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JP2004295125A - スクロールユニット及びそれを採用したプロジェクションシステム - Google Patents

スクロールユニット及びそれを採用したプロジェクションシステム Download PDF

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JP2004295125A JP2004087907A JP2004087907A JP2004295125A JP 2004295125 A JP2004295125 A JP 2004295125A JP 2004087907 A JP2004087907 A JP 2004087907A JP 2004087907 A JP2004087907 A JP 2004087907A JP 2004295125 A JP2004295125 A JP 2004295125A
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lens
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Kun-Ho Cho
虔晧 趙
Dae-Sik Kim
大式 金
Shochuru Ken
尚▲チュル▼ 権
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

【課題】 本発明は、スクロールユニット及びプロジェクションシステムを提供する。
【解決手段】 入射光をスクロールさせるためのスクロールユニットであって、前記入射光を多数のビームに分ける少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に螺旋形に配列され、前記スクロールユニットが所定の回転軸を中心として回転するにつれて前記入射光が通過される領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されることを特徴とし、プロジェクションシステムは前記スクロールユニットを含んでカラー画像を形成するようになっているスクロールユニット。前記スクロールユニットによって、簡単な構造でプロジェクションシステムが構成でき、容易にカラースクロールを行える。
【選択図】 図8A

Description

本発明は、スクロール作用によってカラー画像を形成するスクロールユニット及びプロジェクションシステムに係り、さらに詳細には、多数のカラーに対してある光路上での回転運動によってカラースクロールを行えるようになった円筒型カラースクロールユニットとそれを採用したプロジェクションシステムに関する。
プロジェクションシステムは、高出力ランプ光源から出射された光を画素単位でオンオフ制御して画像を形成するライト弁の数によって3板式と単板式とに分けられる。単板式プロジェクションシステムは3板式に比べて光学系構造を小さくできるが、白色光をシーケンシャル方法で赤色光R、緑色光G、青色光Bに分離して使用するので、3板式に比べて光効率が1/3に落ちる問題点がある。したがって、単板式プロジェクションシステムの場合には光効率を増加させるための努力が進行されてきた。
一般的な単板式プロジェクション光学系の場合、白色光源から照射された光をカラーフィルタを利用してR、G、Bの3色光に分離し、各カラー光を順次にライト弁に送る。そして、このカラー順に合わせてライト弁を動作させて映像を具現する。このように単板式光学系はカラーをシーケンシャルに利用するために光効率が3板式に比べて1/3に落ちる。したがって、単板式プロジェクションシステムの場合には光効率を増加させるための努力が進行され、このような方法のうち1つとしてスクロール方法が提案された。カラースクロール方法は白色光をR、G、Bの3色光に分離し、これを同時にライト弁の相異なる位置に送る。そして、一画素当たりR、G、Bカラーが何れも到達して初めてカラー映像の具現が可能であるので、特定な方法で各カラーバーを周期的に循環させる。
従来の単板式スクロールプロジェクションシステムは図1に示されたように、光源100から照射された白色光が第1及び第2レンズアレイ102、104と偏光変換器105とを経由して第1ないし第4ダイクロイックフィルタ109、112、139、122によってR、G、Bの3色光に分離される。まず、前記第1ダイクロイックフィルタ109によって、例えば赤色光Rと緑色光Gとは透過されて第1光路Lに進行され、青色光Bは反射されて第2光路Lに進行される。そして、前記第1光路Lに進行される赤色光Rと緑色光Gとは前記第2ダイクロイックフィルタ112によって分離される。前記第2ダイクロイックフィルタ112によって赤色光Rは透過されて第1光路Lに直進し、緑色光Gは反射されて第3光路Lに進行される。
前記第1ないし第3光路L、L、L上にはそれぞれ回転可能なプリズム114、135、142が配置されている。前記光源100から照射された光が赤色光R、緑色光G、青色光Bに分離されてそれぞれに対応する回転可能な第1ないし第3プリズム114、135、142を通過しながらスクロールされる。前記第1ないし第3プリズム114、135、142がそれぞれ均一な速度で回転するにつれて、R、G、Bの3色のカラーバーがスクロールされる。前記第2及び第3光路L、Lに沿ってそれぞれ進行されたBとGとが第3ダイクロイックフィルタ139によって反射及び透過されて合成され、最終的に前記第4ダイクロイックフィルタ122によってR、G、Bの3色光が合成されて偏光ビームスプリッタ127によってライト弁130に送られ、前記ライト弁130によってカラー画像が形成される。
前記偏光変換器105の次には集束レンズ107が具備され、前記第1ないし第3光路L、L、L上には光路補正のためのレンズ110、117、131、137、145が具備される。また、第1ダイクロイックフィルタ112と第4ダイクロイックフィルタ122との間及び第3ダイクロイックフィルタ139と第4ダイクロイックフィルタ122との間にはそれぞれ集束レンズ120、140が配置され、前記第4ダイクロイックフィルタ122と偏光ビームスプリッタ127との間の光路上には集束レンズ124と偏光器125とが配置される。前記第1光路L及び第2光路L上には各経路に進行される光路を変換するための光路変換器、例えば反射ミラー118、133がさらに具備される。
一方、前記第1ないし第3プリズム114、135、142の回転によってR、G、Bカラーバーがスクロールされる過程が図2に示されている。これは各カラーに対応する第1ないし第3プリズム114、135、142を同期を合わせて回転させる時、前記ライト弁130面に形成されたカラーバーが周期的に循環されることを示したものである。このようにR、G、Bカラーバーが1回循環した時に1フレームのカラー画像が形成される。
前記ライト弁130で各画素に対する画像信号を処理してカラー画像を形成し、この画像が投射レンズユニット(図示せず)を経て拡大されてスクリーンに結ばれる。
