JP2015172615A - Color wheel and projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DLP方式の投影装置に関し、特に、色成分の透過率を変更可能にした構成を有するカラーホイール、及び投影装置に関する。 The present invention relates to a DLP projection apparatus, and more particularly to a color wheel having a configuration in which the transmittance of color components can be changed, and a projection apparatus.
従来、プロジェクタにおいては、液晶方式、DLP方式、さらにLCOS(Liquid Crystal On Silicon)方式等が採用されている。
まず、図13を参照して、従来のDLP方式のプロジェクタ100の内部構成について説明する。
光源101から出射された白色光102は、高速回転するカラーホイール103を透過することで着色される。カラーホイール103を透過した光104は、DMD部(Digital Micromirror Device)105に入射する。ここで、画素数分の微細なミラーが並んだDMD部105は、ON/OFF制御により反射/非反射が選択され、DMD部105により反射された光106は光学系107を経由してスクリーン(図示しない)に投影され、投影画像を形成する。
Conventionally, a projector employs a liquid crystal system, a DLP system, an LCOS (Liquid Crystal On Silicon) system, and the like.
First, the internal configuration of a
The
次に、図14を参照して、従来のDLP方式のカラーホイールについて説明する。
カラーホイールの配色には様々な変種があり、図14(a)に示すようにRGB3原色のみで構成されるカラーホイール103Aや、図14(b)に示すように投影画像の明るさを上げるためにRGB3原色に加え、白(White)やシアン色(Cyan)、黄色(Yellow)を加えるカラーホイール103Bもある。
DLP方式にあっては、液晶方式と比較すると、黒表示では光源そのものをオフにするため、白黒のコントラストが高いといった長所があった。また、軽量で小型向き、経年劣化が少ない等の長所がある。
しかし、DLP方式にあっては、各色の時分割駆動であることにも起因し、液晶方式に比べると明るさが落ちるという短所があった。
Next, a conventional DLP color wheel will be described with reference to FIG.
There are various variations in the color wheel color scheme, and as shown in FIG. 14A, the
Compared with the liquid crystal system, the DLP system has an advantage that black and white contrast is high because the light source itself is turned off in black display. In addition, it has advantages such as light weight, small size, and little deterioration over time.
However, the DLP method has a disadvantage that the brightness is lower than that of the liquid crystal method due to the time-division driving of each color.
DLP方式にあっては、投影画像の明るさと色再現範囲の双方を改善するために、特許文献1〜5が開示されており、用途に応じて複数のカラーフィルタを使い分けるという提案がされているが、複数のカラーホイールを用いる場合に、小型化に不利になるという課題があった。
特許文献1には、少なくとも青色光透過領域、赤色光透過領域、および緑色光透過領域を有するカラーフィルタと、このカラーフィルタを回転自在に収納するユニットケースとを有し、ユニットケースは、カラーフィルタに光を入射させるための第1の光透過領域と、カラーフィルタからの光を出射させるための第2の光透過領域を含む、モジュール式カラーホイール装置が開示されている。
特許文献2には、プロジェクタランプと、プロジェクタランプからの光路上に設けられる複数のカラーホイールと、複数のカラーホイールの光路上でのカラーフィルタの組合せを制御する制御部とを有するプロジェクタ装置が開示されている。
In the DLP method,
Patent Document 2 discloses a projector apparatus having a projector lamp, a plurality of color wheels provided on an optical path from the projector lamp, and a control unit that controls a combination of color filters on the optical path of the plurality of color wheels. Has been.
特許文献3には、光源と、光源からの光を配色するためのカラーフィルタが円周方向に沿って配列されたカラーホイールを有するカラーホイール部と、カラーホイールにより配色された光を用いて画像を形成する画像形成素子とを備え、画像形成素子で形成された画像を投射して拡大画像を得るプロジェクタ装置において、カラーホイール部は、複数のカラーホイールから構成され、複数のカラーホイールの切替え用のダイヤルスイッチまたは外部スイッチを有し、これらのカラーホイールを交互に切り替えるカラーホイール切替手段をさらに備え、複数のカラーホイールは、それぞれ異なる輝度、色彩を再現可能なカラーフィルタの色配列を有し、ダイヤルスイッチ又は外部スイッチにより、手動又は自動によって複数のカラーホイールを切り替えることを特徴するプロジェクタ装置が開示されている。
特許文献4には、光源装置、光源側光学系、表示素子、投影側光学系、冷却ファン、更に、ランプ電源回路及びファン駆動電源回路やプロジェクタ制御手段を備えたプロジェクタであって、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの3原色に透明又は白色のフィルタを加えた4色のカラーホイールを2枚有し、2枚のカラーホイールにおける透明又は白色のフィルタを重ねて光路上に配置したカラーホイールの位置を基準とし、2枚のカラーホイールの何れか一方を回転させるホイールモータを備えたことを特徴とするプロジェクタが開示されている。 Patent Document 4 discloses a projector including a light source device, a light source side optical system, a display element, a projection side optical system, a cooling fan, a lamp power supply circuit, a fan drive power supply circuit, and projector control means, including a red filter, A color wheel that has two color wheels of four colors that are transparent or white filters added to the three primary colors of the green filter and blue filter, and the transparent or white filters of the two color wheels are stacked on the optical path. A projector is disclosed that includes a wheel motor that rotates one of two color wheels based on a position.
特許文献5には、ランプと、赤、緑、青、無色透明のカラーフィルタを有し、該ランプからの出射光を時分割する第1のカラーホイールと、該第1のカラーホイールからの出射光を面状の光にして出射するロッド型のインテグレータと、赤、緑、青、無色透明のカラーフィルタを有し、第1のカラーホイールと同軸上に配置され、該インテグレータからの出射光を時分割する第2のカラーホイールと、第1及び第2のカラーホイールのインテグレータ側に配置され、第1及び第2のカラーホイールをそれぞれ駆動する第1及び第2のモータと、第2のカラーホイールからの出射光を拡大するダブレットレンズと、該ダブレットレンズからの出射光を反射するミラーと、該ミラーからの反射光を拡大するリレーレンズと、複数のミラー素子が縦横に規則的に配列され、各ミラー素子を個別に制御でき、リレーレンズからの出射光を画像光に変調するデジタルミラーデバイスと、該デジタルミラーデバイスからの画像光を投射するプロジェクションレンズとを有する光学エンジンを備えたプロジェクタであって、第1及び第2のカラーホイール上の光スポット径が同じになるように第1及び第2のカラーホイールを配置し、両カラーホイールを、互いに光路上で同色のカラーフィルタ同士が重なるように回転させるプレゼンモードと、両カラーホイールを、互いに光路上で赤、緑、青のカラーフィルタが無色透明のカラーホイールが開示されている。 Patent Document 5 includes a lamp, a red, green, blue, colorless and transparent color filter, and a first color wheel that time-divides light emitted from the lamp, and an output from the first color wheel. A rod-type integrator that emits light as planar light, and a red, green, blue, colorless and transparent color filter, which is arranged coaxially with the first color wheel, and emits light from the integrator. A second color wheel for time division, a first and a second motor disposed on the integrator side of the first and second color wheels and driving the first and second color wheels, respectively, and a second color A doublet lens that expands the light emitted from the wheel, a mirror that reflects the light emitted from the doublet lens, a relay lens that magnifies the light reflected from the mirror, and a plurality of mirror elements And a mirror that can individually control each mirror element and modulates light emitted from the relay lens into image light, and a projection lens that projects image light from the digital mirror device A projector equipped with an engine, wherein the first and second color wheels are arranged so that the light spot diameters on the first and second color wheels are the same, and the two color wheels have the same color on the optical path. There is disclosed a presentation mode in which the color filters are rotated so that the color filters overlap each other, and a color wheel in which both color wheels are colorless and transparent with red, green, and blue color filters on the optical path.
