JP2006139101A - Image display device and optical unit thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 パネル(映像表示素子)上での移動に伴う各色光のスキャン量を一致させ、表示画像の品質を向上可能な投射装置とその光学ユニットを提供する。
【解決手段】 光源1から出射された光をR、G、Bの色光に分離し、ポリゴンミラー13により映像表示素子12上の異なる領域に入射し、それぞれの領域からの出射光により映像信号に応じた光学像を形成し、投射レンズ23を介してスクリーン上に拡大・投射する投射装置の光学ユニットにおいて、R、G、Bに分離された各色光をポリゴンミラー13の反射面上に導く光路を、当該反射面に対して略垂直に入射するように構成し、もって、映像表示素子上での移動に伴う各色光のスキャン量を一致させる。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection apparatus and an optical unit thereof capable of improving the quality of a display image by matching the scanning amounts of each color light accompanying movement on a panel (video display element).
SOLUTION: Light emitted from a light source 1 is separated into R, G, and B color light, is incident on different regions on a video display element 12 by a polygon mirror 13, and is converted into a video signal by light emitted from each region. In the optical unit of the projection apparatus that forms a corresponding optical image and enlarges / projects it onto the screen via the projection lens 23, an optical path for guiding each color light separated into R, G, and B onto the reflection surface of the polygon mirror 13 Are configured so as to be incident substantially perpendicular to the reflecting surface, so that the scanning amounts of the respective color lights accompanying the movement on the image display element are matched.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、液晶パネル、又は、映像表示素子などの、所謂、ライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型リアプロジェクションテレビ等の光学ユニット、投射型映像表示装置に係わり、特に、ライトバルブ素子に入射する複数の色の光を、回転する多面体を用いてライトバルブ素子上の異なった領域に照射し、かつ、その照射領域を順次移動させることによりカラー映像を得て投射する映像表示装置、更には、そのための光学ユニットに関するものである。 The present invention uses a so-called light valve element such as a liquid crystal panel or an image display element to project an image on a screen, for example, a liquid crystal projector apparatus, a reflective image display projector apparatus, a projection In particular, it relates to an optical unit such as a rear projection television, and a projection-type image display device. In addition, the present invention relates to an image display apparatus that obtains and projects a color image by sequentially moving the irradiation area, and further relates to an optical unit therefor.
従来、ランプからの光を、例えば、第1及び第2のアレイレンズ、偏光ビームスプリッタ(PBS)、コリメータレンズを通過させた後、複数のダイクロイックミラーを使用してR光、B光及びG光に分離し、分離された各々の光を、回転する反射型多面体を用いてそれぞれ光路を変え、もって、各光が1枚のライトバルブ素子(以下、単に「パネル」と言う)上のそれぞれ異なった領域に照射し、かつ、各光の照射領域が、順次、上記パネル上を一定の方向に移動(スクロール)させるようにした投射装置やそのための光学ユニットは、例えば、以下の特許文献により既に知られている。
上記の従来技術になる投射装置や光学ユニットでは、1個の回転する反射型多面体を用いて、分離された各々の光を上記パネル上の異なる位置に照射することにより、複数の光の混色及びコントラスト劣化を改善した、光の利用効率がよい投射装置やそのための光学ユニットを実現している。しかしながら、未だ、その回転する反射型多面体を含む光学系の構成から、上記パネル上での移動(スクロール)に伴う各色光のスキャン量が一致せず、そのため、投射される画像の明るさが場所によって異なり、或いは、その色が変化してしまうなど、表示される投影画像の品質において未だ問題があった。 In the projection apparatus and the optical unit according to the above-described prior art, by using one rotating reflective polyhedron, each separated light is irradiated to different positions on the panel, thereby mixing a plurality of light colors and This realizes a projection device with improved contrast utilization and improved light utilization efficiency and an optical unit therefor. However, due to the configuration of the optical system including the rotating reflective polyhedron, the scan amount of each color light accompanying the movement (scrolling) on the panel does not match, so the brightness of the projected image is There is still a problem in the quality of the projected image displayed, such as the difference in color or the change in color.
そこで、本発明では、上述した従来技術における問題点に鑑み、特に、回転する反射型多面体を用いて、分離された各々の光を上記パネル上の異なる領域に照射することにより、複数の光の混色及びコントラスト劣化を改善した、光の利用効率がよい投射装置、又は、そのための光学ユニットにおいて、当該パネル(映像表示素子)上での移動に伴う各色光のスキャン量を一致させることが可能であり、もって、表示画像の品質を向上することの可能な投射装置、更には、そのための光学ユニットを提供することをその目的とする。 Therefore, in the present invention, in view of the above-described problems in the prior art, in particular, by using a reflective reflective polyhedron to irradiate each separated light on a different area on the panel, a plurality of light beams are emitted. In a projection device with improved color mixing and contrast degradation and good light use efficiency, or an optical unit therefor, it is possible to match the scan amount of each color light accompanying movement on the panel (video display element). Therefore, an object of the present invention is to provide a projection apparatus capable of improving the quality of a display image, and an optical unit therefor.
