JP2007072241A - カラープロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化を図ることができるカラープロジェクタの提供。
【解決手段】 照明部１には高輝度白色ＬＥＤ１１が設けられており、照明部１から出射された白色光は波長可変フィルタ４に入射する。波長可変フィルタ４にはネマティック液晶を用いた電界制御複屈折セルが用いられ、印加電圧を変えることにより透過する光の波長を変えることができる。波長可変フィルタ４では、フィルタ制御回路６２で印加電圧を制御することにより、Ｒ色光透過状態、Ｇ色光透過状態、Ｂ色光透過状態のいずれかを選択することができる。その結果、波長可変フィルタ４をＲ，Ｇ，Ｂの順に状態を切り替えると共に、それに同期してＬＣＯＳ３のＲ，Ｇ，Ｂの各画像を表示することによりカラー画像を投影することができる。また、波長可変フィルタ４の切り替えとＬＣＯＳ３の反転表示とを同期させ、その時に照明部１を消灯することで、良好なカラー表示が得られる。【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示パネル等の光変調素子を用いたカラープロジェクタに関する。

従来、光変調素子として液晶パネルを用いたカラープロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。このプロジェクタでは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々に対して液晶パネルとＬＥＤ光源とを備え、各液晶パネルにより変調されたＲ，Ｇ，Ｂ光を光合成系であるクロスダイクロイックプリズムにより合成することによりカラー画像を形成している。また、特許文献２に記載されているプロジェクタでは、白色光源からの光を回転式の色フィルタ円盤に通すことによりＲ，Ｇ，Ｂ光を順に生成し、それらをＲ，Ｇ，Ｂ画像が順に表示される透過型液晶パネルに入射させてカラー画像を投影するようにしている。

特開２００５−９２０４８号公報 特開平１１−２９５８１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に液晶パネルとＬＥＤ光源とを備え、さらにはＲ，Ｇ，Ｂ光を光合成するためのクロスダイクロイックプリズムが必要となるため、装置が非常に大型化するという欠点がある。また、特許文献２の装置では、液晶パネルが一つであるため特許文献１の装置に比べて小型になるが、色フィルタ円盤に三色分のフィルタ領域を形成するため、色フィルタ円盤自体が液晶パネルに比べて大きくなるとともに、色フィルタ円盤を回転駆動する駆動機構のスペースも必要となり、照明系の小型化が十分に図れない。

請求項１の発明によるカラープロジェクタは、電気的制御によって光透過特性を変更し、同一の光透過領域を透過させる色光を、第１特定色の光から第１特定色と異なる第２特定色の光に変更可能な波長可変フィルタと、波長可変フィルタの光透過領域に白色光を入射する白色光源と、波長可変フィルタを透過した各色光が入射し、当該入射する色光をその光の色に応じて変調して出射する単一の光学変調素子と、光学変調素子から出射された変調光をスクリーン上に投射する投射レンズと、波長可変フィルタの光透過領域の透過色光が、第１特定色から第２特定色の光へと切り替わる間、白色光源が消灯状態となるように制御する光源制御部とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のカラープロジェクタにおいて、光学変調素子は強誘電液晶素子であって、強誘電液晶素子の反転駆動時に波長可変フィルタの透過色光の切り替えを行うとともに、白色光源を消灯状態とするものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載のカラープロジェクタにおいて、光源制御部は、波長可変フィルタの透過色光が切り替わる状態切替期間と強誘電液晶素子の反転駆動期間とのいずれか長い方の期間にわたって、白色光源が消灯状態となるように制御するものである。
請求項４の発明は、請求項１に記載のカラープロジェクタにおいて、波長可変フィルタの光透過領域は、さらに、第１特定色および第２特定色とは異なる第３特定色の光を選択的に透過させることが可能であって、印加される電圧に応じて光透過領域を透過させる光の色を、第１特定色、第２特定色および第３特定色の間で変更可能に構成されており、波長可変フィルタに電圧が印加されている状態を、印加電圧の低い順に第１状態，第２状態，並びに第３状態とした場合に、第１特定色、第２特定色および第３特定色の画像から成る１フレームのカラー画像を投射する際に、電圧の印加状態を、第１状態，第２状態，第３状態、第２状態の順、もしくは第３状態，第２状態，第１状態、第２状態の順に切り替えるとともに、第１状態および第３状態おける白色光源の点灯時間を第２状態における白色光源の点灯時間の約２倍としたものである。

