JP2004287439A - 空間フィルタを利用したプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーバランスが調節できるプロジェクションシステムを提供する。
【解決手段】 光源と、該光源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スリットを有した空間フィルタと、該空間フィルタを通過した光をカラー別に分離する光分離器と、円柱レンズが螺旋形に配列されて回転可能かつ前記光分離器によって分離された光をスクロールさせるように設けられた少なくとも１つのスパイラルレンズディスクを有したスクロールユニットと、該スクロールユニットを通過した光を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バルブと、該ライトバルブによって形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットとを含むことを特徴とするプロジェクションシステムにおいて、上記空間フィルタを用い、カラーバーの面積を調節することでカラーガマットを改善し、カラーバランスを調節して画質を向上させることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、空間フィルタを利用してカラーバーの面積を調節することによってカラーバランスが調節できる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にオンオフ制御して画像を形成するライトバルブの数によって３板式と単板式とに分かれる。単板式プロジェクションシステムは、３板式に比べて光学計構造を小さくできるが、白色光をシーケンシャル方法で青色光Ｒ、緑色光Ｇ、赤色光Ｂカラー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高めるための努力が進められてきた。

一般的な単板式プロジェクション光学計の場合、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の三色に分離し、各カラーを順次にライトバルブに送る。そして、このカラー順に合わせてライトバルブを動作させて映像を具現する。このように単板式光学計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。このような問題を解決するために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の三色ビームに分離し、これを同時にライトバルブ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映像具現が可能であるので、特定な方法で各カラーバーを一定速度に動かす。

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に示されるように、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と偏光ビームスプリッタアレイ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、１２２、１３９によってＲ、Ｇ、Ｂの三色ビームに分岐される。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ＲとＧとは透過されて第１光路Ｌ_１に進行され、Ｂは反射されて第２光路Ｌ_２に進行される。そして、前記第１光路Ｌ_１に進行されるＲとＧとは前記第２ダイクロイックフィルタ１１２によってさらに分岐される。前記第２ダイクロイックフィルタ１１２によってＲは透過されて第１光路Ｌ_１に直進し続け、Ｇは反射されて第３光路Ｌ_３に進行される。

前記のように前記光源１００から照射された光がＲ、Ｇ、Ｂに分岐されてそれぞれに対応する第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は前記第１ないし第３光路Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３にそれぞれ配置されて均一な速度に回転されるにつれてＲ、Ｇ、Ｂの三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_２、Ｌ_３に沿ってそれぞれ進行される緑色光と青色光とが第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の三色光が合成されて偏光ビームスプリッタ１２７を通過し、ライトバルブ１３０によって画像を形成する。

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の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プリズムを同期させて回転させる時、前記ライトバルブ１３０面に形成されたカラーバーの移動を示したものである。

前記ライトバルブ１３０で各画素に対するオンオフ信号による画像情報を処理して画像を形成し、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。

前記のような方法は、各カラー別に光路を別途に使用するので、カラー別に光路補正用レンズを別途に具備しなければならず、分離された光をさらに集めるための部品が具備されねばならず、各カラー別に部品を別途に準備しなければならないので、光学計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される。

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に示されるようなカラーバーを一定速度で移動させなければならないが、前記構造ではスクロールのためにライトバルブと３つのプリズムとを同期させねばならないために該同期の制御が難しい。のみならず、前記スクロールプリズム１１４、１３５、１４２が円運動をするので、カラースクロールの速度も一定でなくて画質が低下してしまう。

一方、前記第１ないし第３光路Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３に通される光の幅によって各カラーバーの幅が決定される。前記第１ないし第３光路に進行される光幅が狭い時には各カラーバーの幅が狭くなって、図３Ａに示されるように各カラーバー間にブラックバーＫが形成される。そして、光幅が広い時には各カラーバーの幅が広くなって、図３Ｂに示されるように各カラーバーが重畳される部分Ｐが生じる。

このようにブラックバーが生じるかカラーバーが重畳される場合にはカラー画質に問題が生じるが、ブラックバーが生じるかカラーバーが重畳される現象はエタンデュとして説明できる。エタンデュＥとは、任意の光学計での光学的保存物理量を示すものであり、エタンデュを測定しようとする対象体の面積Ａとその面積に入射または出射する光線の入射角または出射角の半角θ_１／２に対するｓｉｎ値の累乗によって求められ、これを数式に表せば、次の通りである。

ここで、Ｆ／ＮｏはレンズのＦナンバーを示すものであり、sin(θ_1/2)=1/(4F/No)の関係が成立する。前記数式１によれば、エタンデュは対象体の面積と入射ビームの入射角度またはＦナンバーによって決定される。エタンデュは、光学計の幾何学的構成による物理量であって、光学計の出発点でのエタンデュと終点でのエタンデュとが同じでエタンデュが保存されて初めて光効率側面で最適であるといえる。例えば、出発点でのエタンデュより終点でのエタンデュが大きいならば、Ｆ／Ｎｏが一定であるとする時、前記数式１で対象体の面積が大きくなり、これに反して出発点でのエタンデュより終点でのエタンデュが小さくなれば、対象体の面積が狭くなるので、光損失が発生する恐れがある。