本発明によれば、上述した目的を達成するために、まず、光源と、当該光源から出射された光を複数の色光に分離する色分離手段と、当該色分離手段から出射された各色光が異なる領域に入射され、それぞれの領域からの出射により映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、当該色分離手段から出射された複数の色光を、そのそれぞれの光軸方向を変え、当該複数の色光が照射される領域を所定の方向に移動させながら当該映像表示素子の異なった領域に照射する回転多面体と、該映像表示素子から出射された光を映像として投射する投射装置とを備えた光学ユニットであって、更に、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路を備えており、当該光路は、当該複数の色光の光軸が、所定角度における当該回転多面体を構成する単一の面に対して略垂直に入射もしくは入出射するように構成されている映像表示装置の光学ユニットが提供される。 According to the present invention, in order to achieve the above-described object, first, a light source, color separation means for separating the light emitted from the light source into a plurality of color lights, and each color light emitted from the color separation means A video display element that is incident on different areas and forms an optical image according to a video signal by emission from each area, and a plurality of color lights emitted from the color separation means, changing the direction of each optical axis thereof, A rotating polyhedron that irradiates different areas of the image display element while moving the areas irradiated with the plurality of color lights in a predetermined direction, and a projection device that projects light emitted from the image display element as an image. The optical unit further includes an optical path for guiding a plurality of color lights from the color separation means to the rotating polyhedron, wherein the optical paths of the plurality of color lights are applied at a predetermined angle. The optical unit of the image display device is configured so as to enter or input-output substantially perpendicular to the single plane which constitutes the rotating polygon is provided.
また、本発明では、前記に記載の光学ユニットにおいて、前記回転多面体は、その表面を反射面とした反射型回転多面体であることが好ましく、更には、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、更に、前記反射型回転多面体の反射面において、当該色分離手段から出射された各色光が略均等の光学長さでに入射するように構成されていること、又は、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、前記反射型回転多面体の反射面から出射された各色光が、前記映像表示素子上を均一に走査するように構成されていることが好ましい。 According to the present invention, in the optical unit described above, the rotating polyhedron is preferably a reflective rotating polyhedron having a surface as a reflecting surface, and moreover, the plurality of color lights from the color separation means The optical path for guiding to the rotating polyhedron is further configured such that each color light emitted from the color separation means is incident on the reflecting surface of the reflective rotating polyhedron with a substantially equal optical length, Alternatively, the optical path for guiding the plurality of color lights from the color separation means to the rotating polyhedron is such that each color light emitted from the reflecting surface of the reflective rotating polyhedron scans the image display element uniformly. It is preferable to be configured.
更に、本発明では、前記に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、当該色分離手段から出射された少なくとも3色の光を、以下の条件を満たすように、前記反射型回転多面体の反射面において照射するように構成されていることが好ましい。
θ1:−a+α≦θ1≦+a+α
θ2:−a≦θ2≦+a
θ3:−a−α≦θ3≦+a−α
但し、θ1〜θ3は、各色光に対応する前記回転多面体の回転角度の領域を表し、かつ、αは、当該反射面上に照射された3色の光のうち、中心の色光の振れ角に対する他の色光の当該回転多面体の回転角度のズレ量を示す。
Furthermore, in the present invention, in the optical unit described above, an optical path for guiding a plurality of color lights from the color separation unit to the rotating polyhedron is a light path of at least three colors emitted from the color separation unit. It is preferable that irradiation is performed on the reflective surface of the reflective rotary polyhedron so as to satisfy the above condition.
θ1: −a + α ≦ θ1 ≦ + a + α
θ2: −a ≦ θ2 ≦ + a
θ3: −a−α ≦ θ3 ≦ + a−α
However, (theta) 1- (theta) 3 represents the area | region of the rotation angle of the said rotation polyhedron corresponding to each color light, and (alpha) is with respect to the deflection angle of center color light among the light of three colors irradiated on the said reflective surface. The amount of deviation of the rotation angle of the rotating polyhedron of other color light is shown.
また、本発明では、前記に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路上に、前記反射型回転多面体の反射面の近傍に当該複数の色光を光源像として結像する光学系を備えていることが好ましい。 According to the present invention, in the optical unit described above, the plurality of color lights in the vicinity of the reflection surface of the reflective rotary polyhedron is arranged on an optical path for guiding a plurality of color lights from the color separation unit to the rotary polyhedron. It is preferable to include an optical system that forms a light source image.
加えて、本発明によれば、前記に記載された光学ユニットと共に、当該光学ユニットにおける前記光源へ所定の電力を供給するための電源部と、当該光学ユニットにおける前記映像表示素子へ映像信号を供給するための映像信号処理部とを、筐体内に収納してなる映像表示装置が提供される。 In addition, according to the present invention, together with the optical unit described above, a power supply unit for supplying predetermined power to the light source in the optical unit, and a video signal to the video display element in the optical unit There is provided a video display device in which a video signal processing unit for storing the video signal processing unit is housed in a housing.
上述したように、本発明になる上記光学ユニット、及び、それを利用した上記映像表示装置によれば、回転する多面体を用いて、分離された各々の光を上記映像表示素子上の異なる領域に照射することにより、カラー映像を形成し、当該形成したカラー映像を投射手段により投射する映像表示装置の光学ユニットにおいて、当該映像表示素子上での移動(スキャン又はスクロール)に伴う各色光のスキャン量を一致させることが可能となり、もって、表示画像の品質を向上することが可能となる。 As described above, according to the optical unit and the video display device using the optical unit according to the present invention, each separated light is transmitted to different regions on the video display element using a rotating polyhedron. In the optical unit of the image display device that forms a color image by irradiation and projects the formed color image by the projection means, the scan amount of each color light accompanying the movement (scan or scroll) on the image display element Therefore, the quality of the display image can be improved.
