JP2012155341A - 投射型映像表示装置 - Google Patents
投射型映像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012155341A JP2012155341A JP2012095385A JP2012095385A JP2012155341A JP 2012155341 A JP2012155341 A JP 2012155341A JP 2012095385 A JP2012095385 A JP 2012095385A JP 2012095385 A JP2012095385 A JP 2012095385A JP 2012155341 A JP2012155341 A JP 2012155341A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- projection
- video display
- display device
- optical system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
【課題】ダイナミックレンジが広くかつ色再現性に優れた、小型で安価な投射型映像表示装置を提供すること。
【解決手段】投射型映像表示装置は、光源1と、光源から出射された光束を赤色、緑色、青色の3色光に分離し集光する照明手段と、集光された各光束を光変調する映像表示素子18と、光変調された各光束から映像を合成する光合成手段19と、合成された映像を拡大投射する投射手段20とを備える。照明手段には、分離した各光束のうち緑色光LGの光束の一部を遮光する遮光手段30を設ける。遮光手段30は、入射する光束の中心部を通過し周辺部を遮光するものであって、通過する開口部32の形状を、光束の光軸100に関し対称な形状とする。
【選択図】図1
【解決手段】投射型映像表示装置は、光源1と、光源から出射された光束を赤色、緑色、青色の3色光に分離し集光する照明手段と、集光された各光束を光変調する映像表示素子18と、光変調された各光束から映像を合成する光合成手段19と、合成された映像を拡大投射する投射手段20とを備える。照明手段には、分離した各光束のうち緑色光LGの光束の一部を遮光する遮光手段30を設ける。遮光手段30は、入射する光束の中心部を通過し周辺部を遮光するものであって、通過する開口部32の形状を、光束の光軸100に関し対称な形状とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、映像表示素子により映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像をスクリーンなどに投射する投射型映像表示装置に関する。
光源からの光をレンズやミラーなどを用いて小型の映像表示素子(光変調素子、ライトバルブとも呼ばれる)に照射し、該映像表示素子にて変調されて形成された映像(光学像)を拡大投射して表示する投射型映像表示装置が知られている。例えば映像表示素子に液晶表示素子(液晶ライトバルブ)を用いて、投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型液晶表示装置(液晶プロジェクタ)がある。このような投射型映像表示装置では、表示画面のダイナミックレンジ(コントラスト)や色再現性(ホワイトバランス)を改善するため、以下のような技術が提案されている。
特許文献1では、光源から射出される光の光軸上に設置され、光源からの射出光の光量を調整する調光手段を備え、外部からの情報に基づいて調光手段を制御することによって照明手段から射出される光の光量を調節可能とした照明装置が開示される。これにより、光源の光出力強度が一定のままでも被照明領域において映像に応じた明るさの光を得ることができ、投射型表示装置のダイナミックレンジの拡張に寄与すると述べられている。
特許文献2では、R,G,Bの各単色光をそれぞれ光変調する3枚の液晶パネルの入射側にそれぞれ偏光板を具備し、各偏光板の前方に偏光フィルタを配置した構成の液晶プロジェクタが開示される。そして、偏光フィルタの回転角の変更により各液晶パネルへの入射光量を調整することにより、映像信号を調整することなしにホワイトバランス調整を行うことができると述べられている。
また特許文献3では、液晶パネルの視野角特性に応じて、液晶パネルに入射される光束の一部を減衰させる減衰板を設けた構成の液晶プロジェクタ装置が開示される。そして減衰板は照明光学系の青色光の光路に配置され、また、減衰板は液晶パネルに入射される光束の一部を遮光する遮光板とされている。これにより、液晶パネルの視野角特性(波長依存性により青色光のコントラスト比率が悪い)に応じて、スクリーンに投射されるカラー画像全体のコントラストを向上できることが述べられている。
投射型映像表示装置において、ダイナミックレンジ(コントラスト)と色再現性(ホワイトバランス)の両方を改善しようとする場合、上記各特許文献に記載の技術を組み合わせることになる。その際、上記調光手段や偏光フィルタなどの新たな部品を個々に組み込む必要があり、装置が大型化し、コストの上昇を招くことになる。
また一般のプロジェクタで使用するR,G,B光の光量を比較すると、B光の光量が最も少ない。上記特許文献3では、減衰板を照明光学系のB光の光路に配置している。よって、元々光量の少ないB光をさらに減衰させることになり、その結果ホワイトバランスを劣化させる恐れがある。