ここで、光学計の出発点を光源とみて、対象体をライトバルブとする時、例えば光源のエタンデュが全体システムのエタンデュよりさらに大きい場合、カラーバーの面積が大きくなるので、各カラーバーの境界面でカラーが混ざる現象が発生する。または、光源のエタンデュがシステムのエタンデュより小さな場合にはカラーバーの面積が狭くなって各カラーバー間にブラックバーＫが生じる。このように各カラーバー間にブラックバーＫが生じるかカラーが混合される場合、画質に問題が発生する。

ところが、特別な場合にブラックバーＫが生じるようする必要がある。例えば前記ライトバルブ１３０としてＬＣＤを使用する場合には画像信号の処理において、各カラーバーに対して連続的に信号処理し難い場合がある。すなわち、カラーバーが連続的にスクロールされる時、カラーバーが変わる度に画像信号が変わるようになるが、変わった画像信号を連続的に処理し難い場合がある。このような場合に、各カラーバー間に画像信号処理のための時間が必要となり、この時間を得るために各カラーバー間にブラックバーが要求される。

このようにスクロールによってカラー画像を具現するシステムでは場合によってカラーバーの幅を調節する必要があるので、カラーバーの幅を調節するための手段が要求される。

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、カラーバーのスクロールによってカラー画像を形成して小型化し、光効率が高まり、空間フィルタを利用してカラーバーの幅を調節することによって画質を向上できるプロジェクションシステムを提供することを目的とする。

上述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スリットを有した空間フィルタと、前記空間フィルタを通過した光をカラー別に分離する光分離器と、円柱レンズセルが螺旋形に配列されて回転可能とされかつ前記光分離器によって分離された光をスクロールさせる少なくとも１つのスパイラルレンズディスクを有したスクロールユニットと、前記スクロールユニットを通過した光を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バルブと、前記ライトバルブによって形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットと、を含むことを特徴とする。

プロジェクションシステムは、前記空間フィルタのスリット幅より狭い幅を有したスリットと、カラーによって透過及び反射させるフィルタ面を具備したトリムフィルタと、を少なくとももう１つ具備できる。

前記空間フィルタのスリット幅と異なる幅を有したスリットが形成され、カラーによって透過及び反射させるトリムフィルタ面が、前記空間フィルタに、またはガラスに、少なくとも１つコーティングされて形成可能とされている。

前記光分離器は、入射光をカラーによって透過及び反射させ、相異なる角度で傾く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を具備して構成できる。

前記光分離器は、入射光をカラーによって透過及び反射させる第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタを有した第１、第２及び第３ダイクロイックプリズムが順に付着されて形成できる。

前記光分離器は、前記第１ダイクロイックプリズムの前に上下方向に配置されて入射光を偏光方向によって透過及び反射させる第１及び第２偏光ビームスリッタと、前記第１偏光ビームスプリッタと第１ダイクロイックプリズムまたは第２偏光ビームスプリッタと第１ダイクロイックプリズム間に偏光方向を変える１／２波長板と、をさらに具備できる。

前記スクロールユニットは、所定間隔をおいて配置された第１スパイラルレンズディスクと第２スパイラルレンズディスク及び前記第１スパイラルレンズディスクと第２スパイラルレンズディスク間に配置されたガラスロッドとを具備する。

前記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、光源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スリットを有した空間フィルタと、円柱レンズセルが螺旋形に配列され、回転可能になって入射光をスクロールさせる少なくとも１つのスパイラルレンズディスクを有したスクロールユニットと、相互平行に配置されて入射光をカラーによって透過及び反射させることによって前記スクロールユニットを通過した光をカラー別に分離させる第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタを有した光分離器と、前記光分離器を通過した光を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バルブと、前記ライトバルブによって形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットと、を含むことを特徴とする。

本発明によるプロジェクションシステムは、空間フィルタを利用してシステムのエタンデュまたは入射光の発散角を調節することによってカラーバーを明確に分離し、これによって画質を向上させる。言い換えれば、カラーバー間に重畳される部分が生じることは光源から照射された光が光学計の収容角以上に発散されるためであるが、光学計の収容角以上の光を空間フィルタを利用して除去することによってカラーバーを明確に分離できる。

以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。

本発明の望ましい第１実施形態によるプロジェクションシステムは、図４を参照すれば、光源１０と、この光源１０から照射された光を波長によって分岐させる光分離器１５、前記光分離器１５によって分岐されたＲ、Ｇ、Ｂの三色ビームをスクロールさせるためのスクロールユニット、前記光源１０とスクロールユニット間に配置された空間フィルタ５を含む。また、前記スクロールユニットによってスクロールされる光をライトバルブ４０で画像信号によって処理してカラー画像を形成し、このライトバルブ４０で形成された画像を投射レンズユニット４５を利用してスクリーン６０に拡大投射させる。