特許文献6には、所定の偏光状態に揃えられたRGB各色の光のうち、特定の1色の光を常時射出し、他の2色の光を時分割で切り替えて射出する照明装置と、特定の1色の光の偏光方向と他の2色の光の偏光方向とが互いに異なるように、該いずれかの偏光方向を変換する第1の特定波長偏光変換装置と、互いに偏光方向が異なる特定の1色の光と他の2色の光とを分離する偏光ビームスプリッターと、分離された特定の1色の光を画素毎に変調して反射する第1の反射型液晶ライトバルブと、分離された他の2色の光をそれぞれ画素毎に変調して反射する第2の反射型液晶ライトバルブと、を有し、第1の反射型液晶ライトバルブからの特定の1色の光と、第2の反射型液晶ライトバルブからの他の2色の光とを、偏光ビームスプリッターにより合成して投影する事を特徴とする表示光学装置が開示されている。 Patent Document 6 discloses a lighting device that constantly emits light of one specific color among light of RGB colors aligned in a predetermined polarization state, and switches and emits light of the other two colors in a time-sharing manner, The first specific wavelength polarization conversion device that converts one of the polarization directions so that the polarization direction of the light of one specific color and the polarization direction of the other two colors of light are different from each other. A polarizing beam splitter that separates light of one specific color and light of the other two colors, a first reflective liquid crystal light valve that modulates and reflects the separated light of the specific color for each pixel, A second reflective liquid crystal light valve that modulates and reflects the other two separated colors of light for each pixel, and a specific one-color light from the first reflective liquid crystal light valve; , The other two colors of light from the second reflective liquid crystal light valve, and a polarization beam splitter Display optical apparatus is disclosed which is characterized in that is synthesized and projected by.
特許文献7には、白色光を出射する光源と、光源を制御する光源制御部と、光源から出射された白色光のうち赤色波長帯、緑色波長帯および青色波長帯の光をそれぞれ透過させる赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタを有するカラーホイールと、カラーホイールを回転させる回転制御部と、カラーホイールを透過した各波長帯域の光を変調する光変調器と、映像信号に基づいて光変調器を制御する変調制御部と、を備え、変調制御部は、各波長帯域の光に対し、対応する光変調が行われるよう、カラーホイールの回転に同期して光変調器を駆動し、光源制御部は、白色光が青色フィルタに入射するときよりも赤色フィルタと緑色フィルタに入射するときの出射強度が高くなるよう、光源を制御することを特徴とする画像投写装置が開示されている。
また、複数のカラーホイールを手動で入れ替えるという煩わしさも残っていた。
Patent Document 7 discloses a light source that emits white light, a light source control unit that controls the light source, and red light that transmits light in the red wavelength band, the green wavelength band, and the blue wavelength band of white light emitted from the light source. A color wheel having a filter, a green filter and a blue filter, a rotation control unit for rotating the color wheel, an optical modulator for modulating light of each wavelength band transmitted through the color wheel, and an optical modulator based on the video signal A modulation control unit that controls the light modulator to drive the light modulator in synchronization with the rotation of the color wheel so that the corresponding light modulation is performed on the light of each wavelength band, and the light source control unit The image projection device is characterized in that the light source is controlled so that the emission intensity when the white light enters the red filter and the green filter is higher than when the white light enters the blue filter. It is shown.
Also, the trouble of manually replacing a plurality of color wheels remained.
上述したように、投影画像の明るさと色再現範囲の双方を改善するために、特許文献1〜5が開示されており、用途に応じて複数のカラーフィルタを使い分けるという提案がされている。しかしながら、複数のカラーホイールを用いる場合に、小型化に不利になるといった問題があった。
また、特許文献6では、液晶方式(非DLP方式)のライトバルブにコレステリック液晶を用い、GB各色の反射率や透過率を時分割で切り替えることで、小型化を図っている。
さらに、特許文献7では、カラーホイールを用いた投影装置において、ホワイトバランスや色再現範囲を好適に調整するため、カラーホイールの各色のタイミングに同期して光源の強度を調整することを図っている。
そこで、色構成を任意に変更でき、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする単体構成のカラーホイールの提案が切望されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、色構成を任意に変更でき、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする単体構成のカラーホイール、及び投影装置を提供することにある。
As described above,
In Patent Document 6, a cholesteric liquid crystal is used for a liquid crystal type (non-DLP type) light valve, and the reflectance and transmittance of each color of GB are switched in a time-sharing manner to achieve miniaturization.
Further, Patent Document 7 attempts to adjust the intensity of the light source in synchronization with the timing of each color of the color wheel in order to adjust the white balance and the color reproduction range appropriately in the projection device using the color wheel. .
Therefore, a proposal of a color wheel having a single configuration that can change the color configuration arbitrarily and enables both brightness and color reproducibility of the projected image is desired.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and as its purpose, a color wheel having a single configuration that can change the color configuration arbitrarily, and can achieve both brightness and color reproducibility of a projected image, and a projection device. It is to provide.
請求項1記載の発明は、上記課題を解決するため、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイールであって、少なくとも1つの前記色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも1つの透光層は透過率を変更可能とする透過率変更可能部材であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
本発明によって、カラーホイールの少なくとも1つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも1つの透光層は透過率を変更可能とする透過率変更可能部材であることで、1つのカラーホイールで色構成を任意に変更でき、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする。 According to the present invention, at least one color region of the color wheel is composed of a plurality of light-transmitting layers, and the at least one light-transmitting layer is a transmittance variable member that can change the transmittance, whereby one color wheel. The color composition can be arbitrarily changed with, and both the brightness of the projected image and the color reproducibility can be achieved.
本発明の実施形態によれば、DLP方式のプロジェクタに用いるカラーホイールにおいて、1つのカラーホイールにおける色成分の透過率を変更可能とし、投影モードや映像情報に適したカラーホイールの色構成とする。透過率を変更可能とする色材には、コレステリック液晶を用い、コレステリック液晶に印加する電圧によって透過率を制御することを特徴とする。 According to the embodiment of the present invention, in the color wheel used in the DLP projector, the color component transmittance in one color wheel can be changed, and the color configuration of the color wheel is suitable for the projection mode and the video information. A cholesteric liquid crystal is used as a color material that can change the transmittance, and the transmittance is controlled by a voltage applied to the cholesteric liquid crystal.
以下、本発明の原理について、図面を参照して説明する。
<原理説明1>
本発明は、1つのカラーホイールが構成する色成分の透過率を変更可能とすることで、従来技術のように2つのカラーホイールを用いなくとも、投影画像の明るさと色再現性の両立を可能とする技術である。カラーホイールの透過率を変更可能とするための1つの構成として、コレステリック液晶を用いる。
図1〜図5、及び表1にコレステリック液晶の光学特性を示す。コレステリック液晶には、プレーナ状態とフォーカルコニック状態という2つの安定モードがあり、これらの状態は電圧を印加しなくても保持できることを特徴とする。
The principle of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<
The present invention makes it possible to change both the brightness and color reproducibility of the projected image without using two color wheels as in the prior art, by making it possible to change the transmittance of the color components formed by one color wheel. Technology. A cholesteric liquid crystal is used as one configuration for changing the transmittance of the color wheel.
1 to 5 and Table 1 show optical characteristics of the cholesteric liquid crystal. A cholesteric liquid crystal has two stable modes, a planar state and a focal conic state, and these states can be maintained without applying a voltage.
図1(a)(b)に示す概念図を参照して、本発明の原理であるコレステリック液晶10の光学特性について説明する。図1(a)(b)において、紙面の縦方向をy軸、紙面の横方向をx軸として扱うこととする。図1(a)は、コレステリック液晶が選択反射特性を有するプレーナ状態にあることを示す概念図である。
図1(a)において、コレステリック液晶10aは、透明材料から成る上層基板1と、透明材料から成る下層基板3と、上層基板1と下層基板3の間に、螺旋構造を有する液晶分子から形成されたコレステリック液晶層5aとを備えている。
The optical characteristics of the cholesteric liquid crystal 10 that is the principle of the present invention will be described with reference to the conceptual diagrams shown in FIGS. In FIGS. 1A and 1B, the vertical direction of the paper surface is treated as the y-axis, and the horizontal direction of the paper surface is treated as the x-axis. FIG. 1A is a conceptual diagram showing that a cholesteric liquid crystal is in a planar state having selective reflection characteristics.
