JP2007264340A - Image display device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置及びプロジェクタに関するものである。 The present invention relates to an image display device and a projector.
近年、LCD(Liquid Crystal Display)、EL(Electro-luminescence)ディスプレイ、プラズマディスプレイ、CRT(Cathode Ray Tube)、プロジェクタ等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚しく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能を有する装置が実現されつつある。しかし、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は1〜102[nit]程度の範囲であり、また階調数は8ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲が10−2〜104[nit]程度あり、また輝度弁別能力は0.2[nit]でこれを階調数に換算すると12ビット相当といわれている。このような視覚特性を経由して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。 In recent years, electronic display devices such as LCD (Liquid Crystal Display), EL (Electro-luminescence) displays, plasma displays, CRTs (Cathode Ray Tubes), and projectors have been remarkably improved. Devices with nearly comparable performance are being realized. However, regarding the luminance dynamic range, the reproduction range is about 1 to 10 2 [nit], and the number of gradations is generally 8 bits. On the other hand, human vision has a range of luminance dynamic range that can be perceived at a time of about 10 −2 to 10 4 [nit], and the luminance discrimination capability is 0.2 [nit]. It is said to be equivalent to 12 bits. When viewing the display image of the current display device via such visual characteristics, the narrowness of the luminance dynamic range is conspicuous, and in addition, the gradation of the shadow part and highlight part is insufficient. You will feel unsatisfactory with reality and power.
また、映画やゲーム等で使用されるCG(Computer Graphics)では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性を表示データ(以下、HDR(High Dynamic Range)表示データという。)に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。しかしそれを表示するディスプレイ装置の性能が不足しているために、CGコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮できないという課題がある。 In CG (Computer Graphics) used in movies, games, etc., display data (hereinafter referred to as HDR (High Dynamic Range) display data) has a luminance dynamic range and gradation characteristics close to human vision. The movement to pursue the reality of depiction is becoming mainstream. However, since the performance of the display device that displays it is insufficient, there is a problem that the expressive power inherent in the CG content cannot be fully exhibited.
さらに、次期OS(Operating System)、例えばWINDOWS(登録商標)-Vista(登録商標)に搭載されるWCS(Windows(登録商標) Color System)においては、16ビット色空間の採用が予定されており、現在の8ビット色空間と比較してダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、16ビット色空間を生かすことができる高ダイナミックレンジ・高階調の電子ディスプレイ装置実現への要求が高まると予想される。 Furthermore, in the next OS (Operating System), for example, WCS (Windows (registered trademark) Color System) installed in WINDOWS (registered trademark) -Vista (registered trademark), adoption of a 16-bit color space is planned. Compared with the current 8-bit color space, the dynamic range and the number of gradations are dramatically increased. Therefore, it is expected that the demand for realizing a high dynamic range and high gradation electronic display device capable of utilizing the 16-bit color space will increase.
ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、DLP(Digital Light Processing、商標)プロジェクタといった投写型表示装置(プロジェクタ)は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている。 Among display devices, a projection display device (projector) such as a liquid crystal projector or a DLP (Digital Light Processing (trademark)) projector can display a large screen and is effective in reproducing the reality and power of a display image. A display device. In this field, the following proposals have been made to solve the above problems.
高ダイナミックレンジのディスプレイ装置として、光源からの照明光を光路上に直列配置された2つの光変調素子(第1光変調素子及び第2光変調素子)によって二重変調することによって、コントラスト比を向上させる、いわゆるHDR(High Dynamic Range)ディスプレイが提案されている。(例えば、特許文献1参照)。 As a display device with a high dynamic range, the contrast ratio is adjusted by double-modulating illumination light from a light source with two light modulation elements (first light modulation element and second light modulation element) arranged in series on the optical path. A so-called HDR (High Dynamic Range) display has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
そして、このようなHDRディスプレイでは、赤色照明光と、緑色照明光と、青色照明光との各々を第1光変調素子にて変調した後にクロスダイクロイックプリズム(合成手段)を用いて合成し、この合成光をさらに第2光変調素子によって変調している。
ところで、第1光変調素子で変調した変調光を第2光変調素子にて正確に変調するには、第1光変調素子及び第2光変調素子が光(照明光や変調光等)の光路に対して高精度に位置合わせされている必要がある。また、第1光変調素子と第2光変調素子との間にリレーレンズを設置する場合には、第1光変調素子と第2光変調素子とさらにリレーレンズを光の光路に対して高精度に位置合わせする必要がある。仮に、第1光変調素子と第2光変調素子との設置位置が光路に対してずれている場合には、第1光変調素子から射出された変調光の第2光変調素子における照射領域がずれてしまい、変調光を正確に変調することができなくなる。この結果、モアレの発生等の画質劣化が生じる。
このため、第1光変調素子や第2光変調素子等は、光路に対して正確に位置合わせされた状態で固定されている。
By the way, in order to accurately modulate the modulated light modulated by the first light modulation element with the second light modulation element, the first light modulation element and the second light modulation element are light paths of light (illumination light, modulation light, etc.). Must be aligned with high accuracy. Further, when a relay lens is installed between the first light modulation element and the second light modulation element, the first light modulation element, the second light modulation element, and further the relay lens are highly accurate with respect to the optical path of light. Need to be aligned. If the installation positions of the first light modulation element and the second light modulation element are deviated from the optical path, the irradiation area of the modulated light emitted from the first light modulation element in the second light modulation element is As a result, the modulated light cannot be accurately modulated. As a result, image quality degradation such as generation of moire occurs.
For this reason, the 1st light modulation element, the 2nd light modulation element, etc. are being fixed in the state where it was correctly aligned to the optical path.
