JP5245218B2 - Projector, transmissive screen, and rear projection display device - Google Patents
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Description
本発明は、プロジェクタおよび背面投射型ディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a projector and a rear projection display device.
透過型スクリーンを備えた背面投射型ディスプレイ装置として、リアプロジェクションテレビが知られている。
図1は、リアプロジェクションテレビの側面断面図である。
リアプロジェクションテレビは、光源としてのプロジェクタ12から映像光を投射し、反射鏡13,14により反射させて、略長方形平板状をなす透過型スクリーン20の背面に映像光を入射させるものである。
A rear projection television is known as a rear projection display device having a transmissive screen.
FIG. 1 is a side sectional view of a rear projection television.
The rear projection TV projects image light from a projector 12 as a light source, reflects the image light by reflecting mirrors 13 and 14, and makes the image light enter the back surface of a transmission screen 20 having a substantially rectangular flat plate shape.
図4は、リアプロジェクションテレビの表示画面となる透過型スクリーンの構成例を示す断面図である。
透過型スクリーン20は、光学機能の異なる2枚のレンズシートを組み合わせて構成されてなり、映像光を略平行光に変換するフレネルレンズ30が光源側に配置され、映像光を単位レンズごとに発散させるレンチキュラーレンズアレイ(拡散レンズアレイ)40が観察者側に配置されて構成されている。
これにより、透過型スクリーンの正面に位置する観察者が、透過した映像光を観察しうるようになっている(例えば、特許文献1および2参照)。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of a transmissive screen serving as a display screen of a rear projection television.
The transmissive screen 20 is configured by combining two lens sheets having different optical functions. A Fresnel lens 30 that converts image light into substantially parallel light is disposed on the light source side, and the image light is diverged for each unit lens. A lenticular lens array (diffuse lens array) 40 is arranged on the viewer side.
Thus, an observer located in front of the transmission screen can observe the transmitted image light (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
プロジェクタについては、高輝度で小型化が要求され、投射レンズの小型化、高F値化が進んでおり、液晶(LCD)プロジェクタや反射型ライトバルブ(DMD,DLP:テキサス・インスツルメンツ社の商標)等の投射瞳の小さい投影管が用いられるようになっている。
しかしながら、従来の透過型スクリーンでは、このような投射瞳の小さい投影管を用いた場合に、シンチレーションまたはスペックルと呼ばれる映像のちらつきが現れるという問題がある。
シンチレーションは、観察者の視点の変化に伴って映像光の輝度が変化し、画像がぎらついて見える現象である。
As for projectors, high brightness and miniaturization are required, and miniaturization of projection lenses and high F-numbers are progressing. Liquid crystal (LCD) projectors and reflective light valves (DMD, DLP: trademarks of Texas Instruments Incorporated) For example, a projection tube having a small projection pupil is used.
However, the conventional transmissive screen has a problem that flickering of an image called scintillation or speckle appears when such a projection tube having a small projection pupil is used.
Scintillation is a phenomenon in which the brightness of the image light changes with the change of the observer's viewpoint, and the image appears to flicker.
シンチレーションやスペックルによる映像のちらつきを防止するために、プロジェクタ本体の変更や付加装置が必要となる。
また、スクリーンの改良により上記ちらつきの解消を図る場合、スクリーン内に拡散剤を多量に添加する場合にはゲインの低下や不必要な解像度の低下が発生するという問題がある。
In order to prevent flickering of the image due to scintillation or speckles, it is necessary to change the projector body or add an additional device.
Further, when the above flicker is eliminated by improving the screen, there is a problem that when a large amount of a diffusing agent is added to the screen, the gain is reduced or the resolution is unnecessarily reduced.
特許文献3の提案は、「非拡散部を介して互いに離間された複数の拡散部を有し、光源側に位置するレンズシートまたは光学シートの拡散部は、観察側に位置するレンズシートまたは光学シートの拡散部に比べて光の拡散の度合いが小さいことを特徴とする透過型スクリーン。」であり、図6に示す構成例では、フレネルレンズシート30側の第1拡散部(板)33とレンチキュラーシート40側の第2拡散部(板)43のそれぞれに光拡散性微粒子を分散混合する際、光拡散性微粒子の材質や粒径,周囲のバインダー樹脂との屈折率差,分散量など、種々の設計を行った上、拡散の度合いが所望となる様に制御する必要がある。 The proposal of Patent Document 3 states that “the lens sheet or optical sheet having a plurality of diffusing parts spaced apart from each other via a non-diffusing part and the diffusing part of the lens sheet or optical sheet located on the light source side is located on the observation side. The transmission screen is characterized in that the degree of light diffusion is smaller than that of the sheet diffusion portion. "In the configuration example shown in FIG. 6, the first diffusion portion (plate) 33 on the Fresnel lens sheet 30 side and When light diffusing fine particles are dispersed and mixed in each of the second diffusing parts (plates) 43 on the lenticular sheet 40 side, the material and particle size of the light diffusing fine particles, the refractive index difference with the surrounding binder resin, the amount of dispersion, etc. In addition to various designs, it is necessary to control the degree of diffusion as desired.