以下、本発明になる幾つかの実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
まず、図1は、本発明の第1の実施例になる映像表示装置、特に、その主要な構成部分となる光学ユニットの概略を示す構成図である。この図において、符号1は、光源であるランプを示しており、特に、近年における、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型リアプロジェクションテレビ等の投射装置における光学ユニットでは、投射される映像の明るさを確保するため、例えば、キセノンランプ、メタハライドランプ、超高圧水銀ランプ等、高出力のランプが採用されている。しかしながら、これに限ることなく、本発明では、上記のランプに代えて、例えば、LED、無電極ランプ等の光源を利用することも可能である。また、図中の符号2は、上記光源であるランプ1の周囲に取り付けたリフレクタであり、当該リフレクタ2は、その内部鏡面を、例えば、双曲線状に形成し、もって、上記ランプ(アーク)1から出射された光を反射して集光し(図中の破線を参照)、もって、得られる光を偏光変換素子4の入射窓に照射する。なお、この偏光変換素子4は、偏光ビームスプリッタと1/2λ波長板との組み合わせにより、ランダムな偏光光を、S偏光光又はP偏光光に変換するものである。
Several embodiments according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an image display apparatus according to a first embodiment of the present invention, in particular, an optical unit as a main component. In this figure,
上記のように、リフレクタ2を介して集光された光源1からの光は、偏光変換素子4を通して、S偏光光又はP偏光光のいずれかの偏光光に偏光方向が揃えられた後、ライトパイプ3(又は、インテグレータ、ライトファネルとも呼ばれ、ガラスパイプから構成される)を反射・透過して、所定の出射角(F値)で複数のレンズ(本例では、3枚の凸レンズ6、7、8)から構成される1次結像レンズ群に入射される。更に、これら複数の1次結像レンズ群6、7、8から出射した光は、例えば、複数(本例では3枚)の反射ミラー(ダイクロイックミラー)9R、9G、9Bを傾斜して張り合わせて構成し、白色光を複数の色光に分離する色分離素子9に入射し、そこでR、G、Bの3色に分離される。この色分離素子9は、例えば、R光を反射するR用ダイクロイックミラー9R、G光を反射するG用ダイクロイックミラー9G、B光を反射するB用ダイクロイックミラー9Bによって構成されており、出射する白色光を、それぞれ、R光、G光、B光として反射する。なお、R光を反射するR用ダイクロイックミラー9Rは、G光及びB光を透過させる。また、G光を反射するG用ダイクロイックミラー9GはB光を透過させる。このようにして、R光、G光、B光は色分離素子9で分離、反射される。なお、この色分離素子9は、上述した反射ミラーに代えて、例えば、R、G、B、W(白色)の色光等の複数のカラーフィルタ、カラープリズムによって構成することも可能である。
As described above, the light from the
上述のようにしてR、G、Bの3色に分離された光は、例えば図示の例では3枚の凸レンズにより構成された2次結像レンズ群25、偏光ビームスプリッタ(以下「PBS(Polarized Beam Splitter)」と言う)10、更には、1/4λ波長板5bを介して、反射型回転多面体である、所謂、ポリゴンミラー13の反射面の異なる場所に照射され、その反射面で反射される。なお、この時、R、G、Bの3色に分離された光は、上記2次結像レンズ群25により、ポリゴンミラー13の反射面の近傍(反射面の前後、数mm程度)に複数の2次光源像として結像されるように構成されている。この後、各色光の光軸は、ポリゴンミラー13が所定角度の時に、略垂直に入射するように構成されており、ポリゴンミラー13の一面で反射された後、入射光軸と同等の略垂直方向に出射される構成となっている。このとき、所定角度は、ポリゴンミラー13の一面の中心とポリゴンミラー13の回転中心を通る中心線が、入射光軸に対し水平になる位置の回転角度としている。なお、図では、上記反射型回転多面体であるポリゴンミラー13として、非球面形状である湾曲面から成る8面の反射面で構成された例を示しているが、しかしながら、その反射面の数は限定されるものではなく、また、その反射面を逆湾曲面や平面に形成したものであってもよい。この場合、非球面形状をパネル上の光の移動速度を一定にするための形状とする場合でも良く、具体的には、ポリゴンミラー13の一面の形状を中心より端部の曲率を徐々に変化させ、ポリゴンミラー13の回転と同時に、反射光の角度が変化していくときの光に反射角度の変化量を一定に近づけることが可能である。なお、このポリゴンミラー13の1つの反射面上で、R光、G光及びB光が反射された場合、各光の光軸は、一旦、交差される。また、R光、G光及びB光のいずれか二つの光が、ポリゴンミラー13の1つの面で反射された場合には、これら光の光軸は交差される。交差位置は、パネルまでの3次結像系の絞りの位置でも良い。
The light separated into the three colors R, G, and B as described above is, for example, in the illustrated example, a secondary
このポリゴンミラー13の反射面で反射された光は、再度、上記1/4λ波長板5b、PBS10を透過し、更には、3次結像レンズ群を構成する凸レンズ群14、15、16、そして、1/2λ波長板5aを介して、2つのプリズムの界面に誘電帯多層膜方式のPBS又は多層フィルム方式のPBSを形成することによって構成されたPBS18に入射し、その界面にて反射され(S偏光光)、入射光の偏光方向を揃える1/4λ波長板又はコントラスト調整素子(例えば、コンベンセーションフィルムやトリムリターダからなる)5cを介して、単板反射型映像表示素子12であるパネル上の異なった場所(領域)に照射される。なお、上記の偏光ビームスプリッタ(PBS)18は、ワイヤグリッド等による平板PBSとすることも、また、ガラスプリズムにてワイヤグリッドを挟み込んだ構成であるPBSとすることも可能である。また、上記単板反射型映像表示素子12は、例えば、LCOSと呼ばれる反射型液晶パネル、又は、反射型マイクロミラーデバイス方式のパネルにより構成することが出来る。その後、上記単板反射型映像表示素子12にて反射された光(P偏光光)は、再度、上記1/4λ波長板5c及びPBS18、更には、偏光板17bを介して、投射レンズ23に入射し、当該投射レンズ23を通してスクリーン(図示せず)上に拡大して投射される。