しかしながら、第1光変調素子や第2光変調素子等を固定する固定機構が、照明光等の熱によって熱変形したり経時変形する場合があった。このような場合には、第1光変調素子や第2光変調素子等の位置が光路に対してずれることとなり、第1光変調素子から射出された変調光を第2光変調素子にて正確に変調することができなくなる。また、照明光等の熱によってリレーレンズが熱変形する場合もあり、このような場合には変調光の光路が移動し、結果として第2変調素子が光路に対してずれることとなる。そして、同様に、第1光変調素子から射出された変調光を第2光変調素子にて正確に変調することができなくなる。 However, the fixing mechanism that fixes the first light modulation element, the second light modulation element, and the like may be thermally deformed or temporally deformed by heat of illumination light or the like. In such a case, the positions of the first light modulation element, the second light modulation element, and the like are shifted from the optical path, and the modulated light emitted from the first light modulation element is accurately detected by the second light modulation element. Cannot be modulated. Further, the relay lens may be thermally deformed by the heat of illumination light or the like. In such a case, the optical path of the modulated light moves, and as a result, the second modulation element is shifted from the optical path. Similarly, the modulated light emitted from the first light modulation element cannot be accurately modulated by the second light modulation element.
なお、HDRディスプレイでは、上述のように第1光変調素子から射出された変調光を正確に第2変調素子にて変調するために、特に第1光変調素子や第2光変調素子等を高精度に光路に対して位置合わせする必要があることを説明した。一方で、複数の照明光に対して第1光変調素子が各々設置され、各第1光変調素子にて変調された変調光を合成して拡大投射するディスプレイ(画像表示装置)、すなわち上述したHDRディスプレイの構成から第2光変調素子を抜いた構成を有するディスプレイであっても、各第1光変調素子から射出された変調光を正確に合成する必要がある。つまり、各第1光変調素子から射出される変調光の光路がクロスダイクロイックプリズムによって正確に重ね合わせる必要がある。
そして、このような複数の変調光を合成するディスプレイにおいても、各第1光変調素子を固定する固定手段等が照明光等の熱によって熱変形したり経時変形する場合があった。この結果、各第1光変調素子から射出される変調光の光路がずれて各変調光を正確に重ね合わせることができず、画質劣化が生じる。
In the HDR display, in order to accurately modulate the modulated light emitted from the first light modulation element by the second modulation element as described above, the first light modulation element, the second light modulation element, etc. are particularly high. It was explained that it is necessary to align the optical path with accuracy. On the other hand, a first light modulation element is installed for each of a plurality of illumination lights, and a display (image display device) that synthesizes and expands the modulated light modulated by each first light modulation element, that is, as described above. Even in a display having a configuration in which the second light modulation element is omitted from the configuration of the HDR display, it is necessary to accurately synthesize the modulated light emitted from each first light modulation element. That is, it is necessary to accurately superimpose the optical path of the modulated light emitted from each first light modulation element by the cross dichroic prism.
Even in such a display that synthesizes a plurality of modulated lights, the fixing means for fixing each first light modulation element may be thermally deformed or temporally deformed by the heat of illumination light or the like. As a result, the optical path of the modulated light emitted from each first light modulation element is shifted and the modulated light cannot be accurately superimposed, resulting in image quality degradation.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、光路と各光学素子との相対的な位置ずれに起因する画質劣化の発生を抑止することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress the occurrence of image quality degradation due to the relative displacement between the optical path and each optical element.
上記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、照明光を射出する光源装置と、照明光を変調して変調光として射出する第1光変調素子とを備える画像表示装置であって、上記変調光の光路をシフトする光路シフト手段を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an image display device according to the present invention is an image display device including a light source device that emits illumination light and a first light modulation element that modulates the illumination light and emits the modulated light. The optical path shift means for shifting the optical path of the modulated light is provided.
このような特徴を有する本発明の画像表示装置によれば、光路シフト手段によって変調光の光路をシフトすることが可能となる。このため、例えば、第1光変調素子を固定する固定手段の熱変形や経時変化等によって、第1光変調素子等の光学素子と変調光の光路とが相対的に位置ずれした場合であっても、光路シフト手段によって変調光の光路をシフトすることで、再度光学素子と変調光の光路とを位置合わせすることができる。したがって、本発明によれば、光路と各光学素子との相対的な位置ずれに起因する画質劣化の発生を抑止することが可能となる。 According to the image display apparatus of the present invention having such characteristics, the optical path of the modulated light can be shifted by the optical path shift means. For this reason, for example, when the optical element such as the first light modulation element and the optical path of the modulated light are relatively displaced due to thermal deformation or change with time of the fixing means for fixing the first light modulation element. Also, the optical element and the optical path of the modulated light can be aligned again by shifting the optical path of the modulated light by the optical path shifting means. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of image quality degradation due to the relative displacement between the optical path and each optical element.
また、本発明の画像表示装置においては、上記変調光をさらに変調する第2光変調素子を備え、上記光路シフト手段は上記第1光変調素子と上記第2光変調素子との間に設置されるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、例えば、第1光変調素子あるいは第2光変調素子を固定する固定手段の熱変形や経時変形等によって、第1光変調素子や第2光変調素子等の光学素子と変調光の光路が相対的に位置ずれした場合であっても、光路シフト手段によって変調光の光路をシフトすることで、第1光変調素子から射出された変調光を第2光変調素子に正確に導光することが可能となる。よって、光路と各光学素子との相対的な位置ずれに起因する画質劣化の発生が抑止されたHDRディスプレイを実現することが可能となる。
The image display device of the present invention further includes a second light modulation element that further modulates the modulated light, and the optical path shift means is disposed between the first light modulation element and the second light modulation element. Can be adopted.
