JP2008502937A - プロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

光源と、光源から照射された光をカラー別に分離するカラーフィルタと、カラーフィルタを通過したカラー光の進行経路を変換させる光路変換器と、光路変換器によって経路が変換された光を集光させるために正の屈折力を有するレンズと、レンズを通過した光を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と、カラー画像をスクリーンに向って拡大投射させる投射レンズユニットと、を備えることを特徴とするプロジェクションシステムである。これにより、光の均一度及び集光効率を向上させ、光学部品を最小化してプロジェクションシステムの小型化が可能である。

Description

本発明は、プロジェクションシステムに係り、さらに詳細には、集光効率が高く、照明の均一度を向上させた小型化されたプロジェクションシステムに関する。

プロジェクションシステムは、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に低下するという問題点がある。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、光効率を向上させるための努力が進められてきた。

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を利用してＲ、Ｇ、Ｂの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。

ディスプレイ素子としては、液晶表示素子または可動ミラー装置がある。

可動ミラー装置は、液晶表示素子に比べてコストが低く、熱に強く、かつ解像度が高いという長所がある。しかし、可動ミラー装置を使用するためには、ビームが可動ミラー装置に向って垂直に近い角度で入射されねばならない制限がある。このような制限によって光学部品数が増加し、光学部品数の増加によって輝度が低下するという問題が生じる。

このような問題点を解決するために、光学部品数を減らすための努力が続いている。

従来、画像表示装置が特許文献１に開示されており、図１は、ここに開示された画像表示装置の構成図を示す図である。

図１を参照するに、従来の画像表示装置は、アーク５１と楕円ミラー５２とを有する白色光源５０と、白色光源５０から出射された光をカラー別に分離させるカラーフィルタ５３と、カラーフィルタ５３を通過した光が通過するコンデンシングレンズ１と、コンデンシングレンズ１を通過した光を反射させる反射ミラー２と、反射ミラー２によって反射された光を入力された画像信号によって変調させてカラー画像を形成するディスプレイ素子５６と、第１ないし第４レンズ５７１，５７２，５７３，５７４を含み、カラー画像をスクリーン５８に拡大投射させる投射レンズユニット５７とを備える。ここで、未説明符号６０は、ガラスロッドまたはフライアイインテグレータを表す。

反射ミラー２は、ディスプレイ素子５６から投射レンズユニット５７に向う反射光の光路外に配置される凹形状の単一ミラーであり、また、反射ミラーを前記白色光源、コンデンシングレンズを含む照明光学系の光軸に対して偏心して配置する。

前記構造では、光源５０から出射された光をディスプレイ素子５６に入射させるために凹状に形成された反射ミラー２を使用する。しかし、凹ミラーを使用して、ビームをディスプレイ素子５６に適当な角度で入射させることが容易ではないだけでなく、ミラーを使用して光を集束させるために発散量が多く、したがって、光効率及び均一度が低下するという短所がある。
米国特許第６,１２９,４３７号明細書

本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、反射ミラーとレンズとを備えて容易にビームをディスプレイ素子に所望の角度で入射させ、集光効率と照明均一度とを向上させたプロジェクションシステムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、前記光源から照射された光をカラー別に分離するカラーフィルタと、前記カラーフィルタを通過したカラー光の進行経路を変換させる光路変換器と、前記光路変換器によって経路が変換された光を集光させるために正の屈折力を有するレンズと、前記レンズを通過した光を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と、前記カラー画像をスクリーンに向って拡大投射させる投射レンズユニットと、を備えることを特徴とする。

前記レンズは、少なくとも一面が非球面に形成される。

前記光路変換器は、平板ミラーまたは凹ミラーであることを特徴とする。

前記レンズは、前記光路変換器で反射された光のみが通過されるように、前記光路変換器とディスプレイ素子との間の光路上に配置されることが望ましい。

本発明によるプロジェクションシステムは、光路変換器と正の屈折力を有するレンズとを備えて光の均一度及び集光効率を向上させ、光学部品を最小化して小型化が可能になっている。