In FIG. 1A, a cholesteric
ここで、コレステリック液晶の一般的性質について説明する。
コレステリック液晶は、液晶分子の配列が螺旋構造を形成しており、螺旋ピッチに応じた光を反射する(すなわち、色が変わる)「選択反射」という特性を有する。
コレステリック液晶は、棒状の分子が幾重にも重なる層状の構造を有し、層内ではそれぞれの分子が一定方向に配列しており、互いの層は分子の配列方向が螺旋状になるように集積している。通常、基板に対して垂直方向を螺旋軸(y軸方向)としており、一定周期の螺旋構造を有する。螺旋の周期と波長が等しく、かつ、螺旋の巻きと同じ向きの円偏光を反射する。
なお、コレステリック液晶の材料としては、オリゴマーやポリマー、あるいはそれらの混合物であってもよい。
このコレステリック液晶は、2層の透明電極の間にコレステリック液晶を挟持して形成したものであり、両透明電極間に印加されるパルス電圧の値によってプレーナ状態又はフォーカルコニック状態の安定した状態をとる。高いパルス電圧を印加した後にはプレーナ状態と遷移し、コレステリック液晶の螺旋ピッチに応じた色光を選択反射する。低いパルス電圧の印加後にはフォーカルコニック状態に遷移する。その他、高いパルス電圧を印加中にはホメオトロピック状態になり光の透過度が増す。この状態から急激に電圧を解除するとプレーナ状態に変化する。
Here, general properties of the cholesteric liquid crystal will be described.
The cholesteric liquid crystal has a characteristic of “selective reflection” in which the arrangement of liquid crystal molecules forms a helical structure and reflects light (that is, the color changes) according to the helical pitch.
A cholesteric liquid crystal has a layered structure in which rod-shaped molecules are stacked several times. Within each layer, each molecule is arranged in a certain direction, and each layer is accumulated so that the molecules are arranged in a spiral. doing. Usually, the direction perpendicular to the substrate is the spiral axis (y-axis direction) and has a spiral structure with a constant period. Reflects circularly polarized light having the same period and wavelength as the helix and in the same direction as the helix.
The material for the cholesteric liquid crystal may be an oligomer, a polymer, or a mixture thereof.
This cholesteric liquid crystal is formed by sandwiching a cholesteric liquid crystal between two transparent electrodes, and takes a stable state of a planar state or a focal conic state depending on the value of a pulse voltage applied between both transparent electrodes. . After applying a high pulse voltage, the state transitions to the planar state, and selectively reflects color light according to the helical pitch of the cholesteric liquid crystal. After application of a low pulse voltage, a transition is made to the focal conic state. In addition, when a high pulse voltage is applied, the light enters a homeotropic state and the light transmittance increases. When the voltage is suddenly released from this state, it changes to a planar state.
コレステリック液晶層5aでは、液晶分子が螺旋構造を形成しており、螺旋構造の螺旋軸がコレステリック液晶の平面(x軸方向)に垂直(y軸方向)となるときに、すなわち、螺旋軸が上層基板1、下層基板3に垂直(y軸方向)な場合にプレーナ状態となる。プレーナ状態では、入射した白色光7に対して、特定の波長帯域が選択的に反射される。
図1(a)では、入射した白色光7に対して、緑色成分の光8が選択反射され、白色光の残りの成分であるマゼンタ色成分の光9が透過している。
選択反射する波長帯域は、螺旋ピッチによって制御でき、螺旋ピッチがこの状態よりも小さいと青色成分が選択反射され、螺旋ピッチがこのときよりも大きいと赤色成分が選択反射される。
In the cholesteric
In FIG. 1A, the green component light 8 is selectively reflected with respect to the incident white light 7, and the
The wavelength band for selective reflection can be controlled by the helical pitch. When the helical pitch is smaller than this state, the blue component is selectively reflected, and when the helical pitch is larger than this time, the red component is selectively reflected.
一方、図1(b)は、コレステリック液晶が透過特性を有するフォーカルコニック状態にあることを示す概念図である。
図1(b)において、コレステリック液晶10bは、上層基板1と、下層基板3と、コレステリック液晶層5bとを備えている。図1(b)に示すように、コレステリック液晶10bは、螺旋構造の螺旋軸がコレステリック液晶の平面(x軸方向)に平行となるときに、すなわち、液晶分子の螺旋軸が上層基板1、下層基板3に水平(x軸方向)な場合にフォーカルコニック状態となり、入射した白色光7がほとんど透過される。
On the other hand, FIG. 1B is a conceptual diagram showing that the cholesteric liquid crystal is in a focal conic state having transmission characteristics.
In FIG. 1B, a cholesteric
図2に示す透過スペクトルの光学特性を参照して、本発明の原理であるコレステリック液晶のプレーナ状態とフォーカルコニック状態について説明する。図2(a)はプレーナ状態(図1(a))、図2(b)はフォーカルコニック状態(図1(b))を示している。また、図2(a)(b)では、縦軸に透過率、横軸に波長を示している。
図2(a)に示すように、プレーナ状態では特定の反射帯域が選択的に反射される。詳しくは、プレーナ状態では、反射される光は右円偏光もしくは左円偏光であるため、反射率の上限は理論上50%となり、透過される光は残りの円偏光であるため、透過率も理論上50%となる。
図2(b)に示すように、フォーカルコニック状態では、図1(b)を参照して説明したとおり、全波長帯域に渡って高い透過率を示す。
ここで、右円偏光、及び左円偏光について説明する。
自然光は、右円偏光および左円偏光を含んでおり、入射光を選択して反射するコレステリック液晶層の作用により、右円偏光のみが選択的に反射される場合に、この反射光を右円偏光といい、このときのコレステリック液晶層をR体という。一方、左円偏光のみが選択的に反射される場合に、この反射光を左円偏光といい、このときのコレステリック液晶層をL体という。
なお、螺旋ピッチや偏光状態は、コレステリック液晶に含有するキラル性材料の添加率によって任意に調整できる。
The planar state and the focal conic state of the cholesteric liquid crystal, which is the principle of the present invention, will be described with reference to the optical characteristics of the transmission spectrum shown in FIG. 2A shows the planar state (FIG. 1A), and FIG. 2B shows the focal conic state (FIG. 1B). In FIGS. 2A and 2B, the vertical axis indicates the transmittance, and the horizontal axis indicates the wavelength.
As shown in FIG. 2A, a specific reflection band is selectively reflected in the planar state. Specifically, in the planar state, since the reflected light is right circularly polarized light or left circularly polarized light, the upper limit of the reflectance is theoretically 50%, and the transmitted light is the remaining circularly polarized light. Theoretically 50%.
As shown in FIG. 2B, in the focal conic state, as described with reference to FIG. 1B, high transmittance is exhibited over the entire wavelength band.
Here, right circularly polarized light and left circularly polarized light will be described.
Natural light includes right circularly polarized light and left circularly polarized light. When only right circularly polarized light is selectively reflected by the action of a cholesteric liquid crystal layer that selectively reflects incident light, this reflected light is This is called polarized light, and the cholesteric liquid crystal layer at this time is called an R body. On the other hand, when only the left circularly polarized light is selectively reflected, this reflected light is called left circularly polarized light, and the cholesteric liquid crystal layer at this time is called an L body.
Note that the helical pitch and the polarization state can be arbitrarily adjusted by the addition rate of the chiral material contained in the cholesteric liquid crystal.
