JP2007232798A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過型の一つの光書込型読出ライトバルブを用いた投写型映像表示装置を実現する。
【解決手段】ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは時分割で順次に点灯する。各色光は読出ライトバルブ３４を透過してダイクロイックキューブ２８に導かれる。ダイクロイックキューブ２８は紫外光を反射し、可視光を透過する。画像書込光学系は各色用の画像書込用の光源として１個の紫外光ＬＥＤ２１を備える。偏光ビームスプリッタ２４を透過したＰ偏光光は書込光（紫外光）を変調する書込ライトバルブ（ＬＣＯＳデバイス）２５に照射される。書込ライトバルブ２５は、受け取ったＰ偏光光を変調することにより画像光を生成する。前記画像光は反射光として得られ且つこの反射光はＳ偏光光に変換される。紫外光である書込画像光はダイクロイックキューブ２８に反射して読出ライトバルブ３４に導かれる。
【選択図】図１

Description

この発明は、投写画像光を生成する読出ライトバルブへの画像書込を光で行うようにした投写型映像表示装置に関する。

投写画像光を生成する読出ライトバルブへの画像書込を光で行うようにした投写型映像表示装置が知られている（特許文献１，特許文献２参照）。一例として図５に従来の投写型映像表示装置１００を示す。白色光源１０１から出射された白色光はパラボラリフレクタによって略平行光化され、インテグレータレンズ１０２へと導かれる。インテグレータレンズ１０２は一対のフライアイレンズ１０２ａ・１０２ｂから構成されており、各レンズ対が白色光源１０１から出射された光を後述する読出ライトバルブの全面に導く。インテグレータレンズ１０２を経た光は、偏光変換装置１０３及び集光レンズ１０４を経た後、第１ダイクロイックミラー１０５へと導かれる。

偏光変換装置１０３は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ１０２からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路偏向する。光路偏向されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。

第１ダイクロイックミラー１０５は、第１色光を透過し、第２色光及び第３色光を反射する。第１ダイクロイックミラー１０５を透過した第１色光は傾斜ミラー１０６によって反射される。傾斜ミラー１０６にて反射された第１色光はレンズ１０７を経て第１色光用の透過型の読出ライトバルブ１３１に導かれる。第１色光が読出ライトバルブ１３１を透過することで第１色画像光が生成される。一方、第１ダイクロイックミラー１０５にて反射した光は、第２ダイクロイックミラー１０８に導かれる。

第２ダイクロイックミラー１０８は、第３色光を透過する一方、第２色光は反射する。第２ダイクロイックミラー１０８に反射した第２色光は、レンズ１０９を経て第２色光用の透過型の読出ライトバルブ１３２に導かれる。第２色光が読出ライトバルブ１３２を透過することで第２色画像光が生成される。

前記第１色画像光の光路と前記第２色画像光の光路との交差する位置に第１ダイクロイックキューブ１１２が設けられている。第１ダイクロイックキューブ１１２は第１色光を透過し第２色光を反射する。前記第１色画像光と前記第２色画像光とが第１ダイクロイックキューブ１１２に入射すると、これら前記第１色画像光と前記第２色画像光とが同一方向に導かれる。

第２ダイクロイックミラー１０８を透過した第３色光は、レンズ１１０を経て第３色光用の透過型の読出ライトバルブ１３３に導かれる。第３色光が読出ライトバルブ１３３を透過することで第３色画像光が生成される。第３色画像光の光路は反射プリズム１１１によって９０°偏向される。

光路偏向された第３色画像光の光路と、前記第１色画像光及び前記第２色画像光の合成光路とが交差する位置に第２ダイクロイックキューブ１１３が設けられている。第２ダイクロイックキューブ１１３は第１色光及び第２色光を透過し第３色光を反射する。前記第１色画像光と第２色画像光と第３色画像光とが第２ダイクロイックキューブ１１３に入射すると、これら画像光は同一方向に導かれ、その結果、フルカラー画像光が生成される。

第２ダイクロイックキューブ１１３の光出射側（前記フルカラー画像光が出射される面の近傍）には投写レンズ１１４が設けられている。第２ダイクロイックキューブ１１３から出射されたフルカラー画像光は投写レンズ１１４によって図示しないスクリーンに投写される。