本発明によれば、同一の光透過領域を透過させる光の色を電気的制御によって変更する波長可変フィルタの透過状態を変えることにより、Ｒ色光、Ｇ色光およびＢ色光を単一の光学変調素子に入射させるようにしたので、フィルタ系も含めてカラープロジェクタの小型化を図ることができる。さらには、波長可変フィルタの透過色光の切り替え時に、光源を消灯するようにしたので、良好なカラー投影画像を得ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明によるカラープロジェクタの第１の実施の形態を示すブロック図である。プロジェクタは、白色光を発生する照明部１、偏光子である偏光ビームスプリッタ（以下では、ＰＢＳを記す）２、光学変調素子（反射型液晶ライトバルブ）の一種であるＬＣＯＳ３、波長可変フィルタ４、投射レンズ５およびコントローラ６を備えている。

照明部１は、光源である高輝度白色ＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１からの光を略平行光とする集光レンズ１２とを備えており、コントローラ６に設けられたＬＥＤ制御回路６１によってＬＥＤ１１の発光制御が行われる。波長可変フィルタ４は、後述するように電圧を変えることにより透過波長を変えることができるフィルタであり、フィルタ制御回路６２によって駆動制御される。本実施の形態のプロジェクタでは、フィールドシーケンシャル駆動によるカラー表示をを行うため、ＬＣＯＳ３には高速駆動が可能な強誘電液晶（ＦＬＣ）を使用した表示素子が用いられる。ＬＣＯＳ３は、液晶制御回路６３によって駆動制御されることにより表示の切り替えが行われる。

６４はコントローラ６のメイン制御回路であり、上述したＬＥＤ制御回路６１，フィルタ制御回路６２および液晶制御回路６３はメイン制御回路６４に接続されている。記憶部６５にはメイン制御回路６４で処理されるプログラムや種々のデータが記憶されている。コントローラ６にはオペレータが操作するための操作部６６が設けられている。６７は電源である。

波長可変フィルタ４としては、例えば、特開２０００−２６７１２７号公報に開示されているようなものがある。この波長可変フィルタは、リオフィルタ（Lyot-filter）の原理にネマティック液晶の複屈折効果を応用したものである。リオフィルタは、平行ニコルの偏光子間に１軸結晶の複屈折板をその光軸と偏光子の透過軸との角度が４５度となるように配置した構成を、３組重ねた構造となっている。そして、複屈折が２の累乗倍で増加するように、各複屈折板の厚さが設定されている。

波長可変フィルタ４は、リオフィルタにおいて上記１軸結晶の複屈折板に代えてネマティック液晶を用いた電界制御複屈折セル（Electrically Controlled Birefringence Cell；ＥＣＢセルと略称する）を用いたもので、例えば、図２に示すような構成を成している。ＥＣＢセル３１を平行偏光子３０間にＥＣＢセル３１の光軸と偏光子３０の透過軸との角度が４５度になるように配置してなる平行ニコル液晶セルＣ１，Ｃ２を透過順に重ね、さらに平行ニコル液晶セルＣ２の次に、所望の波長以外の波長を可視領域から排除するために、ＥＣＢセル３１を垂直偏光子間に光軸と透過軸（偏光子３０Ａの透過軸）との角度が４５度になるように配置してなる垂直ニコル液晶セルＣ３を付加して構成される。

