JP2008065027A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成と、表示画像を明るくすることの両立を図る。
【解決手段】プロジェクタ１は、照明光学系１０と単一の液晶ライトバルブ２０と合成光学系３０と投写光学系４０と映像処理部５０とを備える。照明光学系１０は、液晶ライトバルブ２０の表面に割り当てた照明領域Ａ１〜Ａ３のそれぞれに対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の光をそれぞれ照明する。合成光学系３０と投写光学系４０とによりライトバルブを出射した各色の照明光を合成し投写する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像を投写表示するプロジェクタである。

プロジェクタは、光源から出射した光束でライトバルブを照明し、ライトバルブ上の画像を投写レンズを用いてスクリーンに投写するものである。こうしたプロジェクタには、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）毎にライトバルブを備える３板式のものと、１枚のライトバルブを備える単体式のものとがある。

単体式のプロジェクタは、下記の特許文献１に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの映像信号を、色信号毎に時分割して単体のライトバルブに書き込むとともに、各色の信号の書き込みに同期して光源内の各色のＬＥＤを、色毎に時分割して点灯するものである。この構成によれば、１つのライトバルブのみでカラー表示を実現することができ、構成が簡単である。

特開２００５−３２３０６７号公報

しかしながら、前記従来の単体式のプロジェクタでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＬＥＤを時分割して点灯するものであることから、光の投与量が不足して表示映像が暗いという問題が発生した。

本発明の解決しようとする課題は、簡単な構成と、表示画像を明るくすることを両立することにある。

前述した課題の少なくとも一部を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。

本発明のプロジェクタは、
複数である所定数の色成分を有する画像を投写表示するプロジェクタであって、
単一のライトバルブと、
前記ライトバルブの表面に割り当てた前記所定数の照明領域のそれぞれに対して、前記色成分に対応した複数色の光をそれぞれ照明する照明手段と、
前記ライトバルブを駆動制御するもので、前記照明領域のそれぞれを前記色成分の各画像信号に基づいてそれぞれ制御するライトバルブ制御手段と、
前記ライトバルブを出射した各色の照明光を合成し投写する合成・投写手段と
を備えることを要旨としている。

前記構成のプロジェクタは、照明手段により、単一のライトバルブ上の所定数の照明領域のそれぞれに対して、複数色の光のそれぞれを照明し、各照明領域を出射した照明光を、合成・投写手段により合成し投写する。このために、ライトバルブ制御手段によりライトバルブの各照明領域上に形成された各色の画像が、合成されて透写される。

したがって、前記プロジェクタによれば、１枚のライトバルブでカラー画像を表示することができることから、構成が簡単である。しかも、投写される光は各色成分を合成したものであることから光の投与量は３板式のものと同じとなり、明るい表示画像を得ることができる。すなわち、簡単な構成でもって、高輝度の画像表示を実現することができる。

前記所定数の照明領域は、前記ライトバルブの全表面を前記所定数に等分された領域とすることが好ましい。この構成によれば、単一のライトバルブから照明領域のサイズを最も大きくとることができることから、大きな画像の表示が可能である。

前記所定数の色成分は、赤、緑、青の３原色の色成分である構成とすることができる。この構成によれば、フルカラーの画像表示が可能となる。

前記照明手段は、赤色発光素子と、緑色発光素子と、青色発光素子と、前記各色の発光素子にそれぞれ対応し、該発光素子からの光を入射して均一な照明光を得る３つのロッド照明手段とを備える構成としてもよい。この構成によれば、ライトバルブ上の各照明領域を均一な光で照明することができる。

前記合成・投写手段は、前記ライトバルブから出射した照明光束をより均一な強度分布を有する照明光束に変換するインテグレータ照明手段を備える構成としてもよい。この構成によれば、各色の画像を均一な強度分布を有する照明光束とした上で画像の合成を行なうことができる。