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できる。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から反射された光を平行光にする放物鏡で構成できる。図４は、反射鏡１３として楕円鏡を採用した場合を例に挙げた図である。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と光分離器１５間の光路上に入射光を平行光に作ってくれるコリメーティングレンズ１４が具備される。このコリメーティングレンズ１４は、前記光源１０とその光源１０から出射された光が集束される焦点ｆ間の距離をＱとする時、前記焦点ｆからＱ／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計の構成が小型化できる。

前記光源１０とコリメーティングレンズ１４間に空間フィルタ５が配置される。この空間フィルタ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いる。例えば、前記空間フィルタ５は図５に示されるように第１フィルタ面５ａと、この第１フィルタ面５ａと離隔されて配置された第２フィルタ面５ｂと、前記第１及び第２フィルタ面５ａ、５ｂをそれぞれ支持し、移送スクリュー６によって移動可能とされた第１及び第２支持板７ａ、７ｂと、前記移送スクリュー６が回転可能に支持されたフレーム８を具備する。前記移送スクリュー６を回転させれば、第１及び第２支持板７ａ、７ｂが移送スクリュー６に沿って動かされて前記第１及び第２フィルタ面５ａ、５ｂ間のスリット５ｃの幅が調節される。前記スリット５ｃの幅はカラー分離方向またはカラースクロール方向に調節されることが望ましい。

次に、図６Ａないし図６Ｃに示されるように前記空間フィルタ５にカラーバーの面積を調節するためにスリットを有した少なくとも１つのトリムフィルタ１、２、３をさらに具備できる。図６Ａは、空間フィルタ５に第１トリムフィルタ１が付着された場合を示した図であり、前記第１トリムフィルタ１は、例えばＲは反射させ、残りの光は透過させ、スリットを通じてはあらゆるカラーの光が透過される。図６Ｂは、空間フィルタ５に第１及び第２トリムフィルタ１、２が付着された場合を示した図であり、図６Ｃは、空間フィルタ５なしに第１、第２及び第３トリムフィルタ１、２、３が具備された場合を示した図である。前記第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３は前記空間フィルタ５または別途のガラスに各フィルタをコーティングして製作するかまたはそれぞれ別途のフィルタプレートとして製作することもできる。

ここで、前記第１ないし第３スリット１ａ、２ａ、３ａとスリット５ｃの幅は前記光分離器１５によるカラー分離方向に調節される。

前記光源１０から出射された光は光分離器１５によってＲ、Ｇ、Ｂの三色光に分離される。前記光分離器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。前記光分離器１５は入射光を所定波長領域によって分離し、この分離された光が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Ｒは反射させ、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Ｇは反射させ、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Ｂを反射させる。

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により波長別に分離されたＲ、Ｇ、Ｂの三色光が相異なる角度に反射され、例えば、ＲとＢとのそれぞれがＧを中心として集束されてスクロールユニット２０に入射される。

スクロールユニット２０は少なくとも１つのスパイラルレンズディスクを含んで構成できる。図４ではスクロールユニット２０が１つのスパイラルレンズディスクで構成された場合を例示した。ここで、スパイラルレンズディスクは円柱レンズセル２０ａが螺旋形に配列されて形成される。これとは別に、スクロールユニットは図７Ａ及び図７Ｂに示されるように所定間隔離隔されて配置された第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７と、前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７間に介されたガラスロッド２８とを具備できる。前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７は少なくとも一面に円柱レンズセル２６ａ、２７ａが螺旋形に配列されて形成される。そして、スパイラルレンズディスク２６、２７の断面形状は円柱レンズアレイの構造を有する。

前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７は円柱レンズセル２６ａ、２７ａが螺旋形に配列されて形成され、回転可能になっている。前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７は駆動源Ｍによって同じ速度で回転するようにブラケット２９によって支持されている。

一方、前記スクロールユニット２０の前後にそれぞれ第１及び第２円柱レンズ１６、１７が具備され、前記第２円柱レンズ１７とライトバルブ４０間の光路上に第１及び第２フライアイレンズアレイ３４、３５とリレーレンズ３８とが具備されうる。

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に入射される光幅が狭まって光損失が減少される。また、前記第２円柱レンズ１７によってスクロールユニット２０を通過した光幅が元の状態に復帰される。

次に、前記のように構成された本発明の第１実施形態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。

光源１０から出射された白色光は前記空間フィルタ５及びコリメーティングレンズ１４を通じて光分離器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Ｒ、Ｇ、Ｂの三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によってスクロールユニット２０に入射される光幅が狭まる。

