JP2017054061A - Projector - Google Patents

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JP2017054061A
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加藤 厚志
Atsushi Kato
厚志 加藤
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Sharp NEC Display Solutions Ltd
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NEC Display Solutions Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projector that eliminates a color braking phenomenon, while ensuring excellent gradation characteristics.SOLUTION: A projector comprises: an image synthesis element 121 that synthesizes image light incident upon each of a plurality of incidence surfaces, and emits synthesized light from an emission surface; a light source 11 that emits first to third color light different in color, emits the first and second color light in a first direction 1101 in time series, and emits the third color light in a second direction 1102; a first spatial optical modulator 111 and second spatial optical modulator 120 that are provided between the first incidence surface of the image synthesis element 121 and the light source 11, and modulate the first color light and second color light to be made incident in time series, to generate first image light and second image light; a third spatial optical modulator 112 that is provided between the second incidence surface of the image synthesis element 121 and the light source 11, and modulates the third color light to be made incident, to generate third image light; and lens systems 114 and 116 that conjugate with the first spatial optical modulator 111 and second spatial optical modulator 120.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プロジェクタに関し、特に、3つの表示素子を備え、これらの表示素子に赤色、緑色および青色の光を照射することにより得られる画像光を合成したカラー画像光を投射する3板型プロジェクタに関する。   The present invention relates to a projector, and more particularly to a three-plate projector that includes three display elements and projects color image light obtained by synthesizing image light obtained by irradiating these display elements with red, green, and blue light. About.

空間光変調器を用いたプロジェクタが知られている。空間光変調器に赤(R)、青(B)、緑(G)などの色光を照射し、空間光変調器により変調された画像光をスクリーンに拡大投射するものである。空間光変調器を3個用いた3板型と、単一の空間光変調器を用いた単板型とが知られている。なお、3板型は3つの空間光変調器が赤、青、緑の3色の色光に対応して設けられている。空間光変調器としては、液晶パネルやDMD(Digital Mirror Device:米テキサスインスツルメント社のデジタルミラーデバイス)、LCOS(Liquid crystal on silicon)などが知られている。これらの周知技術はこれ以上の説明は必要としないであろう。
ところで、本出願人は、特許文献1において、光源に固体源としてLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)を使用し、クロスダイクロイックプリズムを用いたプロジェクタとして、青色光と緑光を時分割的に照射し、各色光の照射に応じて液晶パネルの駆動を同期制御することで、色再現性の優れた明るいプロジェクタを実現することを提案している。
A projector using a spatial light modulator is known. The spatial light modulator is irradiated with color light such as red (R), blue (B), and green (G), and image light modulated by the spatial light modulator is enlarged and projected onto a screen. A three-plate type using three spatial light modulators and a single-plate type using a single spatial light modulator are known. In the three-plate type, three spatial light modulators are provided corresponding to three color lights of red, blue, and green. As the spatial light modulator, a liquid crystal panel, DMD (Digital Mirror Device: Digital Mirror Device of Texas Instruments, USA), LCOS (Liquid crystal on silicon), and the like are known. These known techniques will not require further explanation.
By the way, in the patent document 1, the present applicant uses an LED (Light Emitting Diode) as a solid source as a light source and irradiates blue light and green light in a time-sharing manner as a projector using a cross dichroic prism. It has been proposed to realize a bright projector with excellent color reproducibility by synchronously controlling the driving of the liquid crystal panel according to the irradiation of each color light.

空間光変調器として、液晶パネル、DMD、LCOSのいずれを使用するかに関わらず、単一の空間光変調器に複数の色光を時分割で照射するというプロジェクタ構成をとると、カラーブレーキング現象が発生する。投射画像については明るくすることも重要であるが、当然ながら画質も重要であり、カラーブレーキング現象の発生により画質が低下することは回避することが望ましい。
カラーブレーキング現象による画質の低下を改善するための種々の方法が知られている。光源に固体光源を使用し、赤、緑、青の光を順次発生する光源の駆動周波数(点灯周波数)と、空間光変調器の駆動周波数であるリフレッシュレートが同期している場合には、点灯周波数やリフレッシュレートを高くすると、カラーブレーキング現象は改善する。540Hz以上の駆動であれば、カラーブレーキング現象の改善に大きな効果があると言われている(特許文献2の段落0006参照)。
Regardless of whether a liquid crystal panel, DMD, or LCOS is used as the spatial light modulator, if a projector configuration is used in which a single spatial light modulator is irradiated with a plurality of color lights in a time-sharing manner, the color braking phenomenon Will occur. It is important to brighten the projected image, but naturally the image quality is also important, and it is desirable to avoid the deterioration of the image quality due to the occurrence of the color breaking phenomenon.
Various methods are known for improving the degradation of image quality due to the color braking phenomenon. Lights when a solid-state light source is used as the light source and the driving frequency (lighting frequency) of the light source that sequentially generates red, green, and blue light is synchronized with the refresh rate that is the driving frequency of the spatial light modulator. Increasing the frequency and refresh rate improves the color braking phenomenon. It is said that driving at 540 Hz or higher has a great effect on improving the color braking phenomenon (see paragraph 0006 of Patent Document 2).

カラーブレーキング現象を低減するためにリフレッシュレートを高くする場合には、画質が低下するというあらたな問題が発生することがある。それは、高リフレッシュレート化に対して、液晶を用いる空間光変調器の場合には応答スピードが十分に対応できないということであり、DMDの場合にもデバイス特性としての微小ミラーのオン・オフ速度から、PWM駆動における階調特性が劣化してしまうとうことである。なお、DMDミラーの機械的スイッチング速度は15μs程度と言われている(非特許文献1参照)。
なお、DMDは毎秒60フレームの256階調の画像を300Hz程度の周波数で表示できる能力があるとされている(非特許文献2参照)。
When the refresh rate is increased in order to reduce the color braking phenomenon, a new problem that the image quality deteriorates may occur. That is, the response speed cannot be sufficiently coped with in the case of a spatial light modulator using a liquid crystal in response to a high refresh rate. In the case of DMD, the on / off speed of a micromirror as a device characteristic. In other words, the gradation characteristics in PWM drive are degraded. The mechanical switching speed of the DMD mirror is said to be about 15 μs (see Non-Patent Document 1).
The DMD is said to be capable of displaying an image of 256 gradations of 60 frames per second at a frequency of about 300 Hz (see Non-Patent Document 2).

上記のように、空間光変調器として、液晶を使用する場合、DMDを使用する場合のいずれであっても、デバイスの応答速度には限界があるため、あまりにも高速に色切り替えを実施すると、応答が追い付かないということが起こる。それにより、階調表示を十分に行うことが出来ず、画質が低下することもある。
特許文献1に開示される構成においても、緑色光と青色光とが共通の液晶パネルに時分割的に照射される。このため、色光の切り替えを高速に行うことでカラーブレーキング現象は改善するものの、階調表示特性には改善の余地が残るということになる。特に青色光はワイトバランスの観点から、そもそも他の色光に比べて発光時間(照射時間)が短く設定されているので、カラーブレーキング現象改善のために発光時間をさらに短くするように駆動すると、階調特性を悪化させてしまう。
As described above, when using a liquid crystal or a DMD as a spatial light modulator, there is a limit to the response speed of the device, so if color switching is performed too fast, It happens that the response cannot keep up. As a result, the gradation display cannot be sufficiently performed, and the image quality may be deteriorated.
Also in the configuration disclosed in Patent Document 1, green light and blue light are irradiated on a common liquid crystal panel in a time-sharing manner. For this reason, although the color braking phenomenon is improved by switching the color light at a high speed, there is still room for improvement in the gradation display characteristics. Especially for blue light, the light emission time (irradiation time) is set to be shorter than other color light from the viewpoint of weight balance, so when driving to further shorten the light emission time to improve the color braking phenomenon, The gradation characteristics are deteriorated.