By adopting such a configuration, for example, the first light modulation element, the second light modulation element, or the like is caused by thermal deformation or temporal deformation of the fixing means for fixing the first light modulation element or the second light modulation element. Even when the optical element and the optical path of the modulated light are displaced relative to each other, the optical path of the modulated light is shifted by the optical path shift means, so that the modulated light emitted from the first optical modulator is second modulated. It is possible to accurately guide light to the element. Therefore, it is possible to realize an HDR display in which the occurrence of image quality deterioration due to the relative displacement between the optical path and each optical element is suppressed.
また、本発明の画像表示装置においては、第1光変調素子及び第2光変調素子を備える場合に、上記第1光変調素子から射出された上記変調光を上記第2光変調素子に導光する両側テレセントリックレンズを備えるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、第1光変調素子と第2光変調素子との間において変調光が平行光となるため、第1光変調素子と第2光変調素子との間のいずれの位置に光路シフト手段を設置しても変調光の光路をシフトすることが可能となり、設計の自由度を高めることが可能となる。
In the image display device of the present invention, when the first light modulation element and the second light modulation element are provided, the modulated light emitted from the first light modulation element is guided to the second light modulation element. It is possible to employ a configuration in which both side telecentric lenses are provided.
By adopting such a configuration, the modulated light becomes parallel light between the first light modulation element and the second light modulation element. Even if the optical path shift means is installed at the position, the optical path of the modulated light can be shifted, and the degree of freedom in design can be increased.
また、本発明の画像表示装置においては、上記光源装置から射出された上記照明光を複数の照明光に分光する分光手段と、分光された照明光の各々に対して設置される上記第1光変調素子と、該第1光変調素子によって変調された各変調光を合成する合成手段とを備え、上記光路シフト手段は、各上記第1光変調素子と上記合成手段との間の各々に設置されるという構成を採用することもできる。
また、複数の上記光源装置と、各光源装置から射出された照明光の各々に対して設置される上記第1光変調素子と、該第1光変調素子によって変調された各変調光を合成する合成手段とを備え、上記光路シフト手段は、各上記第1光変調素子と上記合成手段との間の各々に設置されるという構成を採用することもできる。
このようないずれかの構成を採用することによって、例えば第1光変調素子を固定する固定手段等が照明光等の熱によって熱変形したり経時変形することによって、いずれかの第1光光変調素子から射出される変調光の光路が合成手段(光学素子)に対してずれた場合であっても、光路シフト手段によって、ずれた変調光の光路をシフトして合成手段に対して合わせることが可能となる。このため、常に各変調光を合成手段によって正確に重ね合わせることが可能となる。したがって、光路と各光学素子との相対的な位置ずれに起因する画質劣化の発生を抑止することが可能となる。
Further, in the image display device of the present invention, a spectroscopic unit that splits the illumination light emitted from the light source device into a plurality of illumination lights, and the first light installed for each of the split illumination lights. A modulation element; and a synthesis unit that synthesizes the modulated lights modulated by the first light modulation element, wherein the optical path shift unit is installed between each of the first light modulation elements and the synthesis unit. It is also possible to adopt a configuration of being performed.
Further, the plurality of light source devices, the first light modulation element installed for each illumination light emitted from each light source device, and each modulated light modulated by the first light modulation element are combined. It is also possible to employ a configuration in which the optical path shift means is installed between each of the first light modulation elements and the synthesis means.
By adopting any one of such configurations, for example, the first light modulation element is fixed by, for example, fixing means for fixing the first light modulation element being thermally deformed or temporally deformed by heat of illumination light or the like. Even when the optical path of the modulated light emitted from the element is shifted with respect to the combining means (optical element), the optical path shift means can shift the shifted optical path of the modulated light to match the combining means. It becomes possible. For this reason, it becomes possible to always superimpose each modulated light accurately by the combining means. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of image quality deterioration due to the relative positional deviation between the optical path and each optical element.
また、本発明の画像表示装置においては、上記光路シフト手段を制御する制御手段を備え、該制御手段は、上記光路シフト手段を駆動する駆動部と、該駆動部に指示信号を入力するための入力部とを備えるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、入力部を操作することによって光路シフト手段を制御することができる。したがって、鑑賞者が表示画像を鑑賞しながら入力部を操作することによって、画質劣化の発生を抑止することが可能となる。
The image display apparatus according to the present invention further includes a control unit that controls the optical path shift unit. The control unit drives the optical path shift unit, and inputs an instruction signal to the drive unit. A configuration including an input unit can be employed.
By adopting such a configuration, the optical path shift means can be controlled by operating the input unit. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of image quality degradation by the viewer operating the input unit while viewing the display image.
また、本発明の画像表示装置においては、上記光路シフト手段を制御する制御手段を備え、該制御手段は、上記光路シフト手段を駆動する駆動部と、表示画像に応じて上記駆動部に指示信号を入力する表示画像検出手段とを備えるという構成を採用することもできる。
このような構成を採用することによって、表示画像検出手段から表示画像に応じた指示信号が駆動部に入力され、この指示信号に基づいて光路シフト手段が駆動される。したがって、自動で画質劣化の発生を抑止することが可能となる。
The image display apparatus according to the present invention further includes a control unit that controls the optical path shift unit, the control unit driving the optical path shift unit, and an instruction signal to the drive unit according to a display image. It is also possible to adopt a configuration comprising display image detecting means for inputting
By adopting such a configuration, an instruction signal corresponding to the display image is input from the display image detection unit to the drive unit, and the optical path shift unit is driven based on the instruction signal. Therefore, it is possible to automatically suppress the occurrence of image quality degradation.
