JP3596357B2 - Projection image display device with two light sources suitable for time-division driving - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は一つのライトバルブを時間的に異なる色光信号に応じて駆動する時分割駆動を行う投写型画像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在プレゼン用途を中心に大型映像市場が急拡大しつつある。この市場はモバイルからホール等で用いられる超大画面用まで様々であるが各分野で共通して求められるものは高輝度化、低コスト化、小型化である。投写型画像表示装置はRGB毎にライトバルブを備えた3板式と、1つのライトバルブでカラー表示を行う単板式とがあるが、近年先に示した要求のうち特に低コスト化の実現の面から後者の方式による装置が増えつつある。
【0003】
この単板方式も大きく2つの方式に分類できる。1つはRGB各色に対応した画素を備えたライトバルブを用いる方式。1つは同一の画素でRGBの各信号に対応して時間的に変調度を切り替えて表示するライトバルブを用いる方式である。
前者は構成を簡単に出来るが、投写像は厳密に言えばRGBがずれた表示となり画質が劣る。後者はRGBずれなく良好な画質を実現できるが、構成が前者に比べ複雑になる。
【0004】
本発明は後者についての改善を行うものであり、以下に後者の時分割駆動の単板型画像表示装置について述べる。ライトバルブは入力信号に応じて従来駆動の3倍の早さで駆動することになるが、ここに入射する光もこれに応じて切り替える必要が発生する。この切り替えは図7に示した特開平2−119005にあるような円盤を角度方向で透過する光の色選択可能なフィルターで構成し、これを回転して前記フィルター部に入射する光を色選択後出射光をライトガイドに取り込むと言った構成で可能になる。
【0005】
投写型画像表示装置への応用で言えば図8に示した特開平9−185902のような構成が取られる。ここにあるように光源からの光は回転カラーホイール上、あるいはその近傍に集光するよう構成されている。これは回転カラーホイールを小さく構成する必要性と隣り合う色選択フィルターにかかって混色となる期間を最小限にする必要に起因するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように時分割駆動で回転カラーホイールを用いる際には、回転カラーホイールの色選択フィルター上、あるいはその近傍に集光され形成される光源の像は小さい方が望ましい。一方で時分割駆動を行うと装置の光出力が基本的に1/3になることから高輝度光源の使用をもとめられる。しかしながら一般的に投写型画像表示装置に用いられる光源は放電管であり、高輝度化を行い実用的な寿命を実現するには電極間距離が離れ、発光体が大きくなってしまう。このような発光体の大きい高輝度光源を用いると先に述べた回転カラーホイールの色選択フィルター上、あるいはその近傍に集光され形成される光源の像の大きさも大きくなってしまい、回転カラーホイールの大型化、投写画像の混色による画像劣化などを起こす。
【0007】
従って従来の回転カラーホイールを用いて時分割駆動を行う投写型画像表示装置においては高輝度化が困難であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明による投写型画像表示装置は光源と、前記光源をおよそ一方の焦点位置に配置し光源からの光を他方の焦点位置に集光する集光装置と、入射光を時間的に第一の色光または第2の色光または第3の色光として切り替えて射出する時分割色分解光学系と、入射光を各画素毎に独立して変調可能なライトバルブと、時分割色分解光学系からの光をライトバルブ上に導く照明光学系と、前記ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系からなり、
前記光源および前記集光装置は2つずつ備えられており、前記2つの光源および前記2つの集光装置は前記時分割色分解光学系の同一面側から光を入射し前記2つの集光装置の光源側と異なる側のそれぞれの焦点位置が前記時分割色分解光学系上あるいはその近傍で重畳するように配置されていることを特徴として構成される。
【0009】
ここで前記集光装置は楕円形状の反射面からなる反射傘であることを特徴とする、あるいは放物面形状の反射面からなる反射傘と、凸レンズ効果を持つ光学部品からなることを特徴として構成される。
【0010】
また、前記照明光学系は時分割色分解光学系からの光を略平行光に変換するレンズと、入射光を部分光に分割して2次光源像を形成する第1レンズアレイと、前記2次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第2レンズアレイからなるインテグレータ光学系であることを特徴として構成できる。
【0011】
前記ライトバルブは反射型ライトバルブであり、前記ライトバルブから前記照明光学系を見た際に発光面と見なせる前記照明光学系に形成される出射瞳の形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向の寸法が短い形状であり、さらに前記反射型ライトバルブへの照明Fナンバーのうち反射型ライトバルブの入射、反射光軸を含む面方向に相当する方向についてF1、これに直交する方向の照明FナンバーをF2とし、前記反射型ライトバルブへの入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ1としたとき、以下の関係が成り立つことを特徴とする。
【0012】
F1>1/(2sin(θ1/2))、F2<1/(2sin(θ1/2))
