JP4736341B2 - Projector and display device - Google Patents
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Description
本発明は、光源からの放射光によって光変調装置を照明し、光変調装置で変調された照明光を投写レンズによってスクリーン等に拡大表示するプロジェクタ、あるいは光源からの放射光によって光変調装置を照明し、画像を表示する表示装置に関し、特に、動画像を表示する場合に有用な光学系に係わる技術に関する。 The present invention illuminates a light modulation device with emitted light from a light source and illuminates the light modulation device with emitted light from a projector or a projector that enlarges and displays illumination light modulated by the light modulation device on a screen or the like by a projection lens. In particular, the present invention relates to a display device that displays an image, and more particularly, to a technique related to an optical system that is useful when displaying a moving image.
プロジェクタには様々な光学構成を有するものが存在するが、光強度の大きな光束を発生させる光源と、光源からの光束を強度変調する光変調装置とを分離して備えた形態のプロジェクタが多く実用化されている。その様な形態のプロジェクタでは、光源から放射された光を強度分布が略均一な照明光に変換し、照明対象である光変調装置をムラなく照明するためのインテグレータ光学系を備えているものが殆どである（例えば、特許文献１参照）。
インテグレータ光学系を備えたプロジェクタの一構成例を図１３に示す。このプロジェクタは、光源１０、インテグレータ光学系１５、光変調装置６０、及び投写レンズ７０を備えて構成されており、インテグレータ光学系１５は第１レンズアレイ２０、第２レンズアレイ３０、重畳レンズ４５を備えている。第１レンズアレイ２０及び第２レンズアレイ３０は、何れも同数の小レンズ２１と伝達レンズ３１を平面的に配列した光学素子であり、中でも小レンズ２１は照明対象である光変調装置６０の表示領域と略相似関係にある矩形状の輪郭を成している。光源１０から放射された光束は第１レンズアレイ２０の小レンズ２１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ３０の対応する伝達レンズ３１と重畳レンズ４５によって一ヶ所の被照明領域上で重畳結像される。したがって、光源１０からの不均一な強度分布を有する光束は、強度分布が略均一な照明光束に変換されて光変調装置６０を照明する。
There are projectors with various optical configurations, but many projectors with a configuration in which a light source that generates a light beam having a large light intensity and a light modulation device that modulates the light beam from the light source are separated are practically used. It has become. Some projectors of this type include an integrator optical system for converting light emitted from a light source into illumination light having a substantially uniform intensity distribution and illuminating the light modulation device to be illuminated evenly. Most (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 13 shows a configuration example of a projector provided with an integrator optical system. The projector includes a
上記のような構成のプロジェクタで使用される光変調装置として液晶ライトバルブ（液晶パネル）が挙げられる。液晶ライトバルブは単位時間当たりの透過光量を制御することで強度変調を行う、いわゆるホールド型の表示素子である。そのため、動画像を表示すると画像の輪郭部に「ぼけ」が知覚されることが知られており、その改善策が検討されている。また、液晶パネル等のホールド型の表示素子を用いたいわゆる直視型等の表示装置においても、上記と同様の「ぼけ」が知覚される。 A liquid crystal light valve (liquid crystal panel) is an example of a light modulation device used in the projector having the above configuration. The liquid crystal light valve is a so-called hold-type display element that modulates intensity by controlling the amount of transmitted light per unit time. For this reason, it is known that when a moving image is displayed, “blur” is perceived in the outline portion of the image, and measures for improving the blur are being studied. Also, in a so-called direct-view type display device using a hold-type display element such as a liquid crystal panel, “blur” similar to the above is perceived.
ホールド型の表示素子である液晶ライトバルブ（液晶パネル）における「ぼけ」を低減するためには、１）液晶材料の改良或いは駆動回路の工夫によって表示素子の応答速度を向上させる、２）照明光を間欠点灯させて表示時間を短くする、等の手段が効果的とされている。液晶ライトバルブを用いたプロジェクタおよび液晶パネルを用いた表示装置に対しても、上述した手段の導入が検討されるが、１）に対しては、液晶材料レベルでの応答性の改良には材料の特性に起因する本質的な限界があり、駆動回路の工夫では回路の複雑化を伴うため高コスト化が避けられない。また、２）に対しては、プロジェクタにおいて使用される放電ランプでは間欠点灯が本質的に不可能で、何より点灯時間、すなわち液晶ライトバルブを照明する時間の減少は明るさの低下に直接的に繋がるため、光利用効率が重視されるプロジェクタでは採用できない。以上の理由によりプロジェクタおよび表示装置に対しては有効な対策が見出されていないのが現状である。 In order to reduce “blurring” in a liquid crystal light valve (liquid crystal panel), which is a hold-type display element, 1) improve the response speed of the display element by improving the liquid crystal material or devising the drive circuit. 2) Illumination light Means such as intermittently turning on the LED to shorten the display time are effective. The introduction of the above-mentioned means is also considered for a projector using a liquid crystal light valve and a display device using a liquid crystal panel. However, for 1), a material is used to improve the response at the liquid crystal material level. There is an essential limitation due to the characteristics of the above, and the cost of the drive circuit is inevitable because the circuit is complicated by the device of the drive circuit. For 2), intermittent discharge is essentially impossible with a discharge lamp used in a projector, and above all, a decrease in lighting time, that is, a time for illuminating a liquid crystal light bulb directly contributes to a decrease in brightness. Therefore, it cannot be used in projectors where light use efficiency is important. For the above reasons, no effective countermeasures have been found for projectors and display devices.
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光利用効率の低下を招くことなく動画像の表示性能を向上させ、高画質なプロジェクタおよび表示装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the display performance of moving images without causing a decrease in light utilization efficiency, and to provide a high-quality projector and display device. Is to provide.
前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクタは、光源と、表示領域を有して前記光源からの光束を変調する光変調装置と、前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する分割光学系および該複数の部分光束を重畳させる重畳レンズを備えるインテグレータ光学系と、前記光変調装置によって形成された画像を投写する投写光学系と、を備えたプロジェクタであって、前記インテグレータ光学系によって、前記光源からの光束が前記表示領域よりも小さい断面積を有する縮小光束に変換されると共に、該縮小光束によって前記表示領域が走査され、前記重畳レンズは照明光軸と略直交する方向に移動自在であり、前記重畳レンズが前記照明光軸と略直交する前記方向に移動することによって、前記縮小光束が前記表示領域を走査することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a projector according to the present invention divides a light beam from a light source, a light modulation device that has a display area and modulates a light beam from the light source, and a plurality of light beams from the light source. A projector comprising: a splitting optical system; an integrator optical system that includes a superimposing lens that superimposes the plurality of partial light beams; and a projection optical system that projects an image formed by the light modulation device, wherein the integrator optical system The light beam from the light source is converted into a reduced light beam having a smaller cross-sectional area than the display area, the display area is scanned by the reduced light beam, and the superimposing lens is in a direction substantially orthogonal to the illumination optical axis. movable der is, by the superimposing lens is moved in the direction substantially orthogonal to the illumination optical axis, the reduced light beam to scan the display area It is characterized in.
