WO2014080869A1 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

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light
projection
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rotary color
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平田　浩二
展之 木村
由利子 稲舘
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日立マクセル株式会社
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    • G02B26/008—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movable or deformable optical element controlling the colour, i.e. a spectral characteristic, of the light in the form of devices for effecting sequential colour changes, e.g. colour wheels

Definitions

  • the present invention relates to a projection display apparatus.
  • White light from the light source is condensed to form a light emitting surface, a rotary color filter is arranged in the vicinity of the light emitting surface, and light emitted from the color filter is condensed and incident on one light modulation element.
  • a projection display apparatus that projects an image formed by the light modulation element onto a screen using a projection lens is already known from Patent Document 1 below.
  • Patent Document 1 since a high-resolution color image equivalent to a three-plate type can be obtained with a single liquid crystal panel, there is no need to provide a fine color filter on the pixels on each panel, thereby improving the yield of the liquid crystal panel. Therefore, it is possible to reduce the cost of the apparatus.
  • the control device that controls the rotation of the rotary color filter and the image display on the liquid crystal panel to be synchronized with each other in the filter rotation direction in synchronization with the passage of the boundary line between the color filters of the filter.
  • Patent Document 1 still has room for improving the ratio (efficiency) of light that contributes to the display of the original image, as described below.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional projection display apparatus, and the object thereof is to further reduce the loss of light in the apparatus.
  • Another object of the present invention is to provide a projection display apparatus that displays an image more efficiently and can reduce the cost of the apparatus.
  • a light source that emits white light
  • a condensing optical element that condenses and emits light from the light source, and a light exiting surface of the condensing optical element
  • a rotary color filter having a plurality of types of filters arranged and selectively transmitting or reflecting a specific color light of white light emitted from the exit surface of the condensing optical element in a predetermined order; and a plurality of pixels
  • a light modulation element that modulates incident light according to an image signal and displays an image, and illumination light for condensing the emitted light from the rotary color filter and projecting the light onto the light modulation element
  • the rotary color filter is A light emitting surface formed by light from the exit surface of the condensing optical element, and the illumination
  • the upper surface and side view which showed an example of the principal part structure of a projection type video display apparatus.
  • the figure for demonstrating the principle for reducing a spoke time The figure for demonstrating the principle which reduces reflection of the infrared component light on the color wheel in a projection type video display apparatus.
  • FIG. 1 is a top view (FIG. 1 (A)) and a side view (FIG. 1 (B)) showing an example of a main configuration of a projection display apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a local right-handed rectangular coordinate system is introduced in each figure. That is, in FIG. 1A, the longitudinal direction of the multiple reflection element (rod lens) is the Z axis, the axis parallel to the paper surface in the plane orthogonal to the Z axis is the X axis, and from the back of the paper surface to the front. The axis that goes is the Y axis.
  • the longitudinal direction of the multiple reflection element is the Z axis
  • the axis parallel to the paper surface in the plane orthogonal to the Z axis is the X axis
  • the axis that goes is the Y axis.
  • FIG. 1B an axis parallel to the paper surface in a plane orthogonal to the Z axis is a Y axis, and an axis going from the front to the back of the paper surface is an X axis.
  • 1A is a top view of the projection display apparatus viewed from the Y-axis direction
  • FIG. 1B is a side view of the projection display apparatus viewed from the X-axis direction.
  • the discharge lamp 1 and the reflector 2 constitute a light source for emitting white light.
  • the discharge lamp 1 for example, an ultra high pressure mercury lamp or the like can be used.
  • the ultra-high pressure mercury lamp emits white light efficiently and its brightness is extremely high.
  • Light can be efficiently collected by the mirror surface, which is the reflector 2 having excellent light collecting properties.
  • the reflector 2 is composed of an ellipsoid rotating surface obtained by rotating an ellipse (however, a semicircle) having a first focal point (short focal point) and a second focal point (long focal point).
  • a multiple reflection element (rod lens) 13 that is a condensing optical element is disposed behind the light source in the Z-axis direction, and the light emitted from the discharge lamp 1 is captured and collected by the reflector 2.
  • the light is incident on the multiple reflection element (rod lens) 13.
  • the multiple reflection element 13 is constituted by, for example, a glass square column or a hollow element in which four reflection mirrors are bonded together, and the incident surface (the left end portion in the figure) is the elliptical mirror 2.
  • the second focal point (long focal point) that is, the vicinity of the position where the visible light component reflected by the reflector is condensed, and the exit surface is long in the X-axis direction and short in the Y-axis direction.
  • the aspect ratio is set to be the same as that of DMD 10 which is a light modulation element described below. That is, the length in the X-axis direction of the exit surface of the multiple reflection element 13 is “C”, the length in the Y-axis direction is “D”, the length in the X-axis direction of the DMD 10 is “E”, and the length in the Y-axis direction.
