JP2007537482A - ２段構造の画像形成装置及びこれを採用したプロジェクションｔｖセット - Google Patents

Abstract

２段構造の画像形成装置及びこれを採用したプロジェクションＴＶセットを提供する。画像形成装置は、光源と、光源から照射されたビームをカラーによって分離するカラー分離器と、光源から出射されたビームの光路を屈折させるための少なくとも１つの光路変換器と、カラー分離器を通過したビームを入力信号によって処理してカラー画像を形成するディスプレイ素子と、を備える照明系と、照明系により形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射系と、を備え、少なくとも１つの光路変換器により光源から出射されたビームの光軸とディスプレイ素子で反射されたビームの光軸とが垂直方向に相異なる高さに位置して、前記照明系と投射とが横方向に狭く、縦方向に長く配置されることを特徴とする。これにより、スタンド型または柱型のキャビネットに画像形成装置を容易に装着し、プロジェクションＴＶセットのデザインを多様化しうる。

Description

本発明は、照明系と投射系とを上下方向に異なる高さを有するように２段に配置してスタンド型のキャビネットに好適にその構造が改善された画像形成装置及びこれを採用したプロジェクションＴＶセットに関する。

画像形成装置は、高出力ランプ光源から出射された光を画素単位でオン/オフ制御してカラー画像を形成するディスプレイ素子の個数によって３板式と単板式とに分けられる。単板式プロジェクションシステムは、３板式に比べて光学系構造を小さくしうるが、白色光をシーケンシャル方法でＲ、Ｇ、Ｂカラーに分離して使用するので、３板式に比べて光効率が１／３に落ちる問題点がある。したがって、単板式プロジェクションシステムの場合には、光効率を増加させるための努力が要求されてきた。

一般的な単板式プロジェクション光学系の場合、白色光源から照射されたビームをカラーフィルターを用いてＲ、Ｇ、Ｂ三色ビームに分離し、各カラービームを順次にディスプレイ素子に送る。そして、このカラー順序に合わせてディスプレイ素子を動作させて画像を具現する。

従来の単板式プロジェクション光学系は、図１Ａに示されたように、光源１０と、この光源１０から出射されたビームをカラー別に順次に通過させるカラーホイール１５と、カラーホイール１５を通過したビームを整形する積分器１７と、積分器１７を通過したビームを全反射させる全反射プリズム２５と、全反射プリズム２５で反射されたビームを受光し、入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するディスプレイ素子２７と、を備える。そして、ディスプレイ素子２７により形成されたカラー画像をスクリーンに向けて拡大投射させる投射系３０が備えられる。

光源１０とカラーホイール１５との間に紫外線遮断フィルター１２が配置され、積分器１７と全反射プリズム２５との間の光路上には、積分器１７を通過したビームを集光させるためのレンズ群２０が配置される。

全反射プリズム２５は、光源１０から出射されたビームをディスプレイ素子２７方向に全反射させる入射側プリズム２５ａとディスプレイ素子２７で反射されたビームを投射系３０に向って透過させる出射側プリズム２５ｂを含む。

光源１０から全反射プリズム２５までの照明系は水平構造を有するものであって、垂直方向の高さよりは水平方向の幅が相対的に大きい構造となっている。

図１Ｂは、スクリーンＳが設けられたスクリーン部３５と画像形成装置が設けられるキャビネット４０とを備えるＴＶセットを示す図である。部材番号４２は、装飾キャビネットを示す。

図１Ａに示されたような水平構造の画像形成装置は、図１Ｂに示されたように水平方向に長いキャビネット４０への取り付けに有利である。従来の画像形成装置は、デスクトップ形態のプロジェクションＴＶセットに適した構造を有する。

しかし、消費者は、多様なデザインのＴＶセットを願っており、これにより、ＴＶセットの外観を変形させるためには、画像形成装置の構造を変形する必要がある。

本発明は、前記問題点を解決するために創出されたものであって、上下方向に長いスタンド型または柱型のキャビネットに好適に収容可能なカラー画像装置及びこれを採用したプロジェクションＴＶセットを提供するところにその目的がある。

本発明の具現例によって、光源と、前記光源から照射されたビームをカラーによって分離するカラー分離器と、前記光源から出射されたビームの光路を屈折させるための少なくとも１つの光路変換器と、カラー分離器を通過したビームを入力信号によって処理してカラー画像を形成するディスプレイ素子とを備える照明系と、前記照明系により形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射系とを備え、前記少なくとも１つの光路変換器により前記光源から出射されたビームの光軸とディスプレイ素子で反射されたビームの光軸とが垂直方向に相異なる高さに位置して、前記照明系と投射とが横方向に狭く、縦方向に長く配置される画像形成装置が提供される。