国際公開第2012/086011号公報International Publication No. 2012/086011 特許第5157542号公報Japanese Patent No. 5157542

真空誌 Vol.43,No.2,2000 pp119−125Vacuum magazine Vol. 43, no. 2,2000 pp119-125 2000年電子情報通信学会総合大会 予稿 SC−7−4 pp215−2162000 IEICE General Conference SC-7-4 pp215-216

上述したように、カラーブレーキング現象を低減するために、点灯周波数やリフレッシュレートを高くすると表示パネルの動作特性から諧調特性が劣化し、画質が低下することがある。
本発明は、カラーブレーキング現象を解消すると同時に階調特性の良好なプロジェクタを実現する。
As described above, when the lighting frequency and the refresh rate are increased in order to reduce the color braking phenomenon, the gradation characteristics are deteriorated from the operation characteristics of the display panel, and the image quality may be lowered.
The present invention realizes a projector having good gradation characteristics while eliminating the color braking phenomenon.

本発明のプロジェクタは、複数の入射面と、出射面とを備え、前記複数の入射面にそれぞれ入射された画像光を合成して前記出射面より出射する画像合成素子と、
それぞれ異なる色の第1ないし第3の色光を出射し、前記第1の色光と第2の色光は第1の方向に時系列に出射し、前記第3の色光について第1の方向と異なる第2の方向に出射する光源と、
前記画像合成素子の第1の入射面と前記光源との間に設けられ、時系列に入射される前記第1の色光と第2の色光に変調を行って第1の画像光と第2の画像光を生成する第1の空間光変調器および第2の空間光変調器と、
前記画像合成素子の第2の入射面と前記光源との間に設けられ、入射される前記第3の色光に変調を行って第3の画像光を生成する第3の空間光変調器と、
前記第1の空間光変調器と第2の空間光変調器を共役とするレンズ系と、
を有する。
The projector according to the present invention includes a plurality of incident surfaces and an output surface, and combines an image light incident on each of the plurality of incident surfaces to emit from the output surface;
First to third color lights of different colors are emitted, the first color light and the second color light are emitted in time series in a first direction, and the third color light is different from the first direction. A light source that emits in the direction of 2;
The first image light and the second color light are modulated between the first color light and the second color light that are provided between the first incident surface of the image composition element and the light source and are incident in time series. A first spatial light modulator and a second spatial light modulator that generate image light;
A third spatial light modulator that is provided between the second incident surface of the image composition element and the light source and modulates the incident third color light to generate third image light;
A lens system conjugate of the first spatial light modulator and the second spatial light modulator;
Have

上記のように構成される本発明のプロジェクタでは、カラーブレーキング現象が解消されると同時に階調特性が良好となる。   In the projector of the present invention configured as described above, the color braking phenomenon is eliminated, and at the same time, the gradation characteristics are improved.

本発明によるプロジェクタの第1の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical system of 1st Embodiment of the projector by this invention. 本発明によるプロジェクタの第2の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical system of 2nd Embodiment of the projector by this invention. 光源部11の構成を示すブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration of a light source unit 11. FIG. 本発明によるプロジェクタの第3の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical system of 3rd Embodiment of the projector by this invention. 本発明によるプロジェクタの第4の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical system of 4th Embodiment of the projector by this invention. 光源部11の他の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structure of the light source part. 図3中の偏光ビームスプリッタ308の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization beam splitter 308 in FIG. 第1の実施形態で用いられるTIRプリズム108、109、110、119とDMD表示パネルの組み合わせ状態を示す図である。It is a figure which shows the combination state of TIR prisms 108, 109, 110, and 119 and DMD display panel which are used in 1st Embodiment. (a)はクロスダイクロイックプリズム121への入射光を示す図であり、(b)はクロスダイクロイックプリズム121の透過特性を示す図である。(A) is a figure which shows the incident light to the cross dichroic prism 121, (b) is a figure which shows the transmission characteristic of the cross dichroic prism 121. FIG.

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明によるプロジェクタの第1の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
本実施形態は、光源部11と、照明レンズ101、102、105、106、107と、反射ミラー104と、偏光ビームスプリッタ103と、TIRプリズム108、109、110、119と、DMD表示パネル111、112、113、120と、レンズ114、116、118と、反射ミラー115、117と、クロスダイクロイックプリズム121と、投射レンズ122を備える。
第4の空間光変調器であるDMD表示パネル113は緑色光用であり、第3の空間光変調器であるDMD表示パネル112は赤色光用である。第1の空間光変調器であるDMD表示パネル111は、第一変調用で青色光用と緑色光用とを兼ねている。第2の空間光変調器であるDMD表示パネル120は第二変調用で青色光用と青色光用とを兼ねている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical system of a first embodiment of a projector according to the present invention.
In the present embodiment, the light source unit 11, the illumination lenses 101, 102, 105, 106, and 107, the reflection mirror 104, the polarizing beam splitter 103, the TIR prisms 108, 109, 110, and 119, the DMD display panel 111, 112, 113, 120, lenses 114, 116, 118, reflection mirrors 115, 117, a cross dichroic prism 121, and a projection lens 122.
The DMD display panel 113 as the fourth spatial light modulator is for green light, and the DMD display panel 112 as the third spatial light modulator is for red light. The DMD display panel 111, which is the first spatial light modulator, serves both for blue light and green light for the first modulation. The DMD display panel 120, which is the second spatial light modulator, is used for the second modulation and serves both for blue light and blue light.

画像合成素子であるクロスダイクロイックプリズム121の第1の入射面にはDMD表示パネル111およびDMD表示パネル120により変調された青色の画像光と緑色の画像光が時系列に入射され、該第1の入射面に対向する第2の入射面にはDMD表示パネル112により変調された赤色の画像光が入射される。第1の入射面と第2の入射面に直交する第3の入射面にはDMD表示パネル113により変調された緑色の画像光が入射される。これらの各画像光はクロスダイクロイックプリズム121により合成され、投射レンズ122を介してスクリーン(不図示)に向けて出射される。
光源部11の構成については後述するが、光源部11からはS偏光の赤色光とP偏光およびS偏光の緑色光、そしてS偏光の青色光が発生している。光源部11からの、S偏光の赤色光の射出経路は図1中の1101方向である。光源部11からの、P偏光およびS偏光の緑色光とS偏光の青色光の出射経路は図1中の1102方向である。
Blue image light and green image light modulated by the DMD display panel 111 and the DMD display panel 120 are incident on the first incident surface of the cross dichroic prism 121 serving as an image composition element in time series. Red image light modulated by the DMD display panel 112 is incident on the second incident surface facing the incident surface. Green image light modulated by the DMD display panel 113 is incident on a third incident surface orthogonal to the first incident surface and the second incident surface. These image lights are combined by a cross dichroic prism 121 and emitted toward a screen (not shown) via a projection lens 122.
Although the configuration of the light source unit 11 will be described later, the light source unit 11 generates S-polarized red light, P-polarized light, S-polarized green light, and S-polarized blue light. The exit path of S-polarized red light from the light source unit 11 is the direction 1101 in FIG. The emission paths of P-polarized light, S-polarized green light, and S-polarized blue light from the light source unit 11 are in the direction 1102 in FIG.