この様な構成に依れば、光変調装置の表示領域よりも断面積が小さい縮小光束（照明光束）によって、瞬間的な時間においては表示領域の一部分だけが照明されるが、表示領域の全域に渡って縮小光束を走査するため、ある時間範囲においては表示領域の全域が一様な強度の照明光束によって照明されることになる。人間は時間的に積分された明るさ情報を認識する視特性を有するため、この様な照明法によってスクリーン上に映し出された映像を人間は明るさムラを感じることなく認識することができる。また、光変調装置の表示領域の一部分に着目すると間欠的に照明光束が入射することになり、動画像の表示時に知覚されやすい輪郭部の「ぼけ」の発生を抑制し、鮮明な動画像として人間に認識させることができる。さらに、縮小光束をインテグレータ光学系の原理を利用して生成するため、照明光量を減少させることなく画像表示を行うことができる。したがって、ホールド型の光変調装置を用いていても、また、間欠点灯が不可能な光源を用いていても、光利用効率や明るさを低下させることなく、動画像の表示性能を向上させたプロジェクタを実現することができる。 According to such a configuration, a reduced light beam (illumination light beam) having a smaller cross-sectional area than the display area of the light modulation device illuminates only a part of the display area in an instantaneous time. Since the reduced light beam is scanned over a certain time range, the entire display area is illuminated with an illumination light beam having a uniform intensity in a certain time range. Since humans have the visual characteristic of recognizing temporally integrated brightness information, humans can recognize images projected on the screen by such an illumination method without feeling uneven brightness. In addition, when focusing on a part of the display area of the light modulation device, the illumination light beam is incident intermittently, suppressing the occurrence of “blurring” of the outline that is easily perceived when displaying a moving image, and creating a clear moving image. It can be recognized by humans. Furthermore, since the reduced luminous flux is generated using the principle of the integrator optical system, it is possible to display an image without reducing the amount of illumination light. Therefore, even if a hold-type light modulation device is used or a light source that cannot be intermittently lighted is used, the display performance of moving images is improved without reducing the light use efficiency and brightness. A projector can be realized.
光変調装置の表示領域の形状が一つの辺によって規定される正方形状である場合には、縮小光束の断面形状を前記表示領域の辺と略同じ長さの第１の辺と、その第１の辺よりも短い長さの第２の辺によって規定される長方形状とすることができる。或いは、光変調装置の表示領域の形状が長辺及び短辺によって規定される長方形状である場合には、縮小光束の断面形状を前記表示領域の長辺と略同じ長さの第１の辺と、短辺よりも短い長さの第２の辺によって規定される長方形状することができる。そして、これらの場合には、縮小走査光学系によって縮小光束を走査する方向を縮小光束の第２の辺と平行な方向に設定することが望ましい。この様な構成に依れば、重畳走査光学系の移動距離を短くでき、また、その移動方向を一方向とすることができるため、重畳走査光学系の移動機構が簡素化でき、その実現が容易である。 When the shape of the display region of the light modulation device is a square shape defined by one side, the cross-sectional shape of the reduced light beam is a first side having a length substantially the same as the side of the display region, and the first side. A rectangular shape defined by a second side having a length shorter than the side of the first side may be used. Alternatively, when the shape of the display area of the light modulation device is a rectangular shape defined by the long side and the short side, the cross-sectional shape of the reduced light beam is the first side having substantially the same length as the long side of the display area. And a rectangular shape defined by the second side having a shorter length than the short side. In these cases, it is desirable to set the direction in which the reduced light beam is scanned by the reduction scanning optical system in a direction parallel to the second side of the reduced light beam. According to such a configuration, the moving distance of the superimposing scanning optical system can be shortened and the moving direction thereof can be set to one direction. Therefore, the moving mechanism of the superimposing scanning optical system can be simplified and realized. Easy.
重畳走査光学系としては平板状レンズや非球面レンズを用いて構成することができる。この様な構成に依れば、前者の場合には重畳走査光学系の薄型化や軽量化が可能であるため、縮小光束（照明光束）の走査を高速かつ制御性良く行うことができる。また、後者の場合にはレンズ周辺部（外周部）における球面収差の発生を防止して、光束の正確な重畳を実現することができ、照度分布の均一性と光利用効率の向上を期待できる。
分割光学系としては複数の小レンズを平面状に配列したレンズアレイを用いて構成することができる。或いは、入射端部より入射した光を反射面或いは全反射面で反射させて射出端部より射出させる管状或いは柱状の導光ロッドと、その導光ロッドからの光を集光させつつ重畳走査光学系に導く集光レンズとを用いて構成することができる。レンズアレイを用いた場合には小レンズの輪郭形状によって、また、導光ロッドを用いた場合には導光ロッドの断面形状によって、縮小光束（照明光束）の断面形状を制御することができる。また、小レンズの寸法や数、導光ロッドの断面寸法や長さによって、縮小光束（照明光束）の強度分布の均一性を制御することができる。これらによって、光変調装置の表示領域に対応した所望の縮小光束（照明光束）を生成することができるため、光利用効率の高い照明系を構築することができる。なお、レンズアレイを用いて分割光学系を構成する場合には、一方向にのみ集光性を有するシリンドリカル状レンズを小レンズとして用いることができる。この場合には分割光学系を製造しやすく、低コスト化を図れる可能性がある。
The superimposing scanning optical system can be configured using a flat lens or an aspheric lens. According to such a configuration, in the former case, it is possible to reduce the thickness and weight of the superimposing scanning optical system, so that the scanning of the reduced light beam (illumination light beam) can be performed at high speed and with good controllability. In the latter case, spherical aberration can be prevented from occurring in the lens peripheral part (outer peripheral part), and the light beam can be accurately superimposed, so that the uniformity of the illuminance distribution and the improvement of the light utilization efficiency can be expected. .
The split optical system can be configured by using a lens array in which a plurality of small lenses are arranged in a plane. Alternatively, a tubular or columnar light guide rod that reflects light incident from the incident end on the reflection surface or total reflection surface and exits from the exit end, and superimposing scanning optics while condensing the light from the light guide rod. A condensing lens that leads to the system can be used. When the lens array is used, the cross-sectional shape of the reduced light beam (illumination light beam) can be controlled by the contour shape of the small lens, and when the light guide rod is used, the cross-sectional shape of the reduced light beam (illumination light beam). Further, the uniformity of the intensity distribution of the reduced light beam (illumination light beam) can be controlled by the size and number of small lenses and the cross-sectional size and length of the light guide rod. As a result, a desired reduced light beam (illumination light beam) corresponding to the display area of the light modulation device can be generated, so that an illumination system with high light utilization efficiency can be constructed. Note that when a split optical system is configured using a lens array, a cylindrical lens having a condensing property only in one direction can be used as a small lens. In this case, it is easy to manufacture the split optical system, and there is a possibility that the cost can be reduced.
本発明のプロジェクタでは、光源からの光束を少なくとも２色以上の色光に分離する色分離光学系を更に備え、縮小光束走査光学系は光源と色分離光学系との間に配置する構成を採用することができる。この様な構成に依れば、複数の光変調装置に対して一箇所の縮小光束走査光学系で色光毎の縮小光束（照明光束）を生成できるため、プロジェクタ装置の小型化と簡素化、低コスト化を実現できる。 The projector according to the present invention further includes a color separation optical system that separates the light beam from the light source into at least two color lights, and the reduced light beam scanning optical system employs a configuration that is disposed between the light source and the color separation optical system. be able to. According to such a configuration, a reduced light beam (illumination light beam) for each color light can be generated by one reduced light beam scanning optical system for a plurality of light modulation devices. Cost reduction can be realized.