本発明の他の具現例によって、スクリーンが備えられたスクリーン部と、画像形成装置が備えられたキャビネットとを備え、前記画像形成装置が上下方向に長く前記キャビネットに設けられ、キャビネットの幅が前記スクリーン部の幅より狭く、キャビネットが上下方向に長く柱型に形成されたプロジェクションＴＶセットが提供される。

本発明による画像形成装置には、ビームを照射する照明系と投射系とが上下垂直方向に長く配列される構造であって、上下方向に長く形成されたスタンド型または柱型のキャビネットに容易に収容されうる。

したがって、本発明の望ましい実施例による画像形成装置を採用したプロジェクションＴＶセットは、その外観をスタンド型に製造でき、このようにプロジェクションＴＶセットのデザインを多様に演出できて、消費者の多様なニーズを満足させうる。

本発明の望ましい具現例による画像形成装置が採用されたプロジェクションＴＶセットが図２に示されており、このＴＶセットは、スクリーンＳが備えられたスクリーン部９０とスクリーン部９０との下部にある上下方向に長いスタンド型または柱型のキャビネット９５を含む。

図３及び図４は、本発明の望ましい具現例に一致する画像形成装置の概略的図である。図３及び図４の画像形成装置は、ビームを照射及びカラー画像を形成する照明系１００とカラー画像とをスクリーンに向って拡大投射させる投射系１５０が相異なる高さに配置され、上下方向に長く配置される。

キャビネット９５に照明系１００と投射系１５０が備えられる。本発明では、図２に示されたようにスタンド型のキャビネット９５に好適に照明系１００と投射系１５０の配置構造が改善されたことを特徴とする。

本発明による画像形成装置が図３及び図４に示されている。

照明系１００は、ビームを照射する光源１０３と、光源１０３から照射されたビームをカラー別に分離するカラー分離器１１０と、カラー分離器１１０を通過したカラービームを入力信号によって処理してカラー画像を形成するディスプレイ素子１３０を備える。また、照明系を上下方向に長く配列させるために光源１０３から照射されたビームを上方に屈折させるための少なくとも１つの光路変換器を備える。投射系１５０は、ディスプレイ素子１３０で形成されたカラー画像を前記スクリーンＳに拡大投射させる。

カラー分離器１１０とディスプレイ素子１３０との間に配置されて入射ビームを第１方向に経路を変換させる第１光路変換器１２０と、第１光路変換器１２０で反射されたビームを第２方向に経路を変換させる第２光路変換器１２５と、第２光路変換器１２５で反射されたビームをディスプレイ素子１３０に向かわせ、ディスプレイ素子１３０で反射されたビームを投射系１５０に向かわせるコンデンシング素子１２７が備えられる。

光源１０３は、キャビネット９５の下部に光軸が底面と平行に配置される。光源１０３から出射されて底面と平行に進めるビームが第１光路変換器１２０で反射されて上方に向かう。また、第２光路変換器１２５は、第１光路変換器１２０で反射されたビームをコンデンシング素子１２７に向かわせる。

カラー分離器１１０では、例えば、カラーホイールが使われうる。

光源１０３とカラー分離器１１０との間の光路上に紫外線遮断フィルター１０５が備えられ、カラー分離器１１０と第１光路変換器１２０との間に光源１０３から出射されたビームを整形するための積分器１１２が備えられる。積分器１１２は、ビームがディスプレイ素子１３０の形に対応する断面を有するように整形する。

積分器１１２とコンデンシング素子１２７との間の光路上には、ビームを集光させるためのレンズが配置される。例えば、積分器１１２と第１光路変換器１２０との間に第１集光レンズ１１４が、第１光路変換器１２０と第２光路変換器１２５との間に第２及び第３集光レンズ１１５、１１６が、第２光路変換器１２５とコンデンシング素子１２７との間に第４集光レンズ１１７が配置される。

コンデンシング素子１２７は、ディスプレイ素子１３０に入射されるビームとディスプレイ素子１３０から反射されるビームの経路を異ならせるためのものである。コンデンシング素子１２７は、第１プリズム１２７ａと第２プリズム１２７ｂとが対向配置された全反射プリズムで構成されうる。第１プリズム１２７ａは、入射プリズムであって、入射ビームを全反射させてディスプレイ素子１３０に向かわせ、第２プリズム１２７ｂは、出射プリズムであって、ディスプレイ素子１３０で反射されたビームを透過させて投射系１５０に向かわせる。または、コンデンシング素子１２７は、第２光路変換器１２５から入射されるビームをディスプレイ素子１３０で集束させるための凹ミラーまたはレンズを含んで構成されうる。