一方、前記第1、第2及び第3プリズム114、135、142の前にそれぞれ第1、第2及び第3スリット113、134、143が具備されて光の発散角を調節するようになっている。前記第1ないし第3スリット113、134、143の幅によってカラーバーの幅が狭まり、図3Aに示されたように各カラーバー間にブラックバーKが形成される場合もあり、カラーバーの幅が広がり、図3Bに示されたように各カラーバーが重畳される部分Pが生じる場合もある。
前記のような方法は各カラー別に光路をそれぞれ使用するので、カラー別に光路補正用レンズをそれぞれ具備せねばならず、分離されたカラー光をさらに集めるための部品が具備されねばならず、各カラー別に光部品を別途に準備しなければならないので、光学系の体積が大きくなり、製造及び組立て工程が複雑で収率が落ちる。また、前記第1ないし第3プリズム114、135、142を回転させるための3個のモーター(図示せず)の駆動による騷音が大きく発生し、モーターが1つ具備されたカラーホイール方式に比べて製造コストが増加する。
また、スクロール方式を利用してカラー画像を具現するためには図2に示されたようにカラーバーを一定速度で移動させねばならないが、前記構造ではスクロールのためにライト弁と3つのプリズムとの間で同期を合せねばならないために同期制御が難しい。のみならず、前記第1ないし第3プリズム114、135、142がそれぞれ円運動をするので、カラースクロールの速度が一定でなくて画像の質が低下する恐れがある。
本発明は、前記した問題点を解決するために案出されたものであって、円筒型の外周面に少なくとも1つの円柱レンズセルが螺旋形に配列されて単一経路上でカラースクロールが行われるようになった小型化されたスクロールユニットとそれを採用したプロジェクションシステムとを提供するところに目的がある。
前記した目的を達成するために本発明によるスクロールユニットは、入射光をスクロールさせるためのスクロールユニットであって、前記入射光を多数のビームに分ける少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に螺旋形に配列され、前記スクロールユニットが所定の回転軸を中心として回転するにつれて前記入射光が通過する領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されることを特徴とする。
前記円筒型の外周面は円筒形であることが望ましい。
前記スクロールユニットの内部に平らな導光板または所定角度の間角を有するように曲がった導光板が配置されている。
前記した目的を達成するために本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、前記光源から出射された光をカラー別に分離するカラー分離器と、少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に螺旋形に配列され、前記少なくとも1つのレンズセルの回転運動が光の過ぎる領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されて入射光をスクロールさせるスクロールユニットと、前記光源から照射された光が前記カラー分離器及びスクロールユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理されてカラー画像を形成するライト弁と、を含むことを特徴とする。
前記カラー分離器は相異なる角度に傾くように隣接して配列され、入射光を波長によって選択的に透過又は反射させる第1ないし第3ダイクロイックフィルタを具備し、前記カラー分離器の次に前記スクロールユニットが配置される。
前記カラー分離器は相互平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過又は反射させる第1ないし第3ダイクロイックフィルタを具備し、前記カラー分離器の前に前記スクロールユニットが配置される。
前記カラー分離器とライト弁との間の光路上に第1及び第2フライアイレンズアレイが具備される。
前記スクロールユニットの前にスクロールユニットに入射される光幅を狭めるための第1円柱レンズと、前記スクロールユニットの次にスクロールユニットを通過した光を平行光にするための第2円柱レンズと、が具備される。
前記した目的を達成するために、本発明によるプロジェクションシステムは、光源と、前記光源から出射された光をカラー別に分離するカラー分離器と、少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に螺旋形に配列され、前記少なくとも1つのレンズセルの回転運動が光の過ぎる領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されて入射光をスクロールさせるスクロールユニットと、前記スクロールユニットの内部に配置されてスクロールユニットを通過する光を案内するための導光板と、前記光源から照射された光が前記カラー分離器、スクロールユニット及び導光板を経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理されてカラー画像を形成するライト弁と、を含むことを特徴とする。
前記カラー分離器とライト弁との間の光路上に多数の円柱レンズセルが平行に配列された第1及び第2円柱レンズアレイが具備される。
前記スクロールユニットに入射された光が前記導光板によって導光される方向は、前記スクロールユニットによるスクロール方向と直交することが望ましい。
前記光源とカラー分離器との間の光路上に前記光源から出射された光の発散角を調節するための空間フィルタがさらに具備される。
前記少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に同じ傾斜度を維持しながら配列されることが望ましい。
前記レンズセルの幅及び傾斜度を調節してカラースクロール速度が調節できる。
本発明によるスクロールユニットは複数のカラー光を単一経路でスクロールさせ、使用しようとするあらゆるカラー光を1つのスクロールユニットでスクロールさせるので、カラー光を同じ速度で制御できる。
また、本発明によるプロジェクションシステムは、円筒型の外周面に少なくとも1つのレンズセルが螺旋形に配列されたスクロールユニットを利用してあらゆるカラーに対して単一経路上でスクロールさせるので、構造が単純であり、小型化されたものである。そして、1つのスクロールユニットによって使用しようとするあらゆるカラーに対して同じ速度でスクロールされるので、画像信号処理の同期制御が容易であり、これによって画質が改善できる。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例に対して詳細に説明する。
本発明の望ましい実施例によるスクロールユニット20は図4を参照すれば、円筒型の外周面21に少なくとも1つのレンズセル22が螺旋形に配列されている。前記レンズセル22は円柱レンズセルであることが望ましい。