なお、色分離光学系によって分離された色光の内、他の色光よりも光路の長い色光の光路中が存在する場合には、入射時と射出時の光束分布が略等しくなるように色光を伝達するリレー光学系をその光路中に更に備えることが望ましい。ここで、入射時と射出時の光束分布が略等しくなるとは、照明光軸に対する光束分布の対称性を意味しており、リレー光学系を光束が伝搬する間に、照明光軸に対して光束分布が３６０度の整数倍の割合で回転する場合も含まれる。この様な構成に依れば、重畳走査光学系から各光変調装置に至る全ての照明光路の長さが等しくないプロジェクタであっても、照明光軸と縮小光束（照明光束）の相対的な位置関係に着目した場合の、各光路における光束の伝達の仕方（具体的には光束分布の回転の有無やその程度）を全て同じにできるため、光変調装置の表示領域上での照明位置に関して色光間で相対的なずれが発生せず、高品位な投写画像を表示することができる。 When the color light separated by the color separation optical system is in the light path of the color light having a longer light path than the other color lights, the color light is transmitted so that the light flux distribution at the time of incidence is substantially equal to that at the time of emission. It is desirable to further provide a relay optical system for the optical path in the optical path. Here, the substantially equal distribution of light fluxes at the time of incidence and emission means symmetry of the light flux distribution with respect to the illumination optical axis, and the light flux with respect to the illumination optical axis while the light flux propagates through the relay optical system. The case where the distribution rotates at a rate of an integral multiple of 360 degrees is also included. According to such a configuration, even in a projector in which the lengths of all illumination light paths from the superimposing scanning optical system to each light modulation device are not equal, the illumination optical axis and the reduced light beam (illumination light beam) are relatively When focusing on the positional relationship, the way of transmitting the light beam in each optical path (specifically, whether or not the rotation of the light beam distribution is the same) can all be the same, so the illumination position on the display area of the light modulation device A relative shift between the colored lights does not occur, and a high-quality projected image can be displayed.
縮小光束の走査速度に関しては、光変調装置の表示領域上の位置に応じて変化するように設定することが望ましく、更には、表示領域の中央部付近から両端部に近づくに従い遅くなるように設定することができる。この様な構成に依れば、ある時間範囲においては表示領域の全域が一様な強度の照明光束によって照明されることになる。移動速度の変化の仕方は表示領域に対する縮小光束の形状、面積比等によって決定されることが望ましい。 It is desirable to set the scanning speed of the reduced luminous flux so as to change according to the position on the display area of the light modulation device, and further, it is set so as to become slower as it approaches the both ends from near the center of the display area. can do. According to such a configuration, the entire display area is illuminated with an illumination light beam having a uniform intensity in a certain time range. It is desirable that the method of changing the moving speed is determined by the shape, area ratio, etc. of the reduced light beam with respect to the display area.
また、光変調装置における画像データの書き込み方向と対応する第１の方向では比較的低速に縮小光束を走査し、また、第１の方向とは逆の第２の方向では比較的高速に縮小光束を走査するように設定することができる。光変調装置における画像データの書き込み方向とは画像の表示方向を意味し、画素がマトリックス状に配置された光変調装置では画像データが行毎に順々に書き込まれて、最終的に２次元状の画像を表示する書き込み（画像表示）形態が多く用いられる。画像データの書き込み方向と縮小光束の走査方向とが逆となる場合には、光束を走査する途中で画像データが書き換わるため、動画像を表示する場合には画質低下の原因となる。よって、第２の方向に縮小光束を走査する期間は一般的に画像データの表示には適さない。したがって、第２の方向に縮小光束を走査する場合には、走査速度を速めて走査時間を短くし、第１の方向に走査する（画像表示に適する）期間を相対的に長くすることにより、高品位な投写画像を表示することができる。なお、表示画像が静止画像の場合には第２の方向における走査速度（すなわち走査時間）を第１の方向における走査速度（すなわち走査時間）と同じとし、第２の方向に走査する期間も第１の方向に走査する期間と同様に通常の画像表示を行う期間として利用できるような設定を併用しても良い。 The reduced light beam is scanned at a relatively low speed in the first direction corresponding to the writing direction of the image data in the light modulation device, and the reduced light beam is relatively high in the second direction opposite to the first direction. Can be set to scan. The writing direction of image data in the light modulation device means the display direction of the image. In the light modulation device in which the pixels are arranged in a matrix, the image data is sequentially written for each row, and finally the two-dimensional shape. A writing (image display) form for displaying the image is often used. When the writing direction of the image data and the scanning direction of the reduced light beam are reversed, the image data is rewritten during the scanning of the light beam, which causes a deterioration in image quality when displaying a moving image. Therefore, the period during which the reduced light beam is scanned in the second direction is generally not suitable for displaying image data. Therefore, when scanning the reduced luminous flux in the second direction, the scanning speed is increased to shorten the scanning time, and the scanning period in the first direction (suitable for image display) is made relatively long, High quality projected images can be displayed. When the display image is a still image, the scanning speed (that is, scanning time) in the second direction is the same as the scanning speed (that is, scanning time) in the first direction, and the scanning period in the second direction is also the first period. A setting that can be used as a period for performing normal image display as well as a period for scanning in one direction may be used in combination.
ここで、光変調装置における画像データの書き込み方向と縮小光束の走査方向とが一致しない期間では、光変調装置において黒表示を行うように構成することができる。画像データの書き込み方向と縮小光束の走査方向とが逆となる期間は一般的に画像データの表示に適さないため、この期間は黒表示を行えば表示画像の画質を低下させることがない。また、液晶を用いた光変調装置では通常の画像表示フレームの間に黒表示のフレーム画像を挿入することで、液晶の応答速度の遅さが原因となって次の画像表示フレームに悪影響（画像のぼけや滲み等の画質劣化）を及ぼす現象を抑えることもできる。なお、表示画像が静止画像の場合には黒表示を行わずに、第２の方向に走査する期間も第１の方向に走査する期間と同様に通常の画像表示を行う期間として利用できるような設定を併用しても良く、明るい投写画像を実現できる効果がある。 Here, in a period in which the writing direction of the image data in the light modulation device does not coincide with the scanning direction of the reduced light beam, the light modulation device can be configured to perform black display. Since the period in which the writing direction of the image data is opposite to the scanning direction of the reduced light beam is generally not suitable for displaying the image data, if black display is performed during this period, the image quality of the display image is not deteriorated. In addition, in a light modulation device using liquid crystal, a black display frame image is inserted between normal image display frames, which causes a negative effect on the next image display frame due to the slow response speed of the liquid crystal. It is also possible to suppress a phenomenon that causes image quality deterioration such as blur and blur. When the display image is a still image, black display is not performed, and the period for scanning in the second direction can be used as the period for performing normal image display in the same manner as the period for scanning in the first direction. Setting may be used together, and there is an effect that a bright projected image can be realized.
さらに、重畳走査光学系と光変調装置との間に遮光装置或いは光路変更装置を備えて、光変調装置における画像データの書き込み方向と縮小光束の走査方向とが一致しない期間では、遮光装置或いは光路変更装置によって縮小光束が表示領域に入射しないように構成することができる。この様な構成に依れば、光変調装置に入射する縮小光束をほぼ完全に排除できるため、光変調装置で画像データの書き込み方向と縮小光束の走査方向とが一致しない期間に光変調装置の特性によって黒表示を行えない場合であっても、表示画像の画質を低下させることがない。したがって、上記の光変調装置における黒表示に代えて、或いは黒表示と併用することで、一層高品位な投写画像を表示することができる。 Further, a light-shielding device or an optical path changing device is provided between the superimposing scanning optical system and the light modulation device, and the light-shielding device or the optical path is used in a period in which the image data writing direction and the reduced light beam scanning direction in the light modulation device do not match. The changing device can be configured so that the reduced light beam does not enter the display area. According to such a configuration, the reduced light beam incident on the light modulation device can be almost completely eliminated. Therefore, the light modulation device can be used in a period in which the image data writing direction and the reduced light beam scanning direction do not match. Even when black display cannot be performed due to the characteristics, the image quality of the display image is not deteriorated. Therefore, it is possible to display a higher quality projection image by using in combination with black display instead of black display in the light modulation device.