なお、本発明の画像表示装置においては、制御手段を備える場合に、上記指示信号を記憶する記憶部を備えるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、例えば、一度画像表示装置の電源を切った後、再度画像表示装置を立ち上げた場合に、迅速に光路シフト手段の調整を行うことが可能となる。
In addition, in the image display apparatus of this invention, when a control means is provided, the structure provided with the memory | storage part which memorize | stores the said instruction | indication signal is employable.
By adopting such a configuration, for example, when the image display apparatus is turned on again after the image display apparatus is turned off, the optical path shift means can be adjusted quickly.
なお、本発明の画像表示装置においては、具体的には、上記光路シフト手段が、可変頂角プリズムであるという構成や透過型の液晶装置であるという構成を採用することができる。 In the image display device of the present invention, specifically, the optical path shifting means may be a variable apex angle prism or a transmissive liquid crystal device.
次に、本発明のプロジェクタは、照明光を変調した変調光を射出する画像表示装置と、該画像表示装置から射出された上記変調光をスクリーンに拡大投射する投射手段とを備えるプロジェクタであって、上記画像表示装置として、本発明の画像表示装置を用いることを特徴とする。
本発明の画像表示装置によれば、光路と各光学素子との相対的な位置ずれに起因する画質劣化の発生を抑止することが可能となる。したがって、このような画像表示装置を備えるプロジェクタは、優れた表示特性を発揮することができる。
Next, a projector of the present invention is a projector including an image display device that emits modulated light obtained by modulating illumination light, and a projection unit that enlarges and projects the modulated light emitted from the image display device onto a screen. The image display device of the present invention is used as the image display device.
According to the image display device of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of image quality degradation due to the relative displacement between the optical path and each optical element. Therefore, a projector equipped with such an image display device can exhibit excellent display characteristics.
以下、図面を参照して、本発明に係る画像表示装置及びプロジェクタの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of an image display device and a projector according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態のプロジェクタが備える光学系の概略構成図である。
本実施形態のプロジェクタPJ1は、照明光Lを射出する光源装置10と、光源装置10から射出された照明光Lの輝度分布を均一化する均一照明系20と、照明光Lを赤色照明光L1と緑色照明光L2と青色照明光L3とに分光するとともに各照明光L1〜L3を導光する分光系30(分光手段)と、各照明光L1〜L3に対して設置されるとともに各照明光L1〜L3を輝度変調する液晶ライトバルブ40(第1光変調素子)と、各液晶ライトバルブ40において輝度変調された照明光L1〜L3(変調光)を合成して合成光L4として射出するクロスダイクロイックプリズム50と、合成光L4を導光するリレーレンズ60(両側テレセントリックレンズ)と、リレーレンズ60にて導光される合成光L4の光路をシフトする可変頂角プリズム70(光路シフト手段)と、可変頂角プリズム70を制御する制御部80と、可変頂角プリズム70から射出された合成光L4を輝度変調する液晶ライトバルブ90(第2光変調素子)と、液晶ライトバルブ90において輝度変調された合成光L4をスクリーン200に拡大投射する投射レンズ100とを備えている。
なお、以下の説明において、光学系全体のxyz直交座標系は、液晶ライトバルブ90の画素面をxy平面とし、クロスダイクロイックプリズム50から射出された合成光Lが投射レンズ100に向かう方向(x−y平面と直交する方向)をz方向とする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system provided in the projector according to the present embodiment.
The projector PJ1 of the present embodiment includes a
In the following description, in the xyz orthogonal coordinate system of the entire optical system, the pixel surface of the liquid crystal
光源装置10は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ11と、ランプ11からの射出光を反射・集光するリフレクタ12とを備えており、ランプ11から射出された射出光をリフレクタ12で反射・集光して照明光Lとして射出する。
The
均一照明系20は、フライアイレンズ等からなる第1,第2のレンズアレイ21,22と、偏光変換素子23と、集光レンズ24とを含んで構成されている。そして、光源装置10から射出された照明光Lの輝度分布を第1,第2のレンズアレイ21,22により均一化し、第1,第2のレンズアレイ21,22を通過した照明光Lを偏光変換素子23により液晶ライトバルブ40に入射可能な偏光方向に偏光し、偏光した照明光Lを集光レンズ24により集光して分光系30に射出する。なお、偏光変換素子23は、例えば、PBSアレイと、1/2波長板とで構成されており、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換するものである。
The
分光系30は、光分離手段としての2つのダイクロイックミラー31,32と、4つのミラー(反射ミラー33,34,35)と、5つのフィールドレンズ(レンズ36、リレーレンズ37、平行化レンズ38(38R,38B,38G))とを備えている。
The
ダイクロイックミラー31,32は、光源装置10からの照明光Lを、赤色照明光L1、緑色照明光L2、青色照明光L3の3原色光に分離するものである。
ダイクロイックミラー31は、均一照明系20の後段に設置されている。このダイクロイックミラー31は、緑色照明光L2及び青色照明光L3を反射するとともに赤色照明光L1を透過する性質のダイクロイック膜をガラス板等に形成したもので、照明光Lに含まれる緑色照明光L2及び青色照明光L3をx方向に反射するとともに赤色照明光L1をz方向に透過する。