The light reflected by the reflection surface of the
すなわち、上記にその詳細な構成を説明した、本発明になる映像表示装置の光学ユニットによれば、上記光源1からのランダムな偏光光は、偏光変換素子4、ライトバルブ3によって所定の偏光光(本例では、S偏光光)に偏光され、複数のレンズ6、7、8から構成される1次結像系を介して、色分離素子9に導かれ、ここで、R、G、Bの3色の光に分離される。その後、これら分離され光は、複数のレンズ25、PBS10、そして、1/4λ波長板5bを含む2次結像系を介して、回転するポリゴンミラー13の反射面上に照射され、これにより、R、G、Bの3色の光を、所定の方向に一定の速度で移動させる。そして、上記1/4λ波長板5b、PBS10に加え、複数のレンズ群14、15、16、更には、1/2λ波長板5a、PBS18、1/4λ波長板5cからなる3次結像系により、上記により所定の方向に一定の各速度で移動するR、G、Bの3色の光を、上記単板反射型映像表示素子12上の異なる領域に照射することとなる。その後、上記単板反射型映像表示素子12上で反射した3色の光は、上記1/4λ波長板5c、PBS18、偏光板17bを透過して投射レンズ23に入射して拡大・投射され、上記単板反射型映像表示素子12上に形成された映像を拡大・投射して、スクリーン上に表示することとなる。
That is, according to the optical unit of the video display device according to the present invention, the detailed configuration of which has been described above, the randomly polarized light from the
そして、本発明になる映像表示装置、特に、その光学ユニットでは、ポリゴンミラー13の反射面への光路として、上記図1からも明らかなように、上記色分離素子9により分離されたR、G、Bの3色の光は、2次結像レンズ群25を透過した後、PBS10により反射されて、上記反射型回転多面体であるポリゴンミラー13が、所定角度(この場合0°とする)の位置のとき、ポリゴンミラー13の反射面に対して略垂直に入出射されている。換言すれば、添付の図2(a)の左図に示すように、上記色分離素子9により分離されたR、G、Bの3色の光は、それぞれ、光路上、略同一の光学距離でポリゴンミラー13の反射面に至り、そこで反射され、その後、上記3次結像レンズ群、1/2λ波長板5a、PBS18、及び、1/4λ波長板5cを介して、単板反射型映像表示素子12のR、G、Bの各色の画素領域に至る。そのため、回転するポリゴンミラー13の反射面上で反射・屈曲される各色光は、ほぼ同一の条件下で反射されて上記単板反射型映像表示素子12の各色の画素領域に、ほぼ均等に入射することとなると考えられる。
In the image display device according to the present invention, in particular, in the optical unit thereof, the R, G separated by the
なお、この時の上記R、G、Bの3色の光が、反射型回転多面体であるポリゴンミラー13の反射面に対して入射する位置について、添付の図2に示す。この図において、ポリゴンミラー13の回転中心を「O」で示し、この回転中心Oから水平に引いた点線を「0°」とする。また回転中心から当該反射面に対して下ろした垂線と上記点線とのなす角度を
「θ」で示す。R、G、Bの各色のポリゴン振れ角度の領域、θR、θG、θBは、以下の条件を満足するように設定されている。
図2の(a)、(b)、(c)において
θR:θR1≦θR≦θR2
θG:θG1≦θG≦θG2
θB:θB1≦θB≦θB2
となり、G色の場合はθG1を±a°とし、ここで、図の矢印方向へのポリゴンミラー13の回転に伴って、次の反射面に最初に切り替わるR色の光の位置と、G光の次の反射面に切り替わるG色の光の位置との差分角度を「α」とした場合、
θR:−a+α≦θR≦+a+α
θG:−a≦θG≦+a
θB:−a−α≦θB≦+a−α
但し、θ1〜θ3は、各色光に対応する前記回転多面体の回転角度の領域を表し、かつ、αは、当該反射面上に照射された3色の光のうち、中心の色光の振れ角(上記の場合は、パネル上の周辺照度比や、色ムラ領域の低減のため、G色光が中心となっているが、これに限るものではない。)に対する他の色光の当該回転多面体の回転角度のズレ量を示す。
In addition, FIG. 2 of the accompanying drawings shows the positions at which the light of the three colors R, G, and B is incident on the reflecting surface of the
In (a), (b), and (c) of FIG. 2, θR: θR1 ≦ θR ≦ θR2
θG: θG1 ≦ θG ≦ θG2
θB: θB1 ≦ θB ≦ θB2
In the case of G color, θG1 is set to ± a °, where the position of the R color light that first switches to the next reflecting surface with the rotation of the
θR: −a + α ≦ θR ≦ + a + α
θG: −a ≦ θG ≦ + a
θB: −a−α ≦ θB ≦ + a−α
However, (theta) 1- (theta) 3 represents the area | region of the rotation angle of the said rotation polyhedron corresponding to each color light, and (alpha) is the deflection angle ((color light) of center color light among the three colors light irradiated on the said reflective surface (). In the above case, G color light is mainly used to reduce the ambient illumination ratio on the panel and the color unevenness area, but this is not restrictive.) Rotation angle of the rotating polyhedron of other color light Indicates the amount of misalignment.