  • C / D E / F is satisfied.
  • the light beam reflected a plurality of times in the multiple reflection element 13 has a light distribution with a uniform intensity similar to that of the DMD 10 on the exit surface.
  • a color wheel 4 that is a rotary color filter is disposed.
  • the color wheel 4 has six fan-shaped transmission types that transmit only light of R (red), G (green), B (blue), C (cyan), Y (yellow), and W (white), respectively.
  • the color filters are arranged in order in the circumferential (rotation) direction, and are disk-shaped color filters whose rotation can be controlled. Further, the color wheel 4 can be realized by three kinds of color filters composed of R (red), G (green), and B (blue) in place of the above six kinds of color filters. In order to improve the thickness, it is preferable to employ the color wheel 4 using the above-described six color filters.
  • the white light emitted from the light source has six colors (R (red), G (green), B (blue), C (cyan), Y (yellow)) in time series. , W (white)). Thereafter, the light emitted from the color wheel 4 is irradiated onto the DMD 10 via the relay lenses 5, 12, 8 and the TIR prism 9 constituting the illumination optical element for collecting the emitted light.
  • the relay lens 5 emits light that has been emitted from the multiple reflection element (rod lens) 13 and transmitted through the color wheel 4. By condensing on the relay lens 12, it works to prevent the light from diverging.
  • the relay lens 12 functions to expand the light distribution that has become uniform on the exit surface of the color wheel 4 on the surface of the DMD 10.
  • the relay lens 8 has a function of making the light from the relay lens 12 substantially parallel.
  • the TIR prism 9 totally reflects the incident light and leads it to the DMD 10.
  • the DMD 10 is a reflection type light modulation element composed of a two-dimensional mirror array capable of controlling the tilt of each micromirror, and the tilt of each mirror takes two states, an on state and an off state.
  • the micro mirror in the on state reflects the illumination light toward the projection lens 11 (hereinafter referred to as “on light”)
  • the micro mirror in the off state reflects the illumination light to the projection lens 11.
  • Reflected outside hereinafter referred to as “off light”. That is, only the ON light is enlarged and projected onto the screen or the like via the projection lens 11.
  • Each of the micromirrors of the DMD 10 corresponds to the minimum component (pixel) of the projected image, and the pixel corresponding to the on-state micromirror is projected white, and the pixel corresponding to the off-state micromirror is projected black.
  • the DMD 10 is synchronized with the rotation of the color wheel 4 described above by a control device (for example, constituted by a microcomputer and a memory) denoted by reference numeral 100 in the figure.
  • a control device for example, constituted by a microcomputer and a memory
  • the light incident from the TIR prism 9 is reflected in the direction of the projection lens 11. That is, the light beam reflected by the DMD 10 has an angle that does not satisfy the total reflection angle of the TIR prism 9, and therefore passes through the TIR prism 9 and enters the projection lens 11.
  • the optical system from when the light exits the color wheel 4 to the surface of the DMD 10 after passing through the TIR prism 9 is called an illumination optical system.
  • a rotating wheel in a light distribution 31 ′ on the color wheel 4 surface of the light emitted from the multiple reflection element (rod lens) 13. 4 in the moving direction of the boundary BL between the color filters (moving upward as indicated by arrows in the example in the figure) in this example, three regions 31′-1, 31′-2, 31′-3), and the micromirrors of the DMD 10 corresponding to these regions are turned off (in this example, the region 31′-2 is turned off), and the other regions And the minimum component (pixel) of the projected image is controlled to be on or off.
  • the boundary BL rotates (moves)
  • the boundary BL one-dot chain line
  • all the pixels in the region 31′-1 are turned off and These pixels 31′-2 and 31′-3 are controlled to be turned on or off according to the projected image.
  • the boundary BL one-dot chain line
  • all the pixels in the region 31′-3 are turned off, and the other regions 31′-1 and 31′-2 are displayed. Is controlled to be on or off according to the projected image. As a result, the spoke time can be reduced, and light loss due to the spoke time can be reduced.
  • the spoke time can be further reduced and the spoke time can be reduced. It will be apparent to those skilled in the art that light loss can be further reduced.
  • the spoke time can be minimized by turning off the minute mirror of the DMD 10 in accordance with the movement of the boundary BL between the color filters. .
  • the pixels in the region that is divided vertically on the DMD 10 with the minute mirrors (arranged in a line shape) turned off are controlled to be turned on or off according to the projection image. Note that the operation of reducing the spoke time in the DMD 10 described above is executed by the control device 100 described above based on software stored in the memory in advance.