<原理説明2>
図3に示す模式図を参照して、本発明の原理である2つのコレステリック液晶を積層した構成について説明する。図3は、2つのコレステリック液晶を積層した構成を示す模式図(その1)である。
原理説明1では、コレステリック液晶として1層のコレステリック液晶10aを用いた構成例を例示したが、本発明は1層のコレステリック液晶10aに限定するものではなく、例えば2層のコレステリック液晶10a1、10a2を備えることが可能である。
原理説明2は、円偏光の方向が異なる2層のコレステリック液晶10a1、10a2を備える点において、1層のコレステリック液晶10aを有した原理説明1と異なっている。
図3に示すように、原理説明2では、緑色成分を反射する第1層10a1と青色成分を反射する第2層10a2を積層しており、コレステリック液晶層5a1の液晶分子の螺旋ピッチと、コレステリック液晶層5a2の液晶分子の螺旋ピッチとはピッチが異なることを特徴点とする。
図3において、入射した白色光7に対して、第1層10a1において緑色成分の光8a、第2層10a2において青色成分の光8bが反射されるので、透過される光9の成分は主に赤色成分となる。
<Principle 2>
A configuration in which two cholesteric liquid crystals that are the principle of the present invention are stacked will be described with reference to a schematic diagram shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram (part 1) showing a configuration in which two cholesteric liquid crystals are stacked.
In the explanation of the
The principle explanation 2 is different from the
As shown in FIG. 3, in the principle explanation 2, the first layer 10a1 that reflects the green component and the second layer 10a2 that reflects the blue component are laminated, and the helical pitch of the liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer 5a1 and the cholesteric The feature is that the pitch is different from the spiral pitch of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 5a2.
In FIG. 3, since the
<原理説明3>
図4に示す模式図を参照して、本発明の原理である2つのコレステリック液晶を積層した構成について説明する。図4は、2つのコレステリック液晶を積層した構成を示す模式図(その2)である。
原理説明2では、コレステリック液晶層5a1の液晶分子の螺旋ピッチと、コレステリック液晶層5a2の液晶分子の螺旋ピッチとはピッチが異なることを示す構成例を例示したが、本発明はピッチが異なることに限定するものではなく、例えば、液晶分子のねじれ方向が異なる2層のコレステリック液晶10a1、10a3を備えることが可能である。
図4に示すように、原理説明3では、第1層10a1と第2層10a3を積層しており、コレステリック液晶層5a1の液晶分子のねじれ方向と、コレステリック液晶層5a3の液晶分子のねじれ方向とは方向が異なることを特徴点とする。
図4に示すように、同じ反射波長ではあるが、右円偏光(R体)を選択反射する第1層10a1と左円偏光(L体)を選択反射する第2層10a3を積層したものである。
図4において、入射した白色光に対して、上層である第1層10a1では緑色成分の右円偏光(R体)が、下層である第2層10a3では緑色成分の左円偏光(L体)が反射されるため、第1層10a1と第2層10a3を透過されるマゼンタ色成分はより色純度が高くなる(彩度が高い)という特徴点がある。
このように、コレステリック液晶層は、コレステリック液晶により形成される複数の層が積層され、各層では、反射光の波長と偏光の波長とが異なることで、より高彩度に設定することができる。
<
A configuration in which two cholesteric liquid crystals that are the principle of the present invention are stacked will be described with reference to a schematic diagram shown in FIG. FIG. 4 is a schematic diagram (part 2) showing a configuration in which two cholesteric liquid crystals are laminated.
In the principle explanation 2, a configuration example is shown in which the spiral pitch of the liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer 5a1 is different from the spiral pitch of the liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal layer 5a2, but the present invention is different in pitch. For example, two layers of cholesteric liquid crystals 10a1 and 10a3 having different twist directions of liquid crystal molecules can be provided.
As shown in FIG. 4, in the
As shown in FIG. 4, a first layer 10a1 that selectively reflects right circularly polarized light (R-shaped body) and a second layer 10a3 that selectively reflects left circularly polarized light (L-shaped body) are stacked with the same reflection wavelength. is there.
In FIG. 4, with respect to incident white light, the first layer 10a1 that is the upper layer has right-hand circularly polarized light (R body) of the green component, and the second layer 10a3 that is lower layer has left-hand circularly polarized light (L body). Therefore, the magenta color component transmitted through the first layer 10a1 and the second layer 10a3 has a characteristic point that the color purity is higher (the saturation is higher).
As described above, the cholesteric liquid crystal layer is formed by laminating a plurality of layers formed of cholesteric liquid crystals, and each layer can be set to a higher saturation because the wavelength of reflected light and the wavelength of polarized light are different.
図5(a)(b)に示すスペクトル図を参照して、図3及び図4に示す本発明の原理である2種類のコレステリック液晶の光学特性について説明する。図5(a)は図3に示す積層構造により赤色が透過した場合のスペクトル特性、図5(b)は図4に示す積層構造によりマゼンタ色が透過した場合のスペクトル特性を示している。また、図5(a)(b)では、縦軸に透過率、横軸に波長を示している。
特に、図5(b)に示す緑色成分の透過率が、図2(a)に示すノッチ特性よりも好適にカットされていることが理解できる。
With reference to the spectrum diagrams shown in FIGS. 5A and 5B, the optical characteristics of the two types of cholesteric liquid crystals, which are the principles of the present invention shown in FIGS. 3 and 4, will be described. 5A shows the spectral characteristics when red is transmitted by the laminated structure shown in FIG. 3, and FIG. 5B shows the spectral characteristics when magenta color is transmitted by the laminated structure shown in FIG. In FIGS. 5A and 5B, the vertical axis indicates the transmittance, and the horizontal axis indicates the wavelength.
In particular, it can be understood that the transmittance of the green component shown in FIG. 5B is cut more suitably than the notch characteristic shown in FIG.
表1は、上述したコレステリック液晶の光学特性についてまとめた表である。 Table 1 summarizes the optical characteristics of the cholesteric liquid crystal described above.
表1に示すように、プレーナ状態においては、反射光と透過光は補色の関係にある。
さらに、プレーナ状態やフォーカルコニック状態の他、ホメオトロピック状態という状態もある。ホメオトロピック状態では、フォーカルコニック状態と同様に、螺旋構造の螺旋軸がコレステリック液晶の平面(x軸方向)に平行となる。
プレーナ状態やフォーカルコニック状態にあっては、電圧を印加しなくても状態を保持できるのに対して、ホメオトロピック状態では高い電圧(VH)を印加している間のみ状態を保持することができる。
ホメオトロピック状態を形成する高い電圧(VH)を急激に0Vに降下させるとプレーナ状態に移行し、ホメオトロピック状態を形成する高い電圧(VH)を徐々に降下させるとフォーカルコニック状態に移行する。
また、プレーナ状態とフォーカルコニック状態の中間的な状態において電圧(VC)を印加することで、プレーナ状態とフォーカルコニック状態を微細に混合させ、光学特性も両者の中間的な特性とすることができる。
従って、コレステリック液晶に平行な2つの透明電極に印加する電圧を、低電圧VLと高電圧VH(VL<VC<VH)を切り替えて供給可能な交流矩形波信号とすれば、ホメオトロピック状態(VH)、フォーカルコニック状態(VC)、プレーナ状態(VL)を切り替えることができる。なお、コレステリック液晶の材質によって印加電圧は異なるが、高電圧VHとしては、例えば、30V〜35V程度が好ましいが、本発明はこのような電圧範囲に限定するものではない。
なお、コレステリック液晶に印加する電圧をVLとVC、VCとVH、VLとVHという3つの組に分類することで、ホメオトロピック状態(VH)、フォーカルコニック状態(VC)、プレーナ状態(VL)を切り替えるモードを構成することができる。これにより、色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
As shown in Table 1, in the planar state, the reflected light and the transmitted light have a complementary color relationship.
In addition to the planar state and the focal conic state, there are also homeotropic states. In the homeotropic state, similarly to the focal conic state, the helical axis of the helical structure is parallel to the plane (x-axis direction) of the cholesteric liquid crystal.
In the planar state or the focal conic state, the state can be maintained without applying a voltage, whereas in the homeotropic state, the state can be maintained only while a high voltage (V H ) is applied. it can.