以上に述べた光学ユニットにおける設定、特に、ポリゴンミラー13の反射面とR、G、Bの3色の光との間の関係によれば、図3(a)に示すように、上記色分離素子9により分離され、その後、反射型回転多面体であるポリゴンミラー13の反射面に対して略垂直に入射するR、G、Bの3色の光は、ほぼ同一の条件下で、その表面で反射・屈曲され、上述した3次結像系を介して単板反射型映像表示素子12のR、G、Bの各色の画素領域に至る。その結果、図3(b)に示すように、上記ポリゴンミラー13の矢印方向の回転に伴って一定の方向に移動するR、G、Bの各色の、上記単板反射型映像表示素子12の表面上における移動(スキャン)量は、ほぼ均等となる。即ち、単板反射型映像表示素子12上における利用可能な面積が増大し、もって、その利用効率を高めることが可能となる。なお、図3(b)における横軸は、上記単板反射型映像表示素子12表面上の位置Lを示す。
According to the setting in the optical unit described above, in particular, the relationship between the reflection surface of the
一方、上述した従来技術に開示される光学ユニットでは、色分離手段によりR、G、Bの3色に分離された光は、上記回転するポリゴンミラー13の反射面上に、傾斜して投射されるが、その場合には、図4(a)に示すように、各色光は、その反射面上の位置により、光が反射・屈曲する光路上の位置(図の「dR」、「dG」、「dB」を参照)が異なってしまう。そのため、図4(b)に示すように、その後に上記単板反射型映像表示素子12の各色の画素領域に入射する場合、その入射領域であるスキャン量が一致せず、そのため、得られる映像における各色の明るさが異なってしまい、バランスが崩れてしまうこととなると考えられる。
On the other hand, in the optical unit disclosed in the above-described prior art, the light separated into the three colors R, G, and B by the color separation means is projected onto the reflecting surface of the
すなわち、本発明では、上述したように、分離された光をポリゴンミラー13の反射面上に導くための、上記2次結像レンズ群25と上記PBS10を含む2次結像系を、分離されたR、G、Bの3色の光が、上記回転するポリゴンミラー13の反射面上に投射する際、各色光が、当該反射面に対して略垂直(90°)の角度で入射するように構成したものである。そして、かかる構成によれば、上記単板反射型映像表示素子12上での画素領域に入射する各色光のスキャン量を均一化し、もって、各色の明るさの相違に起因する不具合を解消し、優れた投射映像を得ることが可能となる。
That is, in the present invention, as described above, the secondary imaging system including the secondary
また、上記の単板反射型映像表示素子12としては、上述した反射型液晶パネル(LCOS)に加えて、透過型液晶パネル(LCD)、強誘電液晶パネル(FLC)、更には、デジタルマイクロミラー型パネル等があるが、本発明では適宜これらパネルのいずれかを使用することができる。特に、本実施例では、この単板反射型映像表示素子12として、LCOS又はLCD又はFLCを使用した例を示している。
In addition to the above-described reflective liquid crystal panel (LCOS), the single-plate reflective
次に、図5には、本発明の他の実施例になる、映像表示装置の光学ユニットの構成を示している。なお、この他の実施例では、上記図1に示した基本構造において、特に、上記色分離素子9により分離されたR、G、Bの3色の光をポリゴンミラー13へ照射する2次結像系を、上記ポリゴンミラー13で反射された3色の光を上記単板反射型映像表示素子12へ導くための3次結像系と共通化することにより、装置全体の小型化や軽量化を図ったものである。
Next, FIG. 5 shows a configuration of an optical unit of a video display apparatus according to another embodiment of the present invention. In this other embodiment, in the basic structure shown in FIG. 1, in particular, a secondary connection that irradiates the
即ち、図5からも明らかなように、リフレクタ2を介して上記光源1から得られるランダムな偏光光は、偏光変換素子4、ライトパイプ3によって所定の偏光光(本例では、S偏光光)に偏光され、当該ライトパイプ3の出力開口部に直接接続した色分離素子9に導かれ、ここで、R、G、Bの3色の光に分離される。その後、複数のレンズ6、7から構成される1次結像系を介して、PBS18へ入射される。なお、これらレンズ6、7から構成される1次結像系を省略することも可能であり、その場合、装置の小型化、軽量化にとっては、更に、有利である。
That is, as is clear from FIG. 5, random polarized light obtained from the