図８は光源１０から出射されたビームが前記第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に入射した時と、前記第１円柱レンズ１６によってビームの幅が狭まった状態でスクロールユニット２０に入射した時とを比較した図である。スクロールユニット２０を通過する時のビームの幅が比較的広い時には螺旋形のレンズアレイ形状とビームＬ′の形状とが不一致するために各カラー別に不一致する領域Ａ′ほどの光損失を招く。それで、光損失を最小化するために前記第１円柱レンズ１６を利用してビームの幅を狭まることによって相対的に螺旋形のレンズアレイ形状とビームＬの形状とを一致させることが望ましい。この時の不一致する領域をＡとすれば、Ａ＜Ａ′になって光損失が減少される。

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によってビームの幅が元の状態に大きくなる。

前記第２円柱レンズ１７を通過したＲ、Ｇ、Ｂの三色光は前記第１及び第２フライアイレンズアレイ３４、３５でレンズセル３４ａ、３５ａ別に結ばれる。次いで、前記レンズセル３４ａ、３５ａに結ばれるＲ、Ｇ、Ｂの三色光は前記リレーレンズ３８によってライトバルブ４０にカラー別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。

ここで、図９Ａを参照すれば、空間フィルタ５のスリット５ｃの幅ｄが変わるにつれてカラーバーの面積が変わる。例えば、前記スリット幅ｄがｄ１である時、ライトバルブ４０に形成されるカラーバーが３つの領域に等分されて形成されると仮定すれば、スリット幅がｄ１より狭いｄ２（ｄ１＞ｄ２）に変わる時、図９Ｄに示されるようにカラーバー間にブラックバーＫが生じる。また、スリット幅ｄがｄ１より広いｄ３（ｄ３＞ｄ１）に変わる時、図９Ｃに示されるようにカラーバーの面積が広くなってカラーバー間に重畳される部分Ｐが生じる。

次に、前記空間フィルタ５に第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３を具備してライトバルブ４０に形成されるカラーバーの面積を変化させうる。前記第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３は所定幅の第１ないし第３スリット１ａ、２ａ、３ａを形成し、所定カラーの光は反射させ、他のカラーの光は透過させる。例えば、図６Ａは、空間フィルタ５に第１トリムフィルタ１のみが具備された場合を示した図である。前記第１トリムフィルタ１は、例えばＧは反射させ、残りの光は透過させ、第１トリムフィルタ１の第１スリット１ａは前記空間フィルタ５のスリット５ｃより狭い幅ｄＧを有する。前記光源１０から出射された光は前記空間フィルタ５のスリット５ｃを通過した後で、前記第１トリムフィルタ１を通過する時、前記第１スリット１ａを通じてはＲ、Ｇ、Ｂカラーが何れも透過される一方、前記トリムフィルタ１を通じてはＧは反射され、レッド光Ｒとブルー光Ｂとは透過される。

ここで、前記第１トリムフィルタ１を通過するＲおよびＢの幅は前記スリット５ｃの幅ｄによって決定され、前記グリーン光の幅は第１スリット１ａの幅ｄＧによって決定される。前記第１スリット１ａの幅が前記スリット５ｃの幅より狭い場合に、前記第１トリムフィルタ１によってＧの幅が狭まってＧがＢとＲとに比べて狭い幅を有する。この場合、図６Ａに示されるようにＲのカラーバーとＢのカラーバー間にブラックバーＫが形成できる。

また、図６Ｂに示されるように空間フィルタ５に第１及び第２トリムフィルタ１、２が具備されうる。第２トリムフィルタ２は、例えばＢは反射させる一方、ＲとＧとは透過させるように形成されうる。前記第２トリムフィルタ２の第２スリット２ａは前記第１スリット１ａより狭いか同じ幅ｄＢを有する。第２スリット２ａの幅ｄＢが第１スリット１ａの幅と同じ場合にはＲとＧとが同じ幅を有する。前記空間フィルタ５のスリット５ｃと第１、第２スリット１ａ、２ａとの幅を調節することによって各カラーバーの幅が調節できる。このように、第１、第２スリット１ａ、２ａとスリット５ｃとの幅を調節することによって図６Ｂに示されるように各カラーバー間にブラックバーＫを生じるかブラックバーなしに各カラーバーの面積が調節できる。

また、図６Ｃに示されるように第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３が具備されうる。例えば、第１トリムフィルタ１はＧを反射させ、第２トリムフィルタ２はＢを反射させ、第３トリムフィルタ４はＲを反射させる。このように第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３が具備された場合には空間フィルタ５が別途に具備されなくても関係ない。

前記第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３のスリット幅をｄＧ、ｄＢ、ｄＲという時、ｄＧ＝ｄＢ＝ｄＲであれば、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーバーが同じ面積を有する。そして、ｄＧ＜ｄＢ＜ｄＲである時、図６Ｃに示されるようにＢ、Ｇ、Ｒの順に面積が異なる。第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３のスリット幅によって各カラーバーの面積が調節できる。言い換えれば、第１スリット幅ｄＧによってはＧの幅が、第２スリット幅ｄＢによってはＢの幅が、第３スリット幅ｄＲによってはＲの幅がそれぞれ決定される。