  • FIG. 4 shows a structure for preventing a part of the light emitted from the multiple reflection element (rod lens) 13 from being reflected on the surface of the color wheel 4.
  • a lamp that radiates white light with high efficiency such as an ultra-high pressure mercury lamp, is generally employed, but is emitted from the multiple reflection element (rod lens) 13.
  • the reflected light returns again into the multiple reflection element (rod lens) 13 and propagates through the inside to the discharge lamp 1.
  • the temperature of the discharge lamp 1 is reached and the life of the lamp is shortened.
  • the exit of the multiple reflection element (rod lens) 13 is inclined by a slight angle ( ⁇ ) with respect to the surface of the color wheel 4. This also prevents the reflected light on the color wheel 4 from returning again into the multiple reflection element (rod lens) 13 as in the above embodiment, thereby preventing the temperature of the discharge lamp 1 from rising. And to extend the life of the lamp.
  • ⁇ inclination angle
  • the illumination optical element includes a plurality of relay lenses 5, 12, 8 as described above.
  • the spatial modulation element (corresponding to the DMD 10 in the present embodiment) is disposed in a substantially conjugate relationship with the light emitting surface, and a rotary type is interposed between them.
  • an illumination optical element that condenses the light emitted from the color filter and irradiates the spatial modulation element.
  • the said light emission surface is an output surface on the opposite side to the light incidence in the glass rod which comprises the said spatial modulation element.
  • the design method for the projection display apparatus when adopted, the light emitted from the exit surface of the glass rod constituting the spatial modulation element is arranged in the vicinity thereof.
  • the light is projected on the rotary color filter (in this embodiment, the color wheel 4), and as a result, a light emitting surface is formed on the surface opposite to the incident surface of the rotary color filter. Therefore, when the exit surface of the glass rod and the rotary color filter are arranged very close to each other, light emission is formed on the surface opposite to the exit surface of the glass rod and the entrance surface of the rotary color filter. It coincides with the face.
  • the exit of the multiple reflection element (rod lens) 13 is provided on the surface of the color wheel 4. Or a slight angle ( ⁇ ) with respect to the surface of the color wheel 4 at the exit of the multiple reflection element (rod lens) 13 (see FIG. 4A). ) When tilted (see FIG. 4A).
  • the size and shape of the light emission surface at the exit of the multiple reflection element (rod lens) 13 that is, the light emission surface
  • the surface of the color wheel 4 are the same.
  • an enlarged image of the light emitting surface projected on the DMD 10 which is a spatial modulation element by the subsequent illumination optical system that is, including the plurality of relay lenses 5, 12, 8 and the TIR prism 9) is obtained. Therefore, it does not coincide with the effective light modulation surface of the DMD 10 (that is, the maximum surface on which light modulation can be performed), and this leads to a reduction in light use efficiency.
  • the light emitted from the light source including the discharge lamp 1 and passing through the multiple reflection element (rod lens) 13 and exiting from the exit is projected onto the color wheel 4 and is opposite to the entrance surface.
  • the light emitting surface 31 ′ on the color wheel 4 can be surely matched with the effective light modulation surface on the DMD 10, and the light use efficiency in the projection display apparatus is further improved. Furthermore, even when the structure for reducing the reflection of the infrared component light on the color wheel 4 shown in FIGS. 4A and 4B is employed, the light use efficiency is improved. Can be further improved.
  • the present invention is not limited to this, and instead, for example, a ferroelectric property It is also possible to use a liquid crystal panel that is a bistable element that switches between two states of ON / OFF, and in this case, the TIR prism 9 that constitutes a part of the illumination optical system. Will be unnecessary.
  • the color wheel 4 that is a rotary color filter has been described as being composed of a plurality of transmission type color filters.