重畳走査光学系によって複数の部分光束を表示領域と光学的に共役な位置で重畳し、重畳された光束を表示領域に伝達するように構成することができる。この様な構成に依れば、光学系の構成や配置の自由度が高められ、プロジェクタを構成しやすい。また、重畳された光束を伝達する光路中には空間を確保しやすいため、３板式プロジェクタなどの構成要素である色分離光学系などを配置しやすい。 A plurality of partial light beams can be superimposed at a position optically conjugate with the display area by the superimposing scanning optical system, and the superimposed light beams can be transmitted to the display area. According to such a configuration, the degree of freedom of the configuration and arrangement of the optical system is increased, and the projector can be easily configured. Further, since it is easy to secure a space in the optical path for transmitting the superimposed light flux, it is easy to arrange a color separation optical system that is a component of a three-plate projector or the like.
前記目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、光源と、表示領域を有して前記光源からの光束を変調する光変調装置と、前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する分割光学系および該複数の部分光束を重畳させる重畳レンズを備えるインテグレータ光学系と、を備えた表示装置であって、前記インテグレータ光学系によって、前記光源からの光束が前記表示領域よりも小さい断面積を有する縮小光束に変換されると共に、該縮小光束によって前記表示領域が走査され、前記重畳レンズ照明光軸と略直交する方向に移動自在であり、前記重畳レンズが前記照明光軸と略直交する前記方向に移動することによって、前記縮小光束が前記表示領域を走査することを特徴とする。
この様な構成に依れば、光変調装置の表示領域よりも断面積が小さい縮小光束（照明光束）によって、瞬間的な時間においては表示領域の一部分だけが照明されるが、表示領域の全域に渡って縮小光束を走査するため、ある時間範囲においては表示領域の全域が一様な強度の照明光束によって照明されることになる。人間は時間的に積分された明るさ情報を認識する視特性を有するため、この様な照明法によってスクリーン上に映し出された映像を人間は明るさムラを感じることなく認識することができる。また、光変調装置の表示領域の一部分に着目すると間欠的に照明光束が入射することになり、動画像の表示時に知覚されやすい輪郭部の「ぼけ」の発生を抑制し、鮮明な動画像として人間に認識させることができる。さらに、縮小光束をインテグレータ光学系の原理を利用して生成するため、照明光量を減少させることなく画像表示を行うことができる。したがって、ホールド型の光変調装置を用いていても、また、間欠点灯が不可能な光源を用いていても、光利用効率や明るさを低下させることなく、動画像の表示性能を向上させた表示装置を実現することができる。
To achieve the above object, a display device according to the present invention includes a light source, a light modulation device that has a display area and modulates a light beam from the light source, and divides the light beam from the light source into a plurality of partial light beams. A splitting optical system and an integrator optical system including a superimposing lens for superimposing the plurality of partial light beams, wherein the integrator optical system causes the light beam from the light source to be smaller than the display area. while being converted into reduced light flux having an area is the display area is scanned by the fused small light flux, Ri movable der in a direction substantially orthogonal to the superimposing lens illumination optical axis, the superposition lens the illumination optical axis substantially by moving the direction orthogonal to, the reduced light flux is characterized that you scan the display area.
According to such a configuration, a reduced light beam (illumination light beam) having a smaller cross-sectional area than the display area of the light modulation device illuminates only a part of the display area in an instantaneous time. Since the reduced light beam is scanned over a certain time range, the entire display area is illuminated with an illumination light beam having a uniform intensity in a certain time range. Since humans have the visual characteristic of recognizing temporally integrated brightness information, humans can recognize images projected on the screen by such an illumination method without feeling uneven brightness. In addition, when focusing on a part of the display area of the light modulation device, the illumination light beam is incident intermittently, suppressing the occurrence of “blurring” of the outline that is easily perceived when displaying a moving image, and creating a clear moving image. It can be recognized by humans. Furthermore, since the reduced luminous flux is generated using the principle of the integrator optical system, it is possible to display an image without reducing the amount of illumination light. Therefore, even if a hold-type light modulation device is used or a light source that cannot be intermittently lighted is used, the display performance of moving images is improved without reducing the light use efficiency and brightness. A display device can be realized.
前述のような本発明に係るプロジェクタおよび表示装置によれば、光変調装置の表示領域よりも断面積が小さい縮小光束によって、瞬間的な時間においては光変調装置の表示領域の一部分だけが照明されるが、縮小光束は表示領域の全域に渡って走査されるため、ある時間範囲においては表示領域の全域が一様な強度の照明光束によって照明される。これは、光変調装置の表示領域の一部分に着目すると間欠的に照明光束が入射することになり、動画像の表示時に知覚されやすい輪郭部の「ぼけ」の発生を抑制して、鮮明な動画像を表示することができる。また、縮小光束をインテグレータ光学系の原理を利用して生成するため、照明光量を減少させることがない。以上により、光利用効率や明るさを低下させることなく、動画像の表示性能を向上させたプロジェクタおよび表示装置を実現することができる。 According to the projector and the display device according to the present invention as described above, only a part of the display area of the light modulation device is illuminated in an instantaneous time by the reduced luminous flux having a smaller cross-sectional area than the display area of the light modulation device. However, since the reduced light beam is scanned over the entire display area, the entire display area is illuminated with an illumination light beam having a uniform intensity in a certain time range. This means that when focusing on a part of the display area of the light modulation device, the illumination light beam will be incident intermittently, suppressing the occurrence of “blurring” of the outline that is easily perceived when displaying moving images, and a clear moving image. An image can be displayed. Further, since the reduced luminous flux is generated using the principle of the integrator optical system, the amount of illumination light is not reduced. As described above, it is possible to realize a projector and a display device that improve the display performance of moving images without reducing light use efficiency and brightness.
以下、図面を参照しつつ本発明の内容を詳細に説明する。なお、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment.
