JP3653492B2

JP3653492B2 - 単板型映像表示装置

Info

Publication number: JP3653492B2
Application number: JP2001352616A
Authority: JP
Inventors: 秀行金山; 一弘新井; 孝治石井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: US20030095213A1; JP2003149738A; US7046309B2

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、光源から出射された光を単一のライトバルブにより変調してカラー映像表示する単板型映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、単板式のライトバルブを用いたプロジェクタが知られている。この単板式ライトバルブを用いたプロジェクタは、単一のライトバルブを備えるので、赤用と緑用と青用の３枚のライトバルブを備えるプロジェクタに比べ、小型化が可能で低価格化が図れるといった利点がある。例えば、従来の単板式プロジェクタでは、カラー化のためには例えばカラーフィルタ付きのカラーホイールを備えた方式がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このカラーホイールの赤色透過領域フィルタにおいては緑色と青色を反射し、緑色透過領域フィルタにおいては赤色と青色を反射し、青色透過領域フィルタにおいては赤色と緑色を反射するものであるため、光源からの光の略２／３を損失してしまう。従って、映像の高輝度化が容易でないという欠点がある。
【０００４】
この発明は、上記の事情に鑑み、映像の高輝度化が可能な単板型映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の単板型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、光源からの光を帯状に３色に分離して出射し、これら３色帯状光が所定領域で重なるように導く色分離手段と、前記所定領域に対応した大きさの集光素子部を複数個有し、当該集光素子部を前記所定領域に循環的に通過させ、３色帯状光を単一のライトバルブ上に領域分けした状態でスクロールさせる可動光学手段と、前記集光素子部の移動に同期して前記ライトバルブへの映像信号供給を制御する映像信号供給制御手段と、前記単一のライトバルブの映像をスクリーン上に拡大投写する映像光拡大投写手段と、を備えており、前記可動光学手段は円盤状に複数の集光素子部を円周方向に沿って配置して成る部材と、当該部材を回転駆動する駆動手段とを備えて成ることを特徴とする。
【０００６】
上記の構成であれば、光源からの光を３色帯状光化してライトバルブへ導くので、光源からの光の利用効率が向上し、映像の高輝度化が図れる。３色帯状光は集光素子部の移動によってライトバルブ上でスクロールしていき、ライトバルブへの映像信号供給は集光素子部の移動に同期して制御されるので、カラー表示が実現されることになる。
【０００７】
前記色分離手段は前記光源からの光を受光する位置に設けられたロッドプリズムを経た光を導入するようになっていてもよい。また、前記ロッドプリズムは光の分散を緩和するようにテーパ形状を有しているのがよい。また、前記色分離手段の光を導入する領域は前記ライトバルブのアスペクト比に対して縦方向がその略１／３の比率を有するのがよい。
【０００８】
前記色分離手段は２枚のダイクロイック素子と１つの光路変更手段とを一方向に配列して成るものでもよい。また、前記色分離手段はクロス型ダイクロイックプリズム及び２つの光路変更手段とから成るものでもよい。前記２つの光路変更手段はクロス型ダイクロイックプリズムの反射光の光軸に対して９０°以外の反射作用を有して前記所定領域へ光を導くのがよい。
【０００９】
可動光学手段は円盤状に複数の凸レンズからなる機能部を円周方向に沿って配置して成るレンズアレイホイールと、当該レンズアレイホイールを回転駆動する駆動手段とを備えて成るものでもよい。前記凸レンズからなる機能部は中心側ほど小さい扇状に形成されて直線部を互いに接しているのがよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の単板型液晶プロジェクタを図１乃至図４に基づいて説明する。
【００１１】
図１に示すように、光源１における発光部２は、例えば、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光は楕円鏡３によって反射されて集光状態でロッドプリズム４の入射面に供給される。ロッドプリズム４に入射された光は、ロッド内面での全反射作用を繰り返し、ロッド出射面にて均一な面光源を形成する。このようにしてインテグレートされた出射面での光は出射面に設けられた色分離器５へ導かれる。
【００１２】
色分離器５は、第１ダイクロイックプリズム部５ａと、第２ダイクロイックプリズム部５ｂと、アルミコート面による反射作用を有するプリズム部５ｃとを一方向に配置して成る。第１ダイクロイックプリズム部５ａは、ロッドプリズム４から受けた白色光のうち青色波長帯域の光（Ｂ光）を透過し、赤色波長帯域及び緑色波長帯域の光を９０°方向変換して反射する。第１ダイクロイックプリズム部５ａを透過した青色波長帯域の光は、所定領域Ａへ到達する。第２ダイクロイックプリズム部５ｂは、赤色波長帯域及び緑色波長帯域の光を受けて、緑色波長帯域の光（Ｇ光）を反射し、赤色波長帯域の光（Ｒ光）を透過する。前記緑色波長帯域の光は前記所定領域Ａへ到達する。赤色波長帯域の光はプリズム部５ｃにて反射されて９０°方向変換し、前記所定領域Ａへ到達する。
【００１３】
前記の所定領域Ａに対応してレンズアレイホイール６が設けられている。このレンズアレイホイール６は、図２（ａ）（ｂ）にも示すように、円盤状に複数の凸レンズ機能部６ａを円周方向に沿って配置して成るものである。凸レンズ機能部６ａは、図２（ｃ）に示すように、通常の凸レンズを扇型に切り取った形状を有し、この図において、上下方向（ホイール接線方向）及び左右方向（ホイール法線方向）に例えば同一の曲率を有する。この図２（ｃ）において、前記所定領域Ａは点線枠で示されおり、この所定領域Ａには前記色分離器５の作用によってＲ光とＧ光とＢ光とが重なって導かれている。そして、このレンズアレイホイール６は、図示しないモータ等によって図中矢印方向に回転駆動される。これにより、複数の凸レンズからなる機能部６ａは所定領域Ａを循環的に通過する。
