JP2007025598A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】 高輝度なカラー表示が容易に行えると共に、装置の小型化を図ることができるプロジェクタの提供。
【解決手段】 照明部からの前記照明光を偏光ビームスプリッタによりP偏光とS偏光とに分離し、分離したP偏光をLCOS3により変調し、他方のS偏光をLCOS4により変調する。LCOS3,4から出射される各変調光は偏光ビームスプリッタで合成され、投射レンズを介して投影される。そして、LCOS3,4には、画素61a,61bがR,G,Bフィルタを備えた3つのサブピクセルに分割されているカラー表示のLCOSである。カラーフィルタ6Aに設けられたR,G,Bフィルタの配列と、カラーフィルタ6Bに設けられたR,G,Bフィルタの配列とはy軸に関してミラー反転の関係にあり、同色フィルタの画像は同一位置に投影される。
【選択図】 図3
【解決手段】 照明部からの前記照明光を偏光ビームスプリッタによりP偏光とS偏光とに分離し、分離したP偏光をLCOS3により変調し、他方のS偏光をLCOS4により変調する。LCOS3,4から出射される各変調光は偏光ビームスプリッタで合成され、投射レンズを介して投影される。そして、LCOS3,4には、画素61a,61bがR,G,Bフィルタを備えた3つのサブピクセルに分割されているカラー表示のLCOSである。カラーフィルタ6Aに設けられたR,G,Bフィルタの配列と、カラーフィルタ6Bに設けられたR,G,Bフィルタの配列とはy軸に関してミラー反転の関係にあり、同色フィルタの画像は同一位置に投影される。
【選択図】 図3
Description
本発明は、画像を投射表示するプロジェクタに関する。
従来、反射型ライトバルブの一種である反射型液晶素子(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)を用いたプロジェクタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のプロジェクタでは、簡単な構成で高輝度の投射画像を得るためにPBS(偏光ビームスプリッタ)で分岐した照明光の各々に対してLCOSを配置し、それらの反射光をPBSで再合成して投影するような構成となっている。このようなLCOSを用いたプロジェクタにおいて高輝度のカラー表示を行う場合には、RGBの各光源を切り替え発光させて時分割でRGB表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル駆動によるカラー表示が一般的である。
しかしながら、フィールドシーケンシャル駆動によるカラー表示の場合には、RGBの光源をそれぞれ用意する必要があり、装置の小型化の妨げとなっている。
請求項1の発明は、無偏光の白色照明光を出射する照明手段と、照明光をP偏光とS偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、P偏光を映像情報に基づいて変調(偏光変換)し、変調光を出射する第1の反射型ライトバルブと、S偏光を映像情報に基づいて変調し、変調光を出射する第2の反射型ライトバルブと、第1および第2の反射型ライトバルブからの各変調光を偏光ビームスプリッタで合成して投射するプロジェクタに適用され、第1および第2の反射型ライトバルブは、画素が色フィルタを備えた複数のサブピクセルに分割されているカラー表示の反射型ライトバルブであって、第1および第2の反射型ライトバルブの各々に設けられた色フィルタの配列が、互いにS偏光の偏光方向を反転軸としたミラー反転の関係にあることを特徴とする。
本発明によれば、画素が色フィルタを備えた複数のサブピクセルに分割されているカラー表示の反射型ライトバルブを2枚用いるとともに、第1および第2の反射型ライトバルブの各々に設けられた色フィルタの配列が、互いにS偏光の偏光方向を反転軸としたミラー反転の関係となるようにしたことにより、高輝度なカラー表示が容易に行えると共に、装置の小型化を図ることができる。
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明によるプロジェクタの概略構成を示す図である。プロジェクタは、白色光を発生する照明部1、偏光子である偏光ビームスプリッタ(以下では、PBSを記す)2、反射型液晶ライトバルブの一種であるLCOS3,4、投射レンズ5、表示制御部7および入力操作部8を備えている。
照明部1は光源である高輝度LED11と、LED11からの光を略平行光とする集光レンズ12とを備えている。LED11は白色光を発光可能である。照明部1を出射した無偏光状態の白色光はPBS2に入射する。PBS2の照明光入射面(図示下面)にはダイクロイック透過膜2bが形成されている。なお、ダイクロイック透過膜2bの詳細については後述する。