その後、上記色分離素子9により分離された3色の光(S偏光光)は、PBS18の働きにより反射され、1/4λ波長板4a、そして、2次結像系を構成するレンズ16、15、14を介して、上記回転するポリゴンミラー13の反射面に対して略垂直(90°)の角度で入射するように構成されていること、また、ポリゴンミラー13の反射面の近傍(反射面の前後、数mm程度)に複数の2次光源像として結像されるように構成されていることは、上記と同様である。その後、このポリゴンミラー13の反射面で反射された3色の光は、上記2次結像系を構成するレンズ14、15、16により共通に構成された3次結像系、更には、上記1/4λ波長板4aを介して、再び、上記PBS18に入射し(P偏光光)してこれを透過して上記単板反射型映像表示素子12上に照射される。即ち、これにより、所定の方向に一定の各速度で移動するR、G、Bの3色の光を、上記単板反射型映像表示素子12上の異なる領域に入射し、その反射した3色の光(S偏光光)を、再び、上記PBS18により反射し、偏光板17bを介して投射レンズ23に入射する。これにより、上記単板反射型映像表示素子12上で変調されたR、G、Bの3色の光は拡大・投射され、スクリーン上に表示されることは上記と同様である。
Thereafter, the three colors of light (S-polarized light) separated by the
更に、図6には、上記図5に示した映像表示装置のための光学ユニットの変形例を示している。なお、この変形例では、図からも明らかなように、上記図5に示した構成において、リフレクタ2を介して上記光源1から得られるランダムな偏光光は、一旦、上記偏光変換素子4の入射口に取り付けられた光導手段であるライトパイプ又はライトファネル27に導かれ、そこで所望のF値となるように出射角を調整される。その後、上記と同様に、上記偏光変換素子4によりS偏光光又はP偏光光のいずれかの偏光光に偏光方向が揃えられた後、上記のライトパイプ3に導かれる。なお、かかる構成によれば、上記リフレクタ2を介して光源1から得られるランダムな偏光光は、一旦、ライトパイプ27に導かれてその出射角を調整された後、偏光変換素子4に入射して偏光方向が揃えられることから、上記偏光変換素子4における効率を向上することが可能となり、より明るい映像が得られることとなる。
Further, FIG. 6 shows a modified example of the optical unit for the video display device shown in FIG. In this modified example, as is apparent from the figure, in the configuration shown in FIG. 5, random polarized light obtained from the
また、この変形例では、上記図5においてライトパイプ3の後端に接続したR、G、Bの3色の光を分離する色分離素子9に代えて、上記R、G、Bに加え、更に、白色(W)光をも分離して取り出すことの可能な色分離素子9’を採用することによって、更に明るい映像が得られる。また、この変形例では、上記した色分離素子9’により分離した4色光を、PBS10により反射すると共に、1次結像系を構成する複数のレンズ6、7を介して、PBS18に導く。しかしながら、上記色分離素子9’、ライトパイプ3等の配置によっては、このPBS10やそれらレンズ6、7から構成される1次結像系を省略することも可能であり、装置の小型化、軽量化にとっては、更に、有利であろう。更に、この変形例では、上記R、G、Bに加え、白色(W)光を分離可能な色分離素子9’の採用に伴い、ポリゴンミラー13で反射されて上記PBS18を透過した4色の光を受光するため、単板反射型映像表示素子12’は、図に示すように、その受光領域を4つに領域に分離されて形成されている。なお、これら4色(R、G、B、W)の光をポリゴンミラー13へ照射する2次結像系を、上記ポリゴンミラー13で反射された4色の光を上記単板反射型映像表示素子12’へ導くための3次結像系と共通化することによって装置全体の小型化や軽量化を図っていることは、上記と同様である。
Further, in this modified example, instead of the
即ち、この図6に示す変形例においても、リフレクタ2を介して上記光源1から得られるランダムな偏光光は、光導手段であるライトパイプ27により効率的に集光され、偏光変換素子4、ライトパイプ3によって所定の偏光光(本例では、S偏光光)に偏光され、その後、4色光の色分離素子9’に導かれ、ここで、R、G、B、Wの4色の光に分離される。その後、PBS10や1次結像系を構成する複数のレンズ6、7を介して、PBS18へ入射される。その後、上記色分離素子9’により分離された4色の光(S偏光光)は、上述したように、PBS18の働きにより反射され、1/4λ波長板4a、そして、2次結像系を構成するレンズ16、15、14を介して、上記回転するポリゴンミラー13の反射面に対して略垂直(90°)の角度で入射するように構成されていること、また、ポリゴンミラー13の反射面の近傍(反射面の前後、数mm程度)に複数の2次光源像として結像されるように構成されていることは、上記と同様である。
That is, also in the modified example shown in FIG. 6, the random polarized light obtained from the
その後、このポリゴンミラー13の反射面で反射された4色の光は、上記2次結像系を構成するレンズ14、15、16により共通に構成された3次結像系、更には、上記1/4λ波長板4aを介して、再び、上記PBS18に入射し(P偏光光)してこれを透過して上記単板反射型映像表示素子12’上に照射される。即ち、これにより、所定の方向に一定の各速度で移動するR、G、B、Wの4色の光を、上記単板反射型映像表示素子12’上の異なる領域に入射し、その反射した4色の光(S偏光光)を、再び、上記PBS18により反射し、偏光板17bを介して投射レンズ23に入射する。これにより、上記単板反射型映像表示素子12’上で変調されたR、G、B、Wの4色の光は拡大・投射され、スクリーン上に表示されることは上記と同様である。
Thereafter, the four colors of light reflected by the reflecting surface of the
なお、この変形例では、上述したように、装置全体の小型化や軽量化と共に、より明るい映像が得られることとなる。 In this modification, as described above, a brighter image can be obtained as the entire apparatus is reduced in size and weight.