前記円筒型の外周面21は円筒形または多角型であってもよい。図4では円筒形の外周面が示されている。
図5Aは、前記スクロールユニット20の正面図であり、図5Bは、前記スクロールユニット20を光Lの過ぎる領域を中心として切断した断面図であり、光が過ぎる領域の断面が円柱レンズアレイ構造を有する。
前記スクロールユニット20は回転可能になっており、このスクロールユニット20の回転運動は図5Aに示されたように光が過ぎる領域Aを基準とする時、レンズアレイの直線運動(図面で矢印B方向)に転換される。図5A及び図5Bは、回転するスクロールユニット20を通じて光が過ぎる時、光が過ぎる領域Aにあるレンズアレイの相対的な直線運動過程を示した図である。
前記スクロールユニット20は少なくとも1つのレンズセル22が螺旋形に配列されて形成されているが、相対的に狭い幅を有する前記所定領域Aを見れば、円柱レンズアレイ構造を有する。スクロールユニット20の回転につれて光が過ぎるレンズアレイの位置が連続的、かつ周期的に変わる。円柱レンズアレイの直線運動はレンズセル22の断面幅wを周期として反復的に行われる。前記少なくとも1つのレンズセル22は前記円筒型の外周面21に同じ傾斜度を維持しながら配列されることが望ましい。それでこそ、前記スクロールユニット20の回転運動によってレンズアレイの直線運動が周期的に行われうる。そして、前記レンズセル22の幅wと傾斜とを調節することによって前記レンズアレイの直線運動の周期が調節できる。
前記スクロールユニット20は光Lが入射される第1面20aと、光が通過されて行く第2面20bとを有する。したがって、本発明によるスクロールユニット20は光が2枚のレンズ面を通過することと同じ効果が出せる。前記第1面20aを通過する光は前記レンズセル22単位で多数のビームに分けられ、前記第2面20bに多重の光スポットを形成する。このビームは前記スクロールユニット20の回転運動がレンズアレイの直線運動に転換されることによってスクロールされる。
前記スクロールユニット20の回転によって光が過ぎる領域Aにあるレンズアレイが漸進的に上または下に移動されるような効果が得られる。レンズアレイが移動するにつれてこのレンズアレイを通過する光ビームの経路が変わり、このようなレンズアレイの運動はレンズセルの幅w単位で周期的に行われ、前記スクロールユニット20が同じ方向に回転する限り、レンズアレイの直線運動の方向も変わらずに継続的に行われる。
一方、図6A及び図6Bに示されたように前記スクロールユニット20の第1面20aと第2面20bとの間に導光板25をさらに配置することが望ましい。前記導光板25は前記第1面20aを通過した光を所定の一方向Eに対して均一な光にする機能をする。前記導光板25による導光機能は前記スクロールユニット20のレンズアレイの直線運動方向Bと光の進行方向とに対して直角の方向に行われることが望ましい。
この他に、図7に示されたように前記スクロールユニット20の内部には光路変換器26が具備されうる。この光路変換器26は、例えば、所定角度の間角θを有し、曲がった導光板または前記スクロールユニット20を通じて入射された光軸に対して所定角度に傾くように配置された反射ミラーでありうる。前記光路変換器26は前記スクロールユニット20を通じて入射された光路を変換させてスクロールユニット20を通じて出射される面を選択させる。
前記導光板25または光路変換器26の作用効果についてはプロジェクションシステムと関連して後述する。
次に、図8Aを参照すれば、本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムは光源10と、この光源10から照射された光を多数のカラー光に分離させるカラー分離器15と、入射光を多数のビームに分離し、このビームをスクロールさせるためのスクロールユニット20と、前記スクロールユニット20によってスクロールされる光を入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁40と、このライト弁40で形成された画像をスクリーン50に拡大投射させる投射レンズユニット45と、を含む。
前記光源10は白色光を照射するものであって、光を生成するランプ11と、このランプ11から出射された光を反射させてその進行経路を案内する反射鏡13と、を含む。前記反射鏡13は前記ランプ11の位置を一焦点とし、光が集束される地点を他の焦点とする楕円鏡で構成されうる。または、前記ランプ11の位置を一焦点とし、このランプ11から出射され、前記反射鏡13から反射された光が平行光になるようになった放物鏡で構成されうる。図8Aは、反射鏡13として楕円鏡を採用した場合を示した図である。一方、反射鏡13として放物鏡を採用する場合には光を集束させるためのレンズがさらに具備されねばならない。
一方、前記光源10とカラー分離器15との間の光路上に入射光を平行光にするコリメートレンズ14が具備される。このコリメートレンズ14は、前記光源10とこの光源10から出射された光が集束される焦点fとの間の距離をpとする時、前記焦点fから、例えば、p/5ほど離れた位置に配置されることが望ましい。このように配置することによって光学系の構成が小型化できる。
前記光源10とコリメートレンズ14との間にエタンデュE調節のための空間フィルタ5が配置される。エタンデュEとは任意の光学系での光学的保存量を表す。前記空間フィルタ5は前記反射鏡13の焦点fに配置されることが望ましい。また、空間フィルタ5はそのスリット幅が調節できるようになっており、このスリット幅によってライト弁40に形成されるカラーバーの面積が調節できる。
前記光源10から出射された光はカラー分離器15によって、例えば、R、G、Bの3色光に分離される。前記カラー分離器15は入射光軸に対して相異なる角度に傾斜して配置された第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ15a、15b、15cを具備して構成できる。前記カラー分離器15は入射光を所定波長領域に従って分離し、この分離された光を相異なる角度に進行させる。例えば、前記第1ダイクロイックフィルタ15aは白色の入射光のうちレッド波長領域の光Rを反射し、他の波長領域の光G、Bは透過させる。前記第2ダイクロイックフィルタ15bは前記第1ダイクロイックフィルタ15aを透過した光のうちグリーン波長領域の光Gを反射し、残りのブルー波長領域の光Bは透過させる。そして、前記第3ダイクロイックフィルタ15cは前記第1及び第2ダイクロイックフィルタ15a、15bを透過したブルー波長領域の光Bを反射させる。前記第3ダイクロイックフィルタ15cは全反射ミラーに代替できる。
ここで、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ15a、15b、15cによって波長別に分離されたR、G、Bの3色光が相異なる角度に反射され、例えば、R及びBそれぞれがGを中心として集束され、前記スクロールユニット20に入射される。