When the high voltage (V H ) forming the homeotropic state is suddenly lowered to 0 V, the state shifts to the planar state, and when the high voltage (V H ) forming the homeotropic state is gradually decreased, the state shifts to the focal conic state. .
Further, by applying a voltage (V C ) in an intermediate state between the planar state and the focal conic state, the planar state and the focal conic state can be finely mixed, and the optical characteristics can be intermediate between the two. it can.
Therefore, if the voltage applied to the two transparent electrodes parallel to the cholesteric liquid crystal is an AC rectangular wave signal that can be supplied by switching between the low voltage VL and the high voltage VH (V L <V C <V H ), it is homeotropic. The state (V H ), the focal conic state (V C ), and the planar state (V L ) can be switched. Although the applied voltage differs depending on the material of the cholesteric liquid crystal, the high voltage V H is preferably about 30 V to 35 V, for example, but the present invention is not limited to such a voltage range.
The voltages applied to the cholesteric liquid crystal are classified into three groups of V L and V C, V C and V H, and V L and V H , so that the homeotropic state (V H ) and the focal conic state (V C ), A mode for switching the planar state (V L ) can be configured. Thereby, the ratio of emphasizing color reproducibility and brightness can be finely set by the applied voltage.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
図6に示す上面図を参照して、本発明の第1実施形態に係るカラーホイールについて説明する。
図13(b)に示す従来のカラーホイールにあっては、カラーホイールの色領域は染料や顔料を用いているため、光学特性が固定されていた。
これに対して、図6は本発明の本実施形態に係るカラーホイール20であり、6つのセグメント20g、20y、20r、20w、20c、20rを有している。
カラーホイール20を形成する色構成のうち、シアン色領域(C)のセグメント20cと、黄色領域(Y)のセグメント20yをコレステリック液晶(透過率変更可能部材)に置き換えた例を示している。
シアン色領域と黄色領域のセグメントを、コレステリック液晶に置き換えることで、1つのカラーホイールの色領域に複数のバリエーションを設けることができる。
このように、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイールであって、少なくとも1つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも1つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶であることで、1つのカラーホイールで色構成を任意に変更できるようになる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
With reference to the top view shown in FIG. 6, the color wheel which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
In the conventional color wheel shown in FIG. 13B, since the color region of the color wheel uses dyes or pigments, the optical characteristics are fixed.
On the other hand, FIG. 6 shows a
In the color configuration forming the
A plurality of variations can be provided in the color region of one color wheel by replacing the segment of the cyan region and the yellow region with a cholesteric liquid crystal.
As described above, the color wheel includes a plurality of color regions arranged in the rotation direction and generates light of different color components by transmitting light to the individual color regions, and at least one color region includes a plurality of color regions. The at least one light transmissive layer is a cholesteric liquid crystal whose transmittance can be changed, so that the color configuration can be arbitrarily changed by one color wheel.
<第2実施形態>
図7に示す上面図を参照して、本発明の第2実施形態に係るカラーホイールについて説明する。
第1実施形態では、シアン色領域(C)のセグメント20cと、黄色領域(Y)のセグメント20yをコレステリック液晶に置き換えた構成例を例示したが、本発明は単にコレステリック液晶に限定するものではなく、例えば、コレステリック液晶がプレーナ状態にあることが可能である。
図7に示すように、第2実施形態では、カラーホイール30は、6つのセグメント30g、30y、30r、30w、30c、30rを有しており、シアン色領域のセグメント30cや黄色領域のセグメント30yがプレーナ状態であることを特徴点とする。
図7に示すように、コレステリック液晶を用いて形成されたシアン色領域のセグメントや黄色領域のセグメントがプレーナ状態の場合には、両領域は着色されるため、アニメーションや映画等、色再現性を重視した映像に好適となる。
Second Embodiment
With reference to the top view shown in FIG. 7, the color wheel which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated.
In the first embodiment, the configuration example in which the
As shown in FIG. 7, in the second embodiment, the
As shown in FIG. 7, when the segment of the cyan region and the segment of the yellow region formed using cholesteric liquid crystal are in the planar state, both regions are colored. Suitable for important video.
<第3実施形態>
図8に示す上面図を参照して、本発明の第3実施形態に係るカラーホイールについて説明する。
第1実施形態では、シアン色領域(C)のセグメント20cと、黄色領域(Y)のセグメント20yをコレステリック液晶に置き換えた構成例を例示したが、本発明は単にコレステリック液晶に限定するものではなく、例えば、コレステリック液晶がフォーカルコニック状態にあることが可能である。
図8に示すように、第3実施形態では、カラーホイール40は、6つのセグメント40g、40y、40r、40w、40c、40rを有しており、シアン色領域のセグメント40cや黄色領域のセグメント40yがフォーカルコニック状態であることを特徴点とする。
コレステリック液晶を用いて形成されたシアン色領域や黄色領域がフォーカルコニック状態の場合には、両領域は光が透過されるため、光源からの白色光の利用効率が高くなり、文書やプレゼンテーション等、明るさを重視した映像に好適となる。
<Third Embodiment>
With reference to the top view shown in FIG. 8, the color wheel which concerns on 3rd Embodiment of this invention is demonstrated.
In the first embodiment, the configuration example in which the
As shown in FIG. 8, in the third embodiment, the
When the cyan and yellow areas formed using cholesteric liquid crystals are in the focal conic state, light is transmitted through both areas, so the efficiency of using white light from the light source increases, and documents, presentations, etc. This is suitable for images that emphasize brightness.
<第4実施形態>
図9に示す上面図を参照して、本発明の第4実施形態に係るカラーホイールについて説明する。図9は、本発明の第2実施形態に係るカラーホイールの上面図である。
第1実施形態では、例えば、赤色領域のセグメント20rにおいては均質の色特性を有する一色の領域が占めていた構成例を例示したが、本発明は単に一色の領域に限定するものではなく、例えば、ある一色領域を2又は複数のセグメントに分割し、各セグメントにプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り振る(切り替える)ように構成することが可能である。
図9に示すように、第4実施形態では、カラーホイール50は、11個のセグメント50g1、50g2、50y1、50y2、50r1、50r2、50w、50c1、50c2、50r1、50r2を有しており、一色領域を2つのセグメントに分割し、各セグメントにプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り振ることを特徴点とする。なお、セグメント50wは白色領域であるため、第1実施形態において採用されたセグメント20wと同様である。
<Fourth embodiment>
With reference to the top view shown in FIG. 9, the color wheel which concerns on 4th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 9 is a top view of the color wheel according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, for example, in the
As shown in FIG. 9, in the fourth embodiment, the
コレステリック液晶を用いて形成された各色領域のセグメントがプレーナ状態の場合には、両領域は着色されるため、アニメーションや映画等、色再現性を重視した映像に好適となる。一方、コレステリック液晶を用いて形成された各色領域のセグメントがフォーカルコニック状態の場合には、両領域は光が透過されるため、光源からの白色光の利用効率が高くなり、文書やプレゼンテーション等、明るさを重視した映像に好適となる。
これにより、コレステリック液晶は、プレーナ状態のときに着色し、フォーカルコニック状態あるいはホメオトロピック状態のときに透明になるので、色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
これにより、色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
When the segment of each color area formed using cholesteric liquid crystal is in a planar state, both areas are colored, which is suitable for an image that emphasizes color reproducibility such as an animation or a movie. On the other hand, when the segments of each color region formed using cholesteric liquid crystal are in the focal conic state, both regions transmit light, so the utilization efficiency of white light from the light source increases, and documents, presentations, etc. This is suitable for images that emphasize brightness.
As a result, the cholesteric liquid crystal is colored when in the planar state and becomes transparent when in the focal conic state or homeotropic state, so that it can be used in two ways: color reproducibility and brightness.
Thereby, the ratio of emphasizing color reproducibility and brightness can be finely set by the applied voltage.