図3は、光源部11の構成を示すブロック図である。
光源部11は、単色光を発生するLED光源を備えるもので、緑色光を発生する2つのLED光源31と、赤色光を発生するLED光源32と、青色光を発生するLED光源33を備える。各LED光源に対してはLED光を平行化するレンズ301がそれぞれ設けられている。
また、光源部11は、ダイクロイックミラー302、303、フライアイレンズ304、305、偏光変換素子306、307、偏光ビームスプリッタ308、位相差板309を備えている。
LED光源には単色を発光するものを用いた。緑色を発光するLED光源31が2個設けられ、赤色を発光するLED光源32と青色を発光するLED光源33が1つずつ設けられている。このような赤、緑、青の帯域の色光を発するLEDは容易に入手可能であり、非常に高輝度なものも知られている。
一般にLEDの放射特性は前方方向に拡がりを持つので、LED光源の近傍にレンズ系を配置することで、LED光を有効に利用することができる。図3には単一のレンズ301が示されているが、必ずしも単一が最適という訳ではない。先ほど説明したようにLED放射特性は前方方向に拡がりを持ち、その放射角度は大きなものであるため、レンズ系を複数個のレンズで構成しても良い。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the light source unit 11.
The light source unit 11 includes an LED light source that generates monochromatic light, and includes two LED light sources 31 that generate green light, an LED light source 32 that generates red light, and an LED light source 33 that generates blue light. Each LED light source is provided with a lens 301 for collimating the LED light.
The light source unit 11 includes dichroic mirrors 302 and 303, fly-eye lenses 304 and 305, polarization conversion elements 306 and 307, a polarization beam splitter 308, and a phase difference plate 309.
An LED light source that emits a single color was used. Two LED light sources 31 that emit green light are provided, and one LED light source 32 that emits red light and one LED light source 33 that emits blue light are provided. Such LEDs that emit color light in the red, green, and blue bands are readily available, and those with extremely high luminance are also known.
In general, the emission characteristics of an LED have a forward spread, so that the LED light can be used effectively by arranging a lens system in the vicinity of the LED light source. Although a single lens 301 is shown in FIG. 3, a single lens is not necessarily optimal. As described above, the LED radiation characteristic spreads in the forward direction and the radiation angle is large. Therefore, the lens system may be composed of a plurality of lenses.

ダイクロイックミラー303は、LED光源31からの緑色光とLED光源32からの赤色光を合成するために使用されており、プロジェクタの光学系の部品としては周知の技術である。ダイクロイックミラー302は、LED光源31からの緑色光とLED光源33からの青色光を合成するために使用されている。
フライアイレンズ304、305と組み合わされて使用される偏光変換素子306、307は、複数の位相差板を備えるもので、非偏光の光の偏光方向を統一するために液晶プロジェクタで一般的に使われている。
図3に示される光学系では、一方のLED光源31で発光した緑色の光と、LED光源32で発光した赤色の非偏光光を偏光変換素子307によりP偏光光に統一している。他方のLED光源31で発光した緑色の光と、LED光源33で発光した青色の光についてはフライアイレンズ304、305と偏光変換素子306とで、S偏光光に統一している。従って偏光変換素子307と306とで、備えている位相差板は、向きが互いに異なるものとなるように貼り付けられている。
The dichroic mirror 303 is used for synthesizing the green light from the LED light source 31 and the red light from the LED light source 32, and is a well-known technique as a component of the optical system of the projector. The dichroic mirror 302 is used to synthesize green light from the LED light source 31 and blue light from the LED light source 33.
The polarization conversion elements 306 and 307 used in combination with the fly-eye lenses 304 and 305 are provided with a plurality of retardation plates and are generally used in a liquid crystal projector to unify the polarization direction of non-polarized light. It has been broken.
In the optical system shown in FIG. 3, green light emitted from one LED light source 31 and red unpolarized light emitted from the LED light source 32 are unified into P-polarized light by the polarization conversion element 307. The green light emitted from the other LED light source 31 and the blue light emitted from the LED light source 33 are unified into S-polarized light by the fly-eye lenses 304 and 305 and the polarization conversion element 306. Therefore, the polarization plate 307 and 306 are attached so that the phase difference plates provided are different in direction.

図6は図3中の偏光ビームスプリッタ308の構成を示す図である。
偏光ビームスプリッタ308には、図6に示されるように、緑色と青色の帯域の光に対してP偏光を透過してS偏光を反射させる特性の偏光ビームスプリッタ62と、赤色を反射し緑色を透過させる特性のダイクロイックミラー61とが一体のものを用いた。このような偏光ビームスプリッタとしてはワイヤーグリッド型のものが実用化されている。
ダイクロイックミラー61と偏光ビームスプリッタ62は、近接配置され、所定の空気間隔をもって独立に配置されていても構わない。ワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタは、一般的には透明基板などの片面にワイヤーグリッドが形成されており、ワイヤーグリッドが形成されていない側の平面にダイクロイックミラーを形成し、一体型とすることもできる。
上記のようにして、光源装置11から射出する光は、P偏光の赤色光のみが、他の色光(P偏光およびS偏光の緑色光と、S偏光の青色光)と進行方向が異なる。これらは直交関係を保ちながら離れてゆく方向に進行する。なお、P偏光の赤色光は位相差板309により偏光方向がS偏光に変換されている。また、光源装置11からの光は照明レンズ101や102、105、106、107などによりDMDパネル111、112、113に結像照明をしている。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the polarization beam splitter 308 in FIG.
As shown in FIG. 6, the polarization beam splitter 308 has a property of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light with respect to green and blue band light, and reflects red and reflects green. A dichroic mirror 61 having a transmission characteristic is integrated. As such a polarization beam splitter, a wire grid type has been put into practical use.
The dichroic mirror 61 and the polarization beam splitter 62 may be disposed close to each other and independently disposed with a predetermined air interval. A wire grid type polarization beam splitter generally has a wire grid formed on one side of a transparent substrate or the like, and a dichroic mirror is formed on a plane on the side where the wire grid is not formed, and may be integrated. it can.
As described above, only the P-polarized red light emitted from the light source device 11 is different in traveling direction from the other color lights (P-polarized light and S-polarized green light, and S-polarized blue light). These proceed in a direction away from each other while maintaining an orthogonal relationship. Note that the polarization direction of P-polarized red light is converted to S-polarized light by the phase difference plate 309. Further, the light from the light source device 11 illuminates the DMD panels 111, 112, and 113 with illumination lenses 101, 102, 105, 106, and 107, and the like.