前記スクロールユニット20は円筒型の外周面21に少なくとも1つのレンズセル22が螺旋形に配列されて構成される。前記スクロールユニット20は図4を参照して説明したように円筒の外周面21に少なくとも1つのレンズセル22が螺旋形に配列されて形成できる。
前記スクロールユニット20は所定回転軸を中心として回転可能になっており、この回転運動が光が通過される領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されることによってカラースクロールが行われる。ここで、前記少なくとも1つのレンズセル22は前記外周面21に同じ傾斜度を有するように配列され、前記レンズセル22の幅wと傾斜度とによってレンズアレイの直線運動の周期が調節できる。レンズアレイの直線運動の周期はカラースクロール速度と関連される。
一方、前記カラー分離器15とスクロールユニット20との間に第1円柱レンズ16が配置され、前記スクロールユニット20とライト弁40との間の光路上に第1フライアイレンズアレイ34、第2円柱レンズ17及び第2フライアイレンズアレイ35が配置される。図8Aでは、前記第2円柱レンズ17が第1フライアイレンズアレイ34と第2フライアイレンズアレイ35との間に配置される例が示されているが、第1フライアイレンズアレイ34と第2円柱レンズ17との位置が逆に配置される場合もある。
また、前記第2フライアイレンズアレイ35とライト弁40との間の光路上にリレーレンズ38が配置される。
前記第1円柱レンズ16は前記スクロールユニット20に入射される光幅を狭め、前記第2円柱レンズ17はスクロールユニット20を通過した光幅を元の状態に復帰させる機能をする。
次に、前記のように構成された本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムの作動関係について説明する。
前記光源10から出射された白色光は前記空間フィルタ5及びコリメートレンズ14を通じてカラー分離器15に入射される。前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ15a、15b、15cによって少なくとも2つのカラー光に、例えば、R、G、Bの3色光に分離されてスクロールユニット20に入射される。ここで、前記第1円柱レンズ16を通過した光は図8Bに示されたようにその幅が狭まって前記スクロールユニット20に入射される。前記第1円柱レンズ16を通過した光が前記スクロールユニット20の中央部で焦点を結ぶようになっている。それによって前記第1円柱レンズ16によって前記スクロールユニット20の第1面20aと第2面20bとに結ばれる光が同じ幅に狭まる。
図9Aは、光源10から出射された光が前記第1円柱レンズ16を通過せずにそのままスクロールユニット20に入射したことを示した図であり、図9Bは、前記第1円柱レンズ16によって入射光幅が狭まった状態でスクロールユニット20に入射したことを示した図である。前記スクロールユニット20を通過する時の光幅が比較的広い時には螺旋形のレンズアレイ形状と光L′の形状とが異なるために生じる不一致領域の分だけ光損失を招く。このために、光損失を最小化するために前記第1円柱レンズ16を利用して光幅を狭めることによって相対的に螺旋形のレンズアレイ形状と光Lの形状とを可能な限り一致させることが望ましい。
一方、前記スクロールユニット20を通過した光は前記第2円柱レンズ17によって平行光になって光幅が元の状態に復帰される。
前記カラー分離器15によってカラー別に光軸に対して相異なる角度に進行される光は前記スクロールユニット20の第1面20aを通過しながらレンズセル22別に多数のビームに分けられ、その対向側にある第2面20bに焦点を結ぶ。
前記スクロールユニット20を通過した光は前記第1フライアイレンズアレイ34でレンズセル34a別にカラー光アレイ形態に結ばれた後、前記第2円柱レンズ17によって平行光になり、前記第2フライアイレンズアレイ35とリレーレンズ38とによってライト弁40のカラー別に相異なる領域に重畳されて結ばれることによってカラーバーが形成される。
前記スクロールユニット20は円筒形になっており、光が前記スクロールユニット20を通過する面が第1面20aと第2面20bとであって2枚のレンズ面を通過するような効果が得られる。前記スクロールユニット20が回転するにつれて光が前記スクロールユニット20を通過する領域にあるレンズアレイが直線運動をするようになり、この直線運動によって前記ライト弁40に形成されたカラーバーがスクロールされる。
前記スクロールユニット20によってカラーバーがスクロールされる過程が図10Aないし図10Cに示されている。
図10Aに示されたように前記カラー分離器15によってカラー別に分離された光がスクロールユニット20の第1面20aを通じて各レンズセル22別に分けられ、この分けられたビームが第2面20bに結ばれ、前記第1及び第2フライアイレンズアレイ34、35及び前記リレーレンズ38によってカラー別にライト弁40の他の領域に集束されてカラーバーが形成される。前記第2円柱レンズ17は前記第1円柱レンズ16によって狭まった拡幅を元の状態に復帰させる役割をする。
最初には前記スクロールユニット20、第1及び第2フライアイレンズアレイ34、35、リレーレンズ38を経由してライト弁40に、例えば、R、G、B順にカラーバーが形成される。次いで、前記スクロールユニット20が回転するにつれて光が前記スクロールユニット20を通過する領域にあるレンズアレイが漸進的に上にまたは下に移動される。したがって、スクロールユニット20を通過するカラー光それぞれの焦点位置がスクロールユニット20の回転によって変わって図10Bに示されたようにG、B、R順にカラーバーが形成できる。継続的に前記スクロールユニット20が回転するにつれて入射光がスクロールされて図10Cに示されたようにB、R、G順にカラーバーが形成される。このようなスクロールが周期的に繰り返されて進行される。
一方、図11を参照すれば、第1実施例によるプロジェクションシステムにおいてカラー分離器55を、所定カラー光は反射させ、残りのカラー光は透過させる多数のダイクロイックフィルタを平行に配列して構成する場合もある。例えば、前記カラー分離器55は相互平行に配列された第1ないし第3ダイクロイックフィルタ55a、55b、55cを含むことができる。
前記カラー分離器55を含んだプロジェクションシステムは、光源10と、この光源10から出射された光の焦点面に設置されて入射光の発散角またはエタンデュが調節できるようになった空間フィルタ5と、前記空間フィルタ5を通過した光をレンズセル22別に多数のビームに分け、このビームを相異なる位置に結ばせるスクロールユニット20と、を含む。ここで、前記カラー分離器55は前記スクロールユニット20の次に配置されることが望ましい。
前記スクロールユニット20の前に前記スクロールユニット20に入射される光幅を狭めるための第1円柱レンズ16が具備され、前記カラー分離器55とライト弁40と間の光路上には第1フライアイレンズアレイ34、第2円柱レンズ17及び第2フライアイレンズアレイ35及びリレーレンズ38が具備される。前記第1フライアイレンズアレイ34と第2円柱レンズ17とはその位置が相互逆に配置される場合もある。