本発明は上記を鑑みなされたものであり、ダイナミックレンジが広くかつ色再現性に優れた、小型で安価な投射型映像表示装置を提供することにある。
本発明は、光源と、光源から出射された光を赤、青、緑の3色光に分離する色分離光学系と、色分離光学系で分離された光をリレーするリレー光学系と、を備えた投射型映像表示装置であって、リレー光学系は、色分離光学系からの光を受ける第1リレーレンズと、第1リレーレンズを経た光を反射する反射ミラーと、反射ミラーからの光を受ける第2リレーレンズと、を備え、色分離光学系は、3色光のうちの緑光のみをリレー光学系に出射し、第1リレーレンズと第2リレーレンズの間に、緑光の一部を遮光する遮光手段を更に備えた構成とする。
本発明によれば、ダイナミックレンジが広くかつ色再現性に優れた、小型で安価な投射型映像表示装置を提供できる。
以下本発明の最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、符号の添字R、G、Bは、それぞれ赤色、緑色、青色の光路の要素を意味する。
図1は、本発明による投射型映像表示装置の一実施例を示す構成図である。光源1から出射される光は、ダイクロイックミラー(色分離手段)11,12にて3色光(R,G,B)に分離され、液晶表示素子からなる3枚のライトバルブ14R,14G,14Bを透過し、合成されたあと、投射レンズ20にてスクリーン50へ拡大投射される。各光路の光軸を破線100で示す。また、光源1から出射された光が液晶表示素子を照射するまでの光学系を照明手段と呼ぶ。
光源1は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。反射鏡2は、例えば放物面の反射面と、円形ないし多角形の出射開口部を持つ。光源1から出射される光は、反射鏡2で反射されて光軸に平行となる。第1のアレイレンズ3は複数のレンズセルをマトリックス状に配設したもので、反射鏡2から入射した光を複数の光に分割して、第2のアレイレンズ4と偏光変換素子5へ効率良く導く。偏光変換素子5は、第2のアレイレンズ4からの光を所定の偏光方向に揃える。偏光された光は集光レンズ6にて集光され、反射ミラー7にて反射されたあと、ダイクロイックミラー11,12にて、R光(赤色光)、B光(青色光)およびG光(緑色光)に色分離される。
R光はダイクロイックミラー11で反射し、さらに反射ミラー10で反射して、コンデンサレンズ13Rを通してR光用のライトバルブ14Rに入射する。ここでライトバルブ14Rに入射するR光をLRとする。またダイクロイックミラー11で透過されたB光とG光の内、B光はダイクロイックミラー12で反射し、コンデンサレンズ13Bを通してB光用ライトバルブ14Bに入射する。ここでライトバルブ14Bに入射するB光をLBとする。
一方G光はダイクロイックミラー12を透過し、反射ミラー8,9で反射し、また後述するリレーレンズ系15,16,17を通過して、G光用のライトバルブ14G上に入射する。各色光がライトバルブに入射するまでの光路長は、G光は他のR,B光よりも大きい構成としている。ここで、ライトバルブ14Gに入射するG光をLGとする。
上記の光学系(照明手段)により、第1のアレイレンズ3の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ6、およびコンデンサレンズ13R,13B、リレーレンズ系15,16,17によりライトバルブ14R,14B,14G内の映像表示素子18R,18B,18G上に重ね合わせられる。つまり、第1のアレイレンズ3と映像表示素子18とは、互いに物体と像の関係(共役関係)になるように配置されている。
また、第2のアレイレンズ4と集光レンズ6は、第1のアレイレンズ3で複数に分割された光束を、均一性の高い照度分布にて各ライトバルブ14内の映像表示素子18に照射させる。このように、第1のアレイレンズ3から映像表示素子18までの間の照明手段により、均一な照度分布を得ることができる。
ここでG光の光路についてさらに説明する。G光はダイクロイックミラー12を透過し、反射ミラー8で反射され、遮光手段30を通過し、ライトバルブ14Gと光学的に共役な位置に一度結像する。遮光手段30は、後述するようにダイナミックレンジと色再現性を向上するものである。さらに、第1のリレーレンズ15、反射ミラー8、第2のリレーレンズ16、反射ミラー9、第3のリレーレンズ17の作用によって、G光用のライトバルブ14G上に再度結像される。ここに、第1のリレーレンズ15から第3のリレーレンズ17までの間の光学系をリレーレンズ系と呼ぶ。このように、リレーレンズ系を設けることで、G光の光路長が他のR,B光の光路長より大きい場合でも、正常な位置に結像するよう補正することができる。
各ライトバルブ14内の各映像表示素子18では、図示しない映像信号に応じて光変調されて光学像が形成される。これらの映像表示素子18を透過したR光,B光,G光は、光合成プリズム(光合成手段)19によってカラー映像として合成される。その後、例えばズームレンズのような投射レンズ(投射手段)20を通過し、スクリーン50に拡大投射される。
図2は、図1におけるダイクロイックミラー12以降のG光の光学系を示す構成図である。このうち、第1のリレーレンズ15、遮光手段30、第3のリレーレンズ17については、それらの正面図(光軸方向から見た図)を符号150、300、170で示す。