次に、本実施形態の動作について説明する。まず光源装置11であるが、この光源装置11からはP偏光およびS偏光の緑色光と、S偏光の青色光およびS偏光の赤色光が発生している。さらに、S偏光の緑色光と青色光は、点灯期間が重ならないように時分割で点灯していることが好ましい。これは、S偏光の緑色光と青色光が、DMD111やDMD120に照射されるためである。点灯期間が重なったときには投射画像に色純度の低下が起こるので、点灯期間の重なりは許容される範囲に応じて設計仕様で定めてよい。また、光源部11からのS偏光の赤色光とP偏光の緑色光は常時発光されている。
S偏光の赤色光は、照明レンズ102や照明レンズ106、そして途中に配置されているミラー104を介することによりDMD表示パネル112を照明する。なお、DMD表示パネル112はTIRプリズム109と組み合わされて配置されている。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, the light source device 11 generates P-polarized light and S-polarized green light, S-polarized blue light, and S-polarized red light. Furthermore, it is preferable that the S-polarized green light and blue light are lit in a time-sharing manner so that the lighting periods do not overlap. This is because the DMD 111 and the DMD 120 are irradiated with S-polarized green light and blue light. When the lighting periods overlap, the color purity of the projected image is reduced. Therefore, the overlapping of the lighting periods may be determined by design specifications according to an allowable range. Further, S-polarized red light and P-polarized green light from the light source unit 11 are always emitted.
The S-polarized red light illuminates the DMD display panel 112 through the illumination lens 102, the illumination lens 106, and the mirror 104 disposed in the middle. The DMD display panel 112 is arranged in combination with the TIR prism 109.

図7は、本実施形態で用いられるTIRプリズム108、109、110、119とDMD表示パネルの組み合わせ状態を示す図である。
各TIRプリズムは、図7に示すように2個の3角プリズム701,702が微小空気間隔を以て配置されている。入射光はプリズム701でDMD表示パネル703側に全反射する。DMD表示パネル703で光変調された後の変調光がプリズム702で全反射して取出される構造である。光の進行方向としては、入射方向と射出方向とが同じ方向なので、光学系を直線的なレイアウトとすることが可能となり、本実施形態のようなクロスダイクロイックプリズムを用いる光学系には非常に都合が良い。
本実施形態において、赤色光はDMD表示パネル112で光変調された後、クロスダイクロイックプリズム121に入射し、他の光学系統からの光と合流し、投射レンズ122で拡大投射される。
FIG. 7 is a diagram showing a combination state of the TIR prisms 108, 109, 110, and 119 and the DMD display panel used in the present embodiment.
In each TIR prism, as shown in FIG. 7, two triangular prisms 701 and 702 are arranged with a minute air interval. Incident light is totally reflected by the prism 701 to the DMD display panel 703 side. In this structure, the modulated light after light modulation by the DMD display panel 703 is totally reflected by the prism 702 and taken out. As the light traveling direction, since the incident direction and the exit direction are the same direction, the optical system can have a linear layout, which is very convenient for the optical system using the cross dichroic prism as in this embodiment. Is good.
In the present embodiment, red light is modulated by the DMD display panel 112, then enters the cross dichroic prism 121, merges with light from other optical systems, and is enlarged and projected by the projection lens 122.

次に、光源部11から射出しているP偏光の緑色光について説明をする。P偏光の緑色光は常時発光されていて、照明レンズ101、107によりDMD表示パネル113を照明する。光路の折り曲げはワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ103を用いた。ワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ103は、偏光の振動方向に対してワイヤーの長手方向を所定の配置とすることにより、P偏光を反射させ、S偏光を透過させることができる。
DMD表示パネル113による変調光はTIRプリズム110により、他のDMD表示パネルによる変調光と同様にクロスダイクロイックプリズム121に入射し、光合成されて投射レンズ122で拡大投射される。
光源部11からのS偏光の青色光とS偏光の緑色光は、照明レンズ101と105で第一の空間光変調器であるDMD表示パネル111を照明する。DMD111にはTIRプリズム108が配置されている。DMD表示パネル111で光変調された光は、リレーレンズ系114、116、118で第二の空間光変調器であるDMD表示パネル120を照明する。リレーレンズ系の間には反射ミラー115、117が設けられ、照明光の進行経路を折り曲げている。また、DMD表示パネル120の前には他のDMD表示パネルと同様にTIRプリズム119が配置されている。
なお、第一の空間光変調器のDMD表示パネル111の解像度と第二の空間光変調器のDMD表示パネル120の解像度とは必ずしも同一である必要はない。また、DMD表示パネルの表示領域サイズに関しても同一である必要はない。クロスダイクロイックプリズム121を取り囲む3つのDMD表示パネルに関しては同一仕様のDMD表示パネルであることが好ましい。
Next, P-polarized green light emitted from the light source unit 11 will be described. P-polarized green light is always emitted, and the illumination lenses 101 and 107 illuminate the DMD display panel 113. For the bending of the optical path, a wire grid type polarization beam splitter 103 was used. The wire grid type polarization beam splitter 103 can reflect the P-polarized light and transmit the S-polarized light by setting the longitudinal direction of the wire in a predetermined arrangement with respect to the polarization vibration direction.
The modulated light from the DMD display panel 113 is incident on the cross dichroic prism 121 by the TIR prism 110 in the same manner as the modulated light from other DMD display panels, and is photo-combined and enlarged and projected by the projection lens 122.
The S-polarized blue light and the S-polarized green light from the light source unit 11 illuminate the DMD display panel 111 as the first spatial light modulator by the illumination lenses 101 and 105. A TIR prism 108 is disposed on the DMD 111. The light modulated by the DMD display panel 111 illuminates the DMD display panel 120 as a second spatial light modulator by the relay lens systems 114, 116, and 118. Reflecting mirrors 115 and 117 are provided between the relay lens systems, and the traveling path of the illumination light is bent. In addition, a TIR prism 119 is disposed in front of the DMD display panel 120 in the same manner as other DMD display panels.
Note that the resolution of the DMD display panel 111 of the first spatial light modulator and the resolution of the DMD display panel 120 of the second spatial light modulator are not necessarily the same. Further, the display area size of the DMD display panel need not be the same. The three DMD display panels surrounding the cross dichroic prism 121 are preferably DMD display panels having the same specifications.

リレーレンズ系の光学パラメータは、第一の空間光変調器のDMD111と第二の空間光変調器の120とが共役の関係になるように決定されている。このような構成とすることで、通常の3板型のプロジェクタに比べて、明るさの大部分を決定する緑色光成分を2系統から得て利用できるので、緑色光量が増大し、結果として高輝度なプロジェクタを実現できている。
上記の理由について図8を参照して説明する。図8(a)はクロスダイクロイックプリズム121への入射光を示す図であり、図8(b)はクロスダイクロイックプリズム121の透過特性を示す図である。
図8(a)に示すように、クロスダイクロイックプリズム121のB反射面にP偏光の緑色光とS偏光の緑色光とが入射する。図8(b)はクロスダイクロイックプリズム121のB反射面の波長透過特性を示している。図示されるように、S偏光に対しては特性801のように緑色光の帯域を反射する特性に設計されており、P偏光に対しては特性802のように緑色光の帯域を透過するように設計されている。このような特性を有するクロスダイクロイックプリズムの作製は周知の技術で可能である。クロスダイクロイックプリズム121により、P偏光の緑色光とS偏光の緑色光とが合成されて投射レンズ122から出射されることになる。
The optical parameters of the relay lens system are determined so that the DMD 111 of the first spatial light modulator and the second spatial light modulator 120 have a conjugate relationship. By adopting such a configuration, the green light component that determines most of the brightness can be obtained and used from two systems as compared with a normal three-plate projector, so that the amount of green light increases, resulting in a high level of light. A bright projector can be realized.
The reason will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a diagram showing light incident on the cross dichroic prism 121, and FIG. 8B is a diagram showing transmission characteristics of the cross dichroic prism 121.
As shown in FIG. 8A, P-polarized green light and S-polarized green light are incident on the B reflecting surface of the cross dichroic prism 121. FIG. 8B shows the wavelength transmission characteristics of the B reflection surface of the cross dichroic prism 121. As shown in the figure, the S-polarized light is designed to reflect the green light band as shown by the characteristic 801, and the P-polarized light is transmitted through the green light band as shown by the characteristic 802. Designed to. A cross dichroic prism having such characteristics can be manufactured by a known technique. The cross dichroic prism 121 synthesizes P-polarized green light and S-polarized green light and emits them from the projection lens 122.