次に、図7には、上記図6に示した光学ユニットの変形例を示している。すなわち、この変形例では、図からも明らかなように、特に、上記図6に示したライトパイプ27、偏光変換素子4、ライトパイプ3を含む集光部を、そのライトパイプ27を除き、更に、偏光変換素子4とライトパイプ3との配列を逆転して配置している。すなわち、かかる構成によれば、偏光変換素子4を、発熱源でもある上記光源1から距離を離して配置すると共に、ライトパイプ3によって光源1から集光した光を大きなF値で偏光変換素子4に入射する。これにより、熱によってその特性が変化しやすい偏光変換素子4を、光源1による加熱から保護し、もって、当該偏光変換素子4の変換特性を確保すると共に、ライトバルブ3からの光を上記偏光変換素子4に対して大きなF値で入射することにより、その変換効率を向上することが可能となる。
Next, FIG. 7 shows a modification of the optical unit shown in FIG. That is, in this modification, as is apparent from the drawing, in particular, the light collecting portion including the light pipe 27, the
なお、この図7に示す変形例においても、リフレクタ2を介して上記光源1から得られるランダムな偏光光は、光導手段であるライトパイプ3により効率的に集光され、偏光変換素子4によって所定の偏光光(本例では、S偏光光)に偏光され、その後、4色光の色分離素子9’に導かれ、ここで、R、G、B、Wの4色の光に分離される。その後、PBS10や1次結像系を構成する複数のレンズ6、7を介して、PBS18へ入射される。その後、上記色分離素子9’により分離された4色の光(S偏光光)は、上述したように、PBS18の働きにより反射され、1/4λ波長板4a、そして、2次結像系を構成するレンズ16、15、14を介して、上記回転するポリゴンミラー13の反射面に対して略垂直(90°)の角度で入射するように構成されていること、また、ポリゴンミラー13の反射面の近傍(反射面の前後、数mm程度)に複数の2次光源像として結像されるように構成されていることは、上記と同様である。
In the modification shown in FIG. 7 as well, random polarized light obtained from the
また、その後、このポリゴンミラー13の反射面で反射された4色の光は、上記2次結像系を構成するレンズ14、15、16により共通に構成された3次結像系、更には、上記1/4λ波長板4aを介して、再び、上記PBS18に入射し(P偏光光)してこれを透過して上記単板反射型映像表示素子12’上に照射される。即ち、これにより、所定の方向に一定の各速度で移動するR、G、B、Wの4色の光を、上記単板反射型映像表示素子12’上の異なる領域に入射し、その反射した4色の光(S偏光光)を、再び、上記PBS18により反射し、偏光板17bを介して投射レンズ23に入射する。これにより、上記単板反射型映像表示素子12’上で変調されたR、G、B、Wの4色の光は拡大・投射され、スクリーン上に表示されることも上記と同様である。
Thereafter, the four colors of light reflected by the reflecting surface of the
ところで、上記各種の実施例及びその変形例では、上述したように、光源1からの光を、偏光変換素子4の働きにより、S偏光光又はP偏光光に変換しており、そして、その後の光路においては、偏光素子を利用して当該偏光光の反射や透過を制御し、もって、所定の光路を形成している。しかしながら、本発明は、かかる構成のみに限定されることなく、例えば、以下の他の実施例により示すように、偏光を利用することなく映像表示装置のための光学ユニットを構成することも可能である。
By the way, in the above-mentioned various embodiments and modifications thereof, as described above, the light from the
まず、図8には、所謂、全反射プリズム(又はツイン全反射プリズム)25を採用し、しかしながら、その構成要素として偏光変換素子を用いない光学ユニットの構造の一例が示されている。なお、この他の実施例でも、図示のように、光源1から得られる光は、リフレクタ2を介してライトパイプ3に導かれるが、本例では、当該ライトパイプ3の入射口には、紫外線(UV)から保護するためのUVカットフィルタ11が設けられている。このライトパイプ3によって集光された光は、ライトパイプ3の出力開口部に直接接続した色分離素子9に導かれ、ここで、R、G、B、Wの4色の光に分離される。その後、1次結像系を構成するレンズ6を介して、全反射ミラー10’へ入射されて反射し、やはり1次結像系を構成するレンズ7を介して、上記全反射プリズム25に入射する。なお、ここでも、当該レンズ6、7により構成される1次結像系を省略することも可能であり、その場合、装置の小型化、軽量化にとっては、更に、有利であろう。
First, FIG. 8 shows an example of the structure of an optical unit that employs a so-called total reflection prism (or twin total reflection prism) 25, but does not use a polarization conversion element as its component. In this embodiment, as shown in the figure, the light obtained from the
そして、この他の変形例では、上記全反射プリズム25の第1の境界面(図中、右側)において、分離されたR、G、B、Wの4色の光は、その臨界角(例えば、41°)を僅かに超える入射角度で入射され、そのため、その界面において反射され、更には、2次結像系を構成するレンズ16、15、14を通って、所定の角速度で回転する反射型回転多面体である、ポリゴンミラー13へ入射する。そして、このポリゴンミラー13の反射面にて反射したR、G、B、Wの4色の光は、再度、2次結像系を構成するレンズ14、15、16を通って上記全反射プリズム25に入射するが、この時の入射角は、上記した臨界角を超えないように設定されており、そのため、図示のように、ポリゴンミラー13で反射されたR、G、B、Wの4色の光は当該全反射プリズム25(第1の境界面)を透過して、単板反射型映像表示素子12’上のそれぞれ異なる領域に入射する。その後、上記単板反射型映像表示素子12’にて反射された4色の光は、再度、上記全反射プリズム25に入射するが、当該表示素子が僅かに傾斜されて配置されていることから、その第2の境界面(図中、左側)において反射されて、レンズ23に入射する。その後、当該投射レンズ23を通してスクリーン(図示せず)上に拡大して投射されることは上記と同様である。
In this other modification, the light of the four colors R, G, B, and W separated on the first boundary surface (right side in the figure) of the
なお、この他の変形例になる光学ユニットにおいても、上記の実施例と同様に、上記全反射プリズム25の第1の境界面で反射し、上記2次結像系を構成するレンズ16、15、14を通って、ポリゴンミラー13へ入射するR、G、B、Wの4色の光は、やはり、反射面に対して略垂直(90°)の角度で入射するように構成されており、また、当該ポリゴンミラー13の反射面の近傍(反射面の前後、数mm程度)に複数の2次光源像として結像されるように構成されている。但し、図からも明らかなように、この他の変形例になる光学ユニットでは、上記ポリゴンミラー13及び単板反射型映像表示素子12’の配置方向は、上記の実施例とは角度が90°異なって配置されている。そして、かかる他の変形例になる光学ユニットの構成によっても、上述したと同様の効果が得られることは、当業者であれば明らかであろう。
Note that, in the optical unit according to another modified example, as in the above-described embodiment, the