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成を図１に示す。このプロジェクタ１は、光を射出する光源１０、光源からの光を複数の部分光束に分割して伝達する第１及び第２レンズアレイ（分割光学系）２０，３０、複数の部分光束を重畳すると共にその重畳位置を変える重畳走査レンズ（重畳走査光学系）４０、重畳走査レンズ４０からの光束を後述するライトバルブ６０に導く平行化レンズ５０、図示されない外部からの画像情報に基づいて光変調し光学像を形成するライトバルブ（光変調装置）６０、形成された画像を不図示の投写面上に投写表示する投写レンズ（投写光学系）７０を備えて大略構成されている。第１及び第２レンズアレイ２０，３０と重畳走査レンズ４０によってインテグレータ光学系（縮小光束走査光学系）が形成されており、光源１０からの不均一な強度分布を有する光束を強度分布が略均一な光束に変換する機能に関しては、従来のインテグレータ光学系と同様である。従来のインテグレータ光学系に対して最も異なる点は、従来のインテグレータ光学系１５では重畳レンズ４５の位置が固定されているのに対して、本発明では重畳走査レンズ４０が照明光軸Ｌと略直交する方向に移動可能な様に構成されていることにある。なお、平行化レンズ５０は重畳走査レンズ４０からの光束を効率的に投写光学系７０に導き入れる機能を有する素子であるが、本発明に不可欠な構成要素ではないため省略しても良い。
光源１０は、放射状に光線を射出する光源ランプ１１と、光源ランプ１１から放射された光線を一方向に向けて射出する放物面リフレクタ１２とを備えている。光源ランプ１１としては高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ、ＦＥＤなどを使用できる。また、新たな光学素子を追加すれば放物面リフレクタ１２に換えて楕円面リフレクタや球面リフレクタなどを使用できる。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of the projector according to the first embodiment of the present invention. The projector 1 includes a
The
第１レンズアレイ２０は、その外観を図２に示すように、矩形状の輪郭を有する小レンズ２１を平面状に配列した光学素子であり、各小レンズの輪郭形状はライトバルブ６０の表示領域の形状に対して、後述する関係に設定されている。第２レンズアレイ３０は第１レンズアレイ２０と類似の構造を有しており、第１レンズアレイ２０を構成する小レンズ２１と同数の伝達レンズ３１を平面状に配列した光学素子である。但し、第１レンズアレイの場合とは異なり、伝達レンズ３１の輪郭形状とライトバルブ６０の表示領域の形状との間には特定の関係は存在せず、対応する小レンズ２１からの光束を効率よく重畳走査レンズ４０に伝達できる形状に設定される。
As shown in FIG. 2, the
第１レンズアレイ２０は、光源１０からの光束を複数の部分光束に分割及び集光し、第２レンズアレイ３０の対応する各伝達レンズ３１に導き入れる。第２レンズアレイ３０は、第１レンズアレイ２０からの部分光束を重畳走査レンズ４０を経てライトバルブ６０付近に伝達する。重畳走査レンズ４０に入射した各部分光束は照明光軸Ｌとの位置（距離）関係に応じて主光線の進行方向を曲げられ、照明対象であるライトバルブ６０の表示領域上で重畳され、強度分布が略均一な照明光束となって表示領域を照明する（以下では、重畳により生成された強度分布が略均一な照明光束を縮小光束と呼ぶ場合がある）。
The
小レンズ２１の輪郭形状とライトバルブ６０の表示領域の形状との関係について、図３を用いて説明する。縮小光束６５の断面形状は小レンズ２１の輪郭形状と相似関係にあるため、小レンズ２１の輪郭形状によって生成する縮小光束６５の断面形状を制御できる。本発明ではライトバルブ６０の表示領域６１よりも面積的に狭い断面積を有する縮小光束６５を生成し、その縮小光束６５を少なくとも一次元方向に走査することで、時間軸方向に積分すればライトバルブ６０の表示領域の全域に渡る照明を実現する必要がある。したがって、本実施例においては（ａ）に示す表示領域６１の外形形状が長辺：短辺＝４：３の矩形状であるライトバルブ６０に対して、（ｂ）に示す小レンズ２１の輪郭形状は長辺：短辺＝４：１．５の矩形状に設定される。これにより、（ｃ）に示す縮小光束６５の断面形状も長辺：短辺＝４：１．５の矩形状となり、ライトバルブ６０の表示領域６１に対して短辺方向に１／２倍縮小された光束形状となる（縮小光束の長辺方向の寸法は表示領域の長辺方向の寸法に略等しい）。同時に、表示領域６１と略等しい寸法形状の照明光束を生成する場合と比べて、縮小光束では単位面積当たりの照明光量（すなわち照度）は２倍となっている。
The relationship between the contour shape of the
なお、長辺：短辺＝４：３の矩形状の表示領域に対して、短辺方向の寸法のみを縮小して長辺：短辺＝４：１．５の矩形状の縮小光束を生成しているが、縮小の方向や縮小の度合いはこれに限定されず、長辺の方向に、或いは、長辺と短辺の２つの方向に縮小しても良い。但し、後述する重畳走査レンズ４０の移動距離を短くできること、及び、その移動方向を一方向とすることで移動機構を実現しやすくできることなどの点を考慮すれば、ライトバルブ６０の表示領域６１の短辺方向に沿ってのみ、光束径を縮小することで縮小光束を生成することが望ましい。また、動画像の表示時に知覚されやすい輪郭部の「ぼけ」の発生を効果的に抑制できる観点から、縮小光束６５の走査方向における幅を狭くすることが望ましい。さらに、ライトバルブ６０における画像表示の形態（画像データの書き込み方法）に合わせて縮小光束６５を生成することが望ましく、例えば、画像データが行毎に一方向に向かって順々に書き込まれて、最終的に２次元状の画像を表示する書き込み（画像表示）形態の場合には、行の並ぶ方向に対して幅の狭い縮小光束６５を生成し、同方向に縮小光束６５を走査することが望ましい。
Note that, for a rectangular display area of long side: short side = 4: 3, only a dimension in the short side direction is reduced to generate a rectangular reduced light beam of long side: short side = 4: 1.5. However, the direction of reduction and the degree of reduction are not limited to this, and the reduction may be in the direction of the long side or in the two directions of the long side and the short side. However, in consideration of the fact that the moving distance of the superimposing
重畳レンズの機能は各部分光束の主光線の進行方向を重畳レンズの光軸上の一箇所に向け、その場所で各部分光束を重畳させることである。本発明の重畳走査レンズ４０はその位置が固定されておらず、照明光軸Ｌと略直交する方向（換言すれば第２レンズアレイ３０と略平行な方向）で、且つ、ライトバルブ６０の表示領域６１の短辺方向（Ｙ方向）に沿った方向（矢印で示す方向）に移動可能な機構を備えて配置されている（移動機構は図示されていない）。したがって、重畳走査レンズ４０の移動に伴って重畳走査レンズ４０の光軸もライトバルブ６０の表示領域６１に対する相対的な位置を変えるため、ライトバルブ６０の表示領域６１を部分的に照明する縮小光束６５も表示領域上を短辺方向（Ｙ方向）に移動することとなる。なお、重畳走査レンズ４０の移動方向（図１でＹ方向）に沿った寸法は、その移動距離を考慮して第２レンズアレイ３０の同方向の寸法よりも大きく設定されており、これにより重畳走査レンズ４０がＹ方向に移動した場合でも第２レンズアレイ３０からの光束をもれなくライトバルブ６０に導けるようになっている。
The function of the superimposing lens is to direct the traveling direction of the principal ray of each partial light beam to one location on the optical axis of the superimposing lens and superimpose each partial light beam at that location. The position of the superimposing
具体的には、図４（光源１０と第１レンズアレイ２０は省略されている）に示すように、照明光軸Ｌに対して重畳走査レンズ４０の光軸ＣがＹ方向で上端部に位置する（ａ）の場合には縮小光束は表示領域６１の上側（Ｙ方向）の１／２を、同光軸Ｃが照明光軸Ｌ上に位置する（ｂ）の場合には表示領域６１の中央の１／２を、同光軸ＣがＹ方向で下端部に位置する（ｃ）の場合には表示領域６１の下側（Ｙ方向）の１／２を各々照明する。重畳走査レンズ４０は（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｂ）→（ａ）→（ｂ）という具合に高速、且つ連続的に移動するように構成されているため、縮小光束も表示領域６１上を高速、且つ連続的に往復する形で照明する。表示領域の一部分に着目すると間欠的に照明光束（縮小光束）が入射することになる。なお、移動速度はライトバルブ６０における画像表示速度に対応させることが望ましいが、これに限定されない。例えば、ライトバルブ６０の画像表示速度（フレーム周波数）が６０Ｈｚである場合には、１／６０秒の時間に縮小光束６５が（ａ）→（ｂ）→（ｃ）と移動する様に重畳走査レンズ４０の移動速度を設定することが望ましい。
