JP2006309062A

JP2006309062A - 液晶投影システム

Info

Publication number: JP2006309062A
Application number: JP2005134125A
Authority: JP
Inventors: Ruei-Yau Tzung; 宗瑞瑤; Jian-Jr Shiung; 熊堅智
Original assignee: Cinetron Tech Inc
Current assignee: Cinetron Tech Inc
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】本発明は、投射時に、同一の光路を有する液晶投影システムを提供する。
【解決手段】偏光光源を二原色光及び単原色光に分離して出力するダイクロイックミラーと、当該単原色光を受光しそれを反射し出力する反射プリズムと、二原色光及び単原色光を偏光する第１の偏光素子と第２の偏光素子及び当該第１の偏光素子の一側に設けられ、当該二原色光を分離するダイクロイックミラー素子及び当該第２の偏光素子及び当該ダイクロイックミラー素子の一側に設けられる、当該二原色光と当該単原色光のそれぞれを他方の極性に変調して反射し出力する変調装置と、当該第１の偏光素子の一側に設けられ、ビームを投射しスクリーンに出力して表示する投射レンズと、を備える液晶投影システムである。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶投影システムに関し、特に、３ピースの反射式液晶パネルを用いることにより、投射時に、同一の光路を有する液晶投影システムに関する。

従来のCRTディスプレイは、本体の大きさとコストの制限により、大きいサイズでの表示ができないので、外観や体積がコンパクトである投影機の表示能力において、従来のCRTディスプレイに負けない水準の液晶投影技術が求められる。

投影機の内部構成では、内部にある液晶パネルにより、単ピース式と３ピース式の２種類がある。単ピース式の投影機は、解像度と輝度が低いが、価格が安い。これに対して、３ピース式の投影機は、解像度と輝度が高いが、価格が高い。また現在、よく使用される投影技術は、技術的に成熟的した透過式である。透過式投影機には、開口率が低いという問題がある。

特許文献１では、３ピースの反射式液晶パネルにおいて、映像を投射出力する液晶投影システムが、高い開口率が得られ、解像度と輝度が高い表示効果を実現できるという反射式投影技術が示されている。

図１は、特許文献１に示される液晶投影システムの構成概念図であり、光源11から反射式液晶パネル（20、12、13）までの光路と、反射式液晶パネル（20、12、13）から投射レンズ23までの光路とがあり、光源11から反射式液晶パネル（20、12、13）までの光路において、光源11からの光は、ダイクロイックミラー14により、二つのビームに分離され、その一は、ダイクロイックミラー14から直接に出力される二原色偏光ビームRp、Bpであり、もう一つは、単原色偏光ビームGpである。二原色偏光ビームRp、Bpは、それぞれに偏光ダイクロイックミラー16とダイクロイックプリズム18とにより、反射式液晶パネル12、13に伝送され、同時に、単原色偏光ビームGpは、反射ミラー15と偏光ダイクロイックミラー17とにより、反射式液晶パネル20に伝送される。

上記の説明のように、単原色偏光ビームGpは、空気を誘電体として、当該反射ミラー15に伝送され、そして、ガラス誘電体である偏光ダイクロイックミラー17を介して、反射式液晶パネル20に伝送される。また、二原色偏光ビームRp、Bpは、ガラス誘電体である偏光ダイクロイックミラー16とダイクロイックプリズム18を介して、反射式液晶パネル12、13に伝送される。そのため、光源11から反射式液晶パネル20、12、13までの光路において、当該二原色偏光ビームRp、Bpと単原色偏光ビームGpとの光路長が、異なるため、液晶投影システムにおいては、投射する時、ディストーションが発生し、光源の均一性が低減される。
中華民国特許公告第５５６０４１号

本発明の主な目的は、光源から反射式液晶パネルまでの光路において、ダイクロイックミラーが出力する単原色偏光ビームの経路が、反射プリズムにより、投射する時、その光路を、二原色偏光ビームの光路と等しくする液晶投影システムを提供する。