前記ライトバルブは、液晶ライトバルブである構成とすることができる。ライトバルブが液晶である場合、ライトバルブへの情報の書き込みに時間がかかること、および液晶の透過率変化に時間を要することから、ＬＥＤの発光期間は極めて短い。したがって、単体式のプロジェクタに液晶ライトバルブを使用した場合、表示映像が暗い問題がより一層深刻なものであった。これに対して、この構成によれば、液晶ライトバルブであっても、明るい表示画像を得ることができる。さらに、液晶ライトバルブの場合、環境温度や使用時間等の使用条件に伴うライトバルブの温度変化によって、液晶の応答速度が異なってくるため、従来例として説明した時分割を行なう単体式のプロジェクタでは、画像の書き込みと照明との同期が取り難く、色や画像の時間的前後関係が乱れ、画像に破綻を生じるという問題があったが、これに対して、この構成によれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの時分割を行なうものではないことから、画像に破綻を生じるようなこともない。

前記液晶ライトバルブは、薄膜トランジスタを有する画素をマトリックス状に構成するアクティブマトリックス型のものとすることができる。この構成によれば、高密度で高画質の画像の表示を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
図１は、一実施例としてのプロジェクタを概略化して示す説明図である。図示するように、プロジェクタ１は、照明光学系１０と、液晶ライトバルブ２０と、合成光学系３０と、投写光学系４０と、映像処理部５０とを備えている。図中、ｘ方向が光の進行方向で、このｘ方向に上記各部１０〜４０がこの順に配置されている。

照明光学系１０は、光源として、赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）１１ｒ、緑色ＬＥＤ１１ｇ、青色ＬＥＤ１１ｂを備えている。これら３つのＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、図中ｙ方向に並べて配列され、出射面をｘ方向に向けている。この実施例では、各色のＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂを１個の素子から構成しているが、これに換えて、複数個の素子を集めて各色の光源を構成するようにしてもよい。

照明光学系１０は、さらに、各色のＬＥＤ１１ｒ，１１ｇ，１１ｂに対応するロッドレンズ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂとレンズ１３ｒ，１３ｇ，１３ｂとを備えている。赤色ＬＥＤ１１ｒの後段（図中、ｘ方向の意味、以下同じ）にロッドレンズ１２ｒが設けられ、このロッドレンズ１２ｒの後段にレンズ１３ｒが設けられている。緑色ＬＥＤ１１ｇの後段にロッドレンズ１２ｇが設けられ、このロッドレンズ１２ｇの後段にレンズ１３ｇが設けられている。青色ＬＥＤ１１ｂの後段にロッドレンズ１２ｂが設けられ、このロッドレンズ１２ｂの後段にレンズ１３ｂが設けられている。

ロッドレンズ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂは、万華鏡の原理を応用した均一照明のレンズユニットである。角柱内で反射を繰り返した光が出射端面で均一化される。レンズ１３ｒ，１３ｇ，１３ｂにより、出射端面の像を液晶ライトバルブ２０の表面に投影する。すなわち、出射端面と液晶ライトバルブ２０の表面とは共役の関係にある。

上記構成の照明光学系１０によって、均一化されたＲ，Ｇ，Ｂの各色の光束を別々の経路でもって同時に液晶ライトバルブ２０に照射することができる。

液晶ライトバルブ２０は、石英基板上にマトリックス状に画素を配列し、この画素に高温ポリシリコンで形成した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたアクティブマトリックス型のものである。

図２は、液晶ライトバルブ２０の使用の状態を示す説明図である。図示するように、この実施例では、１．６型１０８０Ｐワイド（縦１０８０、横１９２０画素）の大きさの液晶ライトバルブを縦置きにて使用している。すなわち、縦サイズが１９２０画素、横サイズが１０８０画素であるパネル面が形成されている。このパネル面の全体は、縦方向（＝図１におけるｙ方向）を３等分する３つの照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に区分けされ、各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に対して、照明光学系１０からの均一化された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の光束が照射される。１色あたりの各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３のサイズは６４０×１０８０画素となる。このサイズは縦横比を考えると、横方向に広いことからシネマ用途に向いたものとなる。