Specifically, as shown in FIG. 4 (the
ここで、重畳走査レンズ４０は、例えば図５に示すように、そのＹ方向の位置に応じて速度を変えて移動する。これにより、時間軸方向に積分すれば、ライトバルブ６０の表示領域６１上では略均一な照度分布が実現されることになる。この移動の仕方はライトバルブの表示領域に対する縮小光束の形状、面積比等によって決定される。換言すれば、表示領域上で略均一な照度分布が実現されるように、移動速度の変化の仕方を設定することが望ましい。
次に、重畳走査レンズ４０を自在に移動可能とする機構の一例を図６に示す。（ａ）の構成例は、往復スライダークランク機構４１を用いたもので、モーター等による回転運動をクランクによって直線状の往復運動に変換し、重畳走査レンズ４０を図４の様に移動させる。回転速度を微少時間毎に制御することによって、重畳走査レンズ４０の移動速度を位置に応じて変えることが可能である。また、（ｂ）の構成例では、磁石を備えたガイドレール４２等に重畳走査レンズ４０を取り付け、アクチュエーター４３を使ってガイドレール上を移動させる。この場合も並進移動の速度を微少時間毎に制御することによって、重畳走査レンズ４０の移動速度を位置に応じて変えることが可能である。
Here, for example, as shown in FIG. 5, the superimposing
Next, an example of a mechanism that allows the superimposed
再び図１に基づいて説明する。ライトバルブ６０の表示領域に入射した照明光束は、図示されない外部からの画像情報に基づいて光変調され、画像情報を含んだ変調光束として射出される。画像情報を含んだ変調光束は投写レンズ７０によって不図示のスクリーン上に投写され、スクリーン上に画像を形成する。
A description will be given with reference to FIG. 1 again. The illumination light beam incident on the display area of the
以上のように、本発明のプロジェクタ１は、ライトバルブ６０の表示領域６１に比べて面積的に狭い縮小光束（照明光束）６５を生成し、その縮小光束を表示領域の全域に渡って走査する、分割光学系と重畳走査光学系とを有する縮小光束走査光学系を備えている。これにより、瞬間的な時間においてはライトバルブの表示領域の一部分だけが強度分布が略均一な照明光束（縮小光束）によって照明されるが、縮小光束は表示領域の全域に渡って走査されるため、ある時間範囲においては表示領域の全域が強度分布が略均一な照明光束によって照明される。人間は時間的に積分された明るさ情報を認識する視特性を有するため、この様な照明法によってスクリーン上に映し出された映像に対しては、明るさムラを感じることがない。
As described above, the projector 1 of the present invention generates a reduced light beam (illumination light beam) 65 that is smaller in area than the
また、ライトバルブの表示領域の一部分に着目すると間欠的に照明光束が入射することになり、この照明方法は「発明が解決しようとする課題」の項で述べた「照明光の間欠点灯」に相当する。重畳走査レンズの移動速度（走査速度）をライトバルブの画像表示速度（フレーム周波数）に対応させれば、照明光束が入射した微少時間だけ瞬間的に表示画像を見ることになり、したがって、光変調装置がホールド型の表示素子であっても、また、間欠点灯が不可能な放電ランプ等を光源として用いた場合であっても、動画像の表示時に知覚されやすい輪郭部の「ぼけ」の発生を抑制して、鮮明な動画像を表示することができる。
さらに、ライトバルブの表示領域に対して断面積の小さい縮小光束をインテグレータ光学系の原理を利用して生成するため、表示領域の大きさに対応した矩形状の照明光束を生成する場合と比べて、縮小光束の単位面積当たりの照明光量（すなわち照度）は、表示領域面積に対する縮小光束の断面積の割合に逆比例して多くなっている。その縮小光束を表示領域の全域に渡って走査する形態としているため、時間軸方向に積分すれば、照明光量を減少させることなく、従来のインテグレータ光学系のみを備えた場合と同様の明るさを実現することができる。
さらにまた、長辺：短辺＝４：３の矩形状の表示領域に対して、短辺方向の寸法のみを縮小して長辺：短辺＝４：１．５の矩形状の縮小光束を生成しているため、重畳走査レンズの移動距離を短くでき、その移動機構の実現が容易である。
In addition, if attention is paid to a part of the display area of the light valve, the illumination light beam will be incident intermittently, and this illumination method is applied to the “intermittent lighting of illumination light” described in the section “Problems to be solved by the invention”. Equivalent to. If the moving speed (scanning speed) of the superimposing scanning lens is made to correspond to the image display speed (frame frequency) of the light valve, the display image can be viewed instantaneously only for a very short time when the illumination light beam is incident. Even if the device is a hold-type display element or when a discharge lamp that cannot be intermittently lighted is used as a light source, the occurrence of blurring of the contour that is easily perceived when displaying moving images And a clear moving image can be displayed.
Furthermore, since a reduced luminous flux with a small cross-sectional area is generated using the principle of the integrator optical system for the display area of the light valve, compared to the case of generating a rectangular illumination luminous flux corresponding to the size of the display area The amount of illumination light per unit area (that is, illuminance) of the reduced light beam increases in inverse proportion to the ratio of the cross-sectional area of the reduced light beam to the display area. Since the reduced luminous flux is scanned over the entire display area, if it is integrated in the time axis direction, the brightness is the same as when only a conventional integrator optical system is provided without reducing the amount of illumination light. Can be realized.
Furthermore, for a rectangular display area of long side: short side = 4: 3, only the dimension in the short side direction is reduced, and a rectangular reduced luminous flux of long side: short side = 4: 1.5 is obtained. Therefore, the moving distance of the superimposing scanning lens can be shortened, and the moving mechanism can be easily realized.