ディスプレイ素子１３０は、反射型液晶表示素子や駆動ミラー装置（ＤＭＤ：Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）であることが望ましい。

投射系１５０は、カラー画像をスクリーンに向かわせる投射レンズ群１５５とビーム経路を適当に転換するための反射ミラー１５７とを含む。

前記実施例では画像形成装置がスタンド型のキャビネットに収容可能に光源から出射されたビームを上方に屈折させるための第１光路変換器１２０とビームをディスプレイ素子１３０に最適の角度に入射させるための第２光路変換器１２５とが設けられる。

図５に示されたように光源１０３から出射されたビームを上方に送るために第１光路変換器１２０は、次のような角度を有するように配置されることが望ましい。ディスプレイ素子１３０として使われる駆動ミラー装置は、複数のマイクロミラー１３０ａが２次元的に配列され、マイクロミラー１３０ａごとに独立的に回動可能になっている。マイクロミラー１３０ａの回動方向によって入射ビームが投射系１５０側に向かって進めるか、投射系１５０側を外れて進めて、結局マイクロミラー単位でオン/オフされる。

ここで、駆動ミラー装置１３０に垂直な方向をＸ軸、駆動ミラー装置１３０の左右方向をＹ軸、駆動ミラー装置の上下方向をＺ軸と仮定する。このような仮定による座標系を図３にも適用する。

まず、図６Ａを参照するに、第１光路変換器１２０で反射されたビームを上方に向かわせるために、第１光路変換器１２０で反射されたビームが位置する領域がＸ軸の上部領域にならねばならない。図６Ａでは、説明の便宜上、光源１０３から第１光路変換器１２０までの経路上に備えられた一部光学素子のみを図示した。

このような条件を満足させるために、Ｚ軸に対して第１光路変換器１２０の法線とＺ軸との角度をθ_１とする時、θ_１は０より大きく、９０°より小さな角を有する。図６Ｂを参照するに、第１光路変換器１２０がＸ軸に平行に置かれる時、θ_１の最小値（θ_１ｍｉｎ＝０゜）を有し、第１光路変換器１２０がＺ軸に平行に置かれる時、θ_１の最大値（θ_１ｍａｘ＝９０゜）を有する。光源１０３から出射されたビームを上方に送るための第１光路変換器１２０の位置をθ_１と表せば次の通りである。

次いで、第２光路変換器１２５で反射されたビームは、コンデンシング素子１３０に向かってＺ軸に対して所定のα角に入射されることが望ましいとするとき、この入射角を満足させるために第２光路変換器１２５の傾度角度を求めれば、次の通りである。第１光路変換器１２０で入射ビームを上方に反射させたので、第２光路変換器１２５に入る入射ビームが位置する領域は、図７Ａに示されたようにＸ−Ｙ平面の下部空間である。

ここで、第２光路変換器１２５から出射されるビームをして、Ｚ軸に対してα角を持たせる第２光路変換器１２５の傾度であって、Ｚ軸と第２光路変換器１２５の法線との角度をθ_２とする。

図７Ｂは、第２光路変換器１２５に入射されるビームが（＋）Ｙ軸に入射される場合を示す図であって、この時のθ_２は（４５＋α／２）°である。図７Ｃは、第２光路変換器１２５に入射されるビームがＺ軸に対して平行に入射される場合を示す図であって、この時のθ_２は（９０＋α／２）°である。

図７Ｄは、第２光路変換器１２５に入射されるビームが（−）Ｙ軸に入射される場合を示す図であって、この時のθ_２は（４５−α／２）°である。

図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄを考慮すれば、第２光路変換器１２５で反射されるビームがＺ軸に対してα角を有して出射されるように第２光路変換器１２５は次の条件を満足させることが望ましい。

例えば、ディスプレイ素子１３０が駆動ミラー装置である時、第２光路変換器１２５で反射されたビームは、コンデンシング素子１２７に対してＺ軸を基準に４５°の角度で入射させることが望ましい。したがって、式（２）を利用すれば、θ２が次の条件を満足させることが望ましい。

本発明に一致するように照明系と投射系とが収容されるキャビネットを縦方向に長くさ設けられ、これにより、画像形成装置の外観を既存とは異なって構成しうる。言い換えれば、図２に示されたようなプロジェクションＴＶセットのスタンド型（または柱型）キャビネットに照明系と投射系とを容易に装着しうる。