特に、本発明では、正の屈折力を有するレンズを使用して光をディスプレイ素子に向って集光させるため、収差、光効率及び均一度の問題を容易かつ効果的に改善しうる。

プロジェクションシステムの照明系のうちオフセット構造になっているフロントタイプのプロジェクタへの適用が容易である。

本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムは、図２Ａを参照するに、光源１００と、この光源１００から出射された光をカラー別に分離させるカラーフィルタ１０５と、入射光を入力された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１１５と、カラー画像をスクリーン１２０に拡大投射させる投射レンズユニット１１７とを備える。

光源１００は、光を生成するランプ１０１と、このランプ１０１から出射された光を反射させてその進行経路を案内する反射鏡１０２とを備える。反射鏡１０２は、ランプ１０１の位置を一焦点とし、光が集束される地点を他の焦点とする楕円鏡で構成されうる。または、ランプ１０１の位置を一焦点とし、このランプ１０１から出射され、反射鏡１０２で反射された光を平行光にする放物鏡で構成されうる。

カラーフィルタ１０５とディスプレイ素子１１５との間の光路上には、カラーフィルタ１０５を通過した光がディスプレイ素子１１７に向って入射されるように光路を変換させる光路変換器１１０と、光路変換器１１０で反射された光をディスプレイ素子１１５に向って所定角度で集束させる正の屈折力を有するレンズ１１２とが備えられる。

カラーフィルタ１０５と光路変換器１１０との間の光路上には、カラーフィルタ１０５を通過した光を均一光にするための均一光照明手段と、光を集束させるためのコンデンシングレンズ１０９とが配置される。

前記均一光照明手段としては、ガラスロッド、フライアイレンズアレイまたはインテグレータが使われうる。

一方、光路変換器１１０は、例えば、平坦な反射ミラー、凹反射ミラーまたはホログラム素子でありうる。図２Ａには、光路変換器１１０が平坦な反射ミラーで構成された場合を示す図である。

また、前記正の屈折力を有するレンズ１１２は、球面レンズまたは非球面レンズで構成されうる。レンズ１１２は、両面凸レンズ、一面凸レンズで構成されうる。図２Ａでは、レンズ１１２を両面凸レンズで構成した場合を例示した。レンズ１１２を非球面に形成する場合、レンズ両面を非球面に形成するか、または何れか一面のみを非球面に形成しうる。

ここで、光源１００から光路変換器１１０までの光軸が投射レンズユニット１１７の光軸と平行していることが望ましい。光路変換器１１０で反射された光がディスプレイ素子１１５で再び反射されて投射レンズユニット１１７に入射される時、光源１００の光軸と平行に入射されるように光路変換器１１０の反射角度を調節する。

一方、前記正の屈折力を有するレンズ１１２は、光路変換器１１０の前方に隣接して配置されて、光路変換器１１０で反射された光をディスプレイ素子１１５に向って集束させる。ここでは、カラーフィルタ１０５を通過した光がレンズ１１２を通過して光路変換器１１０に入射され、光路変換器１１０で反射された光が再びレンズ１１２を通過してディスプレイ素子１１５に入射される。

このように光路変換器１１０に入射される光及び光路変換器１１０で反射される光の両側がレンズ１１２を通じて過ぎるようにレンズ１１２を配置しうる一方、図２Ｂに示したように、レンズ１１２を光路変換器１１０で反射された光のみが過ぎるように配置しうる。図２Ｂに示したように、光路変換器１１０で反射された光のみを、前記正の屈折力を有するレンズ１１２に通過させれば、光の干渉を減らせて効果的である。

次いで、図３は、正の屈折力を有するレンズ１１２’を一面が凸状のレンズで構成した例を示す図である。このとき、凸面を非球面に形成しうる。

図４は、本発明の第２実施形態によるプロジェクションシステムを示す図である。図４を参照するに、第２実施形態によるプロジェクションシステムは、図２Ａと比較したとき、光路変換器が平板ミラーの代りに凹ミラー１１１になっている点で異なり、残りの部材は、同一に構成されうる。図２Ａと同一参照番号を使用する部材については、その詳細な説明を省略する。