  • the present invention is limited to this. Instead, for example, a reflective color filter may be used.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • SYMBOLS 1 Discharge lamp, 2 ... Reflector, 4 ... Color wheel 5, 8, 12 ... Relay lens, 9 ... TIR prism, 10 ... DMD, 11 ... Projection lens, 13 ... Multiple reflection element (rod lens), 100 ... Control Device, 31 '... light emitting surface

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Abstract

　本発明は、装置内における光の損失を低減して効率的に画像を表示することが可能であると共に、装置の低コスト化にも適した投写型映像表示装置を提供することを目的とする。　白色光を放射する光源と、光源からの光を集光して出射するロッドレンズと、ロッドレンズの出射面の近傍に配置され、白色光のうち特定の色光を選択的に透過又は反射させる回転式色フィルタ（４）と、複数の画素を有し、画像信号に応じて入射光を変調するＤＭＤ（１０）と、回転式色フィルタからの出射光を集光してＤＭＤに投射するための照明光を形成する照明光学要素（５、１２、１８）と、ＤＭＤで形成された画像を投射する投射レンズと、回転式色フィルタの回転とＤＭＤによる画像表示が同期するように制御する制御装置とを備えた投写型映像表示装置において、回転式色フィルタは、その一部に、ロッドレンズの出射面からの光により発光面を形成し、前記ＤＭＤは、回転式色フィルタ上の前記発光面と実質的に共役な関係に配置される。

Description

投写型映像表示装置
　本発明は、投写型映像表示装置に関する。
　光源からの白色光を集光して発光面を形成し、当該発光面の近傍に回転型色フィルタを配置し、当該色フィルタからの出射光を集光して一枚の光変調素子に入射し、当該光変調素子で形成された画像を投射レンズによりスクリーン上に投射する投写型映像表示装置は、既に、以下の特許文献１により知られている。即ち、一枚の液晶パネルで３板式と同等の高解像度のカラー画像が得られることから、各パネル上の画素上に微細なカラーフィルタを設ける必要がなく、もって、液晶パネルの歩留まりの向上と、装置の低コスト化を可能にするものである。そして、回転型色フィルタの回転と液晶パネルによる画像表示が同期するように制御する制御装置は、フィルタの各色フィルタ間の境界線の通過に同期して、フィルタの回転方向に複数に分割して設定された液晶パネルの画像表示の状態をオフ状態との間で切り替えることにより、集光スポット（発光面）が隣接するカラーフィルタ間に跨る状態における混色の発生を防止している。
特許第４７１６５２８号
　しかしながら、上記特許文献１に開示された投写型映像表示装置は、以下にも述べるように、なお本来の画像の表示に寄与する光の割合（効率）を向上する余地が残っている。
　そこで、本発明は、上述した従来技術になる投写型映像表示装置に鑑みて成されたものであり、その目的は、更に、当該装置内における光の損失を低減することが可能であり、もって、より効率的に画像を表示して装置の低コスト化を可能にする投写型映像表示装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、本発明によれば、白色光を放射する光源と、前記光源からの光を集光して出射する集光光学素子と、前記集光光学素子の出射面の近傍に配置され、前記集光光学素子の出射面を出射する白色光のうち特定の色光を所定の順序で選択的に透過又は反射させるための複数種のフィルタを有する回転式色フィルタと、複数の画素を有し、画像信号に応じて入射光を変調して画像表示を行う光変調素子と、前記回転式色フィルタからの出射光を集光して前記光変調素子に投射するための照明光を形成する照明光学要素と、前記光変調素子で形成された画像を投射する投射レンズと、前記回転式色フィルタの回転と前記光変調素子による画像表示が同期するように制御する制御装置とを備え、前記回転式色フィルタは、その一部に、前記集光光学素子の出射面からの光により発光面を形成し、前記照明光学要素は、前記回転式色フィルタ上の前記発光面と実質的に共役な関係に配置されている投写型映像表示装置が提供される。
　上述した本発明によれば、更に、当該装置内における光の損失を低減することが可能であり、もって、より効率的に画像を表示して装置の低コスト化を可能にする投写型映像表示装置を提供することが可能となる。