前記スクロールユニット20を通過した光は円柱レンズセル22の入射位置によって相異なる角度の集束光に進行され、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ55a、55b、55cによってカラー別に相異なる位置で反射されて分離される。前記スクロールユニット20とカラー分離器55との間にはプリズム54がさらに具備されて入射光を光路変換なしに前記カラー分離器55に伝達する。
一方、前記第2円柱レンズ17、前記第1及び第2フライアイレンズアレイ34、35及びリレーレンズ38は図8Aを参照して説明したものと同じ機能をするので、ここではその詳細なる説明を省略する。
次に、本発明の第2実施例によるプロジェクションシステムは図12A及び図12Bを参照すれば、光源60と、この光源60から照射された光を多数のカラー光に分離させるカラー分離器65と、入射光を多数のビームに分離し、このビームをスクロールさせるためのスクロールユニット70と、前記スクロールユニット70によってスクロールされる光を入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁80と、このライト弁80で形成された画像をスクリーン90に拡大投射させる投射レンズユニット85と、を含む。
前記光源60は白色光を照射するものであって、光を生成するランプ61と、このランプ61から出射された光を反射させてその進行経路を案内する反射鏡63と、を含む。前記反射鏡63は前記ランプ61の位置を一焦点とし、光が集束される地点を他の焦点とする楕円鏡で構成されうる。または、前記ランプ61の位置を一焦点とし、このランプ61から出射され、前記反射鏡63から反射された光を平行光にする放物鏡で構成されうる。図12Aは、反射鏡63として放物鏡を採用した場合を例に挙げた図である。前記反射鏡63に放物鏡を採用する場合には前記ランプ61から出射された光を集束させるための第1集束レンズ62がさらに具備される。
前記光源60とカラー分離器65との間に前記光源60から照射された光の発散角またはエタンデュを調節するための空間フィルタ66と、前記空間フィルタ66を通過した光を平行光にするための第2集束レンズ64が具備される。
前記カラー分離器65は、例えば、入射光軸に対して相異なる角度に傾斜して配置された第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ65a、65b、65cを具備して構成されうる。前記カラー分離器65は入射光を所定波長領域に従って分離し、この分離された光を相異なる角度に進行させる。例えば、前記第1ダイクロイックフィルタ65aは白色の入射光のうちレッド波長領域の光Rは反射させ、他の波長領域の光G、Bは透過させる。前記第2ダイクロイックフィルタ65bは前記第1ダイクロイックフィルタ65aを透過した光のうちグリーン波長領域の光Gは反射させ、残りのブルー波長領域の光Bは透過させる。そして、前記第3ダイクロイックフィルタ65cは前記第1及び第2ダイクロイックフィルタ65a、65bを透過したブルー波長領域の光Bを反射させる。前記第3ダイクロイックフィルタ65cは全反射ミラーに代替可能である。
ここで、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ65a、65b、65cによって波長別に分離されたR、G、Bの3色光は相異なる角度に反射され、例えば、レッド光R及びブルー光Bそれぞれがグリーン光Gを中心として集束されて前記スクロールユニット70に入射される。
前記スクロールユニット70は円筒型の外周面71に少なくとも1つのレンズセル72が螺旋形に配列されて形成され、前記円筒型の外周面71内部に導光板73が配置されている。前記レンズセル72は円柱レンズセルであることが望ましく、傾斜が一定に維持されるように配列されることが望ましい。
前記円筒型の外周面71は円筒形または多角型であってもよい。前記スクロールユニット70は回転可能になっており、このスクロールユニット70の回転運動は図6Aを参照して説明したように光が過ぎる領域Aを基準とする時、レンズアレイの直線運動(図面で矢印B方向)に転換されることによってスクロールが行われる。
前記スクロールユニット70は光Lが入射される第1面70aと、光Lが出射される第2面70bと、を有する。また、前記第1面70aと第2面70bとの間に導光板73が配置される。前記導光板73は前記第1面70aを通過した光を所定の一方向に対して均一な光にする機能をする。前記導光板73による導光機能は、前記スクロールユニット70のレンズアレイの直線運動方向(y方向)と光の進行方向(x方向)とに対して直角である方向(z方向)に行われることが望ましい。
前記カラー分離器65とスクロールユニット70との間の光路上には前記スクロールユニット70に入射される光幅を狭めるための第1円柱レンズ67が配置される。また、前記スクロールユニット70とライト弁80との間の光路上には第1円柱レンズアレイ74、第2円柱レンズ68、第2円柱レンズアレイ75及びリレーレンズ76が具備される。前記第1円柱レンズアレイ74と第2円柱レンズ68とはその位置が逆に配置されうる。
図12Bを参照すれば、前記導光板73の導光機能はカラー分離方向(またはスクロール方向)(y方向)と光の進行方向(x方向)とに対して直角の方向(z方向)に行われることが望ましい。したがって、前記導光板73を通過する光は所定の一方向(z方向)に対してのみ導光されてその方向に対しては均一な光分布を有する。一方、前記導光板73に入射された光はカラー分離方向またはスクロール方向(y方向)には導光されず自由に伝えられ、前記スクロールユニット70の第1面70aを通過しながらレンズセル72別に分離された光がそのまま第2面70bに伝えられる。
前記第1及び第2円柱レンズアレイ74、75は多数の円柱レンズセル74a、75aが平行に配列されて構成されたものであって、前記円柱レンズセル74a、75aの配列方向(y方向)は前記導光板73の導光方向に対して直角になっていることが望ましい。前記導光板73によって何れか一つの方向に導光された光が前記第1円柱レンズアレイ74の各レンズセル74a毎にカラーアレイで形成され、このカラーアレイは前記第1円柱レンズアレイ74によって前記第2円柱レンズアレイ75に伝えられ、前記第2円柱レンズアレイ75とリレーレンズ76とによってカラー別にライト弁80の相異なる領域に重畳されて集束されてカラーバーが形成される。前記第2円柱レンズ68は前記第1円柱レンズ67によって集束された光を平行光にする。
前記ライト弁80に形成されたカラーバーが前記スクロールユニット70の回転によって周期的にスクロールされ、このスクロール作用によってカラー画像が形成される。前記スクロールユニット70によるスクロール作用は図10Aないし図10Cを参照して説明した通りである。