PBS2に入射した光は、分離面2aで偏光方向がy軸方向であるS偏光と、偏光方向がy軸と直交するP偏光とに分離される。P偏光は分離面2aを透過してLCOS3に入射し、S偏光は分離面2aで反射されてLCOS4に入射する。LCOS3,4はシリコン基板とガラス基板との間に液晶を介在させた液晶パネルであり、シリコン基板上にはTFT等のスイッチング素子や電極が画素の各サブピクセルに対応して設けられており、シリコン基板の最表面には光を反射させるアルミ層が形成されている。そして、透明電極が形成されたガラス基板との間に介在する液晶層を電気的に駆動して映像を表示させることができる。
LCOS3,4には表示制御部7から映像信号が入力され、映像信号のレベルに応じて各電極に電圧が印加される。電極への電圧の印加状態に応じて液晶層の液晶分子の配列が変化し、液晶層が位相板の役目を果たすようになる。例えば、LCOS3,4のガラス基板側から入射したP(S)偏光はシリコン基板側の反射面(アルミ層)で反射されて再びガラス基板から出射するが、その間に白画素部に入射したP(S)偏光は偏光方向が90度回転されてS(P)偏光に変換される。一方、黒画素部に入射したP(S)偏光は偏光状態が変化せず、P(S)偏光のまま出射される。
図1において、照明光の光束W1はPBS2の分離面2aでP偏光P1とS偏光S1とに分離され、P偏光P1はLCOS3の画素の一つに入射し、S偏光S1はLCOS4の画素の一つに入射する。このとき、P偏光P1が図2(a)に示すLCOS3の画素31に入射するとした場合、S偏光S1は図2(b)に示すLCOS4の画素41に入射する。同一映像が表示される画素31および画素41の各表示画面上における位置は、各表示画面の中心軸J1,J2に関して全く左右対称な位置にある。すなわち、LCOS4には、LCOS3に表示される映像32をy軸に関して左右反転した映像42が表示される。これらの映像は、y軸に関して鏡像関係にある。
図1では、画素31,41は白映像が表示されている。そのため、P偏光P1はS偏光S2へと変換されてLCOS3の白画素31部から出射され、S偏光S1はP偏光P2に変換されてLCOS4の白画素41部から出射される。LCOS3の白画素31部から出射されたS偏光S2は分離部2aで反射され、かつ、LCOS4の白画素41部から出射されたP偏光P2は分離部2aを透過するので、それらの偏光S2,P2は同一画素の投影光として合成され、投射レンズ5により不図示のスクリーン上に投影される。
また、LCOS3の画素33およびLCOS4の画素43には黒表示の同一映像が表示され、それらの各表示画面上における位置は、各表示画面の中心軸J1,J2に関して全く左右対称な位置にある。図1の光束W2はPBS2の分離面2aでP偏光P3およびS偏光S3に分離され、P偏光P3は分離面2aを透過してLCOS3の画素33に入射し、S偏光S3は分離面2aで反射されてLCOS4の画素43に入射する。
黒画素に入射した偏光は回転されないため、LCOS3に入射したP偏光P3は偏光状態は変わらず、P偏光のままLCOS3の黒画素33部から出射される。また、LCOS4に入射したS偏光S3の場合も同様に偏光状態は変わらず、S偏光としてLCOS4の黒画素43部から出射される。LCOS3の黒画素33部から出射されたP偏光P3はPBS2の分離面2aを透過し、照明部1へと戻る。同様に、LCOS4の黒画素43部から出射されたS偏光S3は分離面2aで反射されて照明部1へと戻る。照明部1へと戻ったこれらの偏光P3,S3は照明部1の内部で反射され、一部は再度照明光成分として利用される。
このように、LCOS3,4は入射した偏光光を入力された映像情報に応じて変調(偏光変換)し、変調光として出射する。ところで、本実施の形態では、LCOS3,4にはカラーフィルタが設けられたカラー液晶が用いられる。そのため、LCOS3,4に表示される映像をy軸(S偏光の偏光方向)に関して鏡像関係とするだけでなく、フィルタ配置もy軸に関して鏡像関係としている。
図3はフィルタ配置を説明する図である。図3(a)に示すカラーフィルタ6AはLCOS3に設けられたフィルタであり、図3(b)に示すカラーフィルタ6BはLCOS4に設けられたフィルタである。符号61a,61bはスクリーン投射画面上で同一の画素位置となるLCOS3,4の一画素に対応しており、画素61a,61bはRフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタが設けられた3つのサブピクセルに分割されている。そして、サブピクセル毎に電極が設けられている。
カラーフィルタ6BのR(赤),G(緑),B(青)の配置は、カラーフィルタ6AのR,G,Bの配置をy軸に関してミラー反転したものになっている。そのため、y軸に関して鏡像関係にある画素61aでは左からR,B,Gの順に配置されているが、画素61bでは右からR,G,Bの順に配置されている。図2に示すようにLCOS4に表示される映像はスクリーン上に反転投射されるため、画素61aおよび61bのRの部分の映像はスクリーン上の同一位置に投影される。G,Bに関しても同様である。