前記反射型ライトバルブの入射側の光軸上には偏光子、出射側には検光子が備えられており、前記反射型ライトバルブは各画素毎に独立して入射光の偏光方向を制御可能な反射型液晶ライトバルブであることを特徴とする、あるいは各画素毎に独立して制御可能な反射面を備えてなり、この反射面傾き角を制御し出射光の出射角を変えることで投写光学系への光選択を行うことで画像表示を行うことを特徴としたものでも構成できる。
【0013】
また、前記照明光学系は時分割色分解光学系からの光を略平行光に変換するレンズと、入射光を部分光に分割して2次光源像を形成する第1レンズアレイと、前記2次光源像形成位置にマイクロレンズを複数配置してなる第2レンズアレイからなるインテグレータ光学系であり、この第2レンズアレイの全体形状は前記反射型ライトバルブへの入射光軸と反射型ライトバルブの反射光軸を含む面方向に相当する方向が短い形状であることを特徴として構成できる。
【0014】
特にシステム軸と前記2つの光源を含む面と、反射型ライトバルブの入射、反射光軸を含む面は直交する関係にあることを特徴とすることで容易に構成できる。 さらに前記時分割色分解光学系は回転体の角度方向について、入射してくる白色光を第一の色光または第2の色光または第3の色光として射出する光選択手段を配置してなる回転カラーホイールであることを特徴として構成される。
【0015】
前記集光装置から前記時分割色分解光学系までの間には、2つの集光装置から前記時分割色分解光学系上あるいはその近傍に集光する光のうち互いに最も近接する光線が一致する方向に光路を変換可能な光学手段が配置されていることで構成すればより望ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明によれば2つの光源を適切に配置することで回転カラーホイールを用いて時分割駆動を行う投写型画像表示装置において、回転カラーホイール上あるいはその近傍に形成される光源像を最小限に押さえながらも光源からの光を倍増できることから、投写画像の高輝度化を実現する。
【0017】
(実施の形態1)
図1は実施の形態1の概略構成図である。本例の投写型画像表示装置300は第一ランプ光軸301上の第一の光源302と、この第一の光源302を一方の焦点位置として、第一ランプ光軸301を回転対象軸とする基本反射面形状からなる第一の楕円鏡303と、第2ランプ光軸304上の第2の光源305と、この第2の光源305を一方の焦点位置として、第2ランプ光軸304を回転対象軸とする基本反射面形状からなる第2の楕円鏡306を備え、これら2つの楕円鏡は、それぞれ2つある焦点のうち光源と異なる焦点位置で第一ランプ光軸301と第2ランプ光軸304が交わる様に構成されている。さらに前記2つの楕円鏡はシステム軸307を挟んで隣接し、各楕円鏡の互いに近接する方向において最も外側を通る光線間の距離は最小限になるよう配置されている。
【0018】
前記第一ランプ光軸301と第2ランプ光軸304の交点にはカラーホイール308のカラーフィルター部309が相当するよう図1のように配置されている。カラーホイール308は図2にあるように円周上を青透過ダイクロイックフィルター309a、緑透過ダイクロイックフィルター309b、赤透過ダイクロイックフィルター309cに分割された円盤であり、中心をモーター310で支持されており、高速回転せしめられる。
【0019】
前記カラーフィルター部309を透過した光源302,305からの光はコンデンサレンズ311,312を経ておよそ平行光となった後、紫外線赤外線除去フィルター313を透過しインテグレーター光学系314に入射する。このインテグレーター光学系314は第1レンズアレイ315と第2のレンズアレイ316と集光レンズ317からなる。第1レンズアレイ315は後述の透過型液晶パネル318の有効部形状と相似形開口形状を持つ多数のマイクロレンズ319からなっている。
【0020】
この第1レンズアレイ315で前記各マイクロレンズ319毎に形成された第2光源位置に第2レンズアレイ316が配置されており、各光源像の位置に配置されたマイクロレンズ320が多数集合して構成されている。このマイクロレンズ320は第1レンズアレイ315の各マイクロレンズ319の開口形状を拡大して透過型液晶パネル318に投影するよう構成されており、第1レンズアレイ315のマイクロレンズ319の像が重畳されて均一照明を行う。ここで特に第2レンズアレイ316の透過型液晶パネル318から見た外形は図3にあるようにほぼシステム軸307について対称な形でマイクロレンズ320が多数集合して構成されている。
【0021】
もちろん第1レンズアレイ315の各マイクロレンズ319は各々が形成する2次光源像が第2レンズアレイ316上のマイクロレンズ320上に形成するよう設定されていることは言うまでもない。このようなインテグレーター光学系314を透過した光は偏光子321に入射する。ここで偏光子321の吸収軸方向の偏光成分は吸収されこれに直交する方向の偏光成分の光だけがここを透過し、透過型液晶パネル318に入射する。
【0022】
透過型液晶パネル318は外部からの入力信号により独立して変調可能な多数の画素からなっており、ここに入射した光のうち黒表示されるべき画素部に入射した光は透過型液晶パネル318において透過され出射した際に偏光方向が90度変わるため検光子322に吸収されてしまうよう設定されている。一方白表示されるべき画素部に入射した光は透過型液晶パネル318において透過され出射した際に偏光方向が変わらないため検光子322を透過して投射光学系である投写レンズ323に入射することで、透過型液晶パネル318の画像がスクリーン324上に拡大投射される。
【0023】
このとき透過型液晶パネル318はカラーホイール308の透過光の色と、外部からのRGBの色毎の映像信号とに駆動タイミングを合わせていることは言うまでもない。
【0024】