以上により、光利用効率や明るさを低下させることなく、動画像の表示性能を向上させたプロジェクタを実現することができる。なお、上記の小レンズ２１の輪郭形状（長辺と短辺の比や矩形状である点）は本実施形態に限定されるものではない。例えば、小レンズの輪郭形状は矩形状に限定されない。但し、小レンズの輪郭形状を互いに重なり合うことなく並置配列した場合に、ライトバルブ６０の表示領域６１を隙間無く埋め尽くせられる形状であることが望ましい。
As described above, a projector with improved moving image display performance can be realized without reducing light utilization efficiency and brightness. The outline shape of the small lens 21 (the ratio between the long side and the short side and the point that is rectangular) is not limited to the present embodiment. For example, the contour shape of the small lens is not limited to a rectangular shape. However, it is desirable that the
また、重畳走査レンズ４０の移動の仕方は、ライトバルブへの画像データの書き込みの仕方に対応させても良く、その場合には、動画像の表示時に知覚されやすい輪郭部の「ぼけ」の発生を一層効果的に抑制できる。例えば、図４の右側の図で、画像データがライトバルブの上方から下方（Ｙ方向の＋側から−側へ）に向かって書き込まれる場合には、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の区間では重畳走査レンズ４０を書き込み速度に合わせて比較的低速で移動させ、（ｃ）→（ｂ）→（ａ）の区間では書き込みの帰線時間に合わせて比較的高速で移動させるという走査方法を採用できる。
Further, the movement of the superimposing
液晶パネルのように画素がマトリックス状に配置されたライトバルブ（光変調装置）では画像データが行毎に一方向に向かって順々に書き込まれて、最終的に２次元状の画像を表示する書き込み（画像表示）形態が多く用いられる。一方、先に図４を用いて説明したように照明光束（縮小光束）は表示領域６１上を往復運動する。したがって、ライトバルブの表示領域上では画像データの書き込み方向と照明光束の走査方向とが一致する場合（図４の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の期間に相当し、この場合の照明光束の走査方向を順方向と呼称する。）と、書き込み方向に対して走査方向が逆となる場合（図４の（ｃ）→（ｂ）→（ａ）の期間に相当し、この場合の照明光束の走査方向を逆方向と呼称する。）が存在する。照明光束が逆方向の走査となる場合には、走査の途中で画像データが書き換わるため、静止画像を表示する場合には問題とならないが、動画像を表示する場合には動画像の輪郭部が二重に表示されるなどの画質低下を生じる。したがって、逆方向となる期間（図４の（ｃ）→（ｂ）→（ａ）の期間）は、動画像の表示には適さないと言える。
In a light valve (light modulation device) in which pixels are arranged in a matrix like a liquid crystal panel, image data is sequentially written in one direction for each row, and finally a two-dimensional image is displayed. A writing (image display) form is often used. On the other hand, as described above with reference to FIG. 4, the illumination light beam (reduced light beam) reciprocates on the
この点を考慮すると、例えば図１４に示す様に、順方向（第１の方向）では画像データの書き込み速度に合わせて照明光束の走査速度を比較的低速とし、逆方向（第２の方向）では比較的高速とする（換言すれば、照明光束の平均的な走査速度は順方向（第１の方向）よりも逆方向（第２の方向）の方が速い。）ことで、順方向走査期間に比して逆方向走査期間を短くし、画像表示に適さない期間を相対的に短くすることが望ましい。また、上述の書き込み形態を採用するライトバルブの多くでは、ある画像フレームの最下段の行に画像データを書き込んだ後、ＣＲＴディスプレイにおける走査線の帰線期間に対応する時間をおいて、次の画像フレームの最上段の行に画像データを書き込む方法を採用している。すなわち、ある画像フレームのデータを書き終えてから、次の画像フレームのデータを書き始めるまでに画像データが書き換えられない期間が存在する。したがって、この画像データが書き換えられない期間に照明光束を逆方向に走査する設定とすれば、明るく高品位な投写画像を表示することができる。 Considering this point, for example, as shown in FIG. 14, in the forward direction (first direction), the scanning speed of the illumination light beam is set to be relatively low in accordance with the writing speed of the image data, and the reverse direction (second direction). In this case, the forward scanning is performed at a relatively high speed (in other words, the average scanning speed of the illumination light beam is faster in the reverse direction (second direction) than in the forward direction (first direction)). It is desirable to make the reverse scanning period shorter than the period and to make the period unsuitable for image display relatively shorter. In many light valves that employ the above-described writing mode, after writing image data to the bottom row of a certain image frame, a time corresponding to the blanking period of the scanning line in the CRT display is set, and the next time A method of writing image data in the uppermost row of the image frame is adopted. In other words, there is a period in which image data cannot be rewritten after the writing of data of a certain image frame until the writing of data of the next image frame is started. Therefore, a bright and high-quality projected image can be displayed if the illumination light beam is scanned in the reverse direction during a period in which the image data cannot be rewritten.
上述した逆方向の走査期間では、ライトバルブ（光変調装置）で黒表示を行うように設定すれば、表示画像の画質を低下させることがない。ノーマリー白の表示モードを有する液晶パネルや液晶ライトバルブをライトバルブとして用いた場合には、黒表示を行う場合の応答速度が非常に速いため、極短い時間で黒表示を行うことができる。したがって、図１４の順方向走査期間では通常の画像表示を行い、逆方向走査期間では黒表示を行う設定とすれば、逆方向走査期間内に画像データが書き換わらないため、画質低下を招くことなく高品位な投写画像を表示することができる。また、黒表示を行うことは一つ前の画像フレームの表示状態を強制的にリセットすることになるため、液晶の応答速度の遅さが原因となって次の画像フレームの表示に悪影響（画像のぼけや滲み等の画質劣化）を及ぼす現象を抑えることもでき、高品位な投写画像を表示する上でも効果的である。なお、ライトバルブ（光変調装置）で黒表示を行う期間は、照明光束の逆方向の走査期間に必ずしも限定されない。 If the light valve (light modulation device) is set to perform black display during the above-described reverse scanning period, the image quality of the display image is not deteriorated. When a liquid crystal panel having a normally white display mode or a liquid crystal light valve is used as a light valve, the response speed when performing black display is very fast, so that black display can be performed in an extremely short time. Therefore, if normal image display is performed in the forward scanning period of FIG. 14 and black display is performed in the backward scanning period, the image data is not rewritten within the backward scanning period, resulting in deterioration in image quality. A high-quality projected image can be displayed. In addition, since black display forcibly resets the display state of the previous image frame, the display speed of the next image frame is adversely affected by the slow response speed of the liquid crystal (image It is also possible to suppress a phenomenon that causes image quality degradation such as blurring and blurring, and is effective in displaying a high-quality projected image. The period during which black display is performed by the light valve (light modulation device) is not necessarily limited to the scanning period in the reverse direction of the illumination light beam.
さらに、重畳走査光学系である重畳走査レンズ４０と光変調装置であるライトバルブ６０との間の光路上に遮光装置や光路変更装置を配置し、上述した逆方向の走査期間では、重畳走査レンズ４０からの照明光束（縮小光束）がライトバルブ６０の表示領域６１に入射しないように構成しても良い。遮光装置としてはシャッターのように機械的に遮光を行う装置や液晶パネルのように電気光学的に遮光を行う装置などを使用できる。また、光路変更装置としてはＰＤＬＣ（高分子分散型液晶）パネルや回折状態を能動的に切り替えられる電場切替式のＨＯＥ（ホログラム光学装置）などを使用できる。この様な構成に依れば、ライトバルブ６０に入射する照明光束（縮小光束）を遮光できるため、逆方向走査期間内に画像データが書き換わらないため、画質低下を招くことなく高品位な投写画像を表示することができる。勿論、上記のライトバルブ６０での黒表示を行う構成と併用すれば、確実な遮光状態を得られるため、一層高品位な投写画像を表示することができる。なお、遮光装置や光路変更装置で照明光束を表示領域に入射させないようにする期間は、照明光束の逆方向の走査期間に必ずしも限定されない。
Further, a light-shielding device and an optical path changing device are arranged on the optical path between the superimposing
なお、光源ランプ１１の中には一定の時間間隔で大きな駆動電圧をパルス状に印可して、発光状態を安定化しているものがある。パルス状の大きな駆動電圧の印加によって瞬間的に光源ランプ１１が高輝度化されるため、フリッカーの原因となっている。したがって、この種の光源ランプを用いる場合には、上述した逆方向の走査期間や、さらにはライトバルブで黒表示を行う、或いは遮光装置や光路変更装置で照明光束を遮光する期間に合わせて、大きな駆動電圧を印可するように設定すれば、フリッカーを抑えて高品位な投写画像を表示することができる。
In some
また、ライトバルブへの画像データの書き込み（画像表示）と照明光束（縮小光束）の走査のタイミングは、ライトバルブへの画像データの書き込みが十分に行われた後に、換言すれば次の画像フレームの画像データが書き込まれる直前に、照明光束（縮小光束）を走査するように設定することが望ましい。特に、液晶パネルや液晶ライトバルブ等のように表示に際しての応答速度が比較的遅いライトバルブを用いる場合には、階調性や色表現性などの所望の表示状態を実現しやすいという点で、上記のタイミングに設定することが重要である。 Also, the timing of writing image data to the light valve (image display) and scanning of the illumination light beam (reduced light beam) is performed after the image data is sufficiently written to the light valve, in other words, the next image frame. It is desirable to set so that the illumination light beam (reduced light beam) is scanned immediately before the image data is written. In particular, when using a light valve with a relatively slow response speed during display, such as a liquid crystal panel or a liquid crystal light valve, it is easy to achieve a desired display state such as gradation and color expression. It is important to set the above timing.