<他の変形例>
第1〜第4実施形態において示した構成例とは別に、本発明のカラーホイールとして以下のような構成を採用してもよい。
(1)コレステリック液晶のR体とL体を回転軸方向に積層するように構成することにより、より高彩度に設定することができる。
(2)マゼンタ色領域のセグメントや、他の中間色領域のセグメントをカラーホイール上に加えて配置することにより、より多原色に設定することができる。
(3)パーソナルコンピュータPCやポータブル端末等の情報処理装置からプロジェクタに入力される映像情報に基づいて、カラーホイールの色構成を動的に変更するように構成することにより、映像情報に応じた設定とすることができる。
上述した(1)〜(3)の構成により、1つのカラーホイールでバラエティに富んだ色設計が実現可能となる。
<Other variations>
Apart from the configuration examples shown in the first to fourth embodiments, the following configuration may be adopted as the color wheel of the present invention.
(1) By setting the R and L bodies of the cholesteric liquid crystal so as to be stacked in the rotation axis direction, higher saturation can be set.
(2) A multi-primary color can be set by arranging a segment of a magenta color region or another intermediate color region segment on the color wheel.
(3) Setting according to video information by dynamically changing the color configuration of the color wheel based on video information input to the projector from an information processing device such as a personal computer PC or portable terminal. It can be.
With the configurations (1) to (3) described above, a variety of color designs can be realized with one color wheel.
<第5実施形態>
図10に示す断面図を参照して、本発明の第5実施形態に係るカラーホイールについて説明する。図10は、本発明の第5実施形態に係るカラーホイールの断面図である。
第1乃至第4実施形態では、例えば、カラーホイールの上面図を参照して各色領域のセグメントに関する構成例を例示したが、本発明は各色領域のセグメント構成に限定するものではなく、例えば、コレステリック液晶層に対して電圧を印加することで、各セグメントにプレーナ状態とフォーカルコニック状態を切り替えるように構成することが可能である。
図10に示すように、第5実施形態では、カラーホイール60は、ベース基板61a、透明基板61b、透明電極61c、コレステリック液晶層61d、透明電極61e、透明基板61f等の複数の透光層が下層から上層に向かって積層されるように構成されていることを特徴点とする。さらに、カラーホイール60は、カラーホイール60の中心部には回転軸62を有していることを特徴点とする。
カラーホイール60の基板上に形成されたコレステリック液晶層に対して、プレーナ状態とフォーカルコニック状態を切り替えるために、コレステリック液晶層61dの上層に透明電極61e、コレステリック液晶層61dの下層に透明電極61cを備えている。透明電極61c、61eには、回転軸62の端面に設けられた給電極65a、65bから夫々にエナメル線が結線されている。給電極65a、65bの外側表面には、ブラシ64a、64bが摺動自在に接しており、ブラシ64a、64bに電源部63から夫々に交流矩形波を印加するように構成されている。
このように、カラーホイールは、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイール20、30、40、50であって、少なくとも1つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも1つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶61dであることを特徴とする。
これにより、1つのカラーホイールで色構成を任意に変更できるようになる。
このように、回転体の回転方向に平行な平面のうち、コレステリック液晶層を挟む2層間に電圧を印加することにより、透過率を変更することができる。
<Fifth Embodiment>
A color wheel according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to a cross-sectional view shown in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of a color wheel according to a fifth embodiment of the present invention.
In the first to fourth embodiments, for example, a configuration example related to a segment of each color region is illustrated with reference to a top view of the color wheel. However, the present invention is not limited to the segment configuration of each color region, for example, cholesteric By applying a voltage to the liquid crystal layer, each segment can be configured to switch between a planar state and a focal conic state.
As shown in FIG. 10, in the fifth embodiment, the
In order to switch the planar state and the focal conic state with respect to the cholesteric liquid crystal layer formed on the substrate of the
As described above, the color wheel includes a plurality of color regions arranged in the rotation direction, and the
As a result, the color configuration can be arbitrarily changed with one color wheel.
Thus, the transmittance can be changed by applying a voltage between the two layers sandwiching the cholesteric liquid crystal layer in a plane parallel to the rotation direction of the rotating body.
次に、図11に示すブロック図を参照して、本発明の第5実施形態に係るプロジェクタ70のブロック構成について説明する。図11は本発明の第5実施形態に係るプロジェクタ70のブロック図である。
図11に示す映像メモリ71では、フレームメモリを有しており、投影する映像のフレームデータが格納され、フレームレートで映像解析部72に出力される。
映像解析部72は、映像メモリ71からフレームデータを読み込み、投影する映像がどのような輝度分布や色成分を有しているのかを解析し、その解析結果に基づいてカラーホイール60の色構成を決定する。
映像解析部72では、例えば、フレームデータがモノクロであればRGB等の原色は必要ないため、コレステリック液晶を全てフォーカルコニック状態(あるいはホメオトロピック状態)に切り替え、光源からの白色光の透過量を増やした明るさ重視の輝度優先モードに変更する。逆に、映像解析部72では、フレームデータがアニメや映画のように色を多用する場合には、コレステリック液晶をプレーナ状態に切り替え、色再現性を重視させる彩度優先モードにする。
また、モード選択部74は、プロジェクタの例えばケースに設けられた操作スイッチを有しており、例えば輝度優先モードか彩度優先モードかの選択操作をスイッチ状態として入力し、色構成調整部73に出力する。モード選択部74は、ユーザが必要なときに、投影映像の輝度調整を優先することを表す輝度優先モード、投影映像の彩度調整を優先することを表す彩度優先モードのうち、一方を表示モードとして選択入力する。
Next, a block configuration of the
The
The
In the
Further, the
色構成調整部73では、映像解析部72やモード選択部73からの指示に基づき、カラーホイール60の各色成分は着色か透明か、あるいはその中間かを選択し、選択信号が電源部63に出力される。
電源部63は、色構成調整部73から入力した選択信号に応じて、電圧が適切に調整された交流矩形波信号を生成し給電線64a、64bからカラーホイール60の回転軸に設けられた給電極65a、65bに給電される。
なお、電源部63では、コレステリック液晶に印加する電圧をVLとVC、VCとVH、VLとVHという3つの組に分類して生成可能であり、ホメオトロピック状態(VH)、フォーカルコニック状態(VC)、プレーナ状態(VL)を切り替えるモードに応じて電圧構成を設定することができる。これにより、色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
カラーホイール60は、回転駆動機構(図示しない)により回転軸が回転しており、給電極56a、65bから給電された交流矩形波信号が透明電極61c、61eに印加される。
一方、光源81から出射された白色光82は、高速回転するカラーホイール60を透過することで着色される。カラーホイール60を透過した光84は、DMD部85に入射する。ここで、画素数分の微細なミラーが並んだDMD部85は、ON/OFF制御により反射/非反射が選択され、DMD部85により反射された光86は光学系87を経由してスクリーン(図示しない)に投影され、投影画像を形成する。
The color
The
The
The
On the other hand, the white light 82 emitted from the
図12に示すフローチャートを参照して、本発明の第5実施形態に係るプロジェクタ70の制御動作について説明する。
まず、図11において、光源81から出射された白色光82は、高速回転するカラーホイール60を透過することで着色される。カラーホイール60を透過した光84は、DMD部85に入射する。
ここで、画素数分の微細なミラーが並んだDMD部85は、ON/OFF制御により反射/非反射が選択され、DMD部85により反射された光86は光学系87を経由してスクリーン(図示しない)に投影され、投影画像を形成する。このようにして、プロジェクタ70は、画像を投影面に投影する。
ステップS5では、色構成調整部73は、画像を投影面に投影中であるか否かを判断する。投影中である場合は、ステップS10に進む。
A control operation of the
First, in FIG. 11, the white light 82 emitted from the
Here, in the
In step S5, the color
ステップS10では、画像解析を行う。すなわち、映像解析部72は、映像メモリ71からフレームデータを読み込み、投影する映像がどのような輝度分布や色成分を有しているのかを解析し、その解析結果としてモノクロ表示か、カラー表示かをフレーム毎に決定する。
次いで、ステップS20では、画像解析がモノクロ表示か否かを判断する。画像解析がモノクロ表示である場合はステップS30に進む。一方、画像解析がモノクロ表示ではない場合はステップS40に進む。
In step S10, image analysis is performed. That is, the
Next, in step S20, it is determined whether the image analysis is monochrome display. If the image analysis is monochrome display, the process proceeds to step S30. On the other hand, if the image analysis is not monochrome display, the process proceeds to step S40.