従来のただ2灯にした構成(例:特開平6−242397、特開平6−265887)では光源像が大きくなってしまうが、本実施の形態のように2つの光源を適切に配置し、回転カラーホイール上あるいはその近傍に形成される光源像を重ね合わせることで、光源像の大きさを最小限に押さえることが出来る。これにより回転カラーホイール径を最小に出来ることから、セットサイズの小型化、コストダウン、回転時の騒音低減・信頼性向上、混色防止しながらも光源からの光を倍増できることから、投写画像の高輝度化を実現できる。
【0025】
ここで光源からの光を楕円鏡により集光したが、光源を放物面鏡の焦点位置に置き、ここからの光を平行光として射出しこれを凸レンズ等で集光するような構成をとっても同等の目的を達成できる。
【0026】
また、インテグレーター手段をここでは用いたが、画質よりもコスト等の制限が優先するときには必ずしもこれでなく、集光レンズのみでも構成できる。
【0027】
また、ライトバルブをここでは透過型液晶パネル318としたが本実施例はこれに限定される物でなく、外部からの信号に応じて入力光を変調可能な画像表示装置であれば置き換え可能なことは言うまでもない。
【0028】
本実施の形態による構成においてカラーホイールに入射する光の入射角が1灯方式に比べ大きくなる。この入射角の拡大により実用上問題がでる場合には光源リフレクターである楕円鏡の開口部を光源同志が隣り合って大きくなる方向について小さくするような構成をとって入射角を小さくし、これに対処できる。また、赤光については本実施の形態での紫外線赤外線除去フィルター313の位置付近に黄色成分のみを除去するバンドパスフィルターを備えることで改善できる。
【0029】
以上のように本実施の形態によれば光源と、前記光源をおよそ一方の焦点位置に配置し光源(302,305)からの光を他方の焦点位置に集光する集光装置(楕円鏡303,306)と、入射光を時間的に第一の色光または第2の色光または第3の色光として切り替えて射出する時分割色分解光学系(カラーホイール308)と、入射光を各画素毎に独立して変調可能なライトバルブ(透過型液晶パネル318)と、時分割色分解光学系からの光をライトバルブ上に導く照明光学系(コンデンサレンズ311・312、インテグレータ光学系314)と、前記ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系(投写レンズ323)からなる構成において、前記光源、集光装置は2つづつ備えられており、それぞれ集光装置の光源側と異なる側の焦点位置は前記時分割色分解光学系上あるいはその近傍で一致するように配置されており、各集光装置は光学的に近接していることを特徴として高輝度、低コスト、小型化を併せ持つ投写型画像表示装置を提供できる。
【0030】
ここで2つの集光装置の光源側と異なる側の焦点が重畳されるのは時分割色分解光学系(カラーホイール308)上が最も望ましいがカラーホイールの大きさや、光源像の大きさの関係上許されれば多少光軸(システム光軸307)方向に焦点の重畳する位置を前後することも可能である。また各集光装置である楕円鏡は機構的、信頼性的な制約から近接して図1のように配置できない場合は、時分割色分解光学系(カラーホイール308)入射側に折り返しミラーを配置したり、光路変換用のプリズムを配置する等の一般的光学手段を持って機構的距離を確保しながらも、時分割色分解光学系(カラーホイール308)から見た場合に光学的に2つの集光装置からの光の無効領域を最小限に抑えることは可能である。
【0031】
(実施の形態2)
図4は実施の形態2の概略構成図の上面図、図5は実施の形態2の概略構成図の側面図である(ただし、光源からライトバルブまで)。本例の投写型画像表示装置400は第一ランプ光軸401上の第一の光源402と、この第一の光源402を一方の焦点位置として、第一ランプ光軸401を回転対象軸とする基本反射面形状からなる第一の楕円鏡403と、第2ランプ光軸404上の第2の光源405と、この第2の光源405を一方の焦点位置として、第2ランプ光軸404を回転対象軸とする基本反射面形状からなる第2の楕円鏡406を備え、これら2つの楕円鏡は、それぞれ2つある焦点のうち光源と異なる焦点位置で第一ランプ光軸401と第2ランプ光軸404が交わる様に構成されている。さらに前記2つの楕円鏡はシステム軸407を挟んで隣接し、各楕円鏡の互いに近接する方向において最も外側を通る光線間の距離は最小限になるよう配置されている。
【0032】
前記第一ランプ光軸401と第2ランプ光軸404の交点にはカラーホイール408のカラーフィルター部409が相当するよう図4、図5のように配置されている。カラーホイール408は図2にあるように円周上を青透過ダイクロイックフィルター409a、緑透過ダイクロイックフィルター409b、赤透過ダイクロイックフィルター409cに分割された円盤であり、中心をモーター410で支持されており、高速回転せしめられる。
【0033】
前記カラーフィルター部409を透過した光源402,405からの光はコンデンサレンズ411,412を経ておよそ平行光となった後、紫外線赤外線除去フィルター413を透過しインテグレーター光学系414に入射する。このインテグレーター光学系414は第1レンズアレイ415と第2のレンズアレイ416と集光レンズ417からなる。第1レンズアレイ415は後述の反射型液晶パネル418の有効部形状と相似形開口形状を持つ多数のマイクロレンズ419からなっている。
【0034】
この第1レンズアレイ415で前記各マイクロレンズ419毎に形成された第2光源位置に第2レンズアレイ416が配置されており、各光源像の位置に配置されたマイクロレンズ420が多数集合して構成されている。このマイクロレンズ420は第1レンズアレイ415の各マイクロレンズ419の開口形状を拡大して反射型液晶パネル418に投影するよう構成されており、第1レンズアレイ415のマイクロレンズ419の像が重畳されて均一照明を行う。ここで特に第2レンズアレイ416の反射型液晶パネル418から見た外形は図6にあるように一方向について高さを規制された形でマイクロレンズ420が多数集合して構成されている。