本発明は、光源で白色光を発出し、当該白色光は、偏光素子によって、光源が分極され、偏光光源を発生する。当該偏光光源は、ダイクロイックミラーにより、二原色光及び単原色光に分離され出力する。同時に、当該単原色光は、反射プリズムに伝送され、反射して出力し、また、当該二原色光は、第１の偏光素子に伝送され、偏光される。偏光された後の二原色光は、ダイクロイックミラー素子に伝送され、当該二原色光は分離される。当該反射プリズムの出力側には、当該単原色光を受光して、当該単原色光を偏光するために、第２の偏光素子が設置される。変調装置は、当該第２の偏光素子及び当該ダイクロイックミラー素子との一側に設置される。それぞれ当該二原色光と当該単原色光とを受光して、それぞれ当該二原色光と当該単原色光を反対の極性の色光に変調する。反射し出力する投射レンズは、当該変調した二原色光及び単原色光を受光し、投射ビームをスクリーンに出力して表示するため、当該第１の偏光素子の一側に設置される。

このような特徴を有する本発明によれば、液晶投影システムの光源から反射式液晶パネルまでの光路において、二原色偏光ビームと単原色偏光ビームの光路長が等しくなり、投射時におけるディストーションや光源均一性の低下という欠点が改善される。

図２は、本発明の第１の実施の形態の構成概念図であり、白色光を発出する光源21と、白色光に対して、色偏光処理を行う偏光素子22と、ビームを分離するダイクロイックミラー24と、ビームを反射する反射プリズム25と、偏光を行う第１の偏光素子26と第２の偏光素子27と、ダイクロイック処理を行うダイクロイックミラー素子28と、光を変調する変調装置29と、ビームを投射出力する投射レンズ33とを含み、当該偏光素子22は、当該光源21の出力光路上に設けられ、それにより、白色の非偏光源が三原色（R、G、B）の偏光源である、垂直偏光（S-polarization）或いは水平偏光（P-polarization）に変換される。

上記の説明において、当該ダイクロイックミラー24と反射プリズム25とは、偏光素子22の出力方向上に設けられ、偏光素子22が出力するビームを、二つのビームに分離する。当該ダイクロイックミラー24は、偏光素子22が出力する三原色偏光源を、二つのビームに分離し、その一つが、ダイクロイックミラー24が、直接に出力する二原色偏光ビームであり、もう一つが、反射プリズム25により、反射し出力される単原色偏光ビームである。当該第１の偏光素子26は、ダイクロイックミラー24の一側に設けられ、二原色偏光ビームの偏振状態（p極或いはs極）に従って、透過または反射する偏光を形成し、当該第２の偏光素子27は、反射プリズム25の一側に設けられ、単原色偏光ビームの偏振状態（p極或いはs極）に従って、透過または反射する偏光を形成する。

当該ダイクロイックミラー素子28は、第１の偏光素子26の一側に設けられ、二つの原色偏光ビームのその一つの原色偏光ビームを反射させ、もう一つの原色偏光ビームを透過させる。当該変調装置29は、入力された偏光を、映像信号が含まれる反対の極性の偏光に変調して反射し出力するためのものであり、第１の反射式液晶パネル30と、第２の反射式液晶パネル31と、第３の反射式液晶パネル32とを含む。第１の反射式液晶パネル30は、第２の偏光素子27の一側に設けられ、第２の反射式液晶パネル31と第３の反射式液晶パネル32は、それぞれに、ダイクロイックミラー素子28の両側に設けられる。当該投射レンズ33は、第１の偏光素子26の一側に設けられ、変調装置29が変調した偏光をスクリーンに投射して表示する。

また、ダイクロイックミラー24の一側には、半波長遅延板34が設置される。当該半波長遅延板34は、ビームの極性（p極或いはs極）を変更する。図２のように、偏光素子22によって、当該ダイクロイックミラー24に伝送されるビームの極性はp極であり、当該半波長遅延板34が、当該ダイクロイックミラー24と反射プリズム25との間に設置され、ビーム極性を変更する。ビーム極性がn極である時、言いかえれば、偏光素子22によって、当該ダイクロイックミラー24に伝送されるビームの極性がn極である時、当該半波長遅延板34（図に未表示）は、当該ダイクロイックミラー24と当該第１の偏光素子26との間に設置される。ビームの極性を変更する第１の偏光素子26と投射レンズ33との間には、光を伝送する過程において、不均一や光リークの現象を防止して、純化効果を強化するため、偏光板36と色選択の偏光板36ａとが設けられる。