ダイクロイックミラー32は、ダイクロイックミラー31のx方向の後段に設置されている。このダイクロイックミラー32は、緑色照明光L2を反射するとともに青色照明光L3を透過する性質のダイクロイック膜をガラス板等に形成したもので、ダイクロイックミラー31によって反射された緑色照明光L2及び青色照明光L3のうち、緑色照明光L2をz方向に反射して平行化レンズ38Gに導光するとともに青色照明光L3をx方向に透過してレンズ36に導光する。
The dichroic mirrors 31 and 32 separate the illumination light L from the
The
The
反射ミラー33は、ダイクロイックミラー31のz方向の後段に設置されており、z方向から入射される赤色照明光L1をx方向に反射して平行化レンズ38Rに導光するものである。
反射ミラー34は、ダイクロイックミラー32のx方向の後段に設置されており、x方向から入射される青色照明光L3をz方向に反射して反射ミラー35に導光するものである。
反射ミラー35は、反射ミラー34のz方向の後段に設置されており、z方向から入射される青色照明光L3をx方向に反射して平行化レンズ38Bに導光するものである。
The
The
The
レンズ36は、ダイクロイックミラー32と反射ミラー34との間に設置されており、リレーレンズ37に青色照明光L3を効率よく導光するためのものである。また、リレーレンズ37は、反射ミラー34と反射ミラー35との間に設置されており、青色照明光L3を導光するためのものである。
The
なお、青色照明光L3は、他の照明光L1,L2と比較して液晶ライトバルブ40まで長い距離を導光されることとなるが、レンズ36及びリレーレンズ37によって、その強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく導光される。
The blue illumination light L3 is guided to a longer distance to the liquid crystal
平行化レンズ38は、入射される照明光を略平行化して射出するものであり、液晶ライトバルブ40Rの直前に設置される平行化レンズ38Rと、液晶ライトバルブ40Gの直前に設置される平行化レンズ38Gと、液晶ライトバルブ40Bの直前に設置される平行化レンズ38Bと、によって構成されている。
各照明光L1〜L3は、各平行化レンズ38R,38G,38Bを介することによって略平行化され、その後各液晶ライトバルブ40R,40G,40Bに入射する。すなわち、赤色照明光L1は、平行化レンズ38Rを介することによって略平行化され、その後液晶ライトバルブ40Rに入射する。また、緑色照明光L2は、平行化レンズ38Gを介することによって略平行化され、その後液晶ライトバルブ40Gに入射する。また、青色照明光L3は、平行化レンズ38Bを介することによって略平行化され、その後液晶ライトバルブ40Bに入射する。
The collimating
The illumination lights L1 to L3 are substantially collimated through the
液晶ライトバルブ40R,40G,40Bは、画素電極及びこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にTN型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。これらの液晶ライトバルブ60B,60G,60Rは、電圧非印加状態で白/明(透過)状態、電圧印加状態で黒/暗(非透過)状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。
そして、液晶ライトバルブ40Rは、外部から入力される表示画像データに基づいて赤色照明光L1を輝度変調する。また、液晶ライトバルブ40Gは、外部から入力される表示画像データに基づいて緑色照明光L2を輝度変調する。また、液晶ライトバルブ40Bは、外部から入力される表示画像データに基づいて青色照明光L3を輝度変調する。
The liquid
Then, the liquid crystal
クロスダイクロイックプリズム50は、−x側に液晶ライトバルブ40Rが設置され、−z側に液晶ライトバルブ40Gが設置され、+x側に液晶ライトバルブ40Bが設置されている。このクロスダイクロイックプリズム50は、4つの直角プリズムが貼り合わされた構造からなり、その内部には、赤色照明光L1をz方向に反射するとともに緑色照明光L2をz方向に透過する誘電体多層膜51と青色照明光L3をz方向に反射するとともに緑色照明光L2を透過してz方向に反射する誘電体多層膜52が断面X字状に形成されている。各液晶ライトバルブ40によって変調された照明光L1〜L3(変調光)は、各液晶ライトバルブ40からクロスダイクロイックプリズム50に入射することによって、全てz方向に射出される。この結果、各照明光L1〜L3は合成され、合成光L4としてクロスダイクロイックプリズム50からz方向に射出される。
In the cross
リレーレンズ60は、クロスダイクロイックプリズム50のz方向の後段に設置されており、クロスダイクロイックプリズム50から射出された合成光L4を可変頂角プリズム70を介して液晶ライトバルブ90(第2光変調素子)に導光するものである。なお、本実施形態においては、液晶ライトバルブの視野角特性を考慮して、両側テレセントリック特性を持った両側テレセントリックレンズをリレーレンズ60として用いている。
The
可変頂角プリズム70は、リレーレンズ60と液晶ライトバルブ90との間に設置されている。図2は、可変頂角プリズム70を模式的に示した断面図である。図2(a)に示すように、可変頂角プリズム70は、対向する一対の透明基板71,72と、透明基板71と透明基板72とを接続する蛇腹73と、透明基板71と透明基板72と蛇腹73によって囲まれた空間内に封入される透明液体74とを備えている。なお、透明基板71,72としてはガラス基板やプラスチック基板等を用いることができ、透明液体74としてはシリコンオイル等を用いることができる。
The variable
このような可変頂角プリズム70では、透明基板71,72が蛇腹73によって接続されているため、透明基板71,72を傾動することができる。このため、−z側から入射されるとともに+z側に射出される合成光L4の可変頂角プリズム70に対する入射角と射出角を制御し、合成光L4の光路をシフトすることができる。
例えば、図2(b)に示すように、透明基板71と透明基板72とを下側において近づくように傾動させることによって、照明光L4の光路を上方にシフトさせることができる。また、図2(c)に示すように、透明基板71と透明基板72とを上側において近づくように傾動させることによって、照明光L4の光路を下方にシフトさせることができる。さらに、透明基板71と透明基板72とを図2の紙面手前側において近づくように傾動させることによって、照明光L4の光路を図2の紙面奥側にシフトさせることができる。また、透明基板71と透明基板72とを図2の紙面奥側において近づくように傾動させることによって、照明光L4の光路を図2の紙面手前側にシフトさせることができる。すなわち、透明基板71と透明基板72との傾動を制御することによって、照明光L4の光路を任意の方向にシフトすることができる。
In such a variable
For example, as shown in FIG. 2B, the optical path of the illumination light L4 can be shifted upward by tilting the
制御部80は、可変頂角プリズム70と接続されており、可変頂角プリズム70の透明基板71,72を傾動する駆動部81と、駆動部81に指示信号を入力するための入力部82とを備えている。
駆動部81は、入力部82から入力される指示信号に応じて透明基板71,72を傾動させる。
入力部82は、本実施形態のプロジェクタPJ1によってスクリーン200上に表示される画像を鑑賞する鑑賞者が操作するものであり、鑑賞者の操作に応じた指示信号を出力する。
The
The
The
液晶ライトバルブ90は、可変頂角プリズム70のy方向の後段に設置されており、外部から入力される表示画像データに基づいて合成光L4をさらに輝度変調するものである。この液晶ライトバルブ90としても、上述の液晶ライトバルブ40と同様に、アクティブマトリクス型の液晶表示素子を用いることができる。
The liquid crystal