ここで、LCOS3,4で黄色(Y)画面を再現する場合を考える。LCOS4のフィルタ配置を、LCOS3と同様に図3(a)に示される配置とした場合、LCOS3のサブピクセルR(赤)とLCOS4のサブピクセルB(青)、LCOS3のサブピクセルG(緑)とLCOS4のサブピクセルG(緑)、LCOS3のサブピクセルB(青)とLCOS4のサブピクセルR(赤)が、各々、スクリーン上で同一のサブピクセルとなる。
すなわち、スクリーン上の投射画像を観察すると、赤緑赤赤緑赤赤緑赤…のように太さの異なる複数の色の縦ライン(赤の縦ラインが、緑の縦ラインの2倍の太さ)が観察される。このような表示は、特に画像が拡大表示される投射画像の場合に容易に視認できるようになり、拡大率が大きいほど画質劣化として認識される可能性が高くなる。
一方、LCOS4のフィルタ配置を、LCOS3とは異なり図3(b)に示される配置とした場合、LCOS3のサブピクセルR(赤)とLCOS4のサブピクセルR(赤)、LCOS3のサブピクセルG(緑)とLCOS4のサブピクセルG(緑)、LCOS3のサブピクセルB(青)とLCOS4のサブピクセルB(青)が、各々、スクリーン上で同一のサブピクセルとなる。すなわち、黄色(Y)画面を再現する場合、赤緑黒赤緑黒赤緑黒…のように異なる色の太さの同じ縦線が表示されることになり、上記のような太さの異なる縦線が表示される画質劣化は発生しない。
また、図3(a)に示すように画素61aのR,G,Bがy軸と直交するz軸方向に繰り返し並んでいる場合には、カラーフィルタ6Aが設けられたLCOS3を画面中心に関して180度回転することにより図3(b)に示すようなミラー反転したフィルタ配置を得ることができる。すなわち、LCOS3,4として同一部品を用いることができる。図3(c)は図3(a)のカラーフィルタ6Aが設けられたLCOS3を180度回転したものであり、画素61aは画面右下の位置することになる。この180度回転したLCOS3を上記のLCOS4の代わりに用いる場合には、図3(a)の画素61aに表示される映像が図3(c)の画素61cに表示されるように左右反転して表示するようにする。
また、図4に示すカラーフィルタ6Cのように、R,G,Bの各フィルタを画素61a内において上下にB,G,Rのように配置した場合を考える。この場合、カラーフィルタ6Cの横1行には同一色のフィルタだけが並んでいる。そのため、カラーフィルタ6Cは左右反転したものも全く同一配置となっており、カラーフィルタ6Cが設けられたLCOSを図1のLCOS3およびLCOS4として用いることができる。
図5は、カラーフィルタの他の例を示す図である。図5(a)はLCOS3,4に設けられるカラーフィルタを示したものであり、LCOS3にはカラーフィルタ6Aが、LCOS4にはカラーフィルタ6Cが設けられている。LCOS3,4の映像は鏡像関係にあるため、LCOS4の画素61dにはLCOS3の画素61aと同一の映像が表示されることになる。そして、それらの映像はスクリーン上の同一位置に合成投影される。
そのため、同一位置に投影された画素内における色配置は、画素61aのフィルタと画素61dのフィルタとが重ね合わせられて、図5(b)に示したようなあたかも3×3の9個のサブピクセルに分割されたようになる。図5(b)において、M(マゼンタ)はR(赤)とB(青)混色してできたものであり、C(シアン)はG(緑)とB(青)を混色してできたものであり、Y(黄色)はR(赤)とG(緑)を混色してできたものである。
このように、カラーフィルタ6Aが設けられたLCOSをLCOS3として用い、画素内のR,G,Bフィルタの並びを90度回転させたカラーフィルタ6Cが設けられたLCOSをLCOS4として用いることにより、見かけ上のサブピクセルの大きさを小さくすることができる。その結果、拡大投射した場合でも、サブピクセルが目立ち難くなるという利点を有している。なお、図5(a)において、LCOS3にカラーフィルタ6Cを用い、LCOS4にカラーフィルタ6Aを用いる構成としてもかまわない。また、カラーフィルタ6CのR,G,Bフィルタの並びを、カラーフィルタ6Aの並びを270度回転させたものとしてもかまわない。
このように、一対のLCOS3,4を用いることにより、照明光が分離面2aで分離されて生じたP偏光およびS偏光の両方を投影に利用するようにしたので、高輝度な投影が可能となる。また、上述したような色配置のカラーフィルタ付LCOS3,4を使用し、光源として一つの白色LED11を用いてカラー表示としたことにより、3板式のカラープロジェクタや時分割式のカラープロジェクタに比べて小型化および低コスト化を図ることができる。