近時では、透過型スクリーン20の薄型化が要求されている。これにより、透過型スクリーン20を軽量化しなおかつ低コスト化することが可能になり、しかも透過型スクリーン20の解像度および鮮鋭度を向上させることができるからである。
尚、特許文献4および5では、フレネルレンズのフィルム化が検討されている。
しかしながら、透過型スクリーン20が薄型化されると、第1拡散板33や第2拡散板43の厚さが薄くなり、またフレネルレンズ30とレンチキュラーレンズアレイ40との距離が短くなるので、映像のシンチレーションが発生するおそれがある。
Recently, it is required to reduce the thickness of the transmissive screen 20. This is because the transmission screen 20 can be reduced in weight and cost, and the resolution and sharpness of the transmission screen 20 can be improved.
In Patent Documents 4 and 5, making a Fresnel lens into a film has been studied.
However, when the transmission screen 20 is thinned, the thickness of the first diffusion plate 33 and the second diffusion plate 43 is reduced, and the distance between the Fresnel lens 30 and the lenticular lens array 40 is shortened. Scintillation may occur.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、透過型スクリーンの薄型化による軽量化,低コスト化を図りながらも、LCDやDLPを用いたプロジェクタを用いた背面投射型ディスプレイ装置においても、映像のシンチレーションを防止することが可能なプロジェクタの提供を主目的とする。
また、表示品質に優れた背面投射型ディスプレイ装置の提供を目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a rear projection display using a projector using an LCD or a DLP while reducing the weight and cost by reducing the thickness of the transmissive screen. The main purpose of the apparatus is to provide a projector capable of preventing scintillation of images.
It is another object of the present invention to provide a rear projection display device with excellent display quality.
上記目的を達成するため、本発明によるプロジェクタは、
光源と、
光源からの光を変調する光変調素子と、
光変調素子によって変調された映像光をスクリーン上に投射する投射光学系
を有するプロジェクタにおいて、
光源と光変調素子との間に空間的な散乱手段を備え、前記散乱手段が時間的に変動することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a projector according to the present invention provides:
A light source;
A light modulation element for modulating light from the light source;
In a projector having a projection optical system that projects image light modulated by a light modulation element onto a screen,
Spatial scattering means is provided between the light source and the light modulation element, and the scattering means varies with time.
空間的な散乱手段とは、光源の光がビームのような狭い面積ではなく、一定の面積をもって散乱手段に入射することを示しており、その散乱手段に入射する光の幅は光変調素子の幅の1/2以上であることや、投射光学系によって投射される光変調素子の像位置の近傍に、前記散乱手段の像が結像する位置に前記散乱手段が配置されていることでその効果は向上する。
そして、散乱手段の構造をランダムにすると、光変調素子やスクリーンなどの周期構造とのモアレ欠陥が生じにくくなる。
散乱手段の像が、光変調素子の位置と完全に一致してしまうと、散乱手段上の欠陥がある場合、表示像にその欠陥が顕著に現れるため、その結像位置をずらすほうが良い場合もある。
Spatial scattering means indicates that light from a light source is incident on the scattering means with a fixed area rather than a narrow area like a beam, and the width of the light incident on the scattering means is that of the light modulation element. The scattering means is disposed at a position where the image of the scattering means is formed in the vicinity of the image position of the light modulation element projected by the projection optical system. The effect is improved.
If the structure of the scattering means is made random, moire defects with periodic structures such as light modulation elements and screens are less likely to occur.
If the image of the scattering means completely coincides with the position of the light modulation element, if there is a defect on the scattering means, the defect will appear remarkably in the display image, so it may be better to shift the imaging position. is there.