次に、画像書込光学系について説明していく。各色用の画像書込用の光源として３個の紫外光ＬＥＤ（発光ダイオード）１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃを備える。紫外光ＬＥＤ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃのピーク波長は互いに異なっている。紫外光ＬＥＤ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃは所定時間ずつ順次に点灯する。紫外光ＬＥＤ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃから出射された紫外光はダイクロイックミラー１２０Ａ，１２０Ｂによって同一方向に導かれる。前記紫外光がロッドインテグレータ１２２を通ると、このロッドインテグレータ１２２の光出口面には光強度が均一の面光源が形成される。前記光出口面から出射された紫外光はリレーレンズグループ１２３を透過して偏光ビームスプリッタ１２４に導かれる。

偏光ビームスプリッタ１２４を透過した特定偏光光（例えば、Ｐ偏光光）は書込光（前記紫外光）を変調する書込ライトバルブ（ＬＣＯＳデバイス）１２５に照射される。書込ライトバルブ１２５は、図示しないドライバによって時分割で各色用の画像を形成する。すなわち、前記ドライバは、例えば、紫外光ＬＥＤ１２１Ａが点灯するときに第１色映像信号に基づく第１画像の形成を書込ライトバルブ１２５に実行させ、紫外光ＬＥＤ１２１Ｂが点灯するときに第２色映像信号に基づく第２画像の形成を書込ライトバルブ１２５に実行させ、紫外光ＬＥＤ１２１Ｃが点灯するときに第３色映像信号に基づく第３画像の形成を書込ライトバルブ１２５に実行させる。

書込ライトバルブ１２５は、受け取った特定偏光光を変調することにより画像光を生成する。前記画像光は反射光として得られ且つこの反射光は他の特定の偏光光（例えば、Ｓ偏光光）に変換される。すなわち、書込ライトバルブ１２５に特定偏光光が照射されると、他の特定偏光の書込画像光（Ｓ偏光光）が生成される。書込ライトバルブ１２５から出射された書込画像光は偏光ビームスプリッタ１２４によって反射される。前記書込画像光はイメージングレンズグループ１２６によって第２ダイクロイックキューブ１１３に導かれる。

前記第２ダイクロイックキューブ１１３及び第１ダイクロイックキューブ１１２は、前記紫外光ＬＥＤ１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃからの紫外光に対して波長選択性を有する。ピーク波長が互いに異なる３つの紫外光は分光され、各読出ライトバルブ１３１，１３２，１３３にそれぞれ一つの紫外光（書込画像光）が導かれる。具体的には、第１色映像信号に基づく第１の書込画像光は読出ライトバルブ１３１に照射され、第２色映像信号に基づく第２の書込画像光は読出ライトバルブ１３２に照射され、第３色映像信号に基づく第３の書込画像光は読出ライトバルブ１３３に照射される。

読出ライトバルブ１３１，１３２，１３３は、特許文献１にも記載されているように、例えば、光導電効果を有するＯＡＳＬＭ（Optically Addressed spatial light modulator）から成る。例えば、光導電効果を有する透明電極構造間に液晶層を設けた構造であれば、光を受けた箇所だけ光導電特性が変化し、この受光箇所において液晶への電圧印加状態が変化することにより、液晶の旋回状態を変化させることができる。
ＷＯ２００５／１１６７１９ 特開２００３−７８８４２

透過型の一つの光書込型読出ライトバルブを用いた構成を実現して投写型映像表示装置の小型化や低コスト化を図ることが望まれる。

この発明は、上記の事情に鑑み、投写画像光を生成するライトバルブへの画像書込を光で行うようにした投写型映像表示装置において、単板型の投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、書込光を出射する書込光照明系と、前記書込光を変調して特定偏光光の書込画像光を出射する書込ライトバルブと、前記書込ライトバルブから出射される書込画像光にて画像が書き込まれるとともに受け取った投写用各色光を変調して各色画像光を生成する一つの読出ライトバルブと、前記書込画像光を前記読出ライトバルブに結像させるための結像光学系と、前記書込ライトバルブから出射される書込画像光を前記読出ライトバルブに導く一方、前記読出ライトバルブから出射される各色画像光を投写光学系に導く光学部材と、を備えたことを特徴とする。

上記の構成であれば、透過型の一つの光書込型読出ライトバルブを用いた構成が実現される。

上記構成の投写型映像表示装置において、前記書込光照明系からの書込光が偏光ビームスプリッタを通って前記書込ライトバルブに導かれ、前記書込画像光は特定偏光光となって前記偏光ビームスプリッタに戻されるととともに当該偏光ビームスプリッタに反射し、この偏光ビームスプリッタに反射した書込画像光が前記結像光学系を通って前記光学部材に導かれることとしてもよい（以下、この項において第１構成という）。