ダイクロイックミラー12を透過したG光(LG)は、まず第1のリレーレンズ15の近傍で第1のアレイレンズ3の共役像151を結像集光し、反射ミラー8で反射された後、遮光手段30に入射する。遮光手段30はリレーレンズ16近傍に配置され、入射光LGの一部を遮光する。遮光手段30を通過した出射光LGは、第2のリレーレンズ16近傍で第2のアレイレンズ4の共役像(2次光源像)301を結像集光する。さらに反射ミラー9で反射された後、第3のリレーレンズ17によって略平行光とされた状態で、G光用のライトバルブ14G上に再び第1のアレイレンズ3の共役像171を結像集光する。
ここで遮光手段30は、遮光部31(斜線部)により入射光LGの一部(周辺部)を遮光するが、リレーレンズ16の近傍では第2のアレイレンズ4の共役像(2次光源像)301が結像集光されているため、ライトバルブ14Gにおける照度分布に影響を与えない。遮光手段30から出射された光束は、重畳レンズとしてその後段に設けられた第2のリレーレンズ16によって重畳されることにより、元々の光源からの出射光が持っている照度分布を均一化することができる。またこの時、リレーレンズ系の光束を絞るため、光路のF値(光学絞り)を他の光路のF値より大きな値とする。
次に、上記遮光手段30による効果(ダイナミックレンジ、色再現性)を説明する。
図3は、遮光手段30の開口部の面積とコントラスト性能の関係を示す図である。図のように、開口面積を小さく絞ることにより、コントラスト性能が改善される。これは、液晶表示素子等のような映像表示素子の持つコントラストの入射角依存性に基づくものである。すなわち、入射角(入射光線の素子面の法線に対する角度)が大きくなるほどコントラスト性能が悪化する性質がある。このため、遮光手段30の開口部の面積を絞ることで、コントラスト性能を悪化させる周辺部の高入射角成分の光を遮光し、コントラスト性能を向上させることができる。
また本実施例では、G光の光路にのみ遮光手段30を設けている。それは、通常の投射型映像表示装置における3原色の光量の比率は、G光が支配的だからである。すなわち、光源として通常高圧水銀ランプが用いられているが、高圧水銀ランプのスペクトルにはG光成分が多く含まれている(約7割を占める)。よって、1個の遮光手段によりG光のライトバルブ14Gのコントラスト性能を向上させるだけで、投射型映像表示装置全体のコントラスト性能を効率良く向上させることができる。
また、本実施例では、遮光手段を光束の絞られたリレーレンズ系光路に設けたので、他の光路、例えばレンズアレイ近傍に遮光手段を設ける場合と比較し、部品の小型化が可能となる。
以上より、所望のコントラスト性能に対応した開口部の面積を有する遮光手段を効率良く用いることで、所望のダイナミックレンジを有する小型で安価な投射型映像表示装置を実現することができる。
次に図4は、遮光手段30の開口部の面積と色温度の関係を示す図である。図のように開口面積を小さく絞り、出射光LGの光量を減少させることで、色合成プリズム19によりRGB各光を合成した光の色温度を高くすることができる。これは、投射型映像表示装置における3原色のうち、最も光量が大きいG光を減少させて、ホワイトバランスを改善させ、色再現性の向上を可能とするものである。
つまり、所望の色温度に対応した開口部の面積を有する遮光手段30を用いることで、所望の色再現性を有する投射型映像表示装置を得ることができる。
このように本実施例では、光源から出射される3原色光のうち最も光量が大きいG光の光路に遮光手段を設けたことで、ダイナミックレンジが広くかつ色再現性に優れた、小型で安価な投射型映像表示装置を提供できる。
また、本実施例では、遮光手段30は外部から容易に交換可能な構成である。そして、遮光手段としてその開口部の面積が異なる複数の遮光手段を用意し、これらの遮光手段から最適の開口部の面積をもつ遮光手段を選択して取り付けることで、コントラスト性能や色温度のバラツキの少ない投射型映像表示装置を量産することができる。また、ライトバルブ14Gに要求されるコントラスト性能に余裕が生じ、投射型映像表示装置の設計の自由度が増すことになる。
次に、上記遮光手段30の具体的形状の例を説明する。
図5は、遮光手段30の一例を示す斜視図である。斜線を施した部分は入射光を遮光する遮光部31、その内部は入射光を通過する開口部32、破線は光軸100を示す。図5(a)は、開口部32を楕円形とした場合、(b)は矩形とした場合である。いずれも、光軸100を中心として、左右方向(x軸)及び上下方向(y軸)に対称な形状としている。開口部を対称形状とすることにより、照度分布の偏りをなくすことができる。
遮光手段30に隣接するリレーレンズ16の近傍では、第2のアレイレンズ4の共役像(2次光源像)301が結像集光している。遮光手段30を用いて光束を遮光する場合、照度分布の均一化が損なわれないよう考慮しなければならない。例えば光束に対して片側のみから遮光すると、被照明領域の照度分布が偏りを持つようになる。本実施例のように、光束の中心を通る軸100に対して上下左右対称に遮光を行うと、被照明領域における照度分布も被照明領域の中心を通る軸に対して上下左右対称となる。よって、投射された映像の画質品位を向上させることができる。さらに、各レンズの中心(光軸100)に対して同心円状に遮光を行うと、元々の光源の持つ照度分布により合致した遮光の形態となり、照度分布をさらに均一化することができる。
この構成の遮光手段を用いた投射型映像表示装置によれば、ダイナミックレンジと色再現性に優れるだけでなく、輝度ムラのない均一な投射映像を提供することができる。