【0035】
もちろん第1レンズアレイ415の各マイクロレンズ419は各々が形成する2次光源像が第2レンズアレイ416上のマイクロレンズ420上に形成するよう設定されていることは言うまでもない。前記第2レンズアレイ416の外形高さを規制した方向は反射型液晶パネル418有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向に一致している。このようなインテグレーター光学系414を透過した光は偏光子421に入射する。ここで偏光子421の吸収軸方向の偏光成分は吸収されこれに直交する方向の偏光成分の光だけがここを透過し、反射型液晶パネル418に入射する。反射型液晶パネル418は外部からの入力信号により独立して変調可能な多数の画素からなっており、ここに入射した光のうち黒表示されるべき画素部部に入射した光は反射型液晶パネル418において反射され、出射した際に偏光方向が90度変わるため検光子422に吸収されてしまうよう設定されている。
【0036】
一方白表示されるべき画素部部に入射した光は反射型液晶パネル418において反射され出射した際に偏光方向が変わらないため検光子422を透過して反射型液晶パネル418に入射してくる光とθ1だけ角度をなす光軸上に出射され、投射光学系である投写レンズ423に入射することで反射型液晶パネル418の画像がスクリーン424上に拡大投射される。
【0037】
この際前記反射型液晶パネル418と投写レンズ423の中心がずれていることから投写レンズ423から見た反射型液晶パネル418の方向と反対方向に軸ずらし投写として投射される。ここで図6にあるように前記反射型液晶パネル418への照明Fナンバーのうち反射型液晶パネル418有効部への入射光軸と反射光軸を含む面方向に相当する方向についてF1、これに直交する方向の照明FナンバーをF2となるように前記第2レンズアレイ416の形状は設定されており、前記反射型液晶パネル418への入射光と反射型ライトバルブで反射され投写光学系に入射する光が成す角をθ1としたとき次の関係が成り立っている。
【0038】
F1>1/(2sin(θ1/2))、F2<1/(2sin(θ1/2))
このとき反射型液晶パネル418はカラーホイール408の透過光の色と、外部からのRGBの色毎の映像信号とに駆動タイミングを合わせていることは言うまでもない。
【0039】
実施の形態1と同様に従来のただ2灯にした構成(例:特開平6−242397、特開平6−265887)では光源像が大きくなってしまうが、本実施の形態のように2つの光源を適切に配置し、回転カラーホイール上あるいはその近傍に形成される光源像を重ね合わせることで、光源像の大きさを最小限に押さえることが出来る。これにより回転カラーホイール径を最小に出来ることから、セットサイズの小型化、コストダウン、回転時の騒音低減・信頼性向上、混色防止しながらも光源からの光を倍増できることから、投写画像の高輝度化を実現できる。
【0040】
ここで光源からの光を楕円鏡により集光したが、光源を放物面鏡の焦点位置に置き、ここからの光を平行光として射出しこれを凸レンズ等で集光するような構成をとっても同等の目的を達成できる。
【0041】
また、インテグレーター手段をここでは用いたが、画質よりもコスト等の制限が優先するときには必ずしもこれでなく、集光レンズのみでも構成できる。
【0042】
また、ライトバルブをここでは反射型液晶パネル418としたが本実施例はこれに限定される物でなく、外部からの信号に応じて入力光を変調可能な画像表示装置であれば置き換え可能なことは言うまでもない。
【0043】
この反射型液晶パネル418の代わりにSID「ASIA DISPLAY ’95」p95〜98に記載のある小型ミラーアレイデバイスを用いることも可能であり、このときも前記入射光と反射光の成す角θ1を入射光と反射光のうち投写画像として投写光学系に入射する光の成す角として設定すればそのまま応用可能であることは明らかである。
【0044】
なお、照明効率は多少落ちるがインテグレータ光学系を集光レンズと特殊開口絞りとから構成しても同じ考え方が応用可能であることは同業者に容易に想像できる。
【0045】
この実施の形態2においてもカラーホイールに入射する光の入射角が1灯方式に比べ大きくなる。この入射角の拡大により実用上問題がでる場合には光源リフレクターである楕円鏡の開口部を光源同志が隣り合って大きくなる方向について小さくするような構成をとって入射角を小さくし、これに対処できる。また、赤光については本実施の形態での紫外線赤外線除去フィルター413の位置付近に黄色成分のみを除去するバンドパスフィルターを備えることで改善できる。
【0046】
以上のように本実施の形態によっても光源と、前記光源をおよそ一方の焦点位置に配置し光源(402,405)からの光を他方の焦点位置に集光する集光装置(楕円鏡403,406)と、入射光を時間的に第一の色光または第2の色光または第3の色光として切り替えて射出する時分割色分解光学系(カラーホイール408)と、入射光を各画素毎に独立して変調可能なライトバルブ(反射型液晶パネル418)と、時分割色分解光学系からの光をライトバルブ上に導く照明光学系(コンデンサレンズ411・412、インテグレータ光学系414)と、前記ライトバルブ上の画素を拡大投写する投写光学系(投写レンズ423)からなる構成において、前記光源、集光装置は2つづつ備えられており、それぞれ集光装置の光源側と異なる側の焦点位置は前記時分割色分解光学系上あるいはその近傍で一致するように配置されており、各集光装置は光学的に近接していることを特徴として高輝度、低コスト、小型化を併せ持つ投写型画像表示装置を提供できる。
【0047】