投射レンズ100は、液晶ライトバルブ90のy方向の後段に設置されており、液晶ライトバルブ90によって輝度変調された合成光L4をスクリーン200に拡大投射するものである。
The
次に、プロジェクタPJ1の全体的な光伝達の流れを説明する。
光源装置10から射出された照明光Lは、ダイクロイックミラー31,32によって赤色照明光L1と、緑色照明光L2と、青色照明光L3とに分光される。
赤色照明光L1は、反射ミラー33及び平行化レンズ38Rを介して液晶ライトバルブ40Rに入射し、液晶ライトバルブ40Rにおいて輝度変調された後にクロスダイクロイックプリズム50に入射する。
また、緑色照明光L2は、平行化レンズ38Gを介して液晶ライトバルブ40Gに入射し、液晶ライトバルブ40Gにおいて輝度変調された後にクロスダイクロイックプリズム50に入射する。
また、青色照明光L3は、レンズ36、反射ミラー34、リレーレンズ37、反射ミラー35及び平行化レンズ38Bを介して液晶ライトバルブ40Bに入射し、液晶ライトバルブ40Bにおいて輝度変調された後にクロスダイクロイックプリズム50に入射する。
Next, the overall light transmission flow of the projector PJ1 will be described.
The illumination light L emitted from the
The red illumination light L1 enters the liquid crystal
Further, the green illumination light L2 enters the liquid crystal
The blue illumination light L3 is incident on the liquid crystal
クロスダイクロイックプリズム50に入射した各照明光Lは、全てz方向に導光されることによって合成され、合成光L4としてクロスダイクロイックプリズム50から射出される。
合成光L4は、リレーレンズ60及び可変頂角プリズム70を介して液晶ライトバルブ90に入射してさらに輝度変調された後に、投射レンズ100を介してスクリーン200に拡大投射される。この結果、スクリーン200上に画像が表示される。
The illumination lights L incident on the cross
The combined light L4 is incident on the liquid crystal
ここで、本実施形態のプロジェクタPJ1においては、スクリーン200上の画像にモアレ等の画質劣化が生じている場合には、鑑賞者がスクリーン200上の画像を鑑賞しながら、画質劣化が生じないように入力部82を操作する。この結果、駆動部81に指示信号が入力され、駆動部81によって可変頂角プリズム70の透明基板71,72が傾動される。そして、合成光L4の光路が、画質劣化が生じないようにシフトされる。
例えば、液晶ライトバルブ90を固定する固定手段が、合成光L4等の熱によって熱変形あるいは経時変化することで、図3に示すように、液晶ライトバルブ90にx方向の位置ずれが生じている場合には、可変頂角プリズム70によって、合成光L4の光路が、液晶ライトバルブ90の位置ずれに追随して上方に移動される。この結果、合成光L4が、液晶ライトバルブ90の所望の位置に導光され、正確に輝度変調されるため、画質劣化の発生を抑止したHDRディスプレイとなる。
また、例えば、リレーレンズ60が合成光L4等の熱によって熱変形あるいは経時変化することによって、合成光L4の光路が液晶ライトバルブ90に対してずれた場合であっても、可変頂角プリズム70によって、合成光L4の光路をシフトすることで画質劣化の発生を抑止することが可能となる。
Here, in the projector PJ1 of this embodiment, when image quality deterioration such as moire occurs in the image on the
For example, the fixing means for fixing the liquid crystal
Further, for example, even when the
すなわち、本実施形態のプロジェクタPJ1によれば、液晶ライトバルブ90やリレーレンズ60等の光学素子と合成光L4(変調光)の光路とが相対的に位置ずれした場合であっても、可変頂角プリズム70によって合成光L4の光路をシフトすることで、再度光学素子と合成光L4の光路とを位置合わせすることができる。したがって、本実施形態のプロジェクタPJ1によれば、合成光L4の光路と各光学素子との相対的な位置ずれに起因する画質劣化の発生を抑止することが可能となる。
That is, according to the projector PJ1 of the present embodiment, even if the optical elements such as the liquid crystal
また、本実施形態のプロジェクタPJ1においては、リレーレンズ60として両側テレセントリックレンズを用いている。このため、合成光L4がクロスダイクロイックプリズム50と液晶ライトバルブ90との間において平行光となるため、クロスダイクロイックプリズム50と液晶ライトバルブ90との間のいずれの位置に可変頂角プリズム70を設置しても合成光L4の光路をシフトすることが可能となり、設計の自由度を高めることが可能となっている。
Further, in the projector PJ1 of the present embodiment, a bilateral telecentric lens is used as the
なお、本実施形態のプロジェクタPJ1においては、鑑賞者が入力部82を操作することによって指示信号が駆動部81に入力される構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図4に示すように、制御部80が、入力部82の替わりに、表示画像を撮像して表示画像に応じた指示信号を出力する表示画像検出部83を備えるという構成を採用することもできる。
このような構成を採用することによって、表示画像検出部83から表示画像に応じた指示信号が駆動部81に入力され、この指示信号に基づいて可変頂角プリズム70が駆動される。したがって、自動で画質劣化の発生を抑止することが可能となる。
In the projector PJ1 of the present embodiment, an instruction signal is input to the
By adopting such a configuration, an instruction signal corresponding to the display image is input from the display
また、本実施形態のプロジェクタPJ1においては、制御部80が指示信号を記憶する記憶部を備えても良い。
このような構成を採用することによって、例えば、一度プロジェクタPJ1の電源を切った後、再度プロジェクタPJ1を立ち上げた場合に、迅速に可変頂角プリズム70の調整を行うことが可能となる。
In the projector PJ1 of the present embodiment, the
By adopting such a configuration, for example, when the projector PJ1 is once turned off and then restarted, the variable
また、本実施形態のプロジェクタPJ1においては、可変頂角プリズム70を用いることによって、合成光L4の光路をシフトした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、光路シフト手段として駆動電圧に応じて屈折率が変化する透過型の液晶装置を用いることもできる。
図5は、光路シフト手段として用いることが可能な透過型の液晶装置110を模式的に示した断面図である。この図に示すように、液晶装置110は、一対の透明基板111,112、透明基板111,112の内面側にストライプ状に形成される複数の個別電極113、配向膜(不図示)及び透明基板111と透明基板112との間に封入されるホモジーニアス型液晶114で構成されている。
このような液晶装置110では、個別電極113に印加する駆動電圧に応じてホモジーニアス型液晶114の屈折率が変化し、これによって合成光L4の光路をシフトすることができる。