本実施形態では、S偏光の緑色光および青色光は2度の光変調を経た上で画像投射がされている。なお、DMD表示パネル113やDMD表示パネル112を照明する系統では、2度の光変調は実施されない。この2度の光変調は、コントラスの増大を招くことは周知である。S偏光の緑色光、青色光の系統に、連続発光の青色光が常時照射されているのなら、DMD表示パネル111とDMD表示パネル120による2度の光変調により、青色投射画面は非常に大きなダイナミックレンジを得ていることになり、本実施形態のように青色光と緑色光とが時分割的に拡大投射される画像も大きなダイナミックレンジを得ていることになる。
2度の光変調を実施しない系統、本実施形態における、赤色用のDMD表示パネル112と緑色用のDMD表示パネル113の系統の画像が8ビットの階調表示を有していたとする。そして2度の光変調を実施する系統(DMD表示パネル111およびDMD表示パネル120の照明系統)に関しても少なくとも8ビットの階調表示を確保すると考える。このときに、2度の光変調を実施する系統に関しては全体として8ビット256階調であればよい。つまり、第一の空間光変調器のDMD表示パネル111と第二の空間光変調器のDMD表示パネル120による光変調が、各々4ビット16階調で行われるのであれば、掛け合わせで256階調が確保できたことになる。
In the present embodiment, the S-polarized green light and blue light undergo image modulation after undergoing two-time light modulation. In the system that illuminates the DMD display panel 113 and the DMD display panel 112, the light modulation is not performed twice. It is well known that this double light modulation leads to an increase in contrast. If the continuous light emission blue light is always radiated to the S-polarized green light and blue light system, the blue projection screen is very large due to the light modulation by the DMD display panel 111 and the DMD display panel 120 twice. A dynamic range is obtained, and an image in which blue light and green light are enlarged and projected in a time-division manner as in the present embodiment also obtains a large dynamic range.
It is assumed that the image of the system that does not perform the light modulation twice, that is, the system of the DMD display panel 112 for red and the DMD display panel 113 for green in this embodiment has an 8-bit gradation display. Further, it is assumed that at least 8-bit gradation display is ensured for the system that performs the light modulation twice (the illumination system of the DMD display panel 111 and the DMD display panel 120). At this time, the system that performs the light modulation twice may be 8 bits 256 gradations as a whole. That is, if the light modulation by the DMD display panel 111 of the first spatial light modulator and the DMD display panel 120 of the second spatial light modulator is performed with 4 bits and 16 gradations, the 256 floors are multiplied by multiplication. The key has been secured.

上記の諧調表示を時間的な側面から考えてみる。2度の光変調を実施する系統は、緑色光と青色光とが交互に供給されている。例えば、映像フレームレートを60Hzとする。そして緑色光と青色光が各々半分ずつの光供給時間とする。これは(16.7ms/2)≒8.3msずつということである。そして、この8.3msの時間が、256階調表示が十分に可能な時間とする。ここで、60Hzの映像フレームレートでの2色の切り替えはカラーブレーキング現象を認識できるレベルにある。なぜなら、カラーブレーキング現象を認識できないレベルとされるのは映像フレームレートで540Hz程度と言われているからである。
先述したように、第一の光変調と第二の光変調の合計で256階調を行う場合には、それぞれの光変調で16階調の変調を行うことが必要である。概算するに、8.3ms/16≒0.52msが1階調表示に必要とされる時間ということになる。つまり256階調表示を二重変調で行う場合には0.52msの期間で表示を行えば良いということを示している。緑色と青色が交互に表示されることを考慮してフレームレートに換算すると960Hzほどである。映像フレームレートが60Hzから960Hzへ高速化する。これは青色と緑色の切り替え時間が同様に高速化していることを意味する。960Hzは、周知技術で指摘されている、カラーブレーキング現象を不快に感じないフレームレート540Hzを遥かに上回る高速なものであり、カラーブレーキング現象が解消され、かつ、8ビットの階調表示品質も同時に満たされることを示している。
Consider the above gradation display from a temporal aspect. In the system that performs the light modulation twice, green light and blue light are alternately supplied. For example, the video frame rate is 60 Hz. The light supply time is half that of green light and blue light. This means that (16.7 ms / 2) ≈8.3 ms. The time of 8.3 ms is set to a time during which 256 gradation display is sufficiently possible. Here, switching between the two colors at a video frame rate of 60 Hz is at a level at which the color braking phenomenon can be recognized. This is because the level at which the color braking phenomenon cannot be recognized is said to be about 540 Hz at the video frame rate.
As described above, in the case of performing 256 gradations in total of the first light modulation and the second light modulation, it is necessary to perform 16 gradation modulation with each light modulation. Roughly speaking, 8.3 ms / 16≈0.52 ms is the time required for one gradation display. That is, when 256 gradation display is performed by double modulation, the display should be performed in a period of 0.52 ms. Considering that green and blue are alternately displayed, the frame rate is about 960 Hz. The video frame rate is increased from 60 Hz to 960 Hz. This means that the switching time between blue and green is similarly increased. 960 Hz is a high-speed one far exceeding the frame rate of 540 Hz, which is pointed out in the well-known technology and does not make the color braking phenomenon uncomfortable, eliminates the color braking phenomenon, and provides 8-bit gradation display quality. Also shows that it is satisfied at the same time.

ところで、第一の空間光変調器であるDMD表示パネル111が配置される位置は、光源部11からみて光学的に赤色用のDMD表示パネル112や緑色用のDMD表示パネル113と等距離な位置とされている。そしてこの第一の空間光変調器(DMD表示パネル111)はリレーレンズ系114、116、118を介することにより第二の空間光変調器(DMD表示パネル120)に結像している訳である。このような二重変調の構成としないであればリレーレンズ系と一つの光変調器のみが設けられる。
本実施形態の3板型の光学構成であるが、市販されている3板型の液晶プロジェクタで一般化されていることが示すように、クロスダイクロイックプリズムを用いてコンパクトな光学系を実現するには、リレーレンズ系は必須の構成となっている。本実施形態では、リレーレンズ系の両端に二重変調を行うための第一の空間光変調器、第二の空間光変調器が配置されている、このように、第二の空間光変調器以外には新たな光学系が追加されることはなく、二重変調を行わない一般的な3板型の液晶プロジェクタの光学系と大きな相違はないものとなっている。このことは、二重変調の構成をとり、この系統で発生が懸念されるカラーブレーキング現象をフレームレートの高速化、すなわち、色切り替え速度の高速化によって解消することとしても、光学系の大型化などの弊害を招来することなく、高画質、小型のプロジェクタを提供できることを示している。
By the way, the position where the DMD display panel 111 as the first spatial light modulator is disposed is optically equidistant from the DMD display panel 112 for red and the DMD display panel 113 for green as viewed from the light source unit 11. It is said that. The first spatial light modulator (DMD display panel 111) forms an image on the second spatial light modulator (DMD display panel 120) via the relay lens systems 114, 116, and 118. . If such a double modulation configuration is not used, only a relay lens system and one optical modulator are provided.
The three-plate type optical configuration of this embodiment is used to realize a compact optical system using a cross dichroic prism, as shown by the generalization of commercially available three-plate type liquid crystal projectors. The relay lens system has an essential configuration. In the present embodiment, the first spatial light modulator and the second spatial light modulator for performing double modulation are arranged at both ends of the relay lens system. Thus, the second spatial light modulator In addition to the above, no new optical system is added, and there is no significant difference from the optical system of a general three-plate liquid crystal projector that does not perform double modulation. This is because the structure of double modulation is adopted, and the color braking phenomenon, which is feared to occur in this system, can be eliminated by increasing the frame rate, that is, increasing the color switching speed. This indicates that a high-quality, small-sized projector can be provided without incurring adverse effects such as downsizing.

