開口反射ミラー717の方向へ進行したs偏光光は、λ/4位相板718を通過することにより、円偏光に変換される。
開口反射ミラー717の方向へ進行した円偏光は、開口反射ミラー717で反射した後、再び反射型偏光板719の方向へ進行し、再びλ/4位相板718に入射する。λ/4位相板718は、円偏光をp偏光光に変換して反射型偏光板719に入射させる。このように、λ/4位相板718に2回光を通過させることによって、光の振動方向を90度回転させることができる。反射型偏光板719に入射したp偏光光は、反射型偏光板719を透過する。
このように、ロッドインテグレータ704へ入射する光のうちp偏光光はそのまま、s偏光光はp偏光光に変換して出射させることができる。また、開口反射ミラー717を設けることにより、反射型偏光板719で反射した光を再利用することが可能となる。これにより、光を略均一にするほかに、特定の振動方向の偏光光を効率良く供給することができる。特定の振動方向の偏光光を効率良く供給することにより、プロジェクタ100は、高い光利用効率で明るい画像を表示することができる。なお、ロッドインテグレータ704は、中空構造とする構成に限らず、上記のロッドインテグレータ104(図1参照)と同様に、透明部材からなる直方体形状としても良い。
さらに、均一化部として、図8の斜視構成に示すように、テーパ形状のロッドインテグレータ804を用いても良い。ロッドインテグレータ804は、上記のロッドインテグレータ104と同様に、透明部材から構成されている。また、ロッドインテグレータ804は、出射側端面S2が入射側端面S1より大きく、出射側へ向かって漸次大きくなるようなテーパ形状を有する。かかる形状のロッドインテグレータ804を用いると、透明部材と空気との界面において光が全反射する際に、光軸に対する角度が小さくなるように光線角度を変換することができる。
プロジェクタ100は、各空間光変調装置で変調可能な光の角度範囲、及び投写光学系114で取り込むことが可能な光の角度範囲に限りがあることから、小さい光線角度の光が多いほど効率良く光を利用できるといえる。従って、ロッドインテグレータ804により小さい光線角度の光を増加させることにより、高い光利用効率で明るい画像を得ることができる。以上の他、均一化部としては、フライアイレンズを用いることとしても良い。
上記のプロジェクタ100は、R光用LED101R、G光用LED101G、B光用LED101Bを備える構成としているが、互いに異なる色光を供給する3つの光源部を備える構成に限られない。プロジェクタ100は、互いに異なる色光を供給する4つ以上の光源部を備える構成としても良い。また、上記のプロジェクタ100は、各色光用光源部としてLEDを用いているが、これに限られない。LEDに代えて、例えばEL素子や半導体レーザ等の他の固体発光素子を用いても良い。プロジェクタ100に用いる空間光変調装置は、透過型の液晶表示装置に限らず、反射型の液晶表示装置やティルトミラーデバイスを用いても良い。さらに、本発明の画像表示装置はプロジェクタに限らず、例えば空間光変調装置で変調された光を直視するディスプレイであっても良い。
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、プレゼンテーションや動画を表示する場合に有用であり、特に、小型化及び色ムラの低減を図る場合に適している。
100 プロジェクタ、101R R光用LED、101G G光用LED、101B B光用LED、102R、102G、102B 集光レンズ、103 クロスダイクロイックプリズム、103a、103b ダイクロイック膜、104 ロッドインテグレータ、105 結像光学系、106、107R、107G、107B、108R、108G、108B、109 反射ミラー、110 クロスダイクロイックプリズム、110a、110b ダイクロイック膜、111 クロスダイクロイックプリズム、111a、111b ダイクロイック膜、112R R光用空間光変調装置、112G G光用空間光変調装置、112B B光用空間光変調装置、114 投写光学系、116 スクリーン、604 ロッドインテグレータ、616 反射面、704 ロッドインテグレータ、717 開口反射ミラー、718 λ/4位相板、719 反射型偏光板、804 ロッドインテグレータ、S1 入射側端面、S2 出射側端面
Claims (2)
- 第1色光を供給する第1色光用光源部と、
第2色光を供給する第2色光用光源部と、
第3色光を供給する第3色光用光源部と、
前記第1色光用光源部からの前記第1色光と、前記第2色光用光源部からの前記第2色光と、前記第3色光用光源部からの前記第3色光とを合成する色合成部と、
前記色合成部からの光の強度分布を略均一にする均一化部と、
前記均一化部からの光を前記第1色光と、前記第2色光と、前記第3色光とに分離する色分離部と、
前記色分離部からの前記第1色光と、前記第2色光と、前記第3色光とを画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置。 - 前記空間光変調装置は、前記第1色光を変調する第1色光用空間光変調装置と、前記第2色光を変調する第2色光用空間光変調装置と、前記第3色光を変調する第3色光用空間光変調装置と、を有し、
前記第1色光用空間光変調装置と、前記第2色光用空間光変調装置と、前記第3色光用空間光変調装置とは、前記均一化部と前記第1色光用空間光変調装置との間の光路と、前記均一化部と前記第2色光用空間光変調装置との間の光路と、前記均一化部と前記第3色光用空間光変調装置との間の光路とが、いずれも略同一の長さとなるように設けられることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
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JP2005105766A JP2006284983A (ja) | 2005-04-01 | 2005-04-01 | 画像表示装置 |
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