ここで2つの集光装置の光源側と異なる側の焦点が重畳されるのは時分割色分解光学系(カラーホイール408)上が最も望ましいがカラーホイールの大きさや、光源像の大きさの関係上許されれば多少光軸(システム光軸407)方向に焦点の重畳する位置を前後することも可能である。また各集光装置である楕円鏡は機構的、信頼性的な制約から近接して図5のように配置できない場合は、時分割色分解光学系(カラーホイール408)入射側に折り返しミラーを配置したり、光路変換用のプリズムを配置する等の一般的光学手段を持って機構的距離を確保しながらも、時分割色分解光学系(カラーホイール408)から見た場合に光学的に2つの集光装置からの光の無効領域を最小限に抑えることは可能である。
【0048】
【発明の効果】
以上のように本発明の投写型画像表示装置では、回転カラーホイールを用いて時分割駆動を行う構成において、回転カラーホイール上あるいはその近傍に形成される光源像を最小限に押さえながらも光源からの光を倍増できることから、回転カラーホイールの大型化によって生じセットサイズの大型化、コストアップ、回転時の騒音・信頼性の低下、混色なく投写画像の高輝度化を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施の形態1の構成を示す図
【図2】本願発明の実施の形態1、2のカラーホイール構成図
【図3】本願発明の実施の形態1の効果説明のための斜視図
【図4】本願発明の実施の形態2の構成を示す側面図
【図5】本願発明の実施の形態2の構成を示す上面図
【図6】本願発明の実施の形態2の効果説明のための斜視図
【図7】第1の従来例構成図
【図8】第2の従来例構成図
【符号の説明】
100 照明装置
101、201 光源
102、317、417 集光レンズ
103、308、408 カラーホイール
104 光ガイド
105 電源
106、310、410 モーター
200、300、400 投写型画像表示装置
202 楕円反射面
203、208 折り返しミラー
204a、204b、204c カラーフィルター
205 調光ホイール
206 トリカラーホイール
207、311、312、411、412 コンデンサレンズ
209 投写ゲートアレイ
210 リレーレンズ
211 絞り
212、323、423 投写レンズ
301、401 第一ランプ光軸
302、402 第一の光源
303、403 第一の楕円鏡
304、404 第2ランプ光軸
305、405 第2の光源
306、406 第2の楕円鏡
307、407 システム軸
309a、409a 青透過ダイクロイックフィルター
309b、409b 緑透過ダイクロイックフィルター
309c、409c 赤透過ダイクロイックフィルター
313、413 紫外線赤外線除去フィルター
314、414 インテグレーター光学系
315、415 第1レンズアレイ
316、416 第2レンズアレイ
318 透過型液晶パネル
319、419 第1レンズアレイのマイクロレンズ
320、420 第2レンズアレイのマイクロレンズ
321、421 偏光子
322、422 検光子
324、424 スクリーン
418 反射型液晶パネル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection-type image display device that performs time-division driving in which one light valve is driven according to temporally different color light signals.
[0002]
[Prior art]
Currently, the large-sized video market, mainly for presentations, is rapidly expanding. This market varies from mobile to ultra-large screens used in halls and the like, but what is commonly required in each field is higher brightness, lower cost, and smaller size. There are a three-panel projection image display apparatus having a light valve for each of RGB and a single-panel type which performs color display with one light valve. Therefore, devices using the latter method are increasing.
[0003]
This single-plate system can also be broadly classified into two systems. One is to use a light valve with pixels corresponding to each color of RGB. One is a method that uses a light valve that switches the modulation degree temporally according to each of the RGB signals and displays the same pixel.
In the former case, the structure can be simplified, but strictly speaking, the projected image is displayed with RGB shifted, resulting in inferior image quality. The latter can achieve good image quality without any RGB shift, but the configuration is more complicated than the former.