前記空間フィルタ５と第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３とによってライトバルブ４０に結ばれるカラーバーの各面積が調節され、ライトバルブ４０で画像信号によってカラー画像が形成される。

次に、前記ライトバルブ４０に形成されたカラーバーのスクロール作用について説明する。図１０Ａないし図１０Ｃに示されるように、前記スクロールユニット２０の回転によってカラーバーが、例えば（Ｒ、Ｇ、Ｂ）⇒（Ｇ、Ｂ、Ｒ）⇒（Ｂ、Ｒ、Ｇ）順に周期的にスクロールされる。図１０Ａないし図１０Ｃでは前記スクロールユニット２０が第１、第２スパイラルレンズディスク２６、２７及びガラスロッド２８で構成された場合を図示した。

まず、図１０Ａに示されるように前記第１スパイラルレンズディスク２６、ガラスロッド２８、第２スパイラルレンズディスク２７、第２円柱レンズ１７、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を経由してライトバルブ４０にＲ、Ｇ、Ｂ順にカラーバーが形成される。次いで、前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７が回転するにつれてビームが前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７を通過する時のレンズ面が漸進的に上または下に移動する。前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７の移動によって図１０Ｂに示されるようにＧ、Ｂ、Ｒ順にカラーバーが形成される。継続的に前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７が回転につれて図１０Ｃに示されるようにＢ、Ｒ、Ｇ順にカラーバーが形成される。

前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７が回転されながら前記のようなスクロール作用が繰り返される。言い換えれば、前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７の回転運動によってビームが入射されるレンズの位置が変わり、前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７の回転運動が第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７の断面での円柱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が行われる。

次に、前記第２円柱レンズ１７を通過した光は第１及び第２フライアイレンズアレイ３４、３５によってカラー別に前記ライトバルブ４０に重畳されて結ばれてカラーバーが形成される。また、前記第１及び第２フライアイレンズアレイ３４、３５は前記ライトバルブ４０に照射される光度を均一にする役割もする。前記リレーレンズ３８は前記第１及び第２フライアイレンズアレイ３４、３５を経由した光を所定位置、例えば、ライトバルブ４０まで伝達する機能をする。

前述したスクロール作用を通じてカラー画像が形成されることにおいて、前記空間フィルタ５または第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３を利用してカラーバーの面積を調節することによってカラー温度やカラーガマットを多様に実現させうる。また、必要に応じてはカラーバーの面積を縮めてカラーバー間にブラックバーを形成することによって画像信号処理を円滑に行える。

次に、本発明の第２実施形態によるプロジェクションシステムは図１１に示されるように光源５０、この光源５０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、前記空間フィルタ５を通過した光を相異なる位置に結ばせるスクロールユニット２０、前記スクロールユニット２０を通過した光をカラー別に分離させる光分離器５５及び入力された画像信号によって分離された光を処理してカラー画像を形成するライトバルブ４０を含む。

前記光源５０は光を生成するランプ５１と、このランプ５１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５３と、を含む。前記反射鏡５３は前記ランプ５１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できる。または、前記ランプ５１の位置を一焦点とし、このランプ５１から出射され、前記反射鏡５３から反射された光を平行光にする放物鏡で構成できる。図１１は反射鏡５として放物鏡を採用した場合を例に挙げた図である。

前記光源５０と空間フィルタ５間には入射光を集束させる集束レンズ５２が、前記空間フィルタ５と光分離器５５間には入射光を平行光に作ってくれるコリメーティングレンズ５４が配置される。前記反射鏡５３として放物鏡を採用する場合には楕円鏡を採用した場合に比べて集束レンズ５２がさらに必要である。また、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縮めるための第１円柱レンズ１６が具備される。

前記スクロールユニット２０は少なくとも１つのスパイラルレンズディスクを含んで構成できるが、第１実施形態で説明したように１つのスパイラルレンズディスクよりなるか、第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７とガラスロッド２８とで構成できる。

前記光分離器５５は入射光をカラー別に透過及び反射させる第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃで構成され、前記第１ないし第３ダイクロイックフィルタ５５ａ、５５ｂ、５５ｃは相互平行に配置される。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２０ａの入射位置によって相異なる角度の収斂光に進行され、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から反射されて分離される。前記スクロールユニット２０と光分離器５５間にはプリズム５４がさらに具備されて入射光を光路の変換なしに前記光分離器５５に伝達する。

一方、前記光分離器５５とライトバルブ４０間の光路上には第２円柱レンズ１７、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が具備されることが望ましい。前記第２円柱レンズ１７は前記第１円柱レンズ１６によって縮められた光幅をさらに元の状態に復帰させる。また、前記第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は第２実施形態の説明と同じ機能を果たすので、ここではその詳細なる説明を省略する。