スクリーン上の光変調素子の画素構造のサイズpは1mm以下であることが多く、また、散乱構造のサイズが小さくなりすぎると着色するなどの問題が生じる場合がある。
前記散乱手段の散乱構造の平均サイズをd,前記散乱手段に入射する光の幅をW,投射されるスクリーンサイズをHとすると、
0.00001mm<d かつ
d×H/W<1mmであることでも、その効果は向上する。
望ましくは、d×H/W<pであればよりその効果は増大する。
The size p of the pixel structure of the light modulation element on the screen is often 1 mm or less, and if the size of the scattering structure becomes too small, there may be problems such as coloring.
If the average size of the scattering structure of the scattering means is d, the width of the light incident on the scattering means is W, and the projected screen size is H,
The effect is also improved when 0.00001 mm <d and d × H / W <1 mm.
Desirably, the effect increases if d × H / W <p.
散乱手段として時間的に位相を変調する液晶位相変調素子を用いると、稼動部分がなくなり、耐久性,騒音などに対して有利になる。
また、スクリーンが透過型スクリーンであると、シンチレーション欠陥が顕著に現れるが、光源と光変調素子との間に空間的な散乱手段を備え、前記散乱手段が時間的に変動することで、効果的にシンチレーション低減が可能になる。
When a liquid crystal phase modulation element that temporally modulates the phase is used as the scattering means, there is no working part, which is advantageous for durability and noise.
In addition, when the screen is a transmissive screen, scintillation defects appear remarkably. However, a spatial scattering means is provided between the light source and the light modulation element, and the scattering means is effective because it varies with time. It is possible to reduce scintillation.
さらに、光源の可干渉距離が0.17mm以上であると、よりシンチレーション欠陥が顕著に現れるが、光源と光変調素子との間に空間的な散乱手段を備え、前記散乱手段が時間的に変動することで、より効果的にシンチレーション低減が可能になる。
投射光学系の瞳の大きさをa,投射光学系の瞳とスクリーンまでの距離をZすると、A/Z>1.15×10-3の関係を満たすことで、よりシンチレーション低減の効果をあげることが可能になる。
さらに、前記散乱手段によって変動するスクリーン入射時の位相が、スクリーン上の微小間隔をpとした場合、pにおける位相差の最大変動量Δφが、Δφ>1.15×10-3×pを満たすことでもシンチレーション低減の効果をあげることが可能になる。
また、前記散乱手段表面に、片面もしくは両面に反射防止処理を施せば、明るさの低減を抑えながらシンチレーション低減が実現可能になる。
Further, when the coherence distance of the light source is 0.17 mm or more, scintillation defects appear more remarkably, but a spatial scattering means is provided between the light source and the light modulation element, and the scattering means varies with time. By doing so, it becomes possible to reduce scintillation more effectively.
When the size of the pupil of the projection optical system is a and the distance between the pupil of the projection optical system and the screen is Z, the relationship of A / Z> 1.15 × 10 −3 is satisfied, thereby further improving the scintillation reduction effect. It becomes possible.
Further, when the phase at the time of incidence on the screen, which fluctuates due to the scattering means, is a minute interval on the screen, p, the maximum fluctuation amount Δφ of the phase difference at p satisfies Δφ> 1.15 × 10 −3 × p. In this way, it is possible to increase the scintillation reduction effect.
Further, if the surface of the scattering means is subjected to antireflection treatment on one side or both sides, it is possible to reduce scintillation while suppressing a reduction in brightness.
この構成によれば、プロジェクタから投射される映像光の輝度を高速で変化させることが可能になり、映像のシンチレーションを防止することができる
さらに、透過型スクリーンにおいて、スクリーンの散乱層の総厚を1mm以下にしても、映像のシンチレーションを防止することができる。
According to this configuration, it is possible to change the brightness of the image light projected from the projector at high speed, and to prevent scintillation of the image. Further, in the transmissive screen, the total thickness of the scattering layer of the screen can be reduced. Even if it is 1 mm or less, scintillation of the image can be prevented.