図6は、遮光手段30の他の例を示す斜視図である。ここでは遮光部31を遮蔽羽根33にて構成し、開口部32の面積を可変としたものである。この場合の開口部32の形状は、光軸100に関して対称な略円形状としている。モータ等の駆動装置によって遮蔽羽根33を移動させ、開口部32の面積を調節する。例えば投射映像のダイナミックレンジおよび色再現性を高める場合は、遮蔽羽根33を矢印の方向に移動し開口部面積を小さくする。逆に、投射映像の輝度を高める場合は、遮蔽羽根33を開放し、開口部面積を大きくする。
この構成の遮光手段を用いた投射型映像表示装置によれば、入力映像信号に応じて、投射映像の輝度、ダイナミックレンジ、色再現性を最適に調整可能となり、より高品質な投射映像を提供することができる。
上記述べた実施例では、分離した緑色光に対して遮光する遮光手段について述べたが、遮光手段は入射光量の比率が最も大きい色の光束に対して設ければ良く、それにより同様の効果が得られる。また、映像表示素子は、液晶表示素子を例に述べたがこれに限定されず、デジタルミラーデバイス(DMD)なども適用できる。また遮光手段の開口部の形状は一例であり、光軸に関し対称となる形状であればいずれも有効である。
1…光源、2…反射鏡、3…第1のアレイレンズ、4…第2のアレイレンズ、5…偏光変換素子、6…集光レンズ、7,8,9,10…反射ミラー、11,12…ダイクロイックミラー(色分離手段)、13…コンデンサレンズ、14…ライトバルブ、15…第1のリレーレンズ、16…第2のリレーレンズ、17…第3のリレーレンズ、18…映像表示素子、19…光合成プリズム、50…スクリーン、20…投射レンズ、30…遮光手段、31…遮光部、32…開口部、33…遮蔽羽根、100…光軸。
Claims (7)
- 光源と、
前記光源から出射された光を赤、青、緑の3色光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系で分離された光をリレーするリレー光学系と、を備え、
前記リレー光学系は、前記色分離光学系からの光を受ける第1リレーレンズと、前記第1リレーレンズを経た光を反射する反射ミラーと、前記反射ミラーからの光を受ける第2リレーレンズと、を備え、
前記色分離光学系は、前記3色光のうちの緑光のみを前記リレー光学系に出射し、
前記第1リレーレンズと前記第2リレーレンズの間に、前記緑光の一部を遮光する遮光手段を更に備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。 - 請求項1に記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光手段を、前記第1リレーレンズよりも前記第2リレーレンズに近い位置に配置したことを特徴とする投射型映像表示装置。 - 請求項2に記載の投射型映像表示装置において、
前記リレー光学系の光路のF値を他の光路のF値よりも大きな値としたことを特徴とする投射型映像表示装置。 - 請求項1に記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光手段は入射する光の中心部を通過し周辺部を遮光するものであり、
前記遮光手段の開口部の形状は、前記光の光軸に関し対称であることを特徴とする投射型映像表示装置。 - 請求項4に記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光手段の開口部の形状は、前記光の光軸を中心とする円形であることを特徴とする投射型映像表示装置。 - 請求項4または5に記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光手段として、開口部の面積が異なる複数の遮光手段から最適の開口部の面積をもつ遮光手段を選択して取り付けることを特徴とする投射型映像表示装置。 - 請求項4または5に記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光手段の開口部の面積を可変とし、入力映像信号に応じて調節することを特徴とする投射型映像表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012095385A JP2012155341A (ja) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | 投射型映像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012095385A JP2012155341A (ja) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | 投射型映像表示装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006008433A Division JP5002158B2 (ja) | 2006-01-17 | 2006-01-17 | 投射型映像表示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012155341A true JP2012155341A (ja) | 2012-08-16 |
Family
ID=46837055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012095385A Pending JP2012155341A (ja) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | 投射型映像表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012155341A (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02195383A (ja) * | 1989-01-24 | 1990-08-01 | Seiko Epson Corp | 投射型表示装置 |