再び、図２を参照する。本実施の形態において、偏光素子22が出力する光は、Wpであり、ダイクロイックミラー24によって、Wpである三原色偏光源中のグリーン光（Gp）を反射し出力し、レッド/ブルー光（RpBp）を透過し出力する。グリーン光（Gp）は、半波長遅延板34によって、極性が変換され、グリーン光（Gs）になり、グリーン光（Gs）は、反射プリズム25によって、第２の偏光素子27に反射し入力される。第２の偏光素子27は、偏光源中のp光を透過させ、s光を反射するための偏光ダイクロイックミラー（Polarizing Beam Splitter；PBS）であるので、グリーン光（Gs）は、当該第２の偏光素子27を介して、第１の反射式液晶パネル30に反射し出力される。グリーン光（Gs）は、第１の反射式液晶パネル30により、反対の極性に変調され、再度映像信号を有するグリーン光（Gp）になり、第２の偏光素子27に反射し出力され、当該第１の偏光素子26に伝送される。また、ダイクロイックミラー24が出力するレッド/ブルー光（RpBp）は、第１の偏光素子26に入力される。第１の偏光素子26は、偏光ダイクロイックミラーであり、第１の偏光素子26は、偏光源中のp光を透過させ、s光を反射させるように、レッド/ブルー光（RpBp）をダイクロイックミラー素子28に出力する。ダイクロイックミラー素子28は、ダイクロイックプリズムであり、レッド光Rを反射させ、ブルー光Bを透過させるので、レッド/ブルー光（RpBp）中のレッド光Rpは、第２の反射式液晶パネル31で反射され、ブルー光Bpは、第３の反射式液晶パネル32で反射される。レッド光Rpは、第２の反射式液晶パネル31によって、反対の極性に変調され、映像信号を有するレッド光Rsになり、ダイクロイックミラー素子28に反射し出力される。ブルー光Bpは、第３の反射式液晶パネル32によって、反対の極性に変調され、映像信号を有するブルー光Bsになり、ダイクロイックミラー素子28に反射し出力される。そして、レッド/ブルー光RsBsは、ダイクロイックミラー素子28によって、第１の偏光素子26に出力される。ダイクロイックミラー素子28が出力するレッド/ブルー光RsBsは、第１の偏光素子26によって、投射レンズ33に反射し出力され、第２の偏光素子27が出力するグリーン光Gpは、投射レンズ33の手前に透過し出力される。グリーン光Gpが、色選択の偏光板36ａによって、グリーン光Gsに変換され、偏光板36により、RsGsBsに対して、同時に、純化が行われる。これにより投射レンズ33から出力され、映像信号を含有するビームは、スクリーンに投射され、映像画面を表示する。

上記の説明において、当該単原色偏光ビームは、グリーン光Gpであり、グリーン光Gpは、ガラス誘電体の当該反射プリズム25に伝送され、また、ガラス誘電体である偏光ダイクロイックミラー27によって、反射式液晶パネル30に伝送される。また、レッド/ブルー光Rp、Bpは、ガラス誘電体である偏光ダイクロイックミラー26とダイクロイックプリズム28によって、反射式液晶パネル31、32に伝送される。そのため、光源21から反射式液晶パネル30、31、32までの光路において、当該二原色偏光ビームRp、Bpと単原色偏光ビームGpとは、その光路が等しくなる。これにより、液晶投影システムの、投射時における、ディストーションや光源均一性の低下という欠点が改善され、また、上記の説明においての当該反射プリズム25は、三角形反射プリズムである。

図３は、本発明の第２の実施の形態の構成概念図である。図２のように、当該反射プリズム25、当該第１の偏光素子26、当該第２の偏光素子27及び当該ダイクロイックミラー素子28は、Z形状のプリズムモジュール20を形成する。当該Z形状のプリズムモジュール20は、偏光素子22、半波長遅延板34、変調装置29、色選択の偏光板36ａ、偏光板36及び投射レンズ33に合わせて、使用されるため、本発明に係わる液晶投影システムの光源21から反射式液晶パネル30、31、32までの間の光路において、当該二原色偏光ビームのレッド/ブルー光Rp、Bpと単原色偏光ビームのグリーン光Gpとは、その光路長が等しくなる。これにより、液晶投影システムの、投射時における、ディストーションや光源均一性の低下という欠点が改善される。また、上記の説明においての当該反射プリズム25は、三角形反射プリズムである。