本発明のプロジェクタでは、
光源と光変調素子との間に空間的な散乱手段を備え、前記散乱手段が時間的に変動することにより、スクリーンに入射する投影光の位相を高速で変化させることが可能になり、映像のシンチレーションを防止することができる。
In the projector of the present invention,
A spatial scattering means is provided between the light source and the light modulation element, and the scattering means temporally varies, so that the phase of the projection light incident on the screen can be changed at high speed. Scintillation can be prevented.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(背面投射型ディスプレイ装置)
図1は、背面投射型ディスプレイ装置の一例であるリアプロジェクションテレビの側面断面図である。
図1に示すリアプロジェクションテレビ10は、映像光を投射するプロジェクタ12と、映像光を反射する反射鏡13,14と、映像光を背面から入射させ正面に映像を表示する透過型スクリーン20と、透過型スクリーン20の正面を外部に露出させつつ全体を覆う筐体11とを主として構成されている。
図2は、三板式プロジェクタの概略構成図である。
このプロジェクタ112は、高圧水銀ランプ等の白色光源110を備えている。その光源110の下流側に、レンズアレイ等からなるインテグレータ115が配設されている。インテグレータ115は、その下流側に配置された液晶ライトバルブ136,146,156の光変調領域を均一に照明するものである。そのインテグレータ115の下流側に、青色光130のみを透過する青色光分光ミラー132、緑色光140を反射し赤色光を透過する緑色光分光ミラー142、および赤色光150を反射する赤色光分光ミラー152が順に設けられて
いる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Rear projection type display device)
FIG. 1 is a side sectional view of a rear projection television which is an example of a rear projection display device.
A rear projection television 10 shown in FIG. 1 includes a projector 12 that projects video light, reflecting mirrors 13 and 14 that reflect video light, a transmissive screen 20 that displays video on the front side by allowing the video light to enter from the back, The casing 11 is mainly configured to cover the whole while exposing the front surface of the transmission screen 20 to the outside.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a three-plate projector.
The projector 112 includes a white light source 110 such as a high-pressure mercury lamp. An integrator 115 made up of a lens array or the like is disposed on the downstream side of the light source 110. The integrator 115 uniformly illuminates the light modulation region of the liquid crystal light valves 136, 146, and 156 arranged on the downstream side thereof. Downstream of the integrator 115, a blue light spectral mirror 132 that transmits only the blue light 130, a green light spectral mirror 142 that reflects green light 140 and transmits red light, and a red light spectral mirror 152 that reflects red light 150. Are provided in order.
青色光分光ミラー132の下流側には、青色光130を平行光に変換する平行光変換レンズ134と、青色光130を変調して青色映像光を作成する光変調素子としての青色光変調用液晶ライトバルブ(以下、「青色光用LV」という。)136と、青色光を反射する青色光集光ミラー138とが設けられている。同様に、緑色光分光ミラー142の下流側には、平行光変換レンズ144と、緑色光変調用液晶ライトバルブ(以下、「緑色光用LV」という。)146と、緑色光を反射し青色光を透過する緑色光集光ミラー148とが設けられている。赤色光分光ミラー152の下流側には、平行光変換レンズ154と、赤色光変調用液晶ライトバルブ(以下、「赤色光用LV」という。)156と、赤色光150のみを透過する赤色光集光ミラー158とが設けられている。
そして、各色光集光ミラー138,148,158の下流側には、映像光を拡大投射する投射レンズ160が設けられている。
On the downstream side of the blue light spectral mirror 132, a parallel light conversion lens 134 that converts the blue light 130 into parallel light, and a blue light modulation liquid crystal as a light modulation element that modulates the blue light 130 to create blue image light. A light valve (hereinafter referred to as “blue light LV”) 136 and a blue light collecting mirror 138 that reflects blue light are provided. Similarly, on the downstream side of the green light spectroscopic mirror 142, a parallel light conversion lens 144, a green light modulation liquid crystal light valve (hereinafter referred to as “LV for green light”) 146, and reflects green light to blue light. And a green light collecting mirror 148 that transmits the light. On the downstream side of the red light spectral mirror 152, a parallel light conversion lens 154, a red light modulation liquid crystal light valve (hereinafter referred to as “red light LV”) 156, and a red light collection that transmits only the red light 150. An optical mirror 158 is provided.
A projection lens 160 for enlarging and projecting image light is provided on the downstream side of each color light collecting mirror 138, 148, 158.