各ＥＣＢセル３１には個別に電圧印加装置３２が接続され、平行ニコル液晶セルＣ１，Ｃ２およびＣ３に印加する電圧をリオフィルタの複屈折条件に適合するように調整することで鋭いピークの透過スペクトルが得られる。また、これら電圧の組合せを変えることで透過ピーク波長（透過スペクトルの主波長）を変えることができ、同一の光透過領域を透過した十分な量のＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の透過光を選択的に得ることができる。

図１に戻り、波長可変フィルタ４には照明部１から白色光が入射し、波長可変フィルタ４をＲ（赤）透過状態に駆動制御すると、Ｒ光が波長可変フィルタ４を透過してＰＢＳ２に入射する。同様に、波長可変フィルタ４をＧ（緑）透過状態に駆動制御するとＰＢＳ２にＧ光が入射し、波長可変フィルタ４をＢ（青）透過状態に駆動制御するとＰＢＳ２にＢ光が入射する。このように波長可変フィルタ４の印加電圧を制御することにより、白色光からＲ，Ｇ，Ｂ光のいずれかが選択的に透過され、照明光としてＰＢＳ２に入射する。

ＰＢＳ２に入射した照明光のうち、Ｐ偏光成分はＰＢＳ２の分離面２ａを透過し、Ｓ偏光成分は分離面２ａで反射されてＬＣＯＳ３に入射する。ＬＣＯＳ３を駆動制御する液晶制御回路６３にはメイン制御回路６４から映像信号が入力され、その映像信号に基づいてＬＣＯＳ３にモノクロ画像を表示する。反射型の液晶であるＬＣＯＳ３にＳ偏光光が入射すると、白画素部分で反射された光はＳ偏光からＰ偏光へと変換され、黒画素部分で反射された光はＳ偏光のまま出射される。このように、ＬＣＯＳ３は表示されている画像に応じて入射光を変調する。

ＬＣＯＳ３の黒画素部分で反射されたＳ偏光光は、ＰＢＳ２の分離面２ａで反射されて照明部１へと戻る。一方、ＬＣＯＳ３の白画素部分で変調されて出射されたＰ偏光光はＰＢＳ２の分離面２ａを透過し、投射レンズ５により不図示のスクリーンに投射される。その結果、ＬＣＯＳ３に表示された画像の拡大画像がスクリーン上に投影される。本実施の形態のプロジェクタでは、波長可変フィルタ４をＲ光透過、Ｇ光透過、Ｂ光透過の順に駆動制御して、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を順にＬＣＯＳ３に照射するとともに、それらと同期してＬＣＯＳ３にＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を順に表示することによりカラー画像をスクリーン上に投影するようにしている。

次に、カラー画像投影のシーケンスについて説明する。
図３は第１の動作例を示す図であり、（ａ）はＬＣＯＳ３（FLC）、波長可変フィルタ４（Filter）およびＬＥＤ１１の制御シーケンスを示したものであり、（ｂ）はＬＥＤ１１に印加される電圧パルスを示したものである。１フレームは６パターン一組で構成されている。

強誘電液晶（ＦＬＣ）においては、画像の焼き付き現象（液晶配向の偏り）を防止するために、液晶の極性を反転させる反転駆動という制御を行う必要がある。すなわち、ある画像を表示した後に次の画像を表示する場合、次の画像を表示する前に印加電圧を反転させる必要がある。反転駆動時には明暗が全く逆になった反転画像が表示されるため、その表示がスクリーンに投影されないようにする必要がある。本実施の形態では、ＬＣＯＳ３にＦＬＣを用いて、表示画像の色を変える度に反転駆動を行わせるようにし、反転駆動（表示）時にはＬＥＤ１１を消灯するようにして、反転駆動時の画像（反転表示画像）が投影されないようにしている。

図３（ａ）に示す例では、１フレーム内においてＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像の３種類の画像を順に表示する必要があるが、それらの間に反転画像表示を挿入している。すなわち、ＦＬＣの画像表示形態を「Ｒ表示→Ｒ反転表示→Ｇ表示→Ｇ反転表示→Ｂ表示→Ｂ反転表示」のように制御する。また、波長可変フィルタ４に関しては、Ｒ表示、Ｇ表示およびＢ表示（正規な画像の表示）が行われている各期間は、それぞれＲ透過状態、Ｇ透過状態、Ｂ透過状態となるように時分割制御されている。