投写型映像表示装置の要部構成の一例を示した上面及び側面図。 投写型映像表示装置におけるカラーホイールＤＭＤのスポークタイムとの関係を説明する図。 スポークタイムを低減するための原理を説明するための図。 投写型映像表示装置におけるカラーホイール上での赤外成分光の反射を低減する原理を説明するための図。 投写型映像表示装置における照明光学要素の設計手法について説明する図。
　以下、本発明の一実施の形態について、添付の図を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の各図においては、同一部分には同一符号を付し、そして、以下の説明では、一度説明したものについては、重複を避けるため、その説明を省略する。
　まず、図１は、本発明の一実施の形態になる投写型映像表示装置の要部構成の一例を示す上面図（図１（Ａ））、及び、側面図（図１（Ｂ））であり、ここでは、各図中には、ローカル右手直角座標系が導入されている。即ち、図１（Ａ）では、多重反射素子（ロッドレンズ）の長手方向をＺ軸、当該Ｚ軸に直交する面内において紙面に平行な軸をＸ軸、そして、当該紙面の裏から表に向かう軸をＹ軸とする。また、図１（Ｂ）では、上記Ｚ軸に直交する面内において前記紙面に平行な軸をＹ軸とし、そして、当該紙面表から裏に向かう軸をＸ軸としている。即ち、図１(Ａ)は投写型映像表示装置をＹ軸方向から見た上面図、そして、図１(Ｂ)は投写型映像表示装置をＸ軸方向から見た側面図である。
　これらの図において、放電ランプ１とリフレクタ２は、白色光を放射するための光源を構成している。なお、放電ランプ１としては、例えば、超高圧水銀ランプ等を使用することができる。即ち、超高圧水銀ランプは白色光を効率良く放射し、かつ、その輝度は極めて高く、その放射光は。集光性に優れたリフレクタ２である鏡面により、効率良く集光することができる。より具体的には、このリフレクタ２は、第一焦点（短焦点）と第二焦点（長焦点）を持つ楕円（但し、半円）を回転した楕円回転面により構成されており、その内表面には、赤外線を透過すると共に可視光を効率良く反射する誘電体の多層膜を形成しており、第一焦点（短焦点）に配置された放電ランプ１から放射される光のうち、可視光成分を第二焦点（長焦点）に向けて反射する。
　また、上述した光源のＺ軸方向の後方には、集光光学素子である多重反射素子（ロッドレンズ）１３が配置されており、上記放電ランプ１から射出した光は、リフレクタ２で捕獲・集光され、多重反射素子（ロッドレンズ）１３に入射する。この多重反射素子１３は、例えば、硝子の四角柱、又は、反射ミラーを４枚貼り合わせた中空の素子で構成されており、その入射面（図の左端部）は、上記楕円面鏡２の第二焦点（長焦点）、即ち、リフレクタで反射された可視光成分が集光する位置の近傍に配置されると共に、その射出面は、Ｘ軸方向に長く、Ｙ軸方向に短い形状をしており、そのアスペクト比は、以下に述べる光変調素子であるＤＭＤ１０のアスペクト比と同一となるように設定されている。即ち、多重反射素子１３の射出面のＸ軸方向の長さを「Ｃ」、Ｙ軸方向の長さを「Ｄ」、ＤＭＤ１０のＸ軸方向の長さを「Ｅ」、Ｙ軸方向の長さを「Ｆ」とすると、Ｃ/Ｄ＝Ｅ/Ｆを満たす。これにより、多重反射素子１３内で複数回反射した光線は、その射出面では、ＤＭＤ１０に相似で均一な強度の光分布となる。
　多重反射素子１３の射出面近傍には、回転式の色フィルタであるカラーホイール４が配置されている。このカラーホイール４は、それぞれ、Ｒ(赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）、Ｙ（黄）、Ｗ（白）の光のみを透過する６種類の扇状の透過型のカラーフィルタを、円周（回転）方向に順番に配置して構成され、かつ、その回転制御が可能な円盤状の色フィルタである。また、このカラーホイール４は、上記の６種類のカラーフィルタに代え、Ｒ(赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなる３種類のカラーフィルタでも実現することが出来るが、しかしながら、明るさを改善するために、上述した６色のカラーフィルタを用いたカラーホイール４を採用することが好ましい。
　上述したカラーホイール４を回転することで、光源から出射した白色光は、時系列的に６色（Ｒ(赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｃ（シアン）、Ｙ（黄）、Ｗ（白）)の光に分解される。その後、このカラーホイール４から射出した光は、当該射出光を集光する照明光学要素を構成するリレーレンズ５、１２、８、更には、ＴＩＲプリズム９を介して、ＤＭＤ１０上に照射される。
　ここで、上記照明光学要素を構成するリレーレンズ５、１２、８に働きについて述べると、まず、リレーレンズ５は、多重反射素子（ロッドレンズ）１３から射出してカラーホイール４を透過した光をリレーレンズ１２に集光することで、光の発散を防ぐ働きをする。リレーレンズ１２は、カラーホイール４の射出面で均一になった光分布を、ＤＭＤ１０の面上に拡大する働きをする。リレーレンズ８は、上記リレーレンズ１２からの光を略平行にする働きを持っている。そして、ＴＩＲプリズム９は、入射した光を全反射し、もって、ＤＭＤ１０へと導く。