図４を参照するに、光源１０３のアーク中心で、ディスプレイ素子１３０の中心を通りつつ、地面に水平な平面までの垂直距離をＰとし、光源１３０のアーク中心で前記少なくとも１つの光路変換器のうち、光源からの光路上に最初に来る光路変換器１２０までの水平距離をＱとする時、Ｐに対するＱの比が１．５ないし２．０の範囲内にあることが望ましい。

照明系１００を前記の通り構成し、照明系１００と投射系１５０とを２段構造に配置することによって、ポスト型のキャビネットに適した構造を有しうる。

従来の画像形成装置の概略的な構造を示す図である。 従来の画像形成装置を採用するプロジェクションＴＶセットの外観を示す図である。 本発明の具現例による画像形成装置を採用したプロジェクションＴＶセットの外観を示す図である。 本発明の他の具現例による画像形成装置の構造を示す図である。 図３の右側面図である。 本発明の望ましい具現例による画像形成装置に用いられる駆動ミラー装置の構造と座標系とを示す図である。 本発明による画像形成装置に使われる第１光路変換器によりビームを上方に反射させるための光路を示す図である。 本発明による画像形成装置に使われる第１光路変換器によりビームを上方に反射させるための第１光路変換器の傾度を示す図である。 本発明による画像形成装置に使われる第２光路変換器によりビームをディスプレイ素子に所定の角度で入射させるための第２光路変換器とディスプレイ素子との配置関係を示す図である。 本発明による画像形成装置に使われる第２光路変換器に入射されるビームを所定の角度を持って反射させるための第２光路変換器の傾度を示す図である。 本発明による画像形成装置に使われる第２光路変換器に入射されるビームを所定の角度を持って反射させるための第２光路変換器の傾度を示す図である。 本発明による画像形成装置に使われる第２光路変換器に入射されるビームを所定の角度を持って反射させるための第２光路変換器の傾度を示す図である。

Claims (8)

1. 光源と、前記光源から照射されたビームをカラーによって分離するカラー分離器と、前記光源から出射されたビームの光路を屈折させるための少なくとも１つの光路変換器と、カラー分離器を通過したビームを入力信号によって処理してカラー画像を形成するディスプレイ素子と、を備える照明系と、
   前記照明系により形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射系とを備え、
   前記少なくとも１つの光路変換器により前記光源から出射されたビームの光軸とディスプレイ素子で反射されたビームの光軸とが垂直方向に相異なる高さに位置して前記照明系と投射とが横方向に狭く配置されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記光源から出射されたビームは、地面に対して水平に出射されるか、垂直に出射されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ディスプレイ素子は、駆動ミラー装置であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記光源の中心から、ディスプレイ素子の中心を通りつつ、地面に水平な平面までの垂直距離をＰとし、前記光源の中心で、前記少なくとも１つの光路変換器のうち、光源からの光路上に最初に来る光路変換器までの水平距離をＱとする時、Ｐに対するＱの比は１．５ないし２．０の範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. スクリーンが備えられたスクリーン部と、画像形成装置が備えられたキャビネットとを備えるプロジェクションＴＶセットにおいて、前記画像形成装置が、
   光源と、前記光源から照射されたビームをカラーによって分離するカラー分離器と、前記光源から出射されたビームの光路を屈折させるための少なくとも１つの光路変換器と、カラー分離器を通過したビームを入力信号によって処理してカラー画像を形成するディスプレイ素子とを備える照明系と、
   前記照明系により形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射系と、を備え、
   前記少なくとも１つの光路変換器により前記光源から出射されたビームの光軸とディスプレイ素子で反射されたビームの光軸とが垂直方向に相異なる高さに位置して前記照明系と投射系とが横方向に狭く配置されることを特徴とするプロジェクションＴＶセット。
6. 前記光源から出射されたビームは、地面に対して水平に出射されるか、垂直に出射されることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクションＴＶセット。
7. 前記ディスプレイ素子は、駆動ミラー装置であることを特徴とする請求項５または６に記載のプロジェクションＴＶセット。
8. 前記光源の中心で、ディスプレイ素子の中心を通りつつ、地面に水平な平面までの垂直距離をＰとし、前記光源の中心で前記少なくとも１つの光路変換器のうち、光源からの光路上に最初に来る光路変換器までの水平距離をＱとする時、Ｐに対するＱの比は１．５ないし２．０の範囲内にあることを特徴とする請求項５または６に記載のプロジェクションＴＶセット。

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