或いは、上記構成の投写型映像表示装置において、前記書込光照明系からの書込光が前記光学部材及び前記結像光学系を通って前記書込ライトバルブに導かれ、前記書込画像光は前記結像光学系及び前記光学部材を通って前記読出ライトバルブに導かれることとしてもよい。かかる構成であれば、前記第１構成では必要となる偏光ビームスプリッタを不要にできる。

或いは、上記構成の投写型映像表示装置において、前記書込光照明系からの書込光が前記光学部材を通って前記書込ライトバルブに導かれ、前記書込ライトバルブから出射される前記書込画像光は前記光学部材にて光路を偏向された後に前記結像光学系を通って前記読出ライトバルブに導かれ、各色画像光は前記結像光学系及び前記光学部材を通って前記投写光学系に導かれ、前記投写光学系と前記光学部材との間に前記各色画像光の結像面が形成されることとしてもよい。かかる構成であれば、前記投写光学系と前記光学部材との間に前記各色画像光の結像面が形成されるので、投写光学系としてバックフォーカスが短い小型の投写レンズを用いることができる。

この発明によれば、透過型の一つの光書込型読出ライトバルブを用いた投写型映像表示装置を実現できるという効果を奏する。

（実施例１）
以下、この発明の第１の実施形態の投写型映像表示装置（プロジェクタ）を図１に基づいて説明していく。図１はこの実施形態の投写型映像表示装置５０の光学系を示している。この投写型映像表示装置５０は光源として赤色ＬＥＤ１Ｒと緑色ＬＥＤ１Ｇと青色ＬＥＤ１Ｂとを備える。これらＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは時分割で順次に点灯する。各ＬＥＤから出射された色光はテーパ型のロッドインテグレータ２７に入射される。各色光がロッドインテグレータ２７を通ると、このロッドインテグレータ２７の光出口面には光強度が均一で且つ光の分散角が低減された面光源が形成される。前記光出口面から出射された各色光は読出ライトバルブ３４を透過してダイクロイックキューブ（光学部材）２８に導かれる。ダイクロイックキューブ２８は紫外光を反射し、可視光を透過する。

前記読出ライトバルブ３４は、特許文献１にも記載されているように、例えば、光導電効果を有するＯＡＳＬＭ（Optically Addressed spatial light modulator）から成る。例えば、光導電効果を有する透明電極構造間に液晶層を設けた構造であれば、光を受けた箇所だけ光導電特性が変化し、この受光箇所において液晶への電圧印加状態が変化することにより、液晶の旋回状態を変化させることができる。

次に、画像書込光学系について説明していく。画像書込光学系は各色用の画像書込用の光源として１個の紫外光ＬＥＤ（発光ダイオード）２１を備える。紫外光ＬＥＤ２１から出射された紫外光はロッドインテグレータ２２に入射する。前記紫外光がロッドインテグレータ２２を通ると、このロッドインテグレータ２２の光出口面には光強度が均一の面光源が形成される。前記光出口面から出射された紫外光はリレーレンズグループ２３を透過して偏光ビームスプリッタ２４に導かれる。

偏光ビームスプリッタ２４を透過した第１の特定偏光光（例えば、Ｐ偏光光）は書込光（前記紫外光）を変調する書込ライトバルブ（ＬＣＯＳデバイス）２５に照射される。書込ライトバルブ２５は、図示しないドライバによって時分割で各色用の画像を形成する。すなわち、前記ドライバは、青色映像信号に基づく第１画像の形成を書込ライトバルブ２５に実行させ、次に、緑色映像信号に基づく第２画像の形成を書込ライトバルブ２５に実行させ、次に、赤色映像信号に基づく第３画像の形成を書込ライトバルブ２５に実行させる。これら第１画像、第２画像、第３画像の形成は繰り返される。

書込ライトバルブ２５は、受け取った第１特定偏光光を変調することにより画像光を生成する。前記画像光は反射光として得られ且つこの反射光は第２の特定偏光光（例えば、Ｓ偏光光）に変換される。すなわち、書込ライトバルブ２５に第１特定偏光光が照射されると、第２特定偏光光の書込画像光（Ｓ偏光光）が生成される。書込ライトバルブ２５から出射された書込画像光は偏光ビームスプリッタ２４によって反射される。前記書込画像光はイメージングレンズグループ（結像光学系）２６によってダイクロイックキューブ２８に導かれる。