　ここで、ＤＭＤ１０は、個々の微小ミラーの傾きを制御できる２次元ミラーアレイからなる反射型光変調素子であり、各々のミラーの傾きはオン状態とオフ状態の２種類の状態をとる。このＤＭＤ１０に照明光を当てた場合、オン状態の微小ミラーは照明光を投写レンズ１１に向けて反射し（以下、「オン光」と呼ぶ）、オフ状態の微小ミラーは照明光を投写レンズ１１外に反射する（以下、「オフ光」と呼ぶ）。即ち、オン光のみが、投写レンズ１１を介して、例えば、スクリーン等の上に拡大投写されることとなる。
　また、ＤＭＤ１０の微小ミラーの各々が、投写画像の最小構成要素（画素）に対応しており、オン状態の微小ミラーに対応する画素は白く、オフ状態の微小ミラーに対応する画素は黒く投写される。また、オン状態の時間を変化させることにより、投射される映像に階調を持たせることが出来る。即ち、各微小ミラーのオン状態の時間を制御することで、映像表示を行う。
　このＤＭＤ１０は、図に符号１００で示す制御装置（例えば、マイコンやメモリにより構成される）により、上述したカラーホイール４の回転と同期が取られており、これにより、カラーホイール４の各色光毎に画像信号に基づいた画像を表示すると共に、ＴＩＲプリズム９から入射した光を投写レンズ１１の方向へ反射する。即ち、ＤＭＤ１０で反射した後の光線は、ＴＩＲプリズム９の全反射角を満たさない角度となるため、ＴＩＲプリズム９を透過し、投写レンズ１１に入射する。尚、ここでは、光がカラーホイール４を射出した後、ＴＩＲプリズム９を透過してＤＭＤ１０の表面に至るまでの光学系を、照明光学系という。
　続いて、上述したカラーホイール４と、ＤＭＤ１０におけるスポークタイムとの関係を、図２を参照しながら説明する。
　図２は、多重反射素子（ロッドレンズ）１３の射出面での光分布３１と、カラーホイール４の面上での光分布３１を示す図である。即ち、多重反射素子（ロッドレンズ）１３の射出面での光分布３１は、Ｘ軸方向＝Ｃ、Ｙ軸方向＝Ｄであり、そして、カラーホイール４の面上に等倍に投影されて光分布３１’となり、Ｘ軸方向＝Ｃ’、Ｙ軸方向＝Ｄ’（Ｃ’/Ｄ’＝Ｃ/Ｄ）となる。換言すれば、多重反射素子１３の射出面の形状は、そのまま、多重反射素子１３の近傍に配置されたカラーホイール４の面上に投影され、相似形となる。
　一方、カラーホイール４の各色フィルタの境界（図２では、一例としてＲＧ間のみを示す）では、上述した光分布３１’は当該境界を跨って投射され、混色を避けるため、光を遮断している（具体的には、ＤＭＤ１０をオフ状態とする）。この遮断している時間をスポークタイムと言い、スポークタイムでは、出射光は損失となり、当該スポークタイムを最小にすることが必要となる。
　スポークタイムを減らすためには、例えば、図３（Ａ）にも示すように、多重反射素子（ロッドレンズ）１３から出射された光のカラーホイール４面上の光分布３１’において、回転するホイール４の各色フィルタ間の境界ＢＬの移動方向（図の例では、矢印で示すように上方に移動する）に複数の矩形領域（本例では、３つの領域３１’－１、３１’－２、３１’－３）に分割し、そして、これらの領域に対応するＤＭＤ１０の微小ミラーをオフ状態（本例では、領域３１’－２がオフ状態）とすると共に、他の領域は、それぞれの色光に対応し、投写画像の最小構成要素（画素）をオン又はオフ状態に制御する。なお、境界ＢＬは回転（移動）することから、当該境界ＢＬ（一点鎖線）が領域３１’－１内に存在する時には、当該領域３１’－１の全ての画素をオフ状態とすると共に、他の領域３１’－２、３１’－３画素は、投写画像に応じて、オン又はオフ状態に制御する。また、境界ＢＬ（一点鎖線）が領域３１’－３内に存在する時には、当該領域３１’－３の全ての画素をオフ状態とすると共に、他の領域３１’－１、３１’－２画素は、投写画像に応じて、オン又はオフ状態に制御する。これにより、スポークタイムを低減することが可能になり、スポークタイムによる光の損失を低減することが出来る。
　なお、上記では、カラーホイール４面上の光分布３１’を３つの領域に分けた場合について説明したが、更に、より多くの領域に分割することにより、スポークタイムを更に低減し、スポークタイムによる光の損失をより低減することが出来ることは、当業者であれば明らかであろう。そして、図３（Ｂ）にも示すように、色フィルタ間の境界ＢＬの移動に合わせて、ＤＭＤ１０の微小ミラーをオフ状態とすることによれば、スポークタイムを最小にすることが可能となる。なお、この時、ＤＭＤ１０上の、オフ状態とした微小ミラー（ライン状に並ぶ）を挟んで上下に分割される領域の画素は、投写画像に応じて、オン又はオフ状態に制御する。なお、上述したＤＭＤ１０におけるスポークタイムを低減する動作は、上述した制御装置１００により、予めメモリ内に格納したソフトウェアに基づいて実行される。
　続いて、上述した投写型映像表示装置における、更なる、光損失を低減するための構造について説明する。