本発明では、プロジェクタ112には、光学系上に光学系から、一定の面精機に広げられた光を時間的に変動散乱させる散乱手段164をもつ。そしてその散乱手段164は、時間的に回転もしくは振動する拡散板や、液晶などの位相変調素子などがある。散乱手段が回転する場合、回転軸と光軸が一致しても良いが、回転中心の位相変動が少なくなるため、光軸と異なる位置に回転中心に配置することが望ましい。 In the present invention, the projector 112 has a scattering means 164 on the optical system that scatters the light spread from the optical system to a certain surface precision device over time. The scattering means 164 includes a diffusion plate that rotates or vibrates with time, a phase modulation element such as liquid crystal, and the like. When the scattering means rotates, the rotation axis and the optical axis may coincide with each other, but since the phase fluctuation of the rotation center is reduced, it is desirable to arrange the rotation center at a position different from the optical axis.
前記散乱手段には空間的に一定の面積をもって光が入射するように配置する、例えば光源からの光が、光ファイバーやライトパイプを透過後ように細い光線である場合、レンズや曲面ミラーなどで光を広げてから散乱手段に光が入射することが望ましい。
何故なら、シンチレーションの低減では、スクリーン上での位相の傾き変化が大きいほど効果が大きいため、散乱手段に入射する光の面積が小さくなると、スクリーン上での位相の傾き変化量が得られなくなる。散乱手段に入射する光の幅が、光変調素子の幅の1/2以上であることが望ましく、光変調素子の幅とほぼ同等であるとさらに良い。
The scattering means is arranged so that light is incident on the spatially constant area. For example, when the light from the light source is a thin light beam after passing through an optical fiber or a light pipe, the light is emitted by a lens or a curved mirror. It is desirable that the light is incident on the scattering means after spreading.
This is because, in the reduction of scintillation, the larger the phase inclination change on the screen, the greater the effect. Therefore, when the area of light incident on the scattering means is reduced, the amount of phase inclination change on the screen cannot be obtained. It is desirable that the width of the light incident on the scattering means is 1/2 or more of the width of the light modulation element, and it is even better if it is substantially equal to the width of the light modulation element.
シンチレーションは、透過型スクリーンにおいてより強く生じる。これは、透過型スクリーンが反射型スクリーンより拡散性が小さいためである。
本発明は、この透過型スクリーンの散乱性の少なさを補う方法であるため、より高い効果が得られる。このとき透過型スクリーンの散乱層の厚み(最も光源側の散乱層位置と最も観察者側の散乱層位置の距離)を1mm以下とすることで、解像度の優れ、かつシンチレーションの少ない画像を得ることが出来る。
Scintillation occurs more strongly in transmissive screens. This is because the transmissive screen is less diffusive than the reflective screen.
Since the present invention is a method for compensating for the low scattering of the transmission screen, a higher effect can be obtained. At this time, by setting the thickness of the scattering layer of the transmission screen (the distance between the scattering layer position closest to the light source and the scattering layer position closest to the viewer) to 1 mm or less, an image with excellent resolution and low scintillation can be obtained. I can do it.
散乱手段によって、投射光学系の瞳より入射光が大きく変動した場合、瞳より大きく変動した光は吸収され光の利用効率を落としてしまう。そのため、課散乱手段による光線の変動が投射光学系の瞳より小さいことが望ましい。散乱のない場合と比較して、散乱変動があった場合、その光量は70%以上あることが望ましい。また、光量低下を防ぐために、変動要素の表面に反射防止処理を施すことが望ましい。しかしながら変動量が小さいとシンチレーション低減も効果も小さくなることから、投射光学系の瞳は大きい方がシンチレーション低下の効果がある。 When the incident light greatly fluctuates from the pupil of the projection optical system due to the scattering means, the light fluctuated more than the pupil is absorbed and the light use efficiency is lowered. For this reason, it is desirable that the variation of the light beam by the scattering unit is smaller than the pupil of the projection optical system. It is desirable that the amount of light is 70% or more when there is scattering variation compared to the case where there is no scattering. In order to prevent a decrease in the amount of light, it is desirable to apply an antireflection treatment to the surface of the variable element. However, if the amount of fluctuation is small, both the scintillation reduction and the effect are small. Therefore, the larger the pupil of the projection optical system, the more effective the scintillation reduction.