[0004]
The present invention is intended to improve the latter, and the latter time-divisionally driven single-panel image display device will be described below. The light valve is driven at three times the speed of the conventional drive according to the input signal, but the light incident on the light valve needs to be switched accordingly. For this switching, a disk as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-119005 shown in FIG. 7 is constituted by a filter capable of selecting the color of the light transmitted in the angular direction, and this light is rotated to select the light incident on the filter. This is possible with a configuration that captures the post-emission light into the light guide.
[0005]
Speaking of application to a projection type image display device, a configuration as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-185902 shown in FIG. 8 is adopted. As here, the light from the light source is configured to converge on or near the rotating color wheel. This is attributable to the necessity of making the rotating color wheel small and the necessity of minimizing the period during which adjacent color selection filters mix colors.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when the rotating color wheel is used in the time-division driving, it is desirable that the image of the light source condensed and formed on or near the color selection filter of the rotating color wheel is smaller. On the other hand, when time-division driving is performed, the light output of the device is basically reduced to 1/3, so that the use of a high-luminance light source is required. However, in general, the light source used in the projection type image display device is a discharge tube, and the distance between the electrodes is large and the luminous body becomes large in order to increase the luminance and achieve a practical life. When such a high-luminance light source having a large luminous body is used, the size of the image of the light source condensed and formed on or near the color selection filter of the rotating color wheel described above becomes large, and the rotating color wheel Of the image, and image deterioration due to color mixture of the projected image.
[0007]
Therefore, it has been difficult to achieve high luminance in a projection-type image display apparatus that performs time-division driving using a conventional rotating color wheel.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a projection display according to the present invention includes a light source, a light-condensing device that arranges the light source at approximately one focal position, and condenses light from the light source at the other focal position, and an incident light. -Division color separation optical system that switches and emits light as first color light, second color light, or third color light in time, a light valve that can independently modulate incident light for each pixel, and time division An illumination optical system for guiding light from the color separation optical system onto the light valve, and a projection optical system for enlarging and projecting pixels on the light valve,
The light source And said Two light concentrators Without Are provided, The two light sources and the two light collectors receive light from the same surface side of the time-division color separation optical system, and On the side different from the light source side of the light collector each Focus position But It is characterized by being arranged so as to overlap on or near the time-division color separation optical system.
[0009]
Here, the light-collecting device is characterized by being a reflector having an elliptical reflection surface, or a reflector having a parabolic reflection surface, and comprising an optical component having a convex lens effect. Be composed.
[0010]
The illumination optical system includes a lens that converts light from the time-division color separation optical system into substantially parallel light, a first lens array that splits incident light into partial light to form a secondary light source image, An integrator optical system including a second lens array in which a plurality of microlenses are arranged at the next light source image forming position can be configured.
[0011]
The light valve is a reflection type light valve, and the shape of an exit pupil formed in the illumination optical system, which can be regarded as a light emitting surface when the illumination optical system is viewed from the light valve, is a light incident on the reflection type light valve. The axis and the dimension in the direction corresponding to the plane direction including the reflection optical axis of the reflection type light valve have a short shape. Further, of the illumination F number to the reflection type light valve, the incidence of the reflection type light valve, the reflection optical axis F1 is a direction corresponding to the plane direction including the light, and F2 is an illumination F number in a direction perpendicular to the direction. An angle formed by light incident on the reflective light valve and light reflected by the reflective light valve and incident on the projection optical system. Is defined as θ1, the following relationship is established.
[0012]
F1> 1 / (2 sin (θ1 / 2)), F2 <1 / (2 sin (θ1 / 2))
The reflective light valve has a polarizer on the optical axis on the incident side and an analyzer on the output side, and the reflective light valve can independently control the polarization direction of the incident light for each pixel. It is characterized by a reflective liquid crystal light valve, or has a reflective surface that can be controlled independently for each pixel, and controls the tilt angle of the reflective surface to change the emission angle of the emitted light to project light. An image display device that performs image display by selecting light to the optical system can also be configured.
[0013]
The illumination optical system includes a lens that converts light from the time-division color separation optical system into substantially parallel light, a first lens array that splits incident light into partial light to form a secondary light source image, An integrator optical system comprising a second lens array in which a plurality of microlenses are arranged at the next light source image forming position. The overall shape of the second lens array is such that the optical axis incident on the reflective light valve and the reflective light valve The direction corresponding to the plane direction including the reflected optical axis is short.
[0014]
In particular, it can be easily configured by a feature that a system axis and a plane including the two light sources and a plane including the incident and reflected optical axes of the reflection type light valve are orthogonal to each other. Further, the time-division color separation optical system is provided with a light-selecting means for emitting incident white light as first color light, second color light or third color light in the angular direction of the rotating body. It is configured to be a wheel.
[0015]
Between the light-collecting devices and the time-division color separation optical system, the light beams closest to each other among the light collected from the two light-collection devices on or near the time-division color separation optical system coincide. It is more preferable that the optical means be capable of changing the optical path in the direction.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the projection type image display apparatus which performs a time-sharing drive using a rotating color wheel by arranging two light sources appropriately, the light source image formed on the rotating color wheel or its vicinity is minimized. Since the light from the light source can be doubled while holding down, high brightness of the projected image is realized.