図13を参照すれば、本発明の第2実施例によるプロジェクションシステムにおいてカラー分離器65を、相互平行に配置された多数のダイクロイックフィルタを含んで構成できる。例えば、前記カラー分離器65は、所定カラー光は反射させ、残りのカラー光は透過させる第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ65a、65b、65cを含み、前記第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ65a、65b、65cは相互平行に配置される。図13で、図12Aと同じ参照番号を使用する構成要素は同じ機能及び作用をするものであって、ここではその詳細なる説明を省略する。
前記カラー分離器65を採用するプロジェクションシステムでは前記スクロールユニット70を前記光源60とカラー分離器65との間に配置することが望ましい。そして、前記スクロールユニット70の前に第1円柱レンズ67を配置する。前記第1円柱レンズ67は前記スクロールユニット70に入射される光幅を狭めて光効率を高める。前記スクロールユニット70とカラー分離器65との間の光路上にはプリズム69がさらに具備されうる。
本発明の第3実施例によるプロジェクションシステムは図14A及び図14Bに示されたように、光源160と、この光源160から照射された光を多数のカラー光に分離するカラー分離器165と、入射光を多数のビームに分離し、このビームをスクロールさせるためのスクロールユニット170と、前記スクロールユニット170の内部に配置されて光の進行経路を変換するための光路変換器173と、前記スクロールユニット170によってスクロールされる光を入力された画像信号によって処理してカラー画像を形成するライト弁180と、このライト弁180で形成された画像をスクリーン190に拡大投射させる投射レンズユニット(図示せず)と、を含む。
前記光源160は白色光を照射するものであって、光を生成するランプ161と、このランプ161から出射された光を反射させその進行経路を案内する反射鏡163と、を含む。前記反射鏡163は放物鏡または楕円鏡である。図14Aでは反射鏡163として楕円鏡を採用した場合を例に挙げた図である。
前記光源160とカラー分離器165との間に前記光源160から出射された光の発散角またはエタンデュを調節するための空間フィルタ162と、前記空間フィルタ162を通過して発散する光を平行光にするためのコリメートレンズ164と、が配置される。
前記カラー分離器165は、例えば、入射光軸に対して相異なる角度に傾斜するように配置された第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ165a、165b、165cを具備して構成できる。前記カラー分離器165は入射光を所定波長領域に従って分離し、この分離された光を相異なる角度に進行させる。例えば、前記第1ダイクロイックフィルタ165aは白色の入射光のうちレッド波長領域の光Rは反射させ、他の波長領域の光G、Bは透過させる。前記第2ダイクロイックフィルタ165bは前記第1ダイクロイックフィルタ165aを透過した光のうちグリーン波長領域の光Gは反射させ、残りのブルー波長領域の光Bは透過させる。そして、前記第3ダイクロイックフィルタ165cは前記第1及び第2ダイクロイックフィルタ165a、165bを透過したブルー波長領域の光Bを反射させる。前記第3ダイクロイックフィルタ165cは全反射ミラーに代替可能である。
ここで、前記第1ないし第3ダイクロイックフィルタ165a、165b、165cによって波長別に分離されたR、G、Bの3色光は相異なる角度に反射され、例えば、レッド光R及びブルー光Bそれぞれがグリーン光Gを中心として集束されて前記スクロールユニット170に入射される。
前記スクロールユニット170は円筒型の外周面171に少なくとも1つのレンズセル172が螺旋形に配列されて形成され、前記レンズセル172は円柱レンズセルであることが望ましい。
前記円筒型の外周面171は円筒形または多角型であってもいい。前記スクロールユニット170は回転可能になっており、このスクロールユニット170の回転運動は図6Aを参照して説明したように光が過ぎる領域Aを基準とする時、レンズアレイの直線運動(図面で矢印B方向)に転換されることによってスクロールが行われる。
前記スクロールユニット170の内部に光路変換器173が具備されて、前記スクロールユニット170を通じて入射された光路を変換させる。前記光路変換器173は、例えば、所定角度の間角θを有して曲がった導光板でありうる。または、光路変換器173は前記スクロールユニット170を通じて入射される光軸に対して所定角度に傾くように配置された反射ミラーでありうる。前記光路変換器173の間角θは光が前記スクロールユニット170を通過する領域が選択できるように決定されうる。すなわち、前記スクロールユニット170は光が入射される第1面170aと光が出射される第2面170bとを有し、前記第2面170bは前記光路変換器173によって決定されうる。前記スクロールユニット170に入射された光は前記光路変換器173によって案内されて前記第2面170bを通じて出射される。
前記第2面170bは前記第1面170aにあるレンズアレイと同じか類似したレンズアレイ形状を有する面に選択されることが望ましい。
また、前記光路変換器173は前記スクロールユニット170に入射された光路を変換させると共に前記第1面173aを通過した光を所定の一方向に対して均一な光にする導光機能をする。図14Bを参照すれば、前記光路変換器173による導光機能は、前記スクロールユニット170のレンズアレイの直線運動方向(またはカラースクロール方向、カラー分離方向)と光の進行方向とに対して直角である方向に行われることが望ましい。したがって、前記光路変換器173を通過する光は所定の一方向に対してのみ導光され、その方向に対しては均一な光分布を有する。一方、前記光路変換器173に入射された光はカラー分離方向またはスクロール方向には導光されず自由に伝えられ、前記スクロールユニット170の第1面170aを通過しながらレンズセル172別に分離された光はそのまま第2面170bに伝えられる。
前記カラー分離器165とスクロールユニット170との間の光路上には前記スクロールユニット170に入射される光幅を狭めるための第1円柱レンズ167が配置される。また、前記スクロールユニット170とライト弁180との間の光路上には第1円柱レンズアレイ174、第2円柱レンズ168、第2円柱レンズアレイ175及びリレーレンズ176が具備される。前記第1円柱レンズアレイ174と第2円柱レンズ168とはその位置が逆に配置される場合もある。
前記第1及び第2円柱レンズアレイ174、175は多数の円柱レンズセル174a、175aが平行に配列されて構成されたものであって、前記円柱レンズセル174a、175aの配列方向(z方向)は前記光路変換器173の導光方向に対して直角になっていることが望ましい。前記光路変換器173によって何れか1つの方向に導光された光は前記第1円柱レンズアレイ174に伝えられ、各レンズセル174a毎にカラーアレイが形成され、このカラーアレイは前記第1円柱レンズアレイ174から前記第2円柱レンズアレイ175に伝えられ、前記第2円柱レンズアレイ175とリレーレンズ176とによってカラー別にライト弁180の相異なる領域に重畳されて集束されてカラーバーが形成される。前記第2円柱レンズ168は前記第1円柱レンズ167によって集束された光を平行光にする。