なお、本実施形態のような二重変調を実施している系統の、第一の空間光変調器に用いるDMD表示デバイスは、第二の空間光変調器に用いるDMD表示パネルの解像度に比べて低い解像度のものを使用して良い。なぜなら、投射レンズの結像関係を考えれば分かることであるが、投射画像と光学系に共役なのは第二変調用のDMD表示パネルであるからである。
本実施形態の変形例としては、表示パネルをDMD表示パネルでなく、液晶パネルやLCOSパネルに変更することが挙げられ、このような構成としても本実施形態と同様の効果が期待できる。なお、液晶パネルを使用する場合にはTN型液晶パネルを使用することを基本としている。
また、クロスダイクロイックプリズム周りの3つの表示パネルにDMD表示パネルを使用し、第一変調用の表示パネルにはLCOSパネルを使用することや、クロスダイクロイックプリズム周りの3つの表示パネルにLCOSパネルを使用し、第一変調用の表示パネルにDMD表示パネルを使用するなど、種類の異なる表示パネルを使用することも可能である。
Note that the DMD display device used in the first spatial light modulator of the system that performs the dual modulation as in the present embodiment is compared with the resolution of the DMD display panel used in the second spatial light modulator. You can use a lower resolution. This is because it can be understood by considering the imaging relationship of the projection lens, but it is the DMD display panel for second modulation that is conjugate to the projection image and the optical system.
As a modification of the present embodiment, the display panel is changed to a liquid crystal panel or an LCOS panel instead of the DMD display panel, and the same effect as that of the present embodiment can be expected even with such a configuration. In addition, when using a liquid crystal panel, it is fundamental to use a TN type | mold liquid crystal panel.
Also, DMD display panels are used for the three display panels around the cross dichroic prism, LCOS panels are used for the display panel for the first modulation, and LCOS panels are used for the three display panels around the cross dichroic prism. However, it is also possible to use different types of display panels, such as using a DMD display panel for the first modulation display panel.

図2は、本発明によるプロジェクタの第2の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。本実施形態は表示パネルに液晶表示パネルを用いたものである。
本実施形態では、赤色系統と緑色系統に赤色用液晶表示パネル203(第3の空間光変調器)と緑色用液晶パネル202(第4の空間光変調器)が設けられている。青色系統の、第一変調用、第二変調用に液晶表示パネル201(第1の空間光変調器)、液晶表示パネル204(第2の空間光変調器)が設けられている。
本実施形態では、空間光変調器が液晶表示パネルであることから、その前後には偏光板が設けられるが、図2では、偏光板は省略されている。この他の構成部品は図1に示した第1の実施形態と同様である。
クロスダイクロイックプリズム121を透過あるいは反射する光の偏光方向に関しては、S偏光光の赤色系統および青色系統はクロスダイクロイックプリズム121により反射され、P偏光光の緑色系統はクロスダイクロイックプリズム121を透過するようにクロスダイクロイックプリズム121が設計されているので、液晶表示パネルの前後に配置する偏光板に関しては、必要に応じて位相差板を追加して偏光方向の調整を行っている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the optical system of the second embodiment of the projector according to the present invention. In this embodiment, a liquid crystal display panel is used as the display panel.
In the present embodiment, a red liquid crystal display panel 203 (third spatial light modulator) and a green liquid crystal panel 202 (fourth spatial light modulator) are provided in the red and green systems. A blue liquid crystal display panel 201 (first spatial light modulator) and a liquid crystal display panel 204 (second spatial light modulator) are provided for first modulation and second modulation.
In this embodiment, since the spatial light modulator is a liquid crystal display panel, polarizing plates are provided before and after the spatial light modulator, but in FIG. 2, the polarizing plates are omitted. Other components are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
Regarding the polarization direction of the light transmitted or reflected through the cross dichroic prism 121, the red system and blue system of S-polarized light are reflected by the cross dichroic prism 121, and the green system of P-polarized light is transmitted through the cross dichroic prism 121. Since the cross dichroic prism 121 is designed, with respect to the polarizing plates arranged before and after the liquid crystal display panel, a retardation plate is added as necessary to adjust the polarization direction.

例えば、赤色系統の液晶表示パネル203には光源部11からS偏光光が入射される。液晶表示パネル203の通過(変調)により偏光方向が90度回転する。液晶表示パネル203を射出後にクロスダイクロイックプリズム121に入射する光の偏光方向をS偏光とする必要があるので、赤色用の液晶表示パネル203の入射側に使用する偏光板には位相差板を組み合わせて使用し、液晶表示パネル203にP偏光光が入射されて変調を行う構成としている。緑色系統、青色系統についても同様であり、偏光板、位相差板は、クロスダイクロイックプリズム121の透過、反射の設計を考慮して選択されている。
本実施形態の動作は第1の実施形態と同様であり、効果も同様である。青色系統として設けられた液晶表示パネル204には、青色光と緑色光とが時分割で照射される。液晶表示パネル204はカラーブレーキング現象を解消できるフレームレートで駆動され、青色光と緑色光に対応する画像の切り替えが実施されている。第一変調用の液晶パネル201と第二変調用の液晶パネル204による変調が掛け合わされ、コントラスト、ダイナミックレンジ、階調などが向上したものとなる。
二重変調の構成をとらない通常の方式であれば、フレームレートの高速化は、各色の映像表示期間の短縮を招くため、表示デバイス自体の応答特性の問題から十分な階調表示を行うことができない。本実施形態では、二重変調を行う構成により、ダイナミックレンジが増加し、8ビット相当の階調が維持され、カラーブレーキング現象を解消することができる。しかも、第1の実施形態でも説明したように、光学系の構成や大きさをほとんど変えることなく、小型の、カラーブレーキング現象のない高画質なプロジェクタを実現できる。
For example, S-polarized light is incident on the red liquid crystal display panel 203 from the light source unit 11. The polarization direction is rotated 90 degrees by the passage (modulation) of the liquid crystal display panel 203. Since the polarization direction of light incident on the cross dichroic prism 121 after exiting the liquid crystal display panel 203 needs to be S-polarized light, a retardation plate is combined with the polarizing plate used on the incident side of the liquid crystal display panel 203 for red. The P-polarized light is incident on the liquid crystal display panel 203 to perform modulation. The same applies to the green system and the blue system, and the polarizing plate and the phase difference plate are selected in consideration of the transmission and reflection design of the cross dichroic prism 121.
The operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the effect is also the same. The liquid crystal display panel 204 provided as a blue system is irradiated with blue light and green light in a time-sharing manner. The liquid crystal display panel 204 is driven at a frame rate that can eliminate the color breaking phenomenon, and an image corresponding to blue light and green light is switched. The modulation by the first modulation liquid crystal panel 201 and the second modulation liquid crystal panel 204 is multiplied to improve contrast, dynamic range, gradation, and the like.
In the case of a normal method that does not employ a double modulation configuration, increasing the frame rate leads to a reduction in the video display period of each color, so that sufficient gradation display is performed due to the response characteristics of the display device itself. I can't. In the present embodiment, the configuration in which double modulation is performed increases the dynamic range, maintains a gradation equivalent to 8 bits, and can eliminate the color braking phenomenon. Moreover, as described in the first embodiment, it is possible to realize a small-sized high-quality projector that does not cause a color braking phenomenon without changing the configuration and size of the optical system.