[0017]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the first embodiment. In the projection type
[0018]
At the intersection of the first lamp
[0019]
The light from the
[0020]
In the
[0021]
Needless to say, each
[0022]
The transmissive
[0023]
At this time, it goes without saying that the transmission type
[0024]
In the conventional configuration using only two lamps (eg, JP-A-6-242397 and JP-A-6-265887), the light source image becomes large. However, as in the present embodiment, the two light sources are appropriately arranged and rotated. By superimposing the light source images formed on or near the color wheel, the size of the light source image can be minimized. As a result, the diameter of the rotating color wheel can be minimized, so that the size of the set image can be reduced because the light from the light source can be doubled while reducing the size of the set, reducing the cost, reducing noise and improving reliability during rotation, and preventing color mixing. Brightness can be realized.
[0025]
Here, the light from the light source is condensed by the elliptical mirror, but a configuration in which the light source is placed at the focal position of the parabolic mirror, the light from the light source is emitted as parallel light, and the light is condensed by a convex lens, etc. Equivalent objectives can be achieved.
[0026]
Further, although the integrator means is used here, this is not always necessary when the restriction of cost or the like is prioritized over the image quality, and the concentrator can be constituted only.
[0027]
Although the light valve is a transmissive
[0028]
In the configuration according to the present embodiment, the angle of incidence of light incident on the color wheel is larger than in the single lamp system. If a problem arises in practical use due to the increase of the incident angle, the aperture of the elliptical mirror, which is the light source reflector, is made smaller in the direction in which the light sources become larger adjacent to each other, thereby reducing the incident angle. I can deal with it. The red light can be improved by providing a bandpass filter near the position of the ultraviolet / infrared
[0029]
As described above, according to the present embodiment, the light source and the light condensing device (the elliptical mirror 303) which arranges the light source at approximately one focal position and condenses the light from the light source (302, 305) at the other focal position. , 306), a time-division color separation optical system (color wheel 308) that switches and emits the incident light temporally as the first color light, the second color light, or the third color light, and the incident light for each pixel. A light valve (transmissive liquid crystal panel 318) that can be modulated independently, an illumination optical system (
[0030]
Here, it is most desirable that the focal points of the two light-collecting devices on the side different from the light source side be superimposed on the time-division color separation optical system (color wheel 308), but the relationship between the size of the color wheel and the size of the light source image If permitted, the position where the focal point overlaps in the direction of the optical axis (system optical axis 307) can be moved back and forth to some extent. In the case where the elliptical mirrors, which are the respective condensing devices, cannot be arranged close to each other as shown in FIG. 1 due to mechanical and reliability restrictions, a folding mirror is arranged on the entrance side of the time-division color separation optical system (color wheel 308). While maintaining a mechanical distance with general optical means such as disposing a prism for optical path conversion and the like, while optically viewing two from the time-division color separation optical system (color wheel 308). It is possible to minimize the ineffective area of the light from the light collector.
[0031]
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a top view of a schematic configuration diagram of the second embodiment, and FIG. 5 is a side view of the schematic configuration diagram of the second embodiment (however, from a light source to a light valve). The projection type
[0032]
At the intersection of the first lamp
[0033]
The light from the
[0034]
In the
[0035]
Needless to say, each
[0036]
On the other hand, light that enters the pixel portion to be displayed in white is reflected by the reflective
[0037]
At this time, since the center of the reflection type
[0038]
F1> 1 / (2 sin (θ1 / 2)), F2 <1 / (2 sin (θ1 / 2))
At this time, it is needless to say that the drive timing of the reflective
[0039]
As in the first embodiment, a conventional light source having only two lamps (for example, JP-A-6-242397 and JP-A-6-265887) has a large light source image. However, as in the present embodiment, two light sources are used. Are appropriately arranged, and the size of the light source image can be minimized by superimposing the light source images formed on or near the rotating color wheel. As a result, the diameter of the rotating color wheel can be minimized, so that the size of the set image can be reduced because the light from the light source can be doubled while reducing the size of the set, reducing the cost, reducing noise and improving reliability during rotation, and preventing color mixing. Brightness can be realized.
[0040]
Here, the light from the light source is condensed by the elliptical mirror, but a configuration in which the light source is placed at the focal position of the parabolic mirror, the light from the light source is emitted as parallel light, and the light is condensed by a convex lens, etc. Equivalent objectives can be achieved.
[0041]
Further, although the integrator means is used here, this is not always necessary when the restriction of cost or the like is prioritized over the image quality, and the concentrator can be constituted only.
[0042]
Although the reflection type
[0043]
Instead of the reflective
[0044]
It should be noted that although the illumination efficiency is slightly lowered, it is easily imaginable to those skilled in the art that the same concept can be applied even if the integrator optical system is configured by a condenser lens and a special aperture stop.