投射光学系の望ましい瞳の大きさは次のように求められる。
観察者がスクリーンから1mの距離で画面を観察し、観察者の目の瞳の大きさを4mmとした場合、目の瞳の大きさの回折限界から、少なくともスクリーン上の直径0.17mmの大きさの面積を観察していることになる。そこで、この0.17mmの範囲内の光に可干渉性を持つとすると、観察者の網膜の干渉パターンによってシンチレーションが生じる。このスクリーン上のR=0.17mmの範囲の可干渉性は、次のようによって求められる。
投射光学系の瞳からスクリーンまでの距離をZ,光源の波長をλ,投射光学系の瞳の大きさをaとすると、コヒーレンス度γ(R)は、
When the observer observes the screen at a distance of 1 m from the screen and the size of the observer's eye pupil is 4 mm, at least 0.17 mm in diameter on the screen from the diffraction limit of the eye pupil size. You are observing the area. Therefore, assuming that the light within the range of 0.17 mm has coherence, scintillation occurs due to the interference pattern of the observer's retina. The coherence in the range of R = 0.17 mm on the screen is obtained as follows.
When the distance from the pupil of the projection optical system to the screen is Z, the wavelength of the light source is λ, and the size of the pupil of the projection optical system is a, the coherence degree γ (R) is
で、表わされる。なおJ1は、1次のベッセル関数を示す。
λを500nm,R=0.17mmとしたとき、干渉パターンのコントラストを示すγを0.5以下にするためには、a/Zが1.15×10-3以上である必要がある。
なお、この例はスクリーンに対して投射光学系の瞳が固定されている場合を示しているが、投射光学系の瞳とスクリーンまでの距離の関係がa/Zが1.15×10-3以下であっても、時間的に瞳位置が変動する場合や、複数の瞳をもった場合でも、光学的にスクリーンへの入射光の見込角が1.15×10-3以上となれば良い。
このことは、変動手段によって変動するスクリーン入射時の位相が、スクリーン上の微小間隔をpとした場合、pにおける位相差の最大変動量Δφが、Δφ>1.15×10-3×pを満たすことを示している。
It is expressed as Incidentally J 1 shows the first-order Bessel function.
When λ is 500 nm and R = 0.17 mm, a / Z needs to be 1.15 × 10 −3 or more in order to make γ indicating the contrast of the interference pattern 0.5 or less.
Although this example shows a case where the pupil of the projection optical system is fixed with respect to the screen, the relationship between the distance between the pupil of the projection optical system and the screen is a / Z of 1.15 × 10 −3. Even in the case where the pupil position fluctuates with time or has a plurality of pupils, the expected angle of the incident light on the screen may be optically 1.15 × 10 −3 or more. .
This means that when the phase at the time of incidence on the screen, which fluctuates by the fluctuating means, is a minute interval on the screen, p, the maximum fluctuation amount Δφ of the phase difference at p is Δφ> 1.15 × 10 −3 × p. It shows that it satisfies.
(具体的な構成)
次に、第1実施形態のプロジェクタを用いた映像投射方法について、図3を用いて説明する。
光源から投射された光は、レンズL1に入射する。
L1を透過し一定の面積に広げられた光は、散乱散乱手段である拡散板に入射する。
拡散板に入射した光は、レンズL2及びL3を透過後、高温ポリシリコン液晶など光変調素子に入射する。
このとき、レンズL2の焦点距離をf2,レンズL3の焦点距離をf3とすると、レンズL2とレンズL3の距離をL2+L3とし、L2の後焦点位置に拡散板を配置し、L3の前焦点位置に光変調素子を配置する4f光学系とする。
(Specific configuration)
Next, a video projection method using the projector according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
The light projected from the light source enters the lens L1.
The light transmitted through L1 and spread to a certain area is incident on a diffusion plate that is a scattering and scattering means.
The light incident on the diffuser plate passes through the lenses L2 and L3, and then enters a light modulation element such as a high-temperature polysilicon liquid crystal.
At this time, if the focal length of the lens L2 is f2 and the focal length of the lens L3 is f3, the distance between the lens L2 and the lens L3 is L2 + L3, a diffusion plate is disposed at the rear focal position of L2, and the front focal position of L3 is set. A 4f optical system in which the light modulation element is arranged is used.
上記配置では、散乱変調手段である拡散板が空間変調素子近傍に結像する。
光変調素子を透過した光は、投射光学系によってスクリーン上に結像する。
拡散板は回転する構造となっており、拡散板を透過する光の散乱を変動させることが出来る。
拡散板による散乱の変動は、拡散板の像がスクリーン近傍に結像することによって、スクリーン上での位相変動を生じさせる。スクリーン上での位相変動は、つまりスクリーンに入射する光の方向を微小に変化させることに相当するため、高速にシンチレーションパターンが変動し、その結果観察者には、シンチレーションが低減して観察される。
散乱変調手段として拡散板を用いた、その散乱手段として回転を用いる場合、拡散板の回転軸と光軸は一致しない方が望ましい。また、本実施形態では、回転による散乱変動を用いたが、ピエゾ素子などによる振動による変動を用いてもかまわない。
In the above arrangement, the diffusion plate as the scattering modulation means forms an image in the vicinity of the spatial modulation element.