JP2001222002A (ja) * | 2000-02-10 | 2001-08-17 | Sony Corp | 液晶プロジェクタ装置 |
JP2004226814A (ja) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
JP2004333829A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Minolta Co Ltd | 投写型表示装置 |
JP2005266115A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
JP2006084618A (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
-
2012
- 2012-04-19 JP JP2012095385A patent/JP2012155341A/ja active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02195383A (ja) * | 1989-01-24 | 1990-08-01 | Seiko Epson Corp | 投射型表示装置 |
JP2001222002A (ja) * | 2000-02-10 | 2001-08-17 | Sony Corp | 液晶プロジェクタ装置 |
JP2004226814A (ja) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
JP2004333829A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Minolta Co Ltd | 投写型表示装置 |
JP2005266115A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
JP2006084618A (ja) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Seiko Epson Corp | プロジェクタ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4055708B2 (ja) | 照明装置及び投射型映像表示装置 | |
JP5156338B2 (ja) | 照明装置及びそれを用いた投写型映像表示装置 | |
JP6881919B2 (ja) | 画像投射装置 | |
JP2006145644A (ja) | 偏光分離装置及びそれを用いた投射型表示装置 | |
JP4144384B2 (ja) | プロジェクタ | |
JP3951180B2 (ja) | 偏光変換素子および照明光学系、ならびにプロジェクタ | |
JP4655658B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP4400110B2 (ja) | 光学ユニットおよびそれを用いた投射型映像表示装置 | |
JP2001222002A (ja) | 液晶プロジェクタ装置 | |
US20040125274A1 (en) | Image display apparatus | |
JP4591061B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP5153371B2 (ja) | 画像投射装置 | |
JP5002158B2 (ja) | 投射型映像表示装置 | |
JP2012155341A (ja) | 投射型映像表示装置 | |
JP3904589B2 (ja) | 映像表示装置 | |
JP2018081325A (ja) | 投写型表示装置 | |
US20060203132A1 (en) | Device and method of color adjustment for projection type video image display devices | |
JP2007065519A (ja) | 投写型映像表示装置 | |
JP2007072401A (ja) | 投射型画像表示装置 | |
JP2003107579A (ja) | 液晶プロジェクタ装置 | |
JP3817375B2 (ja) | 映像表示装置およびその色分離ユニット | |
JP2004333829A (ja) | 投写型表示装置 | |
JP4543680B2 (ja) | 照明光学系 | |
JP4858577B2 (ja) | 光学ユニットおよびそれを用いた投射型映像表示装置 | |
KR20090111124A (ko) | 프로젝션 시스템 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130312 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130313 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130702 |