　添付の図４は、多重反射素子（ロッドレンズ）１３から出射した光の一部がカラーホイール４の面上で反射することを防止するための構造を示して。ここで、上述したように、放電ランプ１としては、例えば、超高圧水銀ランプなど、白色光を高効率で放射するものが一般的に採用されるが、多重反射素子（ロッドレンズ）１３から出射した光の一部、特に、赤外成分光がカラーホイール４上で反射すると、当該反射光は、再び、多重反射素子（ロッドレンズ）１３内に戻り、その内部を伝播して放電ランプ１に到達し、当該放電ランプ１の温度を上昇させる、ランプの寿命を短縮してしまう。
　そこで、かかるカラーホイール４上での赤外成分光の反射を低減するため、図４（Ａ）に示すように、多重反射素子（ロッドレンズ）１３からカラーホイール４の表面上への光の投射角度を、垂直から僅かな角度（α）傾斜させ、もって、カラーホイール４上での反射光が、再び、多重反射素子（ロッドレンズ）１３内に戻らないようにする。
　あるいは、図４（Ｂ）にも示すように、多重反射素子（ロッドレンズ）１３の射出口をカラーホイール４の表面に対して僅かな角度（α）傾斜させる。これによっても、上記の実施例と同様、カラーホイール４上での反射光が、再び、多重反射素子（ロッドレンズ）１３内に戻らないようにし、もって、当該放電ランプ１の温度の上昇を防止し、ランプの長寿命化を図る。なお、上述した傾斜角度（α）は、種々の実験の結果、１～１０度に設定することにより所要の効果を得ることを確認し、また、光の外部への漏出により光の利用効率の低減をも考慮して、特に、１～３度に設定することが好ましいことが分かった。
　続いて、光がカラーホイール４を射出した後、ＴＩＲプリズム９を透過してＤＭＤ１０の表面に至るまでの光学系を、即ち、照明光学系を構成する照明光学要素について、その配置関係を含めた設計手法と共に、以下に詳細に説明する。なお、照明光学要素は、本実施例では、上述したように、複数のリレーレンズ５、１２、８を含んで構成されている。
　なお、ここでは、本発明の理解のため、まず、従来技術における問題点について説明する。即ち、従来技術になる投写型映像表示装置では、空間変調素子（本実施例では、ＤＭＤ１０に対応する）は、発光面と実質的に共役な関係に配置されるものとし、その間に、回転型色フィルタからの出射光を集光して空間変調素子空間変調素子を照射する照明光学要素が設けられている。なお、当該発光面とは、上記空間変調素子を構成するガラスロッドにおける光の入射と反対側の出射面である。
　しかしながら、本発明の発明者等による検討によれば、投写型映像表示装置にかかる設計手法を採用した場合、空間変調素子を構成するガラスロッドの出射面から出た光は、その近傍に配置された回転型色フィルタ（本実施例では、カラーホイール４）上に投射され、その結果、回転型色フィルタの入射面とは反対側の面に発光面を形成する。そのため、ガラスロッドの出射面と回転型色フィルタとが極めて近接して配置されている場合には、ガラスロッドの出射面と回転型色フィルタの入射面とは反対側の面に形成される発光面とは一致する。
　しかしながら、ガラスロッドの出射面と回転型色フィルタとの接触を考慮した場合、これらの間にはある程度の隙間を設ける必要があり、かかる場合には、上述したように、ガラスロッドの発光面（即ち、出射面）と回転型色フィルタ上の発光面とは一致しなくなる。更には、上述したように、特に、カラーホイール４上で反射した赤外成分光の放電ランプ１への戻りを低減するため、多重反射素子（ロッドレンズ）１３の射出口をカラーホイール４の表面に対して僅かな角度（α）傾斜させた場合（図４（Ａ）を参照）、又は、多重反射素子（ロッドレンズ）１３の射出口をカラーホイール４の表面に対して僅かな角度（α）傾斜させた場合（図４（Ｂ）を参照）には、多重反射素子（ロッドレンズ）１３の射出口（即ち、発光面）とカラーホイール４の表面での発光面は、その大きさや形状においても、僅かではあるが変化してしまうこととなる。しかしながら、この僅かな変化により、その後の照明光学系（即ち、複数のリレーレンズ５、１２、８やＴＩＲプリズム９を含む）により空間変調素子であるＤＭＤ１０上に投射される発光面の拡大像は、当該ＤＭＤ１０の実効的な光変調面（即ち、その上で光変調を行うことが出来る最大の面）と一致しなくなり、これでは、光の利用効率の低減を招いてしまうこととなる。
　そこで、本発明になる投写型映像表示装置における照明光学要素の設計手法について、以下に図５（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら、詳細に説明する。
　上述したように、放電ランプ１を含む光源から放射されて多重反射素子（ロッドレンズ）１３を通り、その射出口から出射した光は、カラーホイール４上に投射され、入射面とは反対側の面に発光面３１’（Ｘ軸方向＝Ｃ’、Ｙ軸方向＝Ｄ’（Ｃ’/Ｄ’＝Ｃ/Ｄ））を形成する。そこで、当該カラーホイール４上の発光面３１’を基準として、上記照明光学要素である複数のリレーレンズ５、１２、８を設計する。即ち、ＤＭＤ１０は、当該カラーホイール４上の発光面３１’と実質的に共役な関係となるように配置されている。換言すれば、ＤＭＤ１０の実効的な光変調面（Ｙ軸方向＝Ｆ、Ｚ軸方向＝Ｅ）に対し、Ｃ’ /Ｄ’＝Ｅ/Ｆの関係を満たすこととなる。