更に、図9には、上記図8に示した光学ユニットの変形例を示す。図からも明らかなように、このの変形例では、上記UVカットフィルタ11とライトパイプ3との間に凹レンズ24を設けて、上記ライトパイプ3へリフレクタ2を介して光源1から得られる光のF値を大きくしてその集光効率を向上すると共に、上記全反射プリズム(又はツイン全反射プリズム)25において、光路として使用されていない一部(具体的には、図の右上部分)を切除し、もって、当該プリズムの小型化・軽量化を図ったものである。なお、この小型化・軽量化されたプリズム25’を採用した当該変形例においても、その動作は上記図8におけると同様であり、ここでは、説明を省略する。また、この変形例により得られる効果も、上記したプリズムの小型化・軽量化や更なる集光効率を向上に加え、上述したと同様の効果が得られることも、当業者にとって明らかであろう。
FIG. 9 shows a modification of the optical unit shown in FIG. As is apparent from the figure, in this modification, a
最後に、図10には、上記に種々説明した本発明になる光学ユニットを備えた映像表示装置の内部構成が示されている。なお、この例では、例えば、プラスチックや金属板により略箱型に形成された筐体100の内部には、上記図7に示した光学ユニットが、その投射レンズ23を筐体の側壁の一部に取り付けて、もって、当該投射レンズ23を通して外部へ映像を投射できるように、取り付けられている。かつ、当該筐体100の一部には、上記光源1であるランプに電力を供給すると共に、上記ポリゴンミラー13を回転駆動するための図示しない電動モータを駆動するための電力を供するための電源部26と共に、上記光源1であるランプの発光量や上記モータへ供給する電力を制御する制御回路、外部からの信号を入力して上記単板反射型映像表示素子12、12’へ供給される映像信号を生成する映像信号処理回路、更には、図示しない他の要素をも含めて当該装置全体の制御を行う、例えば、マイクロプロセッサを含むコントロール部28が内蔵されて構成されている。
Finally, FIG. 10 shows an internal configuration of a video display device including the optical unit according to the present invention described above in various ways. In this example, for example, the optical unit shown in FIG. 7 includes the
1…光源 2…リルレクタ 3…ライトバルブ 4…偏光変換素子 5a…1/2λ波長板 5b、5c…1/4λ波長板 6、7、8、14,15,16、25…レンズ 9…色分離素子 10…偏光ビームスプリッタ(PBS) 12…単板反射型映像表示素子 13…ポリゴンミラー(反射型回転多面体) 17b…偏光板 18…偏光ビームスプリッタ(PBS) 23…投射レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
当該光源から出射された光を複数の色光に分離する色分離手段と、
当該色分離手段から出射された各色光が異なる領域に入射され、それぞれの領域からの出射により映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、
当該色分離手段から出射された複数の色光を、そのそれぞれの光軸方向を変え、当該複数の色光が照射される領域を所定の方向に移動させながら当該映像表示素子の異なった領域に照射する回転多面体と、
該映像表示素子から出射された光を映像として投射する投射装置とを備えた光学ユニットであって、更に、
前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路を備えており、当該光路は、当該複数の色光の光軸が、所定角度における当該回転多面体を構成する単一の面に対して略垂直に入射もしくは入出射するように構成されていることを特徴とする映像表示装置の光学ユニット。 A light source;
Color separation means for separating light emitted from the light source into a plurality of color lights;
Each color light emitted from the color separation means is incident on a different area, and an image display element that forms an optical image according to the video signal by emission from each area;
A plurality of color lights emitted from the color separation means are irradiated to different areas of the video display element while changing the respective optical axis directions and moving the areas irradiated with the plurality of color lights in a predetermined direction. A rotating polyhedron,
An optical unit including a projection device that projects light emitted from the image display element as an image;
An optical path for guiding a plurality of color lights from the color separation unit to the rotating polyhedron is provided, and the optical path of the plurality of color lights is formed on a single surface constituting the rotating polyhedron at a predetermined angle. An optical unit of an image display device, wherein the optical unit is configured to enter or enter and exit substantially perpendicularly.
θ1:−a+α≦θ1≦+a+α
θ2:−a≦θ2≦+a
θ3:−a−α≦θ3≦+a−α
但し、θ1〜θ3は、各色光に対応する前記回転多面体の回転角度の領域を表し、かつ、αは、当該反射面上に照射された3色の光のうち、中心の色光の振れ角に対する他の色光の当該回転多面体の回転角度のズレ量を示す。 3. The optical unit according to claim 2, wherein an optical path for guiding a plurality of color lights from the color separation unit to the rotating polyhedron has at least three colors of light emitted from the color separation unit under the following conditions: An optical unit of an image display device configured to irradiate on a reflection surface of the reflection type rotating polyhedron so as to satisfy the condition.
θ1: −a + α ≦ θ1 ≦ + a + α
θ2: −a ≦ θ2 ≦ + a
θ3: −a−α ≦ θ3 ≦ + a−α
However, (theta) 1- (theta) 3 represents the area | region of the rotation angle of the said rotation polyhedron corresponding to each color light, and (alpha) is with respect to the deflection angle of center color light among the light of three colors irradiated on the said reflective surface. The amount of deviation of the rotation angle of the rotating polyhedron of other color light is shown.
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