波長可変フィルタ４は上述したように印加電圧を変えることで透過する光の波長（色）を変更する素子であるが、液晶材料を用いているため、電圧を変更しても透過状態は瞬時に他の透過状態へとは変わらず中間的な状態が生じてしまい、この状態をスクリーン上に投影するのは好ましくない。しかし、ＦＬＣに関してもＲＧＢ各色の正規な画像の表示の間に反転駆動を行う必要があるので、図３（ａ）に示すように、この反転駆動による反転表示期間内に、波長可変フィルタ４の透過光色（波長）の変更を行うことで、上述のフィルタの透過特性の切り替えによる中間的な状態の表示が投射画面に現れないようにすることができる。

例えば、Ｒ反転表示の期間内に、波長可変フィルタ４のＲ透過状態からＧ透過状態への切り替え動作を開始、終了させ、その期間はＬＥＤ１１を消灯するようにした。すなわち、反転表示画像および波長可変フィルタ４の透過光切り替えタイミングにおける前述の中間的な状態がスクリーン上に投射されることがない。ＬＥＤ１１に関しては、ＬＣＯＳ３のＲ表示と同期してパルス状の電圧が印加されて発光する。Ｇ表示からＢ反転表示までの動作も全く同様に行われる。

なお、上記実施形態においては、波長可変フィルタ４として、複数の液晶パネルおよび複数の偏光子が交互に積層配設され、複数の液晶パネルに印加される電圧に応じてＲＧＢ等複数色状態の中からいずれか一つの状態を選択できるフィルタを用いて、波長可変フィルタ４の透過光色が切り替わる状態切替期間が、強誘電液晶素子の反転表示（駆動）期間より短い場合に、少なくとも反転表示（駆動）期間にわたって、ＬＥＤ１１を消灯する例について説明した。しかし、波長可変フィルタ４の透過光色が切り替わる状態切替期間が反転表示（駆動）期間より長い場合には、少なくとも波長可変フィルタ４の状態切替期間にわたってＬＥＤ１１を消灯する構成としても良い。このような構成の場合には、波長可変フィルタ４の状態切替期間内に反転表示（駆動）が行われる。すなわち、ＬＥＤ１１は、波長可変フィルタ４の状態切替期間と反転表示（駆動）期間とのうち、長い方の期間にわたって消灯される構成とすればよい。

本実施形態においては、波長可変フィルタ４の透過光色が切り替わる状態切替期間と、強誘電液晶素子の反転駆動期間とのいずれか長い方の期間内に、波長可変フィルタ４の透過光色を切り替える切り替え動作、もしくは強誘電液晶素子の反転駆動（表示）動作を行い、少なくとも当該いずれか長い方の期間にわたって、ＬＥＤ１１を消灯する構成としたので、不適切な画像を投射することが防止される。

本実施の形態では、ＬＥＤ１１の白色光を波長可変フィルタ４に通すことによりＲ光、Ｇ光、Ｂ光を得るようにしているが、透過効率はＲ，Ｇ，Ｂで全く同じわけではないので、明るさのバランス、すなわち色バランスが崩れてしまう。そのため、各Ｒ，Ｇ，Ｂ表示時におけるＬＥＤ１１の発光時間や駆動電流値などは、予めホワイトバランスが取れる値に調整しておく。ＬＥＤ１１は、点灯する時にのみ瞬間的に大電流を流して高輝度発光を行い、その他の期間は消灯することで、残像効果により、低い電流で連続点灯した場合と同様の明るさを実現することができる。