光源部11は種々の変形が可能である。第1の実施形態および第2の実施形態では光源にLEDを用いていたが、LED光源に加え、レーザー光源を追加して用いることも可能である。図5は赤色や緑色を発光する蛍光体の励起光源としてレーザー光源を用いた光源部11の構成を示すブロック図である。
図5に示される光源部11は、青色光を発光するレーザー光源501と、集光レンズ系505、506、509、510と、蛍光ホイール503、504と、ダイクロイックミラー507、508と、LED光源502と、コリメートレンズ511と、フライアイレンズ512、513、515、516と、偏光変換素子507、514と、偏光ビームスプリッタ518とを備える。
レーザー光源501は、蛍光ホイール504、503上に設けられた蛍光体(不図示)を励起し、可視光を得るためのものである。波長としては520nmなどの青色光を用いることができる。使用する数としては単一でも複数でも良く、数が多くなるほど大きな光出力の励起光が得られるので、獲得できる蛍光もより大きなものとなる。
The light source unit 11 can be variously modified. In the first embodiment and the second embodiment, the LED is used as the light source. However, in addition to the LED light source, a laser light source can be additionally used. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the light source unit 11 using a laser light source as an excitation light source of a phosphor emitting red or green.
5 includes a laser light source 501 that emits blue light, condenser lens systems 505, 506, 509, and 510, fluorescent wheels 503 and 504, dichroic mirrors 507 and 508, and an LED light source 502. A collimating lens 511, fly-eye lenses 512, 513, 515, 516, polarization conversion elements 507, 514, and a polarization beam splitter 518.
The laser light source 501 is for exciting a phosphor (not shown) provided on the fluorescent wheels 504 and 503 to obtain visible light. As the wavelength, blue light such as 520 nm can be used. The number to be used may be single or plural. As the number increases, excitation light with a large light output can be obtained, so that the fluorescence that can be acquired becomes larger.

レーザー光源501からのレーザービームは、集光のための集光レンズ系505、506、509、510により集光され、蛍光ホイール503、504の蛍光体上に集光し、そこで蛍光が発生する。集光レンズ系505、506、509、510の光路中にはダイクロイックミラー507、508が配置されている。ダイクロイックミラー508は青色光を反射し、緑色光を透過させる特性を備え、ダイクロイックミラー507は赤色光を透過させ、青色光を反射させる特性を備えている。
蛍光ホイール503、504は、円盤状の基板に蛍光体が形成され、回転可能な構造のものである。蛍光体としては青色の励起光に対して、緑色光を含む蛍光を発する蛍光体ホイール504、と青色の励起光に対して、赤色光を含む蛍光を発する蛍光体ホイール503を使用した。
このような蛍光を発する蛍光体は製品化されており、入手可能な材料である。LED光源502は図3に示されたLED光源33と同様に青色を発光するものである。なお、このLED光源502の代わりに青色のレーザー光源を使用することも可能である。フライアイレンズ512、513、515、516や偏光変換素子507、514、さらには偏光ビームスプリッタ518の動作は図3に示したものと同様である。
なお、偏光ビームスプリッタ518には、図6に示したようなダイクロイックミラーと偏光ビームスプリッタを複合したものを使用している。図5に示す光源部11は、レーザー光源501の励起光により蛍光を得ているので、使用しているレーザー光源501の高出力化に応じて光源部11からの光量を増大させることが可能であり、プロジェクタの高出力化、つまり、輝度アップを容易に行うことができるという効果がある。
The laser beam from the laser light source 501 is condensed by the condensing lens systems 505, 506, 509, 510 for condensing, and is condensed on the phosphors of the fluorescent wheels 503, 504, and fluorescence is generated there. Dichroic mirrors 507 and 508 are arranged in the optical path of the condenser lens systems 505, 506, 509 and 510. The dichroic mirror 508 has a characteristic of reflecting blue light and transmitting green light, and the dichroic mirror 507 has a characteristic of transmitting red light and reflecting blue light.
The fluorescent wheels 503 and 504 have a structure in which a phosphor is formed on a disk-shaped substrate and is rotatable. As the phosphor, a phosphor wheel 504 that emits fluorescence including green light with respect to blue excitation light and a phosphor wheel 503 that emits fluorescence including red light with respect to blue excitation light were used.
Such fluorescent substances that emit fluorescence have been commercialized and are available materials. The LED light source 502 emits blue light in the same manner as the LED light source 33 shown in FIG. Note that a blue laser light source can be used instead of the LED light source 502. The operations of the fly-eye lenses 512, 513, 515, and 516, the polarization conversion elements 507 and 514, and the polarization beam splitter 518 are the same as those shown in FIG.
The polarizing beam splitter 518 uses a composite of a dichroic mirror and a polarizing beam splitter as shown in FIG. Since the light source unit 11 shown in FIG. 5 obtains fluorescence by the excitation light of the laser light source 501, the amount of light from the light source unit 11 can be increased in accordance with the increase in output of the laser light source 501 being used. There is an effect that the output of the projector can be increased, that is, the brightness can be easily increased.

図4Aは本発明によるプロジェクタの第3の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
本実施形態は、図1に示した第1の実施形態のうち、照明レンズ101,107、偏光ビームスプリッタ103、TIRプリズム110、および、DMD表示パネル113を省いたものである。
図1に示した第1の実施形態においては、DMD表示パネル111,120により二重変調された青色光画像と緑色光画像、DMD表示パネル112により変調された赤色光画像、DMD表示パネル113により変調された緑色光画像がクロスダイクロイックプリズム121で合成され、投射レンズ122により拡大投射されていたのに対し、本実施形態ではDMD表示パネル111,120により二重変調された青色光画像と緑色光画像、DMD表示パネル112により変調された赤色光画像のみがクロスダイクロイックプリズム121で合成され、投射レンズ122により拡大投射される。
本実施形態を第1の実施形態と比較すると、DMD表示パネル113を用いる緑色光画像を生成するための光学系統が無いため、小型化されたものとなっている。また、光源部11の構成としても、第1の実施形態においては、偏光ビームスプリッタ103で反射されるP偏光の緑色光を出射する構成のものが採用されていたが、本実施形態においては、緑色P偏光を出射する必要はなく、P偏光の緑色光を出射するための構成も必要なくなるので、光源部11の構成も簡素化できるものとなっている。
カラーブレーキング現象を解消する構成は第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。本実施形態においては、二重変調構成によりカラーブレーキング現象が抑制され、さらに小型化されたプロジェクタとすることができた。
FIG. 4A is a block diagram showing a configuration of an optical system of a third embodiment of the projector according to the present invention.
In the present embodiment, the illumination lenses 101 and 107, the polarization beam splitter 103, the TIR prism 110, and the DMD display panel 113 are omitted from the first embodiment shown in FIG.
In the first embodiment shown in FIG. 1, a blue light image and a green light image that are doubly modulated by the DMD display panels 111 and 120, a red light image that is modulated by the DMD display panel 112, and the DMD display panel 113 are used. The modulated green light image is synthesized by the cross dichroic prism 121 and enlarged and projected by the projection lens 122. In the present embodiment, the blue light image and the green light that are doubly modulated by the DMD display panels 111 and 120 are used. Only the red light image modulated by the image and the DMD display panel 112 is synthesized by the cross dichroic prism 121 and enlarged and projected by the projection lens 122.
When this embodiment is compared with the first embodiment, there is no optical system for generating a green light image using the DMD display panel 113, and thus the size is reduced. Further, in the first embodiment, the light source unit 11 is configured to emit P-polarized green light reflected by the polarization beam splitter 103. In the present embodiment, It is not necessary to emit green P-polarized light, and a configuration for emitting P-polarized green light is not necessary, so that the configuration of the light source unit 11 can be simplified.
Since the configuration for eliminating the color braking phenomenon is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. In the present embodiment, the color braking phenomenon is suppressed by the double modulation configuration, and the projector can be further downsized.