ダイクロイックキューブ２８は、先述のごとく、紫外光を反射し、可視光を透過する。紫外光である書込画像光はダイクロイックキューブ２８に反射して読出ライトバルブ３４に導かれ、この読出ライトバルブ３４に画像が書き込まれる。前記第１画像が書き込まれるとき、青色ＬＥＤ１Ｂが点灯して青色光が読出ライトバルブ３４に照射され、前記第２画像が書き込まれるとき、緑色ＬＥＤ１Ｇが点灯して緑色光が読出ライトバルブ３４に照射され、前記第３画像が書き込まれるとき、赤色ＬＥＤ１Ｒが点灯して赤色光が読出ライトバルブ３４に照射される。

読出ライトバルブ３４を各色光が透過することによって得られた各色画像光はダイクロイックキューブ２８を通って投写レンズ１４に導かれる。そして、各色画像光は投写レンズ１４によって図示していスクリーンに投写される。

なお、ダイクロイックキューブ２８に代えて偏光ビームスプリッタ（２８Ａ）を用いることもできる（この場合、光出射側偏光板を有しない読出ライトバルブ３４Ａを用いる）。

（実施例２）
以下、この発明の第２の実施形態の投写型映像表示装置を図２に基づいて説明していく。図２はこの実施形態の投写型映像表示装置５１の光学系を示している。前記投写型映像表示装置５０における構成要素と同一の要素には同一の符号を付記してその説明を省略することがある。

この投写型映像表示装置５１はダイクロイックキューブ２８に代えて偏光ビームスプリッタ２８Ａを有する。図２において、偏光ビームスプリッタ２８Ａの右側には、紫外光ＬＥＤ２１とテーパ型のロッドインテグレータ２９と、偏光板（誘電体多層膜、ワイヤーグリッド等）３５とが設けられており、偏光ビームスプリッタ２８Ａの左側には、イメージングレンズグループ（結像光学系）２６と書込ライトバルブ２５が設けられている。紫外光ＬＥＤ２１から出射された紫外光はロッドインテグレータ２９に入射する。紫外光がロッドインテグレータ２９を通ると、このロッドインテグレータ２９の光出口面には光強度が均一で且つ光の分散角が低減された面光源が形成される。前記光出口面から出射された紫外光のうち例えばＰ偏光光だけが偏光板３５を通り、このＰ偏光光は偏光ビームスプリッタ２８Ａを透過しイメージングレンズグループ２６を通って書込ライトバルブ２５に導かれる。紫外光（書込光）が書込ライトバルブ２５に反射することによって得られた書込画像光（Ｓ偏光光）は、イメージングレンズグループ２６を通り、偏光ビームスプリッタ２８Ａに反射して読出ライトバルブ３４Ａ上に結像する。読出ライトバルブ３４Ａ上に形成された各色用の画像は、各色光によって読み出され、偏光ビームスプリッタ２８Ａを透過して投写レンズ１４に入射する。読出ライトバルブ３４Ａは光出射側偏光板は備えておらず、この光出射側偏光板の役目を前記偏光ビームスプリッタ２８Ａが果たす。

上述した投写型映像表示装置５１であれば、投写型映像表示装置５０において必要であった偏光ビームスプリッタ２４を省略することができる。

（実施例３）
以下、この発明の第３の実施形態の投写型映像表示装置を図３に基づいて説明していく。図３はこの実施形態の投写型映像表示装置５２の光学系を示している。前記投写型映像表示装置５１における構成要素と同一の要素には同一の符号を付記してその説明を省略することがある。

この投写型映像表示装置５２は投写型映像表示装置５１と同様、偏光ビームスプリッタ２８Ａを有する。図２において、偏光ビームスプリッタ２８Ａの右側には、紫外光ＬＥＤ２１とロッドインテグレータ２２とリレーレンズグループ２３と偏光板３５とが設けられており、偏光ビームスプリッタ２８Ａの左側には、書込ライトバルブ２５が設けられている。そして、読出ライトバルブ３４Ａと偏光ビームスプリッタ２８Ａとの間には、イメージングレンズグループ（結像光学系）２６が設けられている。