前記した第２実施形態でも前記空間フィルタ５によってライトバルブ４０に形成される各カラーバーの幅が調節できる。前記空間フィルタ５は前述したようにそのスリット幅を調節可能になっており、空間フィルタ５の他に第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３のうち少なくとも１つをさらに具備できる。前記空間フィルタ５によっては各カラーバーの幅を同一程度に調節できる一方、前記第１ないし第３トリムフィルタ１、２、３によっては各カラーバーの幅を独立的に調節できる。

次に、本発明の第３実施形態によるプロジェクションシステムは光源から出射された光をカラー別に分離する光分離器としてロッド型光パイプを採用する。

図１２を参照すれば、本発明の第３実施形態によるプロジェクションシステムは、光源１０、光源１０から照射される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５、入射光をカラー別に分離する光パイプ７０、前記光パイプ７０によって分離された光をカラー別に相異なる角度に進行させ、回転によってカラーバーをスクロールさせるスクロールユニット２０、入力された画像信号によって前記分離された光を処理してカラー画像を形成するライトバルブ４０を含む。

そして、前記スクロールユニット２０の前後には第１及び第２円柱レンズ１６，１７が具備され、前記スクロールユニット２０とライトバルブ４０間の光路上には第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が具備される。

前記空間フィルタ５と光パイプ７０間の光路上にはコリメーティングレンズ１４が配置されることが望ましい。

前記光パイプ７０はそれぞれ特定波長の光は反射させて特定波長と異なる波長の光は透過させ、入射光Ｉを第１、第２及び第３色光Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３に分岐させる第１、第２及び第３ダイクロイックプリズム７９、８１、８３を含む。

前記第１ダイクロイックプリズム７９は第１ダイクロイックフィルタ７９ａを有し、この第１ダイクロイックフィルタ７９ａは入射光のうち第１色光Ｉ_１は反射させ、第２及び第３色光Ｉ_２、Ｉ_３は透過させる。例えば、Ｒは反射させ、ＧとＢとは透過させる。

前記第２ダイクロイックプリズム８１は前記第１ダイクロイックプリズム７９に付着され、第２ダイクロイックフィルタ８１ａを含む。この第２ダイクロイックフィルタ８１ａは入射光のうち第２色光Ｉ_２、例えば、Ｇは反射させ、残りの波長の光は透過させる。

そして、前記第３ダイクロイックプリズム８３は前記第２ダイクロイックプリズム８１に付着され、第３ダイクロイックフィルタ８３ａを含む。この第３ダイクロイックフィルタ８３ａは入射光のうち第３色光Ｉ_３、例えば、Ｂを反射させ、残りの光は透過させる。ここで、前記第３ダイクロイックフィルタ８３ａは入射光を何れも反射させうるようになった全反射ミラーに代替できる。

前記光パイプ７０は入射光の偏光特性に関係なく、画像が生成できるようになったマイクロミラーディバイス（図示せず）をライトバルブ４０として使用するプロジェクションシステムに適している。

一方、前記光パイプ７０は図１３に示されるように前記第１ダイクロイックプリズム７９の前に光の進行方向に対して上下方向に配置された第１及び第２偏光ビームスプリッタ７３、７５と、前記第２偏光ビームスプリッタ７５に隣接して設置されて偏光方向を変える１／２波長板７７とをさらに含んで構成できる。

前記第１偏光ビームスプリッタ７３は前記第１ダイクロイックプリズム７９の入射面に備えられるものであって、入射された無偏光の白色光のうち一偏光の第１光は透過させて前記第１ダイクロイックプリズム７９の方に向かわせ、他の偏光の第２光は反射させて前記第２偏光ビームスプリッタ７５の方に向かわせる。このために、前記第１偏光ビームスプリッタ７３には第１偏光フィルタ７４が具備される。

図１３はＰ偏光とＳ偏光とが混合された白色光が光源１０で照射された場合において、前記第１偏光フィルタ７４がＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させた例を示す図である。

前記第２偏光ビームスプリッタ７５は前記第１偏光ビームスプリッタ７３から反射された第２光をさらに反射させて前記第１ダイクロイックプリズム７９の方に向かわせる。前記第２偏光ビームスプリッタ７５は入射されたＳ偏光を偏光の変化なしに経路のみを変えるものであって、第１偏光ビームスプリッタ７３を透過した第１光と平行に進行させる。このために第２偏光ビームスプリッタ７５は入射光のうち特定偏光、例えば、Ｓ偏光の光を反射させる第２偏光フィルタ７６を含む。一方、ここで、第２偏光ビームスプリッタ７５は入射光を全反射させる全反射ミラーで構成することも可能である。

前記１／２波長板７７は入射された所定偏光の光の位相を９０°変える。したがって、入射された所定直線偏光の光を他の直線偏光の光に変える。図１４は前記１／２波長板７７が前記第２偏光ビームスプリッタ７５と前記第１ダイクロイックプリズム７３間に配置されて第２光の偏光方向が第１光の偏光方向と同じになるように偏光変換する例を示した図である。すなわち、前記１／２波長板７７は第２偏光フィルタ７６から反射されたＳ偏光を第１光の偏光方向と同じＰ偏光に変える。