液晶ライトバルブ２０に割り当てられた各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を透過したＲ，Ｇ，Ｂの各色の光は合成光学系３０に入力されて、合成される。詳細には、合成光学系３０は、各色の光の入力を受けるインテグレータ３１ｒ，３１ｇ，３１ｂと、集光レンズ３２とにより構成される。

インテグレータ３１ｒ，３１ｇ，３１ｂのそれぞれは、第１のレンズアレイ３１ｒ−１，３１ｇ−１，３１ｂ−１と、第２のレンズアレイ３１ｒ−２，３１ｇ−２，３１ｂ−２とを備える。インテグレータ３１ｒ，３１ｇ，３１ｂは、液晶ライトバルブ２０のＲ，Ｇ，Ｂ各領域を通過した光を、第１のレンズアレイ３１ｒ−１，３１ｇ−１，３１ｂ−１を構成している複数の矩形開口形状の集光レンズによって偏向し、次に、この複数の矩形開口形状の出射光を、各矩形開口形状の集光レンズに対応した集光レンズ群により構成した第２のレンズアレイ３１ｒ−２，３１ｇ−２，３１ｂ−２と、集光レンズ３２とを通して重畳結像させるものである。

その結果、液晶ライトバルブ２０の後段に空間像Ｆが生成される。この空間像Ｆは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色が合成されたカラー画像である。すなわち、空間像Ｆは、液晶ライトバルブ２０の各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に形成されたＲ，Ｇ，Ｂの各画像についての合成画像である。

空間像を生成する光は、投写光学系４０を構成する投射レンズ４１に入射する。投射レンズ４１は、空間像をスクリーンＳｃに拡大投写する。この結果、スクリーンＳｃにその空間像に対応したカラー画像が表示される。すなわち、スクリーンＳｃには、液晶ライトバルブ２０上の上記Ｒ，Ｇ，Ｂの各画像の合成画像が投影される。

映像処理部５０は、図示していない映像出力装置から映像信号ＡＶとしてのＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を入力し、このＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号に応じて液晶ライトバルブ２０を制御することにより照明光学系１０から射出された光を強度変調させる。映像出力装置とは、例えば、ＤＶＤプレーヤやビデオデッキ、パーソナルコンピュータといった装置である。

図３は、映像処理部５０の概略的な構成を液晶ライトバルブ２０と共に示す説明図である。図示するように、映像処理部５０は、解像度変換回路５１と、フレームバッファ５２と、駆動信号生成回路５３とを備える。解像度変換回路５１は、解像度（画素数）の異なる映像信号ＡＶが液晶ライトバルブ２０のＡ１，Ａ２，Ａ３の各照明領域において６４０×１０８０の画素数で表示されるように、解像度変換（画素数の変換）を行なう。フレームバッファ５２は、解像度変換回路５１の出力信号を入力し、１フレーム分のＲ値、Ｇ値、Ｂ値を蓄積する。

駆動信号生成回路５３は、フレームバッファ５２に蓄積された１フレーム分のＲ値、Ｇ値、Ｂ値から選択的にデータを読み出して、液晶ライトバルブ２０の駆動信号を生成する。フレームバッファ５２から駆動信号生成回路５３へ画像データを読み出す順序は、制御回路（図示せず）によって書き込まれたときとは異なる順序に制御されている。映像信号として送られてくるデータは、１フレームの走査順に画素毎のＲ，Ｇ，Ｂデータが組となって送られてくるのに対して、駆動先である液晶ライトバルブ２０は、図２に示すようにＲ用の照明領域Ａ１、Ｇ用の照明領域Ａ２、Ｂ用の照明領域Ａ３と別領域となっていること、しかも、液晶ライトバルブが縦置きとなっている関係から、液晶ライトバルブ２０の走査方向は上記映像信号の１フレームの操作方向と縦横が反転していること等を理由として、上記位置を自動調整する制御を行なっている。

なお、この実施例では、１．６型１０８０Ｐワイドの既存パネルを使っていることから、上述したような位置の自動調整制御を行なう必要がある。これに対して、データの読み出しを簡単にするために、ソースラインとゲートラインを入れ替えたライトバルブを用いた構成に換えることで、データを読み込んだ順序のままライトバルブへ書き込むことも可能である。この場合には、制御回路の規模が小さくて済む。