ステップS30では、モノクロ表示中であるので、色構成調整部73は、RGB等の原色は必要ないため、コレステリック液晶領域のセグメントを全てフォーカルコニック状態(あるいはホメオトロピック状態)に切り替え、光源81からの白色光の透過量を増やした明るさ重視のモードに変更する。
ここで、色構成調整部73は、表示映像の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほどフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を印加電圧を上昇させて制御を行う。また、色構成調整部73は、表示モードが輝度優先の場合にフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を印加電圧を上昇させて制御を行う。
すなわち、色構成調整部73では、映像解析部72やモード選択部73からの指示に基づき、カラーホイール60の各色成分は着色か透明か、あるいはその中間かを選択し、選択信号が電源部63に出力する。電源部63は、色構成調整部73から入力した選択信号に応じて、電圧が適切に調整された交流矩形波信号を生成し給電線64a、64bからカラーホイール60の回転軸に設けられた給電極65a、65bに給電される。カラーホイール60は、回転駆動機構(図示しない)により回転軸が回転しており、給電極56a、65bから給電された交流矩形波信号が透明電極61c、61eに印加される。
上述したように、電源部63では、コレステリック液晶に印加する電圧をVLとVC、VCとVH、VLとVHという3つの組に分類して生成可能であり、ホメオトロピック状態(VH)、フォーカルコニック状態(VC)、プレーナ状態(VL)を切り替えるモードに応じて電圧構成を設定することができる。これにより、投影画像の色再現性と明るさの重視の比率を印加電圧により細かく設定することができる。
これにより、透明電極61c、61eに挟まれたコレステリック液晶層61dがフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を印加電圧を上昇させて制御することができる。
In step S30, since monochrome display is in progress, the color
Here, the color
That is, the color
As described above, the
Thereby, the ratio of the focal conic state or the homeotropic state of the cholesteric liquid crystal layer 61d sandwiched between the
一方、ステップS40では、カラー表示中であるので、色構成調整部73は、アニメや映画のように色を多用するため、コレステリック液晶領域のセグメントを全てプレーナ状態に切り替え、色再現性を重視させるモードに変更する。
ここで、色構成調整部73は、表示映像の色成分が上昇するほどプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行う。また、色構成調整部73は、表示モードが彩度優先の場合にはプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行う。
すなわち、色構成調整部73では、映像解析部72やモード選択部73からの指示に基づき、カラーホイール60の各色成分は着色か透明か、あるいはその中間かを選択し、選択信号が電源部63に出力する。電源部63は、色構成調整部73から入力した選択信号に応じて、電圧が適切に調整された交流矩形波信号を生成し給電線64a、64bからカラーホイール60の回転軸に設けられた給電極65a、65bに給電される。カラーホイール60は、回転駆動機構(図示しない)により回転軸が回転しており、給電極56a、65bから給電された交流矩形波信号が透明電極61c、61eに印加される。
これにより、印加電圧を上昇させ、透明電極61c、61eに挟まれたコレステリック液晶層61dがプレーナ状態の比率を上昇する。
On the other hand, since color display is being performed in step S40, the color
Here, the color
That is, the color
As a result, the applied voltage is increased, and the ratio of the planar state of the cholesteric liquid crystal layer 61d sandwiched between the
次いで、ステップS50では画像投影を行う。色構成調整部73は、ステップS55において投影中であれば、ステップS5に戻り処理を継続する。一方、投影中ではない場合は処理を終了する。
このように、映像情報に基づいて、コレステリック液晶の透過率を変更させる制御を行うことで、透過率を変更することができる。
このように、表示モードが輝度優先の場合にフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、表示モードが彩度優先の場合にはプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことで、表示モードに応じて色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
このように、表示映像の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほどフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率が上がるよう印加電圧を調整して制御し、表示映像の色成分が上昇するほどプレーナ状態の比率が上がるよう印加電圧を調整して制御することで、色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
プロジェクタの内部では、周辺部品からの発熱によりカラーホイールも温度が上昇するため、コレステリック液晶には高温耐性の強い材料(例えば高分子系)を用いることが好ましい。
Next, in step S50, image projection is performed. If the color
Thus, the transmittance can be changed by performing control to change the transmittance of the cholesteric liquid crystal based on the video information.
In this way, when the display mode is luminance priority, control is performed to increase the ratio of the focal conic state or homeotropic state, and when the display mode is saturation priority, control is performed to increase the ratio of the planar state. Depending on the display mode, there are two types of usage: emphasizing color reproducibility and brightness.
In this way, the applied voltage is adjusted and controlled so that the ratio of the focal conic state or homeotropic state increases as the color component of the display image decreases and approaches the monochrome component, and the planar state increases as the color component of the display image increases. By adjusting and controlling the applied voltage so as to increase the ratio, two types of usage can be performed: color reproducibility and brightness emphasis.
Inside the projector, the color wheel also rises in temperature due to the heat generated from the peripheral components. Therefore, it is preferable to use a material having high temperature resistance (for example, a polymer) for the cholesteric liquid crystal.
<本発明の実施態様例と効果>
<第1態様>
本態様のカラーホイールは、回転方向に配列された複数の色領域を備え、個々の色領域に光を透過させることにより異なる色成分の光を発生させるカラーホイール20、30、40、50であって、少なくとも1つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも1つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶61dであることを特徴とする。
本態様によれば、カラーホイールの少なくとも1つの色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも1つの透光層は透過率を変更可能とするコレステリック液晶であることで、1つのカラーホイールで色構成を任意に変更でき、明るさと色再現性の両立を可能とする。
この結果、より画質や小型化に有利なDLP方式のプロジェクタが実現可能となる。
<第2態様>
本態様のコレステリック液晶61dは、コレステリック液晶を挟む2層に透明電極を備え、透明電極に電圧を印加することにより、コレステリック液晶の透過率を変更することを特徴とする。
本態様によれば、コレステリック液晶を挟む2層に透明電極に電圧を印加することで、透過率を変更することができる。
<Examples of Embodiments and Effects of the Present Invention>
<First aspect>
The color wheel of this aspect is a
According to this aspect, at least one color region of the color wheel is composed of a plurality of light-transmitting layers, and the at least one light-transmitting layer is a cholesteric liquid crystal capable of changing the transmittance. The color configuration can be arbitrarily changed, and both brightness and color reproducibility can be achieved.
As a result, it is possible to realize a DLP projector that is more advantageous for image quality and miniaturization.
<Second aspect>
The cholesteric liquid crystal 61d of this embodiment includes a transparent electrode in two layers sandwiching the cholesteric liquid crystal, and changes the transmittance of the cholesteric liquid crystal by applying a voltage to the transparent electrode.
According to this aspect, the transmittance can be changed by applying a voltage to the transparent electrode in the two layers sandwiching the cholesteric liquid crystal.
<第3態様>
本態様のコレステリック液晶61dは、液晶分子の配列が螺旋構造を形成する。
本態様によれば、特定の波長帯域が選択的に反射される。
<第4態様>
本態様のコレステリック液晶61dは、コレステリック液晶の液晶分子の配列により形成される複数の層を積層した構成を備え、各層では、反射光の波長と偏光の状態とが異なることを特徴とする。
本態様によれば、反射光の波長と偏光の状態とが異なることで、より高彩度に設定することができる。
<Third aspect>
In the cholesteric liquid crystal 61d of this embodiment, the arrangement of liquid crystal molecules forms a helical structure.