[0045]
Also in the second embodiment, the incident angle of light incident on the color wheel is larger than in the single lamp system. If a problem arises in practical use due to the increase of the incident angle, the aperture of the elliptical mirror, which is the light source reflector, is made smaller in the direction in which the light sources become larger adjacent to each other, thereby reducing the incident angle. I can deal with it. In addition, red light can be improved by providing a bandpass filter near the position of the ultraviolet / infrared
[0046]
As described above, according to the present embodiment as well, the light source and the light condensing device (the
[0047]
Here, it is most desirable on the time-division color separation optical system (color wheel 408) that the focal points of the two light-collecting devices on the side different from the light source side are superimposed, but the relationship between the size of the color wheel and the size of the light source image If permitted, the position where the focal point is superimposed in the direction of the optical axis (system optical axis 407) can be moved back and forth to some extent. In the case where the elliptical mirrors, which are the respective condensing devices, cannot be arranged close to each other as shown in FIG. 5 due to mechanical and reliability restrictions, a folding mirror is arranged on the entrance side of the time-division color separation optical system (color wheel 408). While maintaining a mechanical distance by using general optical means such as disposing a prism for optical path conversion or the like, while optically viewing two from the time-division color separation optical system (color wheel 408). It is possible to minimize the ineffective area of the light from the light collector.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, in the projection type image display device of the present invention, in the configuration in which the time-division driving is performed using the rotating color wheel, the light source image formed on or near the rotating color wheel is minimized from the light source while the light source image is minimized. , The size of the rotating color wheel can be increased, the set size can be increased, the cost can be increased, noise and reliability during rotation can be reduced, and the brightness of the projected image can be increased without color mixing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a configuration diagram of a color wheel according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view for explaining effects of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view showing a configuration of a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a top view showing the configuration of the second embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a perspective view for explaining effects of the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a first conventional example.
FIG. 8 is a configuration diagram of a second conventional example.
[Explanation of symbols]
100 lighting equipment
101, 201 light source
102, 317, 417 Condensing lens
103, 308, 408 color wheel
104 Light Guide
105 power supply
106, 310, 410 motor
200, 300, 400 projection image display device
202 Elliptical reflection surface
203, 208 Folding mirror
204a, 204b, 204c color filter
205 Light control wheel
206 Tricolor Wheel
207, 311, 312, 411, 412 Condenser lens
209 Projection gate array
210 relay lens
211 Aperture
212, 323, 423 Projection lens
301, 401 First lamp optical axis
302, 402 First light source
303, 403 First elliptical mirror
304, 404 Second lamp optical axis
305, 405 Second light source
306, 406 Second elliptical mirror
307, 407 system axis
309a, 409a Blue transmission dichroic filter
309b, 409b Green transmission dichroic filter
309c, 409c Red transmission dichroic filter
313,413 UV / IR Filter
314,414 Integrator optical system
315, 415 First lens array
316, 416 Second lens array
318 Transmissive LCD panel
319, 419 Micro lens of first lens array
320, 420 Micro lens of second lens array
321 and 421 polarizers
322, 422 analyzer
324, 424 screen
418 Reflective LCD panel
Claims (12)
前記光源および前記集光装置は2つずつ備えられており、
前記2つの光源および前記2つの集光装置は前記時分割色分解光学系の同一面側から光を入射し前記2つの集光装置の光源側と異なる側のそれぞれの焦点位置が前記時分割色分解光学系上あるいはその近傍で重畳するように配置されていることを特徴とする投写型画像表示装置。A light source, a light-condensing device that arranges the light source at approximately one focal position and condenses light from the light source at the other focal position, and temporally converts incident light into first color light or second color light or third color light. Time-division color separation optical system that switches and emits light of different colors, a light valve that can independently modulate incident light for each pixel, and an illumination optical system that guides light from the time-division color separation optical system onto the light valve And a projection optical system for enlarging and projecting pixels on the light valve,
It said light source and said light collector is provided One not two,
The two light sources and the two light condensing devices receive light from the same surface side of the time-division color separation optical system, and the respective focal positions on the side different from the light source side of the two light-condensing devices are the time-division colors. A projection-type image display device, wherein the projection-type image display device is arranged so as to be superimposed on or near a decomposition optical system.
F1>1/(2sin(θ1/2))、F2<1/(2sin(θ1/2))The light valve is a reflection type light valve, and the shape of an exit pupil formed in the illumination optical system, which can be regarded as a light emitting surface when the illumination optical system is viewed from the light valve, is a light incident on the reflection type light valve. The axis and the dimension in the direction corresponding to the plane direction including the reflection optical axis of the reflection type light valve have a short shape. Further, of the illumination F number to the reflection type light valve, the incidence of the reflection type light valve, the reflection optical axis F1 is a direction corresponding to a plane direction including the light, and F2 is an illumination F number in a direction orthogonal to the direction. An angle formed by light incident on the reflective light valve and light reflected by the reflective light valve and incident on the projection optical system. 2. The projection type image display device according to claim 1, wherein the following relationship is satisfied when θ is θ1.
F1> 1 / (2 sin (θ1 / 2)), F2 <1 / (2 sin (θ1 / 2))
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