図4Bは本発明によるプロジェクタの第4の実施形態の光学系の構成を示すブロック図である。
図4B中、光源部11、照明レンズ102,106、反射ミラー104、TIRプリズム109、DMD表示パネル112、および、投射レンズ122は図1に示したものと同様であるため、説明は省略する。
本実施形態において、青色光と緑色光が時系列に出射される経路には、照明レンズ405,418、DMD表示パネル411,420、DMD表示パネル411,420と組み合わされるTIRプリズム408,419、反射ミラー415、DMD表示パネル411とDMD表示パネル420を共役の関係とするレンズ418が設けられている。
本実施形態においては、合成される赤色の画像光と、青色および緑色の画像光が直交関係にあるため、ダイクロイックミラー421が画像合成素子として用いられている。本実施形態は、図4に示した実施形態と比較すると、光源部11から青色の画像光を形成するためのDMD表示パネル420までの距離が赤色の画像光を形成するためのDMD表示パネル420までの距離と等しいものとされており、より小型化に適したものとなっている。
FIG. 4B is a block diagram showing the configuration of the optical system of the fourth embodiment of the projector according to the present invention.
In FIG. 4B, the light source unit 11, illumination lenses 102 and 106, reflection mirror 104, TIR prism 109, DMD display panel 112, and projection lens 122 are the same as those shown in FIG.
In this embodiment, blue and green light are emitted in time series in the illumination lenses 405 and 418, DMD display panels 411 and 420, TIR prisms 408 and 419 combined with the DMD display panels 411 and 420, and reflection. A lens 418 having a conjugate relationship between the mirror 415, the DMD display panel 411, and the DMD display panel 420 is provided.
In the present embodiment, the dichroic mirror 421 is used as an image combining element because the red image light to be combined and the blue and green image light are in an orthogonal relationship. Compared with the embodiment shown in FIG. 4, the present embodiment has a distance from the light source unit 11 to the DMD display panel 420 for forming blue image light, and the DMD display panel 420 for forming red image light. It is equal to the distance up to and is suitable for further miniaturization.

11 光源部
101、102、105、106、107 照明レンズ
104 反射ミラー
103 偏光ビームスプリッタ103
108、109、110、119 TIRプリズム
111、112、113、120 DMD表示パネル
114、116、118 レンズ
115、117 反射ミラー
121 クロスダイクロイックプリズム
122 投射レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Light source part 101,102,105,106,107 Illumination lens 104 Reflection mirror 103 Polarization beam splitter 103
108, 109, 110, 119 TIR prism 111, 112, 113, 120 DMD display panel 114, 116, 118 Lens 115, 117 Reflection mirror 121 Cross dichroic prism 122 Projection lens

Claims (6)

複数の入射面と、出射面とを備え、前記複数の入射面にそれぞれ入射された画像光を合成して前記出射面より出射する画像合成素子と、
それぞれ異なる色の第1ないし第3の色光を出射し、前記第1の色光と第2の色光は第1の方向に時系列に出射し、前記第3の色光について第1の方向と異なる第2の方向に出射する光源と、
前記画像合成素子の第1の入射面と前記光源との間に設けられ、時系列に入射される前記第1の色光と第2の色光に変調を行って第1の画像光と第2の画像光を生成する第1の空間光変調器および第2の空間光変調器と、
前記画像合成素子の第2の入射面と前記光源との間に設けられ、入射される前記第3の色光に変調を行って第3の画像光を生成する第3の空間光変調器と、
前記第1の空間光変調器と第2の空間光変調器を共役とするレンズ系と、
を有するプロジェクタ。
An image combining element that includes a plurality of incident surfaces and an output surface, combines the image light respectively incident on the plurality of incident surfaces, and emits the light from the output surface;
First to third color lights of different colors are emitted, the first color light and the second color light are emitted in time series in a first direction, and the third color light is different from the first direction. A light source that emits in the direction of 2;
The first image light and the second color light are modulated between the first color light and the second color light that are provided between the first incident surface of the image composition element and the light source and are incident in time series. A first spatial light modulator and a second spatial light modulator that generate image light;
A third spatial light modulator that is provided between the second incident surface of the image composition element and the light source and modulates the incident third color light to generate third image light;
A lens system conjugate of the first spatial light modulator and the second spatial light modulator;
Projector.
請求項1記載のプロジェクタにおいて、
前記光源は前記第1の方向に第2の色光と同じ色の第4の色光を出射し、
前記第4の色光を反射させるビームスプリッタと、
前記画像合成素子の第3の入射面と前記ビームスプリッタとの間に設けられ、前記第4の色光に変調を行って第4の画像光を生成する第4の空間光変調器と、
をさらに有するプロジェクタ。
The projector according to claim 1, wherein
The light source emits fourth color light having the same color as the second color light in the first direction;
A beam splitter that reflects the fourth color light;
A fourth spatial light modulator that is provided between a third incident surface of the image composition element and the beam splitter, and modulates the fourth color light to generate fourth image light;
A projector further comprising:
請求項1または請求項2記載のプロジェクタにおいて、
前記第1の空間光変調器および第2の空間光変調器は、他の空間光変調器よりも少ない階調で変調を行うとともに、生成される前記第1の画像光と第2の画像光の諧調が他の画像光の諧調と等しくなるように変調を行うプロジェクタ。
The projector according to claim 1 or 2,
The first spatial light modulator and the second spatial light modulator perform modulation with fewer gradations than other spatial light modulators, and the generated first image light and second image light are generated. A projector that modulates the tone so that the tone is equal to the tone of the other image light.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
空間光変調器がDMD表示パネルであるプロジェクタ。
The projector according to any one of claims 1 to 3,
A projector in which the spatial light modulator is a DMD display panel.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
空間光変調器が液晶表示パネルであるプロジェクタ。
The projector according to any one of claims 1 to 3,
A projector in which the spatial light modulator is a liquid crystal display panel.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
空間光変調器がLCOSであるプロジェクタ。
The projector according to any one of claims 1 to 3,
A projector whose spatial light modulator is LCOS.
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