図４は第２の動作例を示す図である。波長可変フィルタ４の場合、上記波長可変フィルタ４の透過光色の切り替えに要する時間が各透過状態の間で等しいとは限らない。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの順で各色光透過状態の印加電圧が大きくなる場合、Ｒ−Ｇ間、Ｇ−Ｂ間の各色光透過状態の印加電圧差に比べてＢ−Ｒ間の各色光透過状態の印加電圧差がかなり大きくなる。そのため、Ｂ→Ｒの切替時間はＲ→Ｇ，Ｇ→Ｂの切替時間に比べて長くなると考えられる。そこで、第２の動作例では、図４（ａ）に示すように、１フレーム内における透過光色の切り替えを、印加電圧の近い状態間の切り替えであるＲとＧ間およびＧとＢ間だけで構成するようにした。

すなわち、ＬＣＯＳ３の画像表示を「Ｒ表示→Ｒ反転表示→Ｇ表示→Ｇ反転表示→Ｂ表示→Ｂ反転表示→Ｇ表示→Ｇ反転表示」のように切り替え、波長可変フィルタ４の透過光色の切り替えを「Ｒ→Ｇ→Ｂ→Ｇ」のように切り替えるようにした。この場合、１フレーム中にＲ色の正規画像表示およびＢ色の正規画像表示が１回、Ｇ色の正規画像表示が２回出現するので、ホワイトバランスを保つために各Ｇ色の正規画像表示におけるＬＥＤ１１の発光時間をＲ表示およびＢ表示の場合の半分とした。このような動作とすることにより、波長可変フィルタ４の透過光色の切り替えに要する時間（すなわち各消灯時間）がほぼ等しくなり、投影像に不自然なちらつきが生じるのを防止することができる。なお、波長可変フィルタ４の透過光色の切り替えを「Ｒ→Ｇ→Ｒ→Ｂ」としても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

−第２の実施の形態−
図５は本発明によるプロジェクタの第２の実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態では、ＦＬＣを用いた反射型のＬＣＯＳ３に代えて、ＴＮ液晶などを用いた透過型の液晶パネル２３を光学変調素子として用いるようにした。そのため、波長可変フィルタ４の出射側に対向するように液晶パネル２３を配置し、同一軸上に波長可変フィルタ４、液晶パネル２３、投射レンズ５を配設した。なお、反射型のＴＮ液晶パネルを用いる場合には、図１と同様な構成となる。

ＴＮ液晶の場合には、ＦＬＣのように反転表示状態がないので、動作シーケンスは図６のようになる。液晶パネル２３（LCD）の表示は、「Ｒ画像表示→Ｇ画像表示→Ｂ画像表示」のように切り替えられ、Ｒ画像表示の期間中に波長可変フィルタ４はＲ透過駆動とＲ→Ｇの透過光色切り替え駆動とが行われる。Ｇ画像表示期間およびＢ画像表示期間に関しても同様である。ＬＥＤ１１は、波長可変フィルタ４が透過状態の時にオン（点灯状態）とされ、Ｒ→Ｇの透過光色切り替えタイミングではオフ（消灯状態）とされる。なお、波長可変フィルタ４の透過光色切り替え時にはＬＥＤ１１は消灯しているので、液晶パネル２３の表示画像の切り替えは、波長可変フィルタ４の切り替え終了を待たずに開始してもかまわない。この場合、波長可変フィルタ４の切り換え終了時に液晶パネル２３の表示書き換えも終了していることが好ましい。

上述した第１および第２の実施の形態では、以下のような作用効果を奏する。
（ａ）波長可変フィルタ４を用いたことにより、単一の光学変調素子（ＬＣＯＳ３，液晶パネル２３）によるカラー表示を容易に行うことができる。
（ｂ）波長可変フィルタ４は、印加電圧を変更することで透過状態を変えることができるので、従来のカラーホイールタイプのフィルタのように三種類のカラーフィルタやホイールを機械的に駆動するためのモータやセンサ等を必要としないため、フィルタ機構の小型化を図ることができる。
（ｃ）波長可変フィルタ４の透過光色の切り替え時にＬＥＤ１１を消灯するようにしたので、投影像の色が不正確になることなく良好なカラー表示を行うことができる。