【００１４】
図３は、凸レンズ機能部６ａが所定領域Ａの位置を通過するときの各色光の液晶表示パネル７への導かれ方を示している。ここでの液晶パネルは透過型の液晶パネルを用いた構成とする。同図（ａ）の状態では、所定領域Ａの光全体が複数凸レンズ機能部６ａのうち一つの凸レンズ機能部だけに照射されている状態であり、この状態では、液晶表示パネル７の上側１／３の帯領域にＲ光が導かれ、中央１／３の帯領域にＧ光が導かれ、下側１／３の帯領域にＢ光が導かれる。そして、凸レンズ機能部６ａが幾分下方に移動し、同図（ｂ）の状態になると、前記ＲＧＢの順序関係を保ったまま幾分下側にシフトさせた照射状態が形成され、液晶表示パネル７の上側の一部に破線部７ｂに示すような新たなＢ光が到来し、液晶表示パネル７の下側でのＢ光領域はその分狭まる。更に、凸レンズ機能部６ａが下方に移動し、同図（ｃ）の状態になると、前記ＲＧＢの順序関係を保ったまま更に下側にシフトさせた受光状態が形成され、液晶表示パネル７には上からＢＧＲの順で各色光が導かれることになる。このような作用により、レンズアレイホイール６が回転することによって、ＲＧＢ帯状光が液晶表示パネル７上で繰り返しスクロールされる状態が形成される。液晶パネル７を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、図示しない投写レンズによって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。
【００１５】
前述の如くレンズアレイホイール６が回転することにより、液晶表示パネル７上には図４に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂ色の照射領域が連続的に時間ｔ１〜ｔ６の間でシフトされる。これと同期させて液晶表示パネル７上の映像信号のＲＧＢ表示色領域を随時変更させることにより、レンズアレイホイール６により光学的に照射されるＲＧＢ色領域と、液晶表示パネル７上の色表示領域を常に一致させることが可能となる。上記液晶表示パネル７に図４に示す駆動表示モードに基づきｔ１〜ｔ６間に１フィールドのカラー映像信号を供給することにより、カラー画像表示が可能となる。このように、本方式では、液晶パネル１枚による構成で、カラー映像表示が可能であり、且つ常にＲＧＢ３色が液晶パネル７上に照射されるため、ランプ光源の白色光を常時液晶パネル上に照射することが可能となる。これにより、従来の単板式プロジェクタで問題となっていた光利用効率の低下を防止することが可能である。
【００１６】
図５に単板型映像表示装置の他の例を示す。この単板型映像表示装置は、ロッドプリズム４′を備える。このロッドプリズム４′は、受光側の面よりも出射側の面の方が大きくなるテーパ形状を有しており、出射光においてその分散をできるだけ緩和するようにしている。また、ロッドプリズム４′およびクロスプリズム５１およびアルミコート面による反射作用を有するプリズム部５２・５３の出射面のアスペクト比は、液晶表示パネル７のアスペクト比が４：３であれば、４：１とし、液晶表示パネル７上で効率的にＲＧＢ帯状光が導かれるようにしている。
【００１７】
また、この図５に示す単板型映像表示装置は、色分離器５′を備える。色分離器５′は、クロス型ダイクロイックプリズム部５１と、その両脇に設けた二つのアルミコート面による反射作用を有するプリズム部５２・５３とを備えて成る。クロス型ダイクロイックプリズム部５１は、ロッドプリズム４′から受けた白色光のうち緑色波長帯域の光（Ｇ光）を透過し、赤色波長帯域の光（Ｒ光）を反射してプリズム部５２に導き、青色波長帯域の光（Ｂ光）を反射してプリズム部５３に導く。プリズム部５２はＲ光を反射して前記所定領域Ａへ向けて出射し、プリズム部５３はＢ光を反射して前記所定領域Ａへ向けて出射する。
【００１８】
通常のプリズム部（直角プリズム）は、９０°、４５°、４５°の角度を持つが、前記プリズム部５２・５３は、例えば、９０°、４６°、４４°の角度を持ち、４６°の頂角側を外側に配置するようにしている。プリズム部５２・５３はロッドプリズム４′の中心から領域Ａの中心を結ぶ軸に対して外側に幾分ずれて配置されることになるが、プリズム部５２・５３に上記のような角度を持つことにより、Ｒ光及びＢ光は所定領域Ａに集められることになり、光利用効率を更に高めることができる。
【００１９】
なお、上記の実施形態では、ライトバルブとして透過型液晶表示パネルを示したが、これに限るものではなく、反射型の液晶パネルや画素となる多数のマイクロミラーを制御して変調を行う反射型ライトバルブ等を用いてもよいものである。また、色分離部で構成される３色帯状光として、Ｇが中段に位置する配列例を示したが、これに限るものではなく、「ＲＢＧ・ＧＲＢ」等の配列を用いてもよい。さらに図示されていないが色分離手段とレンズアレイホールとの間やレンズアレイホールから液晶パネルとの間にはコンデンサレンズ等の光学部材が挿入される場合がある。また、レンズアレイの一構成部となるレンズは屈折による集光のみならず、回折作用による集光を用いてもよい。また上記実施例ではプリズム部５２・５３はクロス型ダイクロイックプリズム５１の反射光の光軸に対して９０°以外の反射作用を有して前記所定領域へ光を導くこととしたが、９０°に設計し、別途光学デバイスを用いて光を所定領域Ａへ集中的に導くことも可能で
ある。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、光源からの光を３色帯状光化して同時にライトバルブへ導くので、光源からの光の利用効率が向上し、映像の高輝度化が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の単板型の液晶プロジェクタの光学系を示した説明図である。
【図２】レンズアレイホイールを示した図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は複数の凸レンズからなる機能部の拡大図である。
【図３】複数の凸レンズからなる機能部が所定領域の位置を通過するときの各色光の液晶表示パネルへの導かれ方を示した説明図である。
【図４】液晶表示パネル上でのＲＧＢ帯状光のスクロールと、液晶表示パネルへの映像信号供給の関係を示した説明図である。
【図５】この発明の実施形態の単板型の液晶プロジェクタの他の例を示した説明図である。
【符号の説明】
１光源
４ロッドプリズム
４′ ロッドプリズム
５色分離器
５′ 色分離器
６レンズアレイホイール
７液晶表示パネル