《ダイクロイック透過膜2bの説明》
ところで、白色LED11の発光スペクトルは、概略では図6(a)に示すような分布となっており、カラーフィルタの分光特性上、不要な波長成分(不要光)が含まれている。図6の(b)はカラーフィルタの分光特性の一例を示したものであり、(c)はダイクロイック透過膜2bの透過特性を示したものである。図6(b)の曲線の谷となっている部分(波長域A1,A2)の波長を有する光は投射光として利用されない光であり、これらが入射するとコントラストを低下させたり、光学素子(LCOS3,4等)の温度上昇を引き起こす可能性がある。
ところで、白色LED11の発光スペクトルは、概略では図6(a)に示すような分布となっており、カラーフィルタの分光特性上、不要な波長成分(不要光)が含まれている。図6の(b)はカラーフィルタの分光特性の一例を示したものであり、(c)はダイクロイック透過膜2bの透過特性を示したものである。図6(b)の曲線の谷となっている部分(波長域A1,A2)の波長を有する光は投射光として利用されない光であり、これらが入射するとコントラストを低下させたり、光学素子(LCOS3,4等)の温度上昇を引き起こす可能性がある。
そこで、本実施の形態では、PBS2の照明光が入射する面にダイクロイック透過膜2bを形成し、不要光が入射しないようにした。図6(c)に示すように、ダイクロイック透過膜2bの透過率Tは波長域A1,A2において非常に小さくなっており、この波長域A1,A2の光はほとんど反射または吸収される。
《投影位置のズレ補正について》
ところで、LCOS3,4により形成された画像のスクリーン上における投影位置は、LCOS3,4を装置に組み付けた際の位置決め誤差の影響を受ける。設計通りの理想的な位置に組み付けられていれば、LCOS3の投影像とLCOS4の投影像とは完全に一致するが、現実的には組立誤差の関係で図7のように位置ずれが生じる。図7において、71はスクリーン上におけるLCOS3の投影範囲を示し、72はLCOS4の投影範囲を示している。投影範囲72は、投影範囲71に対してスクリーン上でx方向にΔX、y方向にΔYだけ位置ずれしている。
ところで、LCOS3,4により形成された画像のスクリーン上における投影位置は、LCOS3,4を装置に組み付けた際の位置決め誤差の影響を受ける。設計通りの理想的な位置に組み付けられていれば、LCOS3の投影像とLCOS4の投影像とは完全に一致するが、現実的には組立誤差の関係で図7のように位置ずれが生じる。図7において、71はスクリーン上におけるLCOS3の投影範囲を示し、72はLCOS4の投影範囲を示している。投影範囲72は、投影範囲71に対してスクリーン上でx方向にΔX、y方向にΔYだけ位置ずれしている。
そこで、本実施の形態では、図8に示すようにLCOS3,4の表示可能範囲80(m×n画素)に対して、それよりも小さな表示範囲81((m−a)×(n−b)画素。ここで、a,bは1以上の整数)を表示に利用する範囲とした。表示範囲81は表示可能範囲80内の任意の位置に設定することができ、表示制御部7(図1参照)は入力された映像情報に基づいて、映像を設定された表示範囲81に表示する。図8における表示範囲81は、図7におけるスクリーン上の投影範囲71,72に対応するLCOS3,4上の表示範囲である。なお、初期設定では、表示範囲81は表示可能範囲80の中央に設定されている。
図7のようにスクリーン上で投影範囲71,72の位置ずれΔX、ΔYが生じた場合には、次のように位置補正を行う。まず、LCOS3,4に基準映像を表示して、それらをスクリーン上に投影する。図9(a)に示す例では、基準映像としてクロスバー711,721がスクリーン上に表示される様子が示されている。また、図9(a)において、投影可能範囲710,720は、それぞれLCOS3,4の表示可能範囲80に対応するスクリーン上の範囲である。クロスバー711はLCOS3によって投影されたものであり、クロスバー721はLCOS4によって表示されたものの投影像である。LCOS3,4の組み付け誤差によってクロスバー712はクロスバー721に対してy方向にΔY、x方向にΔXだけ位置ずれしている。
クロスバー711,712にはLCOS3,4上の画素数を表す目盛りが付してあり、この目盛りを読み取ることによりLCOS4のxy方向の位置ズレ量を画素数で直読することができる。すなわち、クロスバー711,712によって読み取られた位置ズレ量ΔX,ΔYは、画素数に換算した位置ズレ量を表している。装置のオペレータは、入力操作部8を操作して位置ズレ量ΔX,ΔYを入力する。図1の表示制御部7では、入力された位置ズレ量ΔX,ΔYに基づいて、LCOS4の表示範囲81を初期位置に対してx方向に−ΔX、y方向に−ΔYだけ移動させ、その補正量(−ΔX,−ΔY)を表示制御部7に記憶する。この補正以後は、装置が起動されると、記憶された補正量(−ΔX,−ΔY)に基づいて図9(b)に示すような表示範囲に映像を表示する。