前記ライト弁180に形成されたカラーバーが前記スクロールユニット170の回転によって周期的にスクロールされ、このスクロール作用によってカラー画像が形成される。前記スクロールユニット170によるスクロール作用は図10Aないし図10Cを参照して説明した通りである。
一方、図15を参照すれば、本発明の第3実施例によるプロジェクションシステムにおいてカラー分離器185を、相互平行に配置された多数のダイクロイックフィルタを含んで構成できる。例えば、前記カラー分離器185は、所定カラー光は反射させ、残りのカラー光は透過させる第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ185a、185b、185cを含み、前記第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ185a、185b、185cは相互平行に配置される。図15で、図14Aと同じ参照番号を使用する構成要素は同じ機能及び作用をするものであってここではその詳細なる説明を省略する。
前記カラー分離器185を採用するプロジェクションシステムでは前記スクロールユニット170を前記光源160とカラー分離器185との間に配置することが望ましい。そして、前記スクロールユニット170の前に第1円柱レンズ167を配置する。前記第1円柱レンズ167は前記スクロールユニット170に入射される光幅を狭めて光効率を高める。前記スクロールユニット170とカラー分離器185との間の光路上にはプリズム169をさらに具備することができる。
前記カラー分離器185によって分離された複数のカラー光は前記第1及び第2円柱レンズアレイ174、175及びリレーレンズ176によってライト弁180の相異なる領域に結ばれてカラーバーが形成され、このカラーバーが前記スクロールユニット170の回転によってスクロールされることによってカラー画像が形成される。
本発明によるスクロールユニット及びプロジェクションシステムはコンパクであり、かつ画質が改善され、構造が簡単であるので、製造面でも有利である。また、単板式でありながら光効率を3板式のように向上させたものであって、スクリーンは大型化しながら全体システムはスリム化されていくプロジェックションシステムに有用に適用されうる。
従来のプロジェクションシステムの概略図である。 従来のプロジェクションシステムでのカラースクロール方法を説明するための図面である。 スクロール方法によってカラー画像を形成するプロジェクションシステムに採用されるライト弁にカラーバーが形成されている状態を示した図である。 スクロール方法によってカラー画像を形成するプロジェクションシステムに採用されるライト弁にカラーバーが形成されている状態を示した図である。 本発明によるスクロールユニットの斜視図である。 本発明によるスクロールユニットの回転によるスクロール作用を説明するための図面である。 本発明によるスクロールユニットの回転によるスクロール作用を説明するための図面である。 本発明によるスクロールユニットに導光板が具備された場合の平面図である。 図6AのIV−IV線断面図である。 本発明によるスクロールユニットに光路変換器が具備された例を示した図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムの概略的な構成図である。 図8Aの一部平面図である。 本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムに採用された第1円柱レンズの作用効果を説明するための図面である。 本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムに採用された第1円柱レンズの作用効果を説明するための図面である。 本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムでのスクロール作用を説明するための図面である。 本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムでのスクロール作用を説明するための図面である。 本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムでのスクロール作用を説明するための図面である。 本発明の第1実施例によるプロジェクションシステムの他の例を示した図である。 本発明の第2実施例によるプロジェクションシステムの概略的な構成図である。 図12Aの一部平面図である。 本発明の第2実施例によるプロジェクションシステムの他の例を示した図である。 本発明の第3実施例によるプロジェクションシステムの概略的な構成図である。 図14Aの一部平面図である。 本発明の第3実施例によるプロジェクションシステムの他の例を示した図である。
符号の説明
5 空間フィルタ
10 光源
11 ランプ
13 反射鏡
14 コリメートレンズ
15 カラー分離器
15a、15b、15c 第1、第2及び第3ダイクロイックフィルタ
16 第1円柱レンズ
17 第2円柱レンズ
20 スクロールユニット
20a 第1面
20b 第2面
21 円筒型の外周面
22 レンズセル
34 第1フライアイレンズアレイ
34a レンズセル
35 第1フライアイレンズアレイ
38 リレーレンズ
40 ライト弁
45 投射レンズユニット
50 スクリーン
P 各カラーバーが重複される部分
f 焦点

Claims (28)

  1. 入射光をスクロールさせるためのスクロールユニットであって、
    前記入射光を多数のビームに分ける少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に螺旋形に配列され、前記スクロールユニットが所定の回転軸線を中心として回転するにつれて前記入射光が通過される領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されることを特徴とするスクロールユニット。
  2. 前記円筒型の外周面は円筒形であることを特徴とする請求項1に記載のスクロールユニット。
  3. 前記入射光が前記スクロールユニットを通過する第1面と第2面との間に導光板が具備されることを特徴とする請求項1または2に記載のスクロールユニット。
  4. 前記スクロールユニットの内部に所定角度の間角を有するように曲がった導光板を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のスクロールユニット。
  5. 前記少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に同じ傾斜度を維持しながら配列されることを特徴とする請求項1または2に記載のスクロールユニット。