なお、液晶装置110を光路シフト手段として用いる場合には、駆動部81として、個別電極113に所定の駆動電圧を印加するドライバが用いられる。
また、液晶装置110を光路シフト手段として用いる場合には、液晶装置110から射出される合成光L4の偏光方向が揃っているため、合成光L4の偏光方向が液晶ライトバルブ90に入射可能な偏光方向でない場合には、液晶装置110と液晶ライトバルブ90との間に1/2波長板を設置する必要がある。
In the projector PJ1 of the present embodiment, the optical path of the combined light L4 is shifted by using the variable
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a transmissive liquid crystal device 110 that can be used as an optical path shifting means. As shown in this figure, the liquid crystal device 110 includes a pair of
In such a liquid crystal device 110, the refractive index of the homogeneous
When the liquid crystal device 110 is used as an optical path shifting unit, a driver that applies a predetermined driving voltage to the
Further, when the liquid crystal device 110 is used as the optical path shifting means, the polarization direction of the combined light L4 emitted from the liquid crystal device 110 is uniform, so that the polarization direction of the combined light L4 can enter the liquid crystal
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本第2実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化すする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the description of the same parts as those of the first embodiment will be omitted or simplified.
図6は、本実施形態のプロジェクタPJ2が備える光学系の概略構成を示す図である。この図に示すように、本実施形態のプロジェクタPJ2は、上記第1実施形態のプロジェクタPJ1が備えたリレーレンズ60及び液晶ライトバルブ90を備えていない。そして、各液晶ライトバルブ40とクロスダイクロイックプリズム50との間の各々に可変頂角プリズム70が設置されている。液晶ライトバルブ40Rとクロスダイクロイックプリズム50との間には可変頂角プリズム70Rが設置され、液晶ライトバルブ40Gとクロスダイクロイックプリズム50との間には可変頂角プリズム70Gが設置され、液晶ライトバルブ40Bとクロスダイクロイックプリズム50との間には可変頂角プリズム70Bが設置されている。なお、図6においては、各可変頂角プリズム70に接続される制御部については図示を省略している。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an optical system provided in the projector PJ2 of the present embodiment. As shown in this figure, the projector PJ2 of the present embodiment does not include the
このような本実施形態のプロジェクタPJ2においては、例えば液晶ライトバルブ40を固定する固定手段等が照明光等の熱によって熱変形したり経時変形することによって、いずれかの液晶ライトバルブ40R,40G,40bから射出される照明光L1〜L3の光路がクロスダイクロイックプリズム50に対してずれた場合であっても、可変頂角プリズム70によって、ずれた照明光L1〜L3の光路をシフトしてクロスダイクロイックプリズム50に対して合わせることが可能となる。このため、常に各照明光L1〜L3をクロスダイクロイックプリズム50によって正確に重ね合わせることが可能となる。したがって、各照明光L1〜L3が正確に重ねあわされた合成光L4を生成することができ、画質劣化の発生を抑止することが可能となる。
In such a projector PJ2 of this embodiment, for example, a fixing means for fixing the liquid crystal
なお、本実施形態のプロジェクタPJ2においては、上記第1実施形態と同様に、照明光Lを分光系30にて、複数の照明光(赤色照明光L1と、緑色照明光L2と、青色照明光L3と)に分光した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、図7に示すように、複数の光源装置10(赤色光源装置10R,緑色光源装置10G,青色光源装置10B)を備える構成としても良い。この場合には、均一照明系20及び分光系30を設置せず、赤色照明光L1を射出する赤色光源装置10Rを液晶ライトバルブ40Rに対向配置し、緑色照明光L2を射出する緑色光源装置10Gを液晶ライトバルブ40Gに対向配置し、青色照明光L3を射出する青色光源装置10Bを液晶ライトバルブ40Bに対向配置する。
In the projector PJ2 of the present embodiment, the illumination light L is converted into a plurality of illumination lights (red illumination light L1, green illumination light L2, and blue illumination light) in the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る画像表示装置及びプロジェクタの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the image display device and the projector according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、光路シフト手段として、可変頂角プリズムあるいは液晶装置を用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、合成光L4の光路をシフト可能なものであれば光路シフト手段として用いることができる。例えば、音響光学素子、ガルバノミラー、微小ミラーアレイデバイス等を光路シフト手段として用いることもできる。 For example, in the above embodiment, a variable apex angle prism or a liquid crystal device is used as the optical path shift means. However, the present invention is not limited to this, and can be used as an optical path shifting means as long as the optical path of the combined light L4 can be shifted. For example, an acousto-optic element, a galvanometer mirror, a micromirror array device, or the like can be used as the optical path shift means.