なお、上述した例では片方のLCOS4のみを補正したが、LCOS3に対して(ΔX/2,ΔY/2)だけ補正し、LCOS4に対しては(−ΔX/2,−ΔY/2)だけ補正するようにしても良い。また、上述と同様の方法でLCOS3のみ表示範囲を補正する構成としても良い。このように、表示範囲81を表示可能範囲80よりも小さく設定しておき、表示範囲81を移動させることで投影像の位置ずれを電気的に容易に補正することが可能となる。
なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、LCOS3,4に設けられるカラーフィルタ6A〜6Cは一例を示したものであり、y軸すなわちS偏光の偏光方向に関してミラー反転な関係にあるフィルタであれば種々の色配置を採用することができる。
1:照明部 2:偏光ビームスプリッタ
3,4:LCOS 5:投射レンズ
6A〜6C:カラーフィルタ 7:表示制御部
8:入力操作部 11:LED
80:表示可能範囲 81:表示範囲
3,4:LCOS 5:投射レンズ
6A〜6C:カラーフィルタ 7:表示制御部
8:入力操作部 11:LED
80:表示可能範囲 81:表示範囲
Claims (3)
- 無偏光の白色照明光を出射する照明手段と、
前記照明光をP偏光とS偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記P偏光を映像情報に基づいて変調し、変調光を出射する第1の反射型ライトバルブと、
前記S偏光を映像情報に基づいて変調し、変調光を出射する第2の反射型ライトバルブと、
前記第1および第2の反射型ライトバルブからの各変調光を前記偏光ビームスプリッタで合成して投射するプロジェクタにおいて、
前記第1および第2の反射型ライトバルブは、画素が色フィルタを備えた複数のサブピクセルに分割されているカラー表示の反射型ライトバルブであって、前記第1および第2の反射型ライトバルブの各々に設けられた色フィルタの配列が、互いに前記S偏光の偏光方向を反転軸としたミラー反転の関係にあることを特徴とするプロジェクタ。 - 無偏光の白色照明光を出射する照明手段と、
前記照明光をP偏光とS偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記P偏光を映像情報に基づいて変調し、変調光を出射する第1の反射型ライトバルブと、
前記S偏光を映像情報に基づいて変調し、変調光を出射する第2の反射型ライトバルブと、
前記第1および第2の反射型ライトバルブからの各変調光を前記偏光ビームスプリッタで合成して投射するプロジェクタにおいて、
前記第1および第2の反射型ライトバルブは、画素が色フィルタを備えた複数のサブピクセルに分割されているカラー表示の反射型ライトバルブであって、前記第1の反射型ライトバルブにおける画素内の前記サブピクセルの配列方向に対して、前記第2の反射型ライトバルブにおける画素内の前記サブピクセルの配列方向が、角度で90度異なることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項1または2に記載のプロジェクタにおいて、
前記第1および第2の反射型ライトバルブは、それらの映像表示領域の大きさが表示可能範囲よりも小さく設定され、
前記第1の反射型ライトバルブによる第1の投射像と前記第2の反射型ライトバルブによる第2の投射像との間の投射位置ズレ量が入力される入力手段と、
前記入力手段に入力された前記投射位置ズレ量に基づいて、前記第1および第2の投射像の投射位置が一致するように、前記第1および/または第2の反射型ライトバルブの前記表示可能範囲内における前記映像表示領域の位置を変更する変更手段とを備えたことを特徴とするプロジェクタ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009169419A (ja) * | 2008-01-14 | 2009-07-30 | Sysview Technology Inc | LCOS(LiquidCrystalOnSilicon)マイクロディスプレイのカラーに基づいたマイクロデバイス |
CN101470337B (zh) * | 2007-12-27 | 2012-03-14 | 红蝶科技(深圳)有限公司 | 一种嵌入有投影机模块的移动设备 |
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2005
- 2005-07-21 JP JP2005211714A patent/JP2007025598A/ja active Pending
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