一方、１／２波長板７７は前記第２偏光ビームスプリッタ７５と前記第１ダイクロイックプリズム７９間に配置される代わりに、前記第１偏光ビームスプリッタ７３と前記第１ダイクロイックプリズム７９間に配置され、第１光の偏光方向を第２光の偏光方向と同じく変えることも可能である。前記１／２波長板７７を利用して前記光源１０から出た光を何れも利用できて光効率が高まる。

前記第１及び第２偏光ビームスプリッタ７３、７５と１／２波長板７７とを通過した所定偏光の光、例えばＰ偏光は前記第１、第２及び第３ダイクロイックプリズム７９、８１、８３によって波長別に分離される。第１、第２及び第３ダイクロイックプリズム７９、８１、８３は前記図１２を参照して説明されたように第１ないし第３ダイクロイックフィルタ７９ａ、８１ａ、８３ａによって入射光を波長別に分離させる。

偏光を利用した光パイプはプロジェクションシステムのライトバルブ４０として液晶表示素子（Liquid Crystal Device:LCD）またはＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）を採用した場合に適用できる。

一方、図１２ではスクロールユニット２０が第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７と、ガラスロッド２８とを具備した例を図示した。前記第１及び第２スパイラルレンズディスク２６、２７が回転につれて前記ライトバルブ４０に形成されたカラーバーがスクロールされながらカラー画像が形成される。このように形成されたカラー画像は投射レンズユニット４５によってスクリーン６０に拡大投射される。

本発明では、空間フィルタとトリムフィルタとを利用して各カラーバーの面積を調節することによって光損失なしにカラーガマットが改善でき、カラーバランスが調節できる。そして、各カラー別に空間フィルタを別途に具備する必要なしに、１つの空間フィルタを利用してカラーバーの面積を調節し、１つのスクロールユニットを利用してカラー画像を形成するので、プロジェクションシステムの小型化が図れる。

従来のプロジェクションシステムを示した図である。 プロジェクションシステムのカラースクロール作用を説明するための図である。 カラーバー間にブラックバーが形成された場合を示した図である。 各カラーバーが境界部分で重畳された場合を示した図である。 本発明の第１実施形態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。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムに採用されるスリット幅の調節が可能な空間フィルタの一例を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムに使われる空間フィルタとトリムフィルタとの結合例を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムに使われる空間フィルタとトリムフィルタとの結合例を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムに使われる空間フィルタとトリムフィルタとの結合例を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムに使われるスパイラルレンズディスクの正面図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムに使われるスクロールユニットの一例を示した図である。 本発明で円柱レンズが使われた場合と使われていない場合とにスパイラルレンズディスクに結ばれる光の形状を比較した図である。 本発明で使われる空間フィルタのスリット幅によってその幅が変わるカラーバーを示した図である。 本発明で使われる空間フィルタのスリット幅によってその幅が変わるカラーバーを示した図である。 本発明で使われる空間フィルタのスリット幅によってその幅が変わるカラーバーを示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムでスクロール作用が行われる過程を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムでスクロール作用が行われる過程を示した図である。 本発明の第１実施形態によるプロジェクションシステムでスクロール作用が行われる過程を示した図である。 本発明の第２実施形態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。 本発明の第３実施形態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。 本発明の第３実施形態によるプロジェクションシステムに使われる光パイプ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・・・コリメーティングレンズ
１５・・・光分離器
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタ
１６、１７・・・第１及び第２円柱レンズ
２０・・・スクロールユニット
２０ａ・・・円柱レンズセル
３４、３５・・・第１及び第２フライアイレンズアレイ
３４ａ、３５ａ・・・レンズセル
３８・・・リレーレンズ
４０・・・ライトバルブ
４５・・・投射レンズユニット
６０・・・スクリーン
Ｉ・・・入射光
ｆ・・・焦点
Ｑ・・・焦点間の距離

Claims (26)