光路変換器として凹ミラーが備えられる場合には、平板ミラーが使われる場合に比べて、レンズ１１２の屈折力が小さく構成されうる。

本発明によるプロジェクションシステムでは、光源から出射された光をディスプレイ素子１１５に対して所定角度で入射させるために、光路変換器１１０,１１１と正の屈折力を有するレンズ１１２,１１２’とを一対に設けることを特徴とする。

本発明によるプロジェクションシステムの作用効果について説明すれば、次の通りである。

本発明によるプロジェクションシステムは、図２Ａを参照するに、光源１００から出射された白色光がカラーフィルタ１０５によって、例えば、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の順で順次にフィルタリングされる。フィルタリングされた光は、均一光照明手段１０７によって均一光になり、ディスプレイ素子１１５の形態のような断面形状を有し、コンデンシングレンズ１０９によって光路変換器１１０に集光される。

光路変換器１１０で反射された光は、前記正の屈折力を有するレンズ１１２によって集光される。ミラーからなる光路変換器１１０で反射された光は、一般的に発散されるが、レンズ１１２を通じて集光されて光効率が上昇し、光の均一度が向上する。

また、従来の画像表示装置のように凹ミラーを使用する場合、収差問題が発生するが、本発明では、光路変換器１１０と共にレンズを使用するため、レンズによって収差問題、集光効率、光の均一度問題が容易に解決されうる。

さらに、前記正の屈折力を有するレンズ１１２の少なくとも一面を非球面に形成する場合、効果的に集光効率及び均一度を向上させうる。

光路変換器１１０とレンズ１１２とによって光をディスプレイ素子１１５に所望の角度で入射させ、ディスプレイ素子１１５で画像信号によって画素ごとにオン／オフとなってカラー画像が形成される。このカラー画像は、投射レンズユニット１１７を通じてスクリーン１２０に拡大投射される。

本発明では、光源から出射された光路を変換させるためにミラーを備え、ミラーで反射された光が発散されることを、正の屈折力を有するレンズを利用して集束させることによって、集光効率及び均一度を向上させる。

従来の米国特許第６,１２９,４３７号明細書の画像表示装置を示す図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムを概略的に示す図である。 図２Ａで正の屈折力を有するレンズの位置を変更した例を示す図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムの変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態によるプロジェクションシステムを示す図である。

Claims (13)

1. 光源と、
   前記光源から照射された光をカラー別に分離するカラーフィルタと、
   前記カラーフィルタを通過したカラー光の進行経路を変換させる光路変換器と、
   前記光路変換器によって経路が変換された光を集光させるために正の屈折力を有するレンズと、
   前記レンズを通過した光を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と、
   前記カラー画像をスクリーンに向って拡大投射させる投射レンズユニットと、を備えることを特徴とするプロジェクションシステム。
2. 前記レンズは、少なくとも一面が非球面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
3. 前記レンズが前記光路変換器で反射された光のみを通過させるように、前記光路変換器とディスプレイ素子との間の光路上に配置されることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクションシステム。
4. 前記光源から光路変換器までの光軸と前記投射レンズユニットの光軸とが平行していることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクションシステム。
5. 前記光路変換器は、平板ミラーであることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクションシステム。
6. 前記光路変換器は、平板ミラーであることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
7. 前記光路変換器は、凹ミラーであることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
8. 前記レンズは、少なくとも一面が球面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
9. 前記レンズが前記光路変換器で反射された光のみを通過させるように、前記光路変換器とディスプレイ素子との間の光路上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
10. 前記レンズが前記光路変換器に入射される光と前記光路変換器で反射された光とを通過させるように、前記光路変換器とディスプレイ素子との間の光路上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
11. 前記レンズは、少なくとも一面が凸面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
12. 前記カラーフィルタと光路変換器との間の光路上には、カラーフィルタを通過した光を均一光にするための均一光照明手段とコンデンシングレンズとが備えられることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
13. 前記光源から光路変換器までの光軸と前記投射レンズユニットの光軸とが平行していることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。

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