また、上記実施形態においては、第1及び第2光変調素子として、透過型の液晶ライトバルブを用いた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、第1及び第2光変調素子として、反射型の液晶ライトバルブや微小ミラーアレイデバイスを用いることも可能である。 In the above embodiment, a transmissive liquid crystal light valve is used as the first and second light modulation elements. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use a reflective liquid crystal light valve or a micromirror array device as the first and second light modulation elements.
例えば、上記実施形態においては、投射手段として投射レンズを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、投射手段として投射ミラーを用いることもできる。 For example, in the above embodiment, a projection lens is used as the projection unit. However, the present invention is not limited to this, and a projection mirror can be used as the projection means.
また、例えば、上記実施形態のスクリーンを筐体の一部に露出して設置し、上記実施形態のスクリーン以外の構成を筐体の内部に収納し、筐体の内部からスクリーンに対して背面投写することによって画像を表示する、いわゆるリアプロジェクタに本発明を適用することも可能である。 In addition, for example, the screen of the above-described embodiment is installed in a part of the housing, the configuration other than the screen of the above-described embodiment is housed in the housing, and rear projection is performed on the screen from the inside of the housing. Thus, the present invention can be applied to a so-called rear projector that displays an image.
PJ1,PJ2……プロジェクタ、10……光源装置、30……分光系(分光手段)、40……液晶ライトバルブ(第1光変調素子)、50……クロスダイクロイックプリズム(合成手段)、70……可変頂角プリズム(光路シフト手段)、80……制御部(制御手段)、81……駆動部、82……入力部、83……表示画像検出部(表示画像検出手段)、100……投射レンズ(投射手段)、110……液晶装置(光路シフト手段)、L……照明光、L4……合成光(変調光)
PJ1, PJ2 ... projector, 10 ... light source device, 30 ... spectral system (spectral means), 40 ... liquid crystal light valve (first light modulation element), 50 ... cross dichroic prism (synthesizing means), 70 ... ... variable apex angle prism (optical path shifting means), 80 ... control section (control means), 81 ... drive section, 82 ... input section, 83 ... display image detection section (display image detection means), 100 ... Projection lens (projection means), 110... Liquid crystal device (optical path shift means), L... Illumination light, L4.
Claims (11)
前記変調光の光路をシフトする光路シフト手段を備えることを特徴とする画像表示装置。 An image display device comprising: a light source device that emits illumination light; and a first light modulation element that modulates the illumination light and emits the modulated light.
An image display device comprising optical path shifting means for shifting the optical path of the modulated light.
前記光路シフト手段は、各前記第1光変調素子と前記合成手段との間の各々に設置されることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 A spectroscopic unit that splits the illumination light emitted from the light source device into a plurality of illumination lights, the first light modulation element that is installed for each of the split illumination lights, and the first light modulation element Combining means for combining each modulated light modulated,
The image display device according to claim 1, wherein the optical path shift unit is installed between each of the first light modulation elements and the combining unit.
前記光路シフト手段は、各前記第1光変調素子と前記合成手段との間の各々に設置されることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 A plurality of the light source devices, the first light modulation element installed for each illumination light emitted from each light source device, and a combining unit that combines the modulated light modulated by the first light modulation element And
The image display device according to claim 1, wherein the optical path shift unit is installed between each of the first light modulation elements and the combining unit.
該制御手段は、前記光路シフト手段を駆動する駆動部と、該駆動部に指示信号を入力するための入力部とを備える
ことを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の画像表示装置。 Control means for controlling the optical path shifting means,
The image display apparatus according to claim 1, wherein the control unit includes a drive unit that drives the optical path shift unit, and an input unit that inputs an instruction signal to the drive unit. .
該制御手段は、前記光路シフト手段を駆動する駆動部と、表示画像に応じて前記駆動部に指示信号を入力する表示画像検出手段とを備える
ことを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載の画像表示装置。 Control means for controlling the optical path shifting means,
The control unit includes a drive unit that drives the optical path shift unit, and a display image detection unit that inputs an instruction signal to the drive unit in accordance with a display image. The image display device described.
前記画像表示装置として、請求項1〜10いずれかに記載の画像表示装置を用いることを特徴とするプロジェクタ。 A projector comprising an image display device that emits modulated light obtained by modulating illumination light, and a projection unit that projects the modulated light emitted from the image display device onto a screen.
A projector using the image display device according to claim 1 as the image display device.
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Cited By (1)
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US20150222863A1 (en) * | 2014-02-03 | 2015-08-06 | Seiko Epson Corporation | Projector |
-
2006
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