The light transmitted through the light modulation element forms an image on the screen by the projection optical system.
The diffusion plate has a rotating structure and can vary the scattering of light transmitted through the diffusion plate.
Variation in scattering by the diffusion plate causes phase variation on the screen by forming an image of the diffusion plate in the vicinity of the screen. Phase fluctuation on the screen corresponds to changing the direction of the light incident on the screen minutely, so the scintillation pattern fluctuates at high speed, and as a result, the observer observes the scintillation with reduced scintillation. .
When a diffusion plate is used as the scattering modulation means and rotation is used as the scattering means, it is desirable that the rotation axis of the diffusion plate does not coincide with the optical axis. Further, in this embodiment, scattering fluctuation due to rotation is used, but fluctuation due to vibration caused by a piezo element or the like may be used.
本実施形態のように、4fの光学系を用いると、光変調素子から射出した光は、光軸にほぼ平行になるため、プロジェクタの投射光学系によく用いられるテレセントリック光学系では効率が向上する。しかしながら、4f光学系に限らず、散乱散乱手段がスクリーン近傍に結像することによってシンチレーション低減の効果は得られる。
本実施形態では、散乱手段の像が、スクリーン近傍に結像する構成となっている、この構成では散乱変動によるシンチレーション低減効果を強めることが可能になるが、散乱手段上のゴミや傷などの欠陥がスクリーン上での映像の欠陥として生じやすい欠点をもつ。その場合、散乱手段の像位置をスクリーン位置とずらすと良い。
As in this embodiment, when a 4f optical system is used, the light emitted from the light modulation element is substantially parallel to the optical axis, so that the efficiency of the telecentric optical system often used in the projection optical system of the projector is improved. . However, not only the 4f optical system but also the effect of scintillation reduction can be obtained when the scattering and scattering means forms an image near the screen.
In this embodiment, the image of the scattering means is formed in the vicinity of the screen. With this structure, it is possible to enhance the scintillation reduction effect due to scattering fluctuations. Defects tend to occur as image defects on the screen. In that case, the image position of the scattering means may be shifted from the screen position.
本実施形態では位相散乱手段として変動する拡散板とし散乱手段を結像スクリーン近傍に結像させるために4f光学系を用いたが、それに限定されるものではなく、散乱手段は液晶による位相変調素子であっても良いし、反射型拡散板であってもよい。また、散乱手段は、必ずしもスクリーン近傍に結像する必要はない。
これらの組み合わせは、固定されるものではなく、異なった組合せによっても実現可能である。
また、本実施形態では、位相散乱手段として、回転や振動などの稼働部を持つことによって実現したが、液晶など、時間的に屈折率変動を生じさせる手段を用いても良い。液晶などを用いれば稼働部がなくなり、振動や音などの問題が生じにくくなる利点もある。
In this embodiment, a diffusion plate that fluctuates as the phase scattering means is used and the 4f optical system is used to image the scattering means in the vicinity of the imaging screen. However, the present invention is not limited to this. Or a reflective diffuser. Further, the scattering means does not necessarily need to form an image near the screen.
These combinations are not fixed and can be realized by different combinations.
In this embodiment, the phase scattering means is realized by having an operating part such as rotation or vibration. However, a means such as liquid crystal that causes a change in refractive index with time may be used. If liquid crystal or the like is used, there is an advantage that there are no moving parts and problems such as vibration and sound are less likely to occur.
尚、本実施形態では、説明のために光源からの光は、分離せずに光変調素子に入射するように記載しているが、当然、図1で説明したように色分解した後、3枚の空間変調素子に入射する光学系に用いても良い。
この場合、位相変調手段は、各空間変調素子ごとに別々に3つ準備してもよいが、1つの空間変調素子が色分離される前に位相変調手段を通過する光学系にすれば、位相変調手段は1つでよく、コストダウンや小型化に有効である。
In this embodiment, for the sake of explanation, the light from the light source is described as being incident on the light modulation element without being separated. Naturally, after color separation as described in FIG. You may use for the optical system which injects into the sheet of spatial modulation element.