なお、上述した実施の形態は一例を示したものであり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、液晶パネルを用いた表示素子に限らず、光源からの光の反射方向を変更可能な微少ミラーを２次元的に配列させたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）のような表示素子を用いることも可能である。

本発明によるカラープロジェクタの第１の実施の形態を示すブロック図である。 波長可変フィルタ４の一例を示す図である。 第１の動作例を示す図であり、（ａ）はＬＣＯＳ３（FLC）、波長可変フィルタ４（Filter）およびＬＥＤ１１の制御シーケンスを、（ｂ）はＬＥＤ１１に印加される電圧パルスを示したものである。 第２の動作例を示す図であり、（ａ）はＬＣＯＳ３（FLC）、波長可変フィルタ４（Filter）およびＬＥＤ１１の制御シーケンスを、（ｂ）はＬＥＤ１１に印加される電圧パルスを示したものである。 本発明によるプロジェクタの第２の実施の形態を示すブロック図である。 第２の実施における動作例を示す図であり、（ａ）は液晶パネル２３（LCD）、波長可変フィルタ４（Filter）およびＬＥＤ１１の制御シーケンスを、（ｂ）はＬＥＤ１１に印加される電圧パルスを示したものである。

符号の説明

１：照明部 ２：偏光ビームスプリッタ
３：ＬＣＯＳ ４：波長可変フィルタ
５：投射レンズ ６：コントローラ
１１：ＬＥＤ ２３：液晶パネル
６１：ＬＥＤ制御回路 ６２：フィルタ制御回路
６３：液晶制御回路 ６４：メイン制御回路

Claims (4)

1. 電気的制御によって光透過特性を変更し、同一の光透過領域を透過させる色光を、第１特定色の光から前記第１特定色と異なる第２特定色の光に変更可能な波長可変フィルタと、
   前記波長可変フィルタの光透過領域に白色光を入射する白色光源と、
   前記波長可変フィルタを透過した各色光が入射し、当該入射する色光をその光の色に応じて変調して出射する単一の光学変調素子と、
   前記光学変調素子から出射された変調光をスクリーン上に投射する投射レンズと、
   前記波長可変フィルタの光透過領域の透過色光が、前記第１特定色から前記第２特定色の光へと切り替わる間、前記白色光源が消灯状態となるように制御する光源制御部とを備えたことを特徴とするカラープロジェクタ。
2. 請求項１に記載のカラープロジェクタにおいて、
   前記光学変調素子は強誘電液晶素子であって、
   前記強誘電液晶素子の反転駆動時に前記波長可変フィルタの透過色光の切り替えを行うとともに、前記白色光源を消灯状態とすることを特徴とするカラープロジェクタ。
3. 請求項２に記載のカラープロジェクタにおいて、
   前記光源制御部は、前記波長可変フィルタの透過色光が切り替わる状態切替期間と前記強誘電液晶素子の反転駆動期間とのいずれか長い方の期間にわたって、前記白色光源が消灯状態となるように制御することを特徴とするカラープロジェクタ。
4. 請求項１に記載のカラープロジェクタにおいて、
   前記波長可変フィルタの光透過領域は、さらに、前記第１特定色および第２特定色とは異なる第３特定色の光を選択的に透過させることが可能であって、印加される電圧に応じて前記光透過領域を透過させる光の色を、前記第１特定色、第２特定色および第３特定色の間で変更可能に構成されており、
   前記波長可変フィルタに前記電圧が印加されている状態を、印加電圧の低い順に第１状態，第２状態，並びに第３状態とした場合に、前記第１特定色、第２特定色および第３特定色の画像から成る１フレームのカラー画像を投射する際に、前記電圧の印加状態を、第１状態，第２状態，第３状態、第２状態の順、もしくは第３状態，第２状態，第１状態、第２状態の順に切り替えるとともに、前記第１状態および第３状態おける前記白色光源の点灯時間を前記第２状態における前記白色光源の点灯時間の約２倍としたことを特徴とするカラープロジェクタ。

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