駆動信号生成回路５３は、液晶ライトバルブ２０の駆動信号を１ライン分ごとの駆動信号として出力する。詳細には、走査ドライバ６１を制御して１ラインずつ走査ラインを移動し、Ｄ／Ａコンバータ６３によりアナログデータに変換した１ライン分のデータをデータドライバ６２を制御してその書き込み位置に書き込む。この結果、映像信号ＡＶについての１フレーム分が液晶ライトバルブ２０に書き込まれる。すなわち、１フレーム分のＲ，Ｇ，Ｂの各画素が液晶ライトバルブ２０の各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に対してそれぞれ記録される。この結果、映像信号ＡＶに応じた画像が、液晶ライトバルブ２０の各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に形成されことになり、その形成された各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３の各画像の合成画像が上述してきた光学系によりスクリーンＳｃに投影される。

以上のように構成された本実施例のプロジェクタ１によれば、照明光学系１０により、１つの液晶ライトバルブ２０上の各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に対して、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光が照明される。その照明により各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を透過した照明光は、合成光学系３０により合成され、投写光学系４０により投写される。このために、映像処理部５０により液晶ライトバルブ２０の各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に形成された各色の画像が、合成されて透写される。

したがって、プロジェクタ１によれば、１枚の液晶ライトバルブ２０でカラー画像を表示することができることから、構成が簡単である。しかも、投写される光はＲ，Ｇ，Ｂの各色成分を合成したものであることから光の投与量は３板式のものと同じとなり、明るい表示画像を得ることができる。すなわち、簡単な構成でもって、高輝度の画像表示を実現することができる。さらに、３板式のプロジェクタは３枚のライトバルブの位置調整に手間がかかるという問題もあったが、本実施例では、１枚の液晶ライトバルブ２０で済むことから、こうしたライトバルブの位置調整に手間がかかるという問題も解消することができる。

また、この実施例のプロジェクタ１では、照明光学系１０をロッドレンズ１２ｒ，１２ｇ，１２ｂを用いた構成としていることから、液晶ライトバルブ２０上の各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を均一な光で照明することができる。

さらに、液晶ライトバルブ２０上の各照明領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を透過した照明光束をインテグレータ３１ｒ，３１ｇ，３１ｂを通した上で合成するように構成されていることから、各色の画像を均一な強度分布を有する照明光束とした上で画像の合成を行なうことができる。

またこの実施例では、液晶ライトバルブ２０は、高温ポリシリコンで形成した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えたアクティブマトリックス型のものとしたことから、高密度で高画質の画像の表示を行なうことができる。

さらにこの実施例では、ライトバルブを液晶ライトバルブとしても従来例のようにＲ，Ｇ，Ｂの時分割を行なうものではないことから、画像に破綻を生じるような問題も解消することができる。さらにまた、前述したように、１枚のライトバルブで済むことから、γ調整値も１種でよい。この結果、色調整が容易である。

なお、本発明は上記した実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

（１）前記実施例では、ライトバルブは、高温ポリシリコンＴＦＴを用いた透過型ライトバルブとしたが、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型液晶ライトバルブとしてもよい。さらには、液晶ライトバルブに換えて、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いたライトスイッチ式プロジェクタ等、他の方式のライトバルブに換えることもできる。なお、ＤＭＤは米国テキサスインスツルメンツ社の商標である。

（２）前記実施例では、液晶ライトバルブ２０として１．６型１０８０Ｐワイドのサイズのものを用いていたが、他のサイズのものとしてもよい。また、縦置きにして、縦方向に３等分する構成としていたが、これに換えて横置きとしてもよい。また、必ずしも液晶ライトバルブの全表面を使って３つの照明領域を割り当てる必要もなく、例えば、縦方向、横方向をそれぞれ２等分して４つの領域とした上で、その内の３つの照明領域を使う構成としてもよい。