  6. 光源と、
    前記光源から出射された光をカラー別に分離するカラー分離器と、
    少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に螺旋形に配列され、前記少なくとも1つのレンズセルの回転運動が光の過ぎる領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されて入射光をスクロールさせるスクロールユニットと、
    前記光源から照射された光が前記カラー分離器及びスクロールユニットを経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理されてカラー画像を形成するライト弁と、
    を含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
  7. 前記カラー分離器は相異なる角度で傾くように隣接して配列され、入射光を波長によって選択的に透過又は反射させる第1ないし第3ダイクロイックフィルタを具備し、前記カラー分離器の次に前記スクロールユニットが配置されることを特徴とする請求項6に記載のプロジェクションシステム。
  8. 前記カラー分離器は相互平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過又は反射させる第1ないし第3ダイクロイックフィルタを具備し、前記カラー分離器の前に前記スクロールユニットが配置されることを特徴とする請求項6に記載のプロジェクションシステム。
  9. 前記カラー分離器とライト弁との間の光路上に第1及び第2フライアイレンズアレイが具備されたことを特徴とする請求項6ないし8のうち何れか1項に記載のプロジェクションシステム。
  10. 前記スクロールユニットの前にスクロールユニットに入射される光幅を狭めるための第1円柱レンズと、前記スクロールユニットの後にスクロールユニットを通過した光を平行光にするための第2円柱レンズと、が具備されたことを特徴とする請求項9に記載のプロジェクションシステム。
  11. 前記第2フライアイレンズアレイとライト弁との間の光路上にリレーレンズが具備されたことを特徴とする請求項9に記載のプロジェクションシステム。
  12. 前記光源とカラー分離器との間の光路上に前記光源から出射された光の発散角を調節するための空間フィルタを含むことを特徴とする請求項6ないし8のうち何れか1項に記載のプロジェクションシステム。
  13. 前記光源とカラー分離器との間の光路上に前記光源から出射された光の発散角を調節するための空間フィルタを含むことを特徴とする請求項9に記載のプロジェクションシステム。
  14. 前記少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に同じ傾斜を維持しながら配列されることを特徴とする請求項6に記載のプロジェクションシステム。
  15. 光源と、
    前記光源から出射された光をカラー別に分離するカラー分離器と、
    少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に螺旋形に配列され、前記少なくとも1つのレンズセルの回転運動が光の過ぎる領域にあるレンズアレイの直線運動に転換されて入射光をスクロールさせるスクロールユニットと、
    前記スクロールユニットの内部に配置されてスクロールユニットを通過する光を案内するための導光板と、
    前記光源から照射された光が前記カラー分離器、スクロールユニット及び導光板を経由してカラー別に分離されて結ばれ、入力された画像信号によって処理されてカラー画像を形成するライト弁と、
    を含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
  16. 前記カラー分離器は相異なる角度に傾くように隣接して配列され、入射光を波長によって選択的に透過又は反射させる第1ないし第3ダイクロイックフィルタを具備し、前記カラー分離器の次に前記スクロールユニットが配置されることを特徴とする請求項15に記載のプロジェクションシステム。
  17. 前記カラー分離器は相互平行に配列され、入射光を波長によって選択的に透過又は反射させる第1ないし第3ダイクロイックフィルタを具備し、前記カラー分離器の前に前記スクロールユニットが配置されることを特徴とする請求項15に記載のプロジェクションシステム。
  18. 前記カラー分離器とライト弁との間の光路上に多数の円柱レンズセルが平行に配列された第1及び第2円柱レンズアレイが具備されたことを特徴とする請求項15ないし17のうち何れか1項に記載のプロジェクションシステム。
  19. 前記スクロールユニットに入射された光が前記導光板によって導光される方向と前記円柱レンズセルの配列方向とが直交されることを特徴とする請求項18に記載のプロジェクションシステム。
  20. 前記スクロールユニットに入射された光が前記導光板によって導光される方向は、前記スクロールユニットによるスクロール方向と直交されることを特徴とする請求項15に記載のプロジェクションシステム。
  21. 前記スクロールユニットの前にスクロールユニットに入射される光幅を狭めるための第1円柱レンズと、前記スクロールユニットの後にスクロールユニットを通過した光を平行光にするための第2円柱レンズと、が具備されたことを特徴とする請求項18に記載のプロジェクションシステム。
  22. 前記第2円柱レンズアレイとライト弁との間の光路上にリレーレンズが具備されたことを特徴とする請求項18に記載のプロジェクションシステム。
  23. 前記光源とカラー分離器との間の光路上に前記光源から出射された光の発散角を調節するための空間フィルタを含むことを特徴とする請求項15ないし17のうち何れか1項に記載のプロジェクションシステム。
  24. 前記光源とカラー分離器との間の光路上に前記光源から出射された光の発散角を調節するための空間フィルタを含むことを特徴とする請求項18に記載のプロジェクションシステム。
  25. 前記導光板が所定角度を有して曲がったことを特徴とする請求項15に記載のプロジェクションシステム。
  26. 前記曲がった角度は、光が前記スクロールユニットに入射される領域にあるレンズアレイの形状と前記導光板を通じて前記スクロールユニットから出射される領域にあるレンズアレイの形状とが同じかまたは類似になるように決定されることを特徴とする請求項25に記載のプロジェクションシステム。
  27. 前記少なくとも1つのレンズセルが円筒型の外周面に同じ傾斜度を維持しながら配列されることを特徴とする請求項15に記載のプロジェクションシステム。
  28. 前記レンズセルの幅と傾斜とを調節してカラースクロール速度を調節するようになったことを特徴とする請求項6または15に記載のプロジェクションシステム。

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