According to this aspect, a specific wavelength band is selectively reflected.
<4th aspect>
The cholesteric liquid crystal 61d of this embodiment has a structure in which a plurality of layers formed by the arrangement of liquid crystal molecules of cholesteric liquid crystal are stacked, and the wavelength of reflected light and the state of polarization are different in each layer.
According to this aspect, since the wavelength of reflected light and the state of polarization are different, higher saturation can be set.
<第5態様>
本態様のカラーホイールの色領域は、回転方向に垂直に少なくとも2以上に分割され、分割された各領域にプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り付けることを特徴とする。
本態様によれば、分割された各領域にプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り付けることで、色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
<第6態様>
本態様のカラーホイールは、プレーナ状態又はフォーカルコニック状態は、電圧を印加しなくてもプレーナ状態又はフォーカルコニック状態を保持することを特徴とする。
本態様によれば、プレーナ状態又はフォーカルコニック状態は、電圧を印加しなくてもプレーナ状態又はフォーカルコニック状態を保持することができる。
<第7態様>
本態様のプロジェクタは、映像情報に基づいて、2層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する色構成調整部73を備えることを特徴とする。
本態様によれば、色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
<5th aspect>
The color region of the color wheel of this aspect is divided into at least two or more perpendicular to the rotation direction, and a planar state and a focal conic state are alternately assigned to each of the divided regions.
According to this aspect, by assigning a planar state and a focal conic state alternately to each divided area, two types of usage, emphasizing color reproducibility and brightness, can be performed.
<Sixth aspect>
The color wheel of this aspect is characterized in that the planar state or the focal conic state maintains the planar state or the focal conic state without applying a voltage.
According to this aspect, the planar state or the focal conic state can be maintained without applying a voltage.
<Seventh aspect>
The projector according to this aspect includes a color
According to this aspect, two types of usage can be performed: color reproducibility and brightness emphasis.
<第8態様>
本態様のプロジェクタは、色構成調整部73は、映像情報の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほどフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、映像情報の色成分が上昇するほどプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする。
本態様によれば、映像情報の色成分に応じて色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
<第9態様>
本態様のプロジェクタは、必要なときに、投影映像の輝度調整を優先することを表す輝度優先モード、投影映像の彩度調整を優先することを表す彩度優先モードのうち、一方を表示モードとして選択入力するモード選択部74と、表示モードに基づいて、2層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する色構成調整部73と、を備えことを特徴とする。
本態様によれば、表示モードに応じて色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
<第10態様>
本態様のプロジェクタは、色構成調整部73は、表示モードが輝度優先の場合にフォーカルコニック状態又はホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、表示モードが彩度優先の場合にはプレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする。
本態様によれば、表示モードに応じて色再現性と明るさ重視という2種類の使い方ができる。
<Eighth aspect>
In the projector according to this aspect, the color
According to this aspect, two types of usage, color reproducibility and brightness emphasis, can be performed according to the color components of the video information.
<Ninth aspect>
The projector according to this aspect has one of a luminance priority mode indicating that priority is given to the luminance adjustment of the projected video and a saturation priority mode indicating that priority is given to the saturation adjustment of the projected video as a display mode when necessary. A
According to this aspect, two types of usage, color reproducibility and brightness emphasis, can be performed according to the display mode.
<10th aspect>
In the projector according to this aspect, the color
According to this aspect, two types of usage, color reproducibility and brightness emphasis, can be performed according to the display mode.
1…上層基板、3…下層基板、5…コレステリック液晶層、7…白色光、8…光、10…コレステリック液晶、10a1…第1層、10a2…第2層、20…カラーホイール、30…カラーホイール、40…カラーホイール、50…カラーホイール、50g1…セグメント、62…回転軸、63…電源部、70…プロジェクタ、71…映像メモリ、72…映像解析部、74…モード選択部、73…色構成調整部、81…光源、85…DMD部、87…光学系
DESCRIPTION OF
Claims (10)
少なくとも1つの前記色領域は、複数の透光層から成り、少なくとも1つの透光層は透過率を変更可能とする透過率変更可能部材であることを特徴とするカラーホイール。 A color wheel having a plurality of color regions arranged in a rotation direction and generating light of different color components by transmitting light to each color region,
The color wheel according to claim 1, wherein the at least one color region includes a plurality of light-transmitting layers, and the at least one light-transmitting layer is a transmittance-changeable member capable of changing the transmittance.
前記透過率変更可能部材を挟む2層に透明電極を備え、
前記透明電極に電圧を印加することにより、前記透過率変更可能部材の透過率を変更することを特徴とする請求項1記載のカラーホイール。 The transmittance changeable member is
A transparent electrode is provided in two layers sandwiching the transmissible member,
The color wheel according to claim 1, wherein the transmittance of the transmissible member is changed by applying a voltage to the transparent electrode.
液晶分子の配列が螺旋構造を形成するコレステリック液晶から成ることを特徴とする請求項1又は2記載のカラーホイール。 The transmittance changeable member is
3. The color wheel according to claim 1, wherein the alignment of the liquid crystal molecules comprises a cholesteric liquid crystal forming a spiral structure.
前記コレステリック液晶の液晶分子の配列により形成される複数の層を積層した構成を備え、
前記各層では、反射光の波長と偏光状態とが異なることを特徴とする請求項3記載のカラーホイール。 The transmittance changeable member is
A structure in which a plurality of layers formed by alignment of liquid crystal molecules of the cholesteric liquid crystal is laminated,
The color wheel according to claim 3, wherein the wavelength and the polarization state of the reflected light are different in each of the layers.
前記回転方向に垂直に少なくとも2以上に分割され、分割された各領域にプレーナ状態とフォーカルコニック状態を交互に割り付けることを特徴とする請求項3又は4記載のカラーホイール。 The color region is
5. The color wheel according to claim 3, wherein the color wheel is divided into at least two perpendicular to the rotation direction, and a planar state and a focal conic state are alternately allocated to each of the divided regions.
映像情報に基づいて、前記2層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する制御手段と、を備えることを特徴とする投影装置。 A color wheel according to any one of claims 1 to 6;
And a control unit configured to change the transmittance by controlling a voltage applied to the two layers of transparent electrodes based on video information.
前記映像情報の色成分が低下してモノクロ成分に近づくほど前記フォーカルコニック状態又は前記ホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、前記映像情報の色成分が上昇するほど前記プレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする請求項7記載の投影装置。 The control means includes
As the color component of the video information decreases and approaches the monochrome component, control is performed to increase the ratio of the focal conic state or the homeotropic state, and as the color component of the video information increases, the ratio of the planar state is increased. The projection apparatus according to claim 7, wherein control is performed.
必要なときに、投影映像の輝度調整を優先することを表す輝度優先モード、投影映像の彩度調整を優先することを表す彩度優先モードのうち、一方を表示モードとして選択入力する入力手段と、
前記表示モードに基づいて、前記2層の透明電極に印加する電圧を制御することにより透過率を変更する制御手段と、を備えことを特徴とする投影装置。 A color wheel according to any one of claims 1 to 6;
An input means for selectively inputting one of the luminance priority mode indicating priority of the luminance adjustment of the projected video and the saturation priority mode indicating priority of the saturation adjustment of the projected video as a display mode when necessary; ,
And a control unit configured to change the transmittance by controlling a voltage applied to the two layers of transparent electrodes based on the display mode.
前記表示モードが輝度優先の場合に前記フォーカルコニック状態又は前記ホメオトロピック状態の比率を上昇させる制御を行い、前記表示モードが彩度優先の場合には前記プレーナ状態の比率を上昇させる制御を行うことを特徴とする請求項9記載の投影装置。 The control means includes
When the display mode is luminance priority, control is performed to increase the ratio of the focal conic state or the homeotropic state, and when the display mode is priority to saturation, control is performed to increase the ratio of the planar state. The projection apparatus according to claim 9.
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