図４は、本発明の第３の実施の形態の構成概念図である。本発明の第３の実施の形態において、本発明の第１の実施の形態の反射プリズム25の代わりに、偏光ダイクロイックミラー23が使用される。当該偏光ダイクロイックミラー23は、単原色偏光ビームの偏振状態（p極或いはs極）に従って、透過または反射する偏光を形成する。そのため、偏光ダイクロイックミラー23は、当該反射プリズム25と同一の位置に設置されることによって有効に作用する。本実施の形態において、第１の実施の形態と同じような光路が得られる。上記の説明において、当該偏光ダイクロイックミラー23は、三角形偏光ダイクロイックミラーである。

図５は、本発明の第４の実施の形態の構成概念図である。図４のように、当該偏光ダイクロイックミラー23、当該第１の偏光素子26、当該第２の偏光素子27及び当該ダイクロイックミラー素子28は、Z形状のプリズムモジュール40を形成する。当該Z形状のプリズムモジュール40は、偏光素子22、半波長遅延板34、変調装置29、色選択の偏光板36ａ、偏光板36及び投射レンズ33に合わせて、使用されるため、本発明に係わる液晶投影システムの光源21から反射式液晶パネル30、31、32までの間の光路において、当該二原色偏光ビームのレッド/ブルー光Rp、Bpと単原色偏光ビームのグリーン光Gpとは、その光路長が等しくなる。これにより、液晶投影システムの、投射時における、ディストーションや光源均一性の低下という欠点が改善される。また、上記の説明においての当該偏光ダイクロイックミラー23は、三角形偏光ダイクロイックミラーである。

図６は、本発明の第５の実施の形態の構成概念図である。本発明の第５の実施の形態の構成は、第１の実施の形態や第２の実施の形態、第３の実施の形態及び第４の実施の形態において、ダイクロイックプリズム28の一側に設置されている反射式液晶パネル31の位置を、反対の一側に変更する。これにより、本実施の形態も、上記の四つの実施の形態と同様な光路が得られる。

本発明は、具体的な実施の形態の図面と明細書により、詳しく説明されるが、本発明は、それによって制限を受けない。また、この技術に詳しい当業者により、本発明の特許申請の範囲にある精神や内容に従って、様々な修正や変更が可能であるが、それも、本発明の申請の範囲に含まれる。

従来の液晶投影システムの構成概念図本発明の第１の実施の形態の構成概念図本発明の第２の実施の形態の構成概念図本発明の第３の実施の形態の構成概念図本発明の第４の実施の形態の構成概念図本発明の第５の実施の形態の構成概念図

符号の説明

11 光源
12 第２の反射式液晶パネル
13 第３の反射式液晶パネル
14 ダイクロイックミラー
15 反射ミラー
16 第１の偏光素子
17 第２の偏光素子
18 ダイクロイックミラー素子
20 第１の反射式液晶パネル
23 投射レンズ
21 光源
22 偏光素子
24 ダイクロイックミラー
25 反射プリズム
26 第１の偏光素子
27 第２の偏光素子
28 ダイクロイックミラー素子
29 変調装置
30 第１の反射式液晶パネル
31 第２の反射式液晶パネル
32 第３の反射式液晶パネル
33 投射レンズ
34 半波長遅延板
36 偏光板
36ａ色選択の偏光板