　かかる設計手法によれば、カラーホイール４上の発光面３１’をＤＭＤ１０上の実効的な光変調面と、確実に一致させることが可能となり、投写型映像表示装置における光の利用効率を更に向上することが可能となり、更には、上記図４（Ａ）及び（Ｂ）に示したカラーホイール４上での赤外成分光の反射を低減する構造を採用した場合にいても、光の利用効率の更なる向上が可能となる。
　以上に詳述した本発明の実施の形態になる投写型映像表示装置では、カラーホイール４からの各色光により所望の画像を形成するための光変調素子の一例として、個々の微小ミラーの傾きを制御できる２次元ミラーアレイからなる、所謂、反射型光変調素子であるＤＭＤを採用した構成について述べたが、本発明は、これに限定されることなく、これに代えて、例えば、強誘電性液晶パネルであり、ＯＮ／ＯＦＦの２つの状態をスイッチする双安定素子である液晶パネルを使用することも可能であり、なお、その場合には、照明光学系の一部を構成するＴＩＲプリズム９は不要となろう。加えて、上述した投写型映像表示装置では、回転式の色フィルタであるカラーホイール４として、複数の透過型のカラーフィルタから構成されたものについて説明したが、本発明は、これに限定されることなく、これに代えて、例えば、反射型の色フィルタを用いることも可能である。
　なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細を説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成と置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加し、これを削除し、置換することも可能である。
　１…放電ランプ、２…リフレクタ、４…カラーホイール、５、８、１２…リレーレンズ、９…ＴＩＲプリズム、１０…ＤＭＤ、１１…投写レンズ、１３…多重反射素子（ロッドレンズ）、１００…制御装置、３１’…発光面

Claims (7)

  1. 　白色光を放射する光源と、
    　前記光源からの光を集光して出射する集光光学素子と、
    　前記集光光学素子の出射面の近傍に配置され、前記集光光学素子の出射面を出射する白色光のうち特定の色光を所定の順序で選択的に透過又は反射させるための複数種のフィルタを有する回転式色フィルタと、
    　複数の画素を有し、画像信号に応じて入射光を変調して画像表示を行う光変調素子と、
    　前記回転式色フィルタからの出射光を集光して前記光変調素子に投射するための照明光を形成する照明光学要素と、
    　前記光変調素子で形成された画像を投射する投射レンズと、
    　前記回転式色フィルタの回転と前記光変調素子による画像表示が同期するように制御する制御装置とを備え、
    　前記回転式色フィルタは、その一部に、前記集光光学素子の出射面からの光により発光面を形成し、
    　前記照明光学要素は、前記回転式色フィルタ上の前記発光面と実質的に共役な関係に配置されていることを特徴とする投写型映像表示装置。
  2. 　前記請求項１に記載した投写型映像表示装置において、前記集光光学素子は、当該集光光学素子からの射出光の一部が、前記回転式色フィルタで反射して戻り難い構成としたことを特徴とする投写型映像表示装置。
  3. 　前記請求項２に記載した投写型映像表示装置において、前記集光光学素子を、その光軸を前記回転式色フィルタの面からの垂線に対して僅かに傾斜して、配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。
  4. 　前記請求項２に記載した投写型映像表示装置において、前記集光光学素子の出射面を、前記回転式色フィルタの面に対して僅かに傾斜して、配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。
  5. 　前記請求項３又は４に記載した投写型映像表示装置において、前記僅かな傾斜角度は、１～１０度の範囲に設定されていることを特徴とする投写型映像表示装置。
  6. 　前記請求項５に記載した投写型映像表示装置において、前記僅かな傾斜角度は、１～３度の範囲に設定されていることを特徴とする投写型映像表示装置。
  7. 　前記請求項２に記載した投写型映像表示装置において、前記制御装置は、前記光変調素子の複数の画素の一部を、前記回転式色フィルタの各色フィルタ間の境界が前記発光面上を移動する位置に対応して制御し、もって、各色フィルタ間での混色を低減することを特徴とする投写型映像表示装置。
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