1. 光源と、
   前記光源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スリットを有した空間フィルタと、
   前記空間フィルタを通過した光をカラー別に分離する光分離器と、
   円柱レンズセルが螺旋形に配列されて回転可能とされかつ前記光分離器によって分離された光をスクロールさせるように設けられた少なくとも１つのスパイラルレンズディスクを有したスクロールユニットと、
   前記スクロールユニットを通過した光を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バルブと、
   前記ライトバルブによって形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットと、を含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
2. 前記空間フィルタのスリット幅より狭い幅を有したスリットと、カラーによって透過及び反射させるフィルタ面を具備したトリムフィルタを少なくとも１つさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
3. 前記空間フィルタまたはガラスに、前記空間フィルタのスリット幅と他の幅を有したスリットが形成され、カラーによって透過及び反射させるトリムフィルタ面が少なくとも１つコーティングされたことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
4. 前記光分離器は、
   入射光をカラーによって透過及び反射させ、相異なる角度に傾く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を具備することを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
5. 前記光分離器は、
   入射光をカラーによって透過及び反射させる第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタを有した第１、第２及び第３ダイクロイックプリズムが順に付着されて形成されたことを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
6. 前記光分離器は、
   前記第１ダイクロイックプリズムの前に上下方向に配置されて入射光を偏光方向によって透過及び反射させる第１及び第２偏光ビームスリッタと、
   前記第１偏光ビームスプリッタと第１ダイクロイックプリズムまたは第２偏光ビームスプリッタと第１ダイクロイックプリズム間に偏光方向を変える１／２波長板と、をさらに具備したことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクションシステム。
7. 前記スクロールユニットは、
   所定間隔をおいて配置された第１スパイラルレンズディスクと第２スパイラルレンズディスク及び前記第１スパイラルレンズディスクと第２スパイラルレンズディスク間に配置されたガラスロッドを具備したことを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
8. 前記空間フィルタは、
   所定幅のスリットが形成されるように所定間隔離隔されて配置された第１フィルタ面と第２フィルタ面、前記第１及び第２フィルタ面がそれぞれ支持された第１及び第２支持板、前記第１及び第２支持板を移動させて前記スリットの幅を調節させる移送スクリューを具備したことを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
9. 前記光源と光分離器間の光路上に入射光を平行光にするコリメーティングレンズを具備したことを特徴とする請求項１ないし３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後に第１及び第２円柱レンズが具備されたことを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
11. 前記スクロールユニットとライトバルブ間の光路上に第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１ないし３のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
12. 前記第２フライアイレンズアレイとライトバルブ間にリレーレンズが具備されたことを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクションシステム。
13. 前記スクロールユニットとライトバルブ間の光路上に第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４に記載のプロジェクションシステム。
14. 前記第２フライアイレンズアレイとライトバルブ間にリレーレンズが具備されたことを特徴とする請求項１３に記載のプロジェクションシステム。
15. 前記空間フィルタのスリットまたは少なくとも１つのトリムフィルタのスリットはカラー分離方向にその幅が調節されるようになったことを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
16. 光源と、
    前記光源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スリットを有した空間フィルタと、
    円柱レンズセルが螺旋形に配列され、回転可能になって入射光をスクロールさせるようになった少なくとも１つのスパイラルレンズディスクを有したスクロールユニットと、
    相互平行に配置されて入射光をカラーによって透過及び反射させることによって前記スクロールユニットを通過した光をカラー別に分離させる第１、第２及び第３ダイクロイックフィルタを有した光分離器と、
    前記光分離器を通過した光を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バルブと、
    前記ライトバルブによって形成されたカラー画像をスクリーンに拡大投射させる投射レンズユニットと、を含むことを特徴とするプロジェクションシステム。
17. 前記空間フィルタのスリット幅より狭い幅を有したスリットと、カラーによって透過及び反射させるフィルタ面を具備したトリムフィルタを少なくとも１つをさらに具備したことを特徴とする請求項１６に記載のプロジェクションシステム。
18. 前記空間フィルタまたはガラスに、前記空間フィルタのスリット幅と異なる幅を有したスリットが形成され、カラーによって透過及び反射させるトリムフィルタ面が少なくとも１つコーティングされたことを特徴とする請求項１６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は、
    所定間隔をおいて配置された第１スパイラルレンズディスクと第２スパイラルレンズディスク及び前記第１スパイラルレンズディスクと第２スパイラルレンズディスク間に配置されたガラスロッドを具備したことを特徴とする請求項１６ないし１８のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
20. 前記空間フィルタは、
    所定幅のスリットが形成されるように所定間隔離隔されて配置された第１フィルタ面と第２フィルタ面、前記第１及び第２フィルタ面がそれぞれ支持された第１及び第２支持板、前記第１及び第２支持板を移動させて前記スリットの幅を調節する移送スクリューを具備したことを特徴とする請求項１６ないし１８のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
21. 前記光源とスクロールユニット間の光路上に入射光を平行光に作ってくれるコリメーティングレンズを具備したことを特徴とする請求項１６ないし１８のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
22. 前記スクロールユニットの前後に第１及び第２円柱レンズが具備されたことを特徴とする請求項１６ないし１８のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
23. 前記スクロールユニットとライトバルブ間の光路上に第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１６ないし１８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. 前記第２フライアイレンズアレイとライトバルブ間にリレーレンズが具備されたことを特徴とする請求項２３に記載のプロジェクションシステム。
25. 前記スクロールユニットと光分離器間にプリズムがさらに具備されることを特徴とする請求項１６ないし１８のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
26. 前記空間フィルタのスリットまたは少なくとも１つのトリムフィルタのスリットはカラー分離方向にその幅が調節されるようになったことを特徴とする請求項１６ないし１８のうち何れか１項に記載のプロジェクションシステム。
    
    

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