Claims

光源からの光を帯状に３色に分離して出射し、これら３色帯状光が所定領域で重なるように導く色分離手段と、前記所定領域に対応した大きさの集光素子部を複数個有し、当該集光素子部を前記所定領域に循環的に通過させ、３色帯状光を単一のライトバルブ上に領域分けした状態でスクロールさせる可動光学手段と、前記集光素子部の移動に同期して前記ライトバルブへの映像信号供給を制御する映像信号供給制御手段と、前記単一のライトバルブの映像をスクリーン上に拡大投写する映像光拡大投写手段と、を備えており、前記可動光学手段は円盤状に複数の集光素子部を円周方向に沿って配置して成る部材と、当該部材を回転駆動する駆動手段とを備えて成ることを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項１に記載の単板型映像表示装置において、前記色分離手段は前記光源からの光を受光する位置に設けられたロッドプリズムを経た光を導入することを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項２に記載の単板型映像表示装置において、前記ロッドプリズムは光の分散を緩和するようにテーパ形状を有していることを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の単板型映像表示装置において、前記色分離手段の光を導入する領域は前記ライトバルブのアスペクト比に対して縦方向がその略１／３の比率を有することを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の単板型映像表示装置において、前記色分離手段は２枚のダイクロイック素子と１つの光路変更手段とを一方向に配列して成ることを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の単板型映像表示装置において、前記色分離手段はクロス型ダイクロイックプリズム及び２つの光路変更手段から成ることを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項６に記載の単板型映像表示装置において、前記２つの光路変更手段はクロス型ダイクロイックプリズムの反射光の光軸に対して９０°以外の反射作用を有して前記所定領域へ光を導くことを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の単板型映像表示装置において、可動光学手段は円盤状に複数の凸レンズからなる機能部を円周方向に沿って配置して成るレンズアレイホイールと、当該レンズアレイホイールを回転駆動する駆動手段とを備えて成ることを特徴とする単板型映像表示装置。
請求項８に記載の単板型映像表示装置において、前記凸レンズからなる機能部は中心側ほど小さい扇状に形成されて直線部を互いに接していることを特徴とする単板型映像表示装置。