Claims

白色光を発出する光源と、
当該白色光を偏光して、偏光光源を発生する偏光素子と、
当該偏光光源を受光し、そして当該偏光光源を二原色光及び単原色光に分離して出力するダイクロイックミラーと、
当該ダイクロイックミラーの一側に設置される半波長遅延板と、
当該ダイクロイックミラーの出力側に設置され、該単原色光を受光し反射し出力する反射プリズムと、
当該ダイクロイックミラーの他方の出力側に設置され、当該二原色光を受光し、そして当該二原色光を偏光する第１の偏光素子と、
当該反射プリズムの出力側に設置され、当該単原色光を受光し、そして当該単原色光を偏光する第２の偏光素子と、
当該第１の偏光素子の一側に設けられ、当該二原色光を受光し分離するダイクロイックミラー素子と、
当該第２の偏光素子及び当該ダイクロイックミラー素子の一側に設置され、それぞれに当該二原色光と当該単原色光とを受光し、当該二原色光と当該単原色光のそれぞれを他方の極性に変調して反射し出力する変調装置と、
当該第１の偏光素子の一側に設置され、当該変調した二原色光と当該単原色光を受光し、且つビームを投射しスクリーンに出力して表示する投射レンズと、を備えることを特徴とする液晶投影システム。
当該半波長遅延板は、当該ダイクロイックミラーと当該反射プリズムとの間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該半波長遅延板は、当該ダイクロイックミラーと当該第１の偏光素子との間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該反射プリズムは、三角形反射プリズムであることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該第１の偏光素子は、偏光ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該第２の偏光素子は、偏光ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該ダイクロイックミラー素子は、ダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該変調装置は、第１の反射式液晶パネルと、第２の反射式液晶パネルと、第３の反射式液晶パネルとを含み、当該第１の反射式液晶パネルは当該第２の偏光素子の一側に設けられ、当該第２の反射式液晶パネルと当該第３の反射式液晶パネルは、それぞれに当該ダイクロイックミラー素子の両側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該第１の偏光素子及び当該投射レンズとの間には、偏光板と色選択の偏光板とが設けられることを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
当該反射プリズム、当該第１の偏光素子、当該第２の偏光素子及び当該ダイクロイックミラー素子はZ形状のプリズムモジュールを形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶投影システム。
白色光を発出する光源と、
当該白色光を偏光して、偏光光源を発生する偏光素子と、
当該偏光光源を受光し、そして当該偏光光源を二原色光及び単原色光に分離して出力するダイクロイックミラーと、
当該ダイクロイックミラーの一側に設置される半波長遅延板と、
当該ダイクロイックミラーの出力側に設置され、該単原色光を受光し偏光して出力する偏光ダイクロイックミラーと、
当該ダイクロイックミラーの他方の出力側に設置され、当該二原色光を受光し、当該二原色光を偏光する第１の偏光素子と、
当該反射プリズムの出力側に設置され、当該単原色光を受光し、当該単原色光を偏光する第２の偏光素子と、
当該第１の偏光素子の一側に設けられ、当該二原色光を受光し分離するダイクロイックミラー素子と、
当該第２の偏光素子及び当該ダイクロイックミラー素子の一側に設置され、それぞれに当該二原色光と当該単原色光とを受光し、それぞれに当該二原色光と当該単原色光のそれぞれを他方の極性に変調して反射し出力する変調装置と、
当該第１の偏光素子の一側に設置され、当該変調した二原色光と当該単原色光を受光し、ビームを投射しスクリーンに出力して表示する投射レンズと、
を備えることを特徴とする液晶投影システム。
当該半波長遅延板は、当該ダイクロイックミラーと当該偏光ダイクロイックミラーとの間に設置されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該半波長遅延板は、当該ダイクロイックミラーと当該第１の偏光素子との間に設置されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該偏光ダイクロイックミラーは、三角形偏光ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該第１の偏光素子は、偏光ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該第２の偏光素子は、偏光ダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該ダイクロイックミラー素子は、ダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該変調装置は、第１の反射式液晶パネルと、第２の反射式液晶パネルと、第３の反射式液晶パネルとを含み、当該第１の反射式液晶パネルは当該第２の偏光素子の一側に設けられ、当該第２の反射式液晶パネルと当該第３の反射式液晶パネルとはそれぞれに当該ダイクロイックミラー素子の両側に設けられることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該第１の偏光素子及び当該投射レンズとの間には、偏光板と色選択の偏光板とが設けられることを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。
当該偏光ダイクロイックミラー、当該第１の偏光素子、当該第２の偏光素子及び当該ダイクロイックミラー素子はZ形状のプリズムモジュールを形成することを特徴とする請求項１１に記載の液晶投影システム。