（３）前記実施例では、照明光学系１０は、赤色ＬＥＤ１１ｒ、緑色ＬＥＤ１１ｇ、青色ＬＥＤ１１ｂを備える構成としていたが、これに換えて、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプおよび超高圧水銀ランプ（ＵＨＥランプ）等の高光出力のランプを用いて、このランプからの白色光をダイアロックミラーによって、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光束を得る構成としてもよい。

（４）前記実施例では、合成光学系３０は、インテグレータ３１ｒ，３１ｇ，３１ｂを備える構成としていたが、インテグレータ照明に換えて、リレーコンデンサ照明としてもよい。

（５）前記実施例では、投写表示する映像は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の映像信号によって表わされるが、必ずしも、３原色に限る必要はなく他の色成分によって表わされる映像に対しても本発明を適用することができる。さらに、動画である映像信号に換えて、静止画の画像に本発明を適用することもできる。

（６）前記実施例では、映像処理部５０において、フレームバッファ５２は解像度変換回路５１の後段に用意されていたが、これに換えて、解像度をアップコンバートする場合に、フレームバッファ５２を解像度変換回路５１の前に設ける構成としてもよい。

本発明の一実施例としてのプロジェクタ１を概略化して示す説明図である。 液晶ライトバルブ２０の使用の状態を示す説明図である。 映像処理部５０の概略的な構成を液晶ライトバルブ２０と共に示す説明図である。

符号の説明

１…プロジェクタ
１０…照明光学系
１１ｒ…赤色ＬＥＤ
１１ｇ…緑色ＬＥＤ
１１ｂ…青色ＬＥＤ
１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ…ロッドレンズ
１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ…レンズ
２０…液晶ライトバルブ
３０…合成光学系
３１ｒ…インテグレータ
３１ｒ−１…第１のレンズアレイ
３１ｒ−２…第２のレンズアレイ
３２…集光レンズ
４０…投写光学系
４１…投射レンズ
５０…映像処理部
５１…解像度変換回路
５２…フレームバッファ
５３…駆動信号生成回路
６１…走査ドライバ
６２…データドライバ
１１ｒ…赤色ＬＥＤ
Ｆ…空間像
Ａ１…照明領域
Ａ２…照明領域
Ａ３…照明領域
ＡＶ…映像信号
Ｓｃ…スクリーン

Claims (7)

1. 複数である所定数の色成分を有する画像を投写表示するプロジェクタであって、
   単一のライトバルブと、
   前記ライトバルブの表面に割り当てた前記所定数の照明領域のそれぞれに対して、前記色成分に対応した複数色の光をそれぞれ照明する照明手段と、
   前記ライトバルブを駆動制御するもので、前記照明領域のそれぞれを前記色成分の各画像信号に基づいてそれぞれ制御するライトバルブ制御手段と、
   前記ライトバルブを出射した各色の照明光を合成し投写する合成・投写手段と
   を備えるプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタであって、
   前記所定数の照明領域は、前記ライトバルブの全表面を前記所定数に等分された領域である
   プロジェクタ。
3. 請求項１または２に記載のプロジェクタであって、
   前記所定数の色成分は、赤、緑、青の３原色の色成分である
   プロジェクタ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のプロジェクタであって、
   前記照明手段は、
   赤色発光素子と、
   緑色発光素子と、
   青色発光素子と、
   前記各色の発光素子にそれぞれ対応し、該発光素子からの光を入射して均一な照明光を得る３つのロッド照明手段と
   を備えるプロジェクタ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のプロジェクタであって、
   前記合成・投写手段は、
   前記ライトバルブから出射した照明光束をより均一な強度分布を有する照明光束に変換するインテグレータ照明手段
   を備えるプロジェクタ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のプロジェクタであって、
   前記ライトバルブは、液晶ライトバルブである
   プロジェクタ。
7. 請求項６に記載のプロジェクタであって、
   前記液晶ライトバルブは、
   薄膜トランジスタを有する画素をマトリックス状に構成するアクティブマトリックス型のものである
   プロジェクタ。

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