In this case, three phase modulation means may be prepared separately for each spatial modulation element, but if an optical system that passes through the phase modulation means before one spatial modulation element is color-separated, the phase modulation means One modulation means is sufficient, which is effective for cost reduction and miniaturization.
本発明では、透過型スクリーン20におけるフレネルレンズ30のフィルム化などスクリーン全体の薄型化に対する要求にも応えることが可能である。
これは、基材32の光源側表面の粗面化等により第1拡散部を形成し、第1拡散板33を廃止して、フレネルレンズ30を厚さ0.8mm以下に薄型化するものである。
これにより、透過型スクリーン20を軽薄化し、なおかつ低コスト化することができる。こうすることで、フレネルレンズとレンチキュラーレンズを組み合わせて見た場合の拡散層厚を1mm以下に薄くすることが可能になり、透過型スクリーン20の解像度および鮮鋭度を向上させることができる。
In the present invention, it is possible to meet the demand for thinning the entire screen, such as forming a film of the Fresnel lens 30 in the transmissive screen 20.
This is because the first diffusion portion is formed by roughening the surface of the light source side of the base material 32, the first diffusion plate 33 is eliminated, and the Fresnel lens 30 is thinned to a thickness of 0.8 mm or less. is there.
Thereby, the transmissive screen 20 can be lightened and reduced in cost. By so doing, it becomes possible to reduce the diffusion layer thickness to 1 mm or less when viewed in combination with a Fresnel lens and a lenticular lens, and the resolution and sharpness of the transmissive screen 20 can be improved.
しかしながら、透過型スクリーン20が薄型化されると、第1拡散部の厚さが薄くなりまたフレネルレンズ30とレンチキュラーレンズアレイ40との距離が短くなるので、一般のプロジェクタでは映像のシンチレーションが発生するおそれがある。
光学系内に光源からの光の位相を時間的に変動させる手段を備え、位相変動手段がスクリーン近傍に結像することを特徴とするプロジェクタを用いることで、シンチレーションを低減することで、高画質の映像を観察することが可能になる。
However, when the transmissive screen 20 is thinned, the thickness of the first diffusing portion is reduced, and the distance between the Fresnel lens 30 and the lenticular lens array 40 is shortened, so that image scintillation occurs in a general projector. There is a fear.
The optical system is equipped with a means for temporally changing the phase of the light from the light source, and by using a projector characterized in that the phase changing means forms an image near the screen, the scintillation is reduced, resulting in high image quality. Can be observed.
10 リアプロジェクションテレビ
12 プロジェクタ
13,14 反射鏡
20 透過型スクリーン
30 フレネルレンズ
40 レンチキュラーレンズアレイ(拡散レンズアレイ)
10 Rear Projection Television 12 Projector 13, 14 Reflector 20 Transmissive Screen 30 Fresnel Lens 40 Lenticular Lens Array (Diffusion Lens Array)
Claims (11)
前記高圧水銀ランプの白色光源からの光を変調する光変調素子と、
光変調素子によって変調された映像光をスクリーン上に投射する投射光学系を有するプロジェクタにおいて、
前記高圧水銀ランプの白色光源と光変調素子との間に空間的な散乱手段を備え、前記散乱手段が時間的に変動し、
前記散乱手段が時間的に回転する拡散板であり、
光軸と異なる位置に回転中心を配置していること
を特徴とするプロジェクタ。 White light source of high-pressure mercury lamp,
A light modulation element for modulating light from a white light source of the high-pressure mercury lamp;
In a projector having a projection optical system that projects image light modulated by a light modulation element onto a screen,
A spatial scattering means is provided between the white light source of the high-pressure mercury lamp and the light modulation element, and the scattering means varies with time,
The scattering means is a diffusion plate rotating in time;
A projector characterized in that a rotation center is arranged at a position different from the optical axis.
0.00001mm<d かつ
d×H/W<1mmであることを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。 If the average size of the scattering structure of the scattering means is d, the width of the light incident on the scattering means is W, and the projected screen size is H,
The projector according to claim 1, wherein 0.00001 mm <d and d × H / W <1 mm.
a/Z>1.15×10 −3 の関係を満たすことを特徴とする請求項1記載のプロジェクタ。 If the size of the pupil of the projection optical system is a and the distance between the pupil of the projection optical system and the screen is Z,
The projector according to claim 1, wherein a relationship of a / Z> 1.15 × 10 −3 is satisfied.
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