紫外光ＬＥＤ２１から出射された紫外光はロッドインテグレータ２２に入射する。ロッドインテグレータ２２から出射された紫外光はリレーレンズグループ２３を通り、偏光板３５に導かれる。偏光板３５を通った例えばＰ偏光光だけが偏光ビームスプリッタ２８Ａを透過し書込ライトバルブ２５に導かれる。紫外光（書込光）が書込ライトバルブ２５に反射することによって得られた書込画像光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ２８Ａに反射し、更にイメージングレンズグループ２６を通り、読出ライトバルブ３４Ａ上に結像する。読出ライトバルブ３４Ａ上に形成された各色用の画像は、各色光によって読み出され、イメージングレンズグループ２６を通り、偏光ビームスプリッタ２８Ａを透過する。読出ライトバルブ３４Ａから出射された各色用の画像光がイメージングレンズグループ２６を通ることで、偏光ビームスプリッタ２８Ａと投写レンズ１４との間に各色用の画像の結像面が形成される。

上記の投写型映像表示装置５２であれば、投写レンズ１４の後玉の近くに画像の結像面が形成されるので、この投写レンズ１４としてはバックフォーカスが短い小型の投写レンズを用いることが可能になる。

なお、これら投写型映像表示装置５０，５１，５２の光源として、図４に示す光源を用いることができる。この光源は、クロスダイクロイックキューブ３６の３つの光入口面にそれぞれ赤色ＬＥＤ１Ｒと緑色ＬＥＤ１Ｇと青色ＬＥＤ１Ｂとを備える。クロスダイクロイックキューブ３６の光出口面からは各ＬＥＤから出射された各色光が出射される。各色光はテーパ型のロッドインテグレータ２７Ａに入射される。ロッドインテグレータ２７Ａの光出口面には偏光変換装置３７が設けられている。この偏光変換装置３７は、ロッドインテグレータ２７Ａの光出口面に対面する位置にＶ字状に誘電体多層膜（偏光分離膜）を有する。この誘電体多層膜の一方の面で反射されたＳ偏光光はその隣の反射面（或いは誘電体多層膜）によって反射され、同様に、誘電体多層膜の他方の面で反射されたＳ偏光光はその隣の反射面（或いは誘電体多層膜）によって反射される。両誘電体多層膜を透過したＰ偏光光は位相差板（１／２λ板）２０ａによってＳ偏光光に変換される。すなわち、光はＳ偏光光に揃えられる。勿論、光をＰ偏光光に揃えることもできる。

この発明の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。 この発明の他の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。 この発明の他の実施形態の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。 この発明の投写型映像表示装置に用いることができる光源を示した説明図である。 従来の投写型映像表示装置の光学系を示した説明図である。

符号の説明

１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ ＬＥＤ
１４ 投写レンズ
２１ 紫外光ＬＥＤ
２５ 書込ライトバルブ（ＬＣＯＳ）
２６ イメージングレンズグループ
２８ ダイクロイックキューブ
２８Ａ 偏光ビームスプリッタ
３４ 読出ライトバルブ
３４Ａ 読出ライトバルブ

Claims (4)

1. 書込光を出射する書込光照明系と、前記書込光を変調して特定偏光光の書込画像光を出射する書込ライトバルブと、前記書込ライトバルブから出射される書込画像光にて画像が書き込まれるとともに受け取った投写用各色光を変調して各色画像光を生成する一つの読出ライトバルブと、前記書込画像光を前記読出ライトバルブに結像させるための結像光学系と、前記書込ライトバルブから出射される書込画像光を前記読出ライトバルブに導く一方、前記読出ライトバルブから出射される各色画像光を投写光学系に導く光学部材と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、前記書込光照明系からの書込光が偏光ビームスプリッタを通って前記書込ライトバルブに導かれ、前記書込画像光は特定偏光光となって前記偏光ビームスプリッタに戻されるととともに当該偏光ビームスプリッタに反射し、この偏光ビームスプリッタに反射した書込画像光が前記結像光学系を通って前記光学部材に導かれることを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、前記書込光照明系からの書込光が前記光学部材及び前記結像光学系を通って前記書込ライトバルブに導かれ、前記書込画像光は前記結像光学系及び前記光学部材を通って前記読出ライトバルブに導かれることを特徴とする投写型映像表示装置。
4. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、前記書込光照明系からの書込光が前記光学部材を通って前記書込ライトバルブに導かれ、前記書込ライトバルブから出射される前記書込画像光は前記光学部材にて光路を偏向された後に前記結像光学系を通って前記読出ライトバルブに導かれ、各色画像光は前記結像光学系及び前記光学部材を通って前記投写光学系に導かれ、前記投写光学系と前記光学部材との間に前記各色画像光の結像面が形成されることを特徴とする投写型映像表示装置。

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