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成を図７に示す。第１実施形態のプロジェクタ１との主な相違点は、複数の部分光束を生成する分割光学系として、プロジェクタ１ではレンズアレイを用いていたが、このプロジェクタ２では導光ロッドと集光レンズを用いていることである。したがって、本実施形態を含めて以降の説明では、既に説明した実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、共通する機能や作用の説明を省略または簡略化する。
プロジェクタ２では分割光学系として入射端面２２ａが狭い導光ロッド２２を用いるため、光源１０のリフレクタとして楕円面リフレクタ１２ａを用いて、光源１０からの光を集光した状態で導光ロッド２２に入射させている。導光ロッド２２は透明な柱状の導光体（例えばガラス棒）であり、入射端面２２ａから入射した光をその入射角度に応じて複数の部分光束に分割し、射出端面２２ｂから射出する。なお、導光ロッド２２に代えて、内側に反射面を有する管状の導光管（例えば、複数の反射ミラーを内側に向けて管状に配置した万華鏡）を用いることもできる。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a schematic configuration of a projector according to the second embodiment of the present invention. The main difference from the projector 1 of the first embodiment is that the projector 1 uses a lens array as a splitting optical system for generating a plurality of partial light beams. In the projector 2, a light guide rod and a condenser lens are used. It is to use. Therefore, in the following description including this embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the already described embodiments, and descriptions of common functions and operations are omitted or simplified.
In the projector 2, the
集光レンズ２３は射出端面２２ｂから射出した複数の部分光束を集光し、第２レンズアレイ３０ａの対応する各伝達レンズ３１に導き入れる。本実施形態の第２レンズアレイ３０ａは第１実施形態の第２レンズアレイ３０と類似の構成及び機能を有するが、集光レンズ２３からの複数の部分光束は異なる角度で第２レンズアレイ３０ａに入射するため、部分光束毎にレンズ特性を変えた伝達レンズ３１を用いて構成することが望ましい。具体的には、伝達レンズ３１の一部或いは全部を偏心レンズとすることが望ましい。
第２レンズアレイ３０ａ以降の構成及び光束に対する作用についてはプロジェクタ１の場合と同様である。すなわち、導光ロッド２２と集光レンズ２３で入射角度に応じて空間的に分離された複数の部分光束は、第２レンズアレイ３０ａ、重畳走査レンズ４０を経てライトバルブ６０の表示領域６１上で重畳され、強度分布が略均一な照明光束（縮小光束６５）となって表示領域を照明する。
The condensing
The configuration after the
導光ロッド２２の射出端面２２ｂの形状とライトバルブ６０の表示領域６１の形状との関係は、第１実施形態における小レンズ２１と表示領域６１との関係と同じである。したがって、射出端面２２ｂの形状によって生成する縮小光束６５の断面形状を制御できる。第１実施形態の小レンズ２１と同様に、表示領域６１の外形形状が長辺：短辺＝４：３の矩形状であるライトバルブ６０に対して、射出端面２２ｂの形状は長辺：短辺＝４：１．５の矩形状に設定される。これにより、縮小光束６５の断面形状も長辺：短辺＝４：１．５の矩形状となり、ライトバルブ６０の表示領域６１に対して短辺方向に１／２倍縮小された光束形状となる（縮小光束の長辺方向の寸法は表示領域の長辺方向の寸法に略等しい）。同時に、表示領域６１と略等しい寸法形状の照明光束を生成する場合と比べて、縮小光束では単位面積当たりの照明光量（すなわち照度）は２倍となっている。なお、入射端面２２ａの寸法形状は射出端面２２ｂと同じである必要はなく、光源１０からの光束を効率よく取り込めるような寸法形状、例えば正方形状に設定することが望ましい。
The relationship between the shape of the
以上のような構成によっても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、導光ロッドを分割光学系として用いた場合には、比較的少ない数の部分光束の発生によって強度分布の均一性に優れた照明光束（縮小光束）を得られるため、重畳走査レンズ４０を小型化しやすいメリットがある。 Even with the configuration as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, when the light guide rod is used as a split optical system, an illumination light beam (reduced light beam) with excellent uniformity of intensity distribution can be obtained by generating a relatively small number of partial light beams. There is an advantage that it is easy to downsize.
（変形例１）
第１実施形態の小レンズ２１は２次元方向に集光性を有する集光素子を用いていたが、シリンドリカルレンズのように１次元方向にのみ集光性を有する集光素子を用いることもできる。この場合、シリンドリカルレンズの集光性を有する方向を重畳走査レンズ４０の走査方向と直交する方向に設定することが望ましい。
小レンズ２１をシリンドリカルレンズとした場合には、一方向においてのみ照明光束（縮小光束）の強度分布の均一化が図られ、他の方向においては強度分布の均一性は実現されない。しかし、その強度分布の均一性が実現されない方向に沿って縮小光束を走査すれば、走査の速度を位置に応じて変えることによって、時間軸方向に積分すれば、ライトバルブ６０の表示領域６１上では２次元方向に略均一な照度分布を実現することができる。小レンズ２１をシリンドリカルレンズとすれば、第１レンズアレイ２０を製造しやすく、低コスト化を図れるメリットがある。
(Modification 1)
Although the
When the
（変形例２）
第１実施形態及び第２実施形態では重畳走査レンズ４０として一般的な球面レンズの使用を想定しているが、その他にも、レンズ面の位置に応じて曲率が連続的に変化する非球面レンズや、フレネルレンズ、回折レンズ、ホログラムレンズなどを用いることができる。重畳走査レンズ４０は照明光軸Ｌに略直交するＹ方向の上下に移動することで部分光束の重畳位置を変化させているため、重畳走査レンズ４０の断面寸法は第２レンズアレイ３０，３０ａのそれよりも大きい必要があり、また、移動をスムーズに行うためには慣性質量が小さいことが望ましい。これらの観点から、重畳走査レンズ４０として非球面レンズを用いた場合には、レンズ周辺部（外周部）における球面収差の発生を防止して、光束の正確な重畳を実現することができ、照度分布の均一性と光利用効率の向上に有効である。
一方、重畳走査レンズ４０としてフレネルレンズ、回折レンズ、ホログラムレンズなどを用いた場合には薄型化が可能であるため、慣性質量が小さい重畳走査レンズ４０となり、スムーズで正確な重畳走査の実現に有効である。また、走査速度の高速化も容易となる。
(Modification 2)
In the first embodiment and the second embodiment, it is assumed that a general spherical lens is used as the
On the other hand, when a Fresnel lens, a diffractive lens, a hologram lens, or the like is used as the superimposing
（変形例３）
第１実施形態及び第２実施形態では重畳走査レンズ４０からの複数の部分光束を照明対象であるライトバルブ６０上で直接重畳して照明光束（縮小光束）を得ていたが、図１５に示すように、ライトバルブ６０と光学的に共役な関係にある中間レンズ１１０上で一旦重畳して照明光束を生成した後、リレーレンズ１２０を備えたリレー光学系でその照明光束を最終的にライトバルブ６０上に伝達する構成としても良い。この場合、中間レンズ１１０やリレーレンズ１２０は重畳走査レンズ４０の移動によって部分光束の重畳位置が変化しても、部分光束を損失することなく取り込める大きさに設定される。
この様な構成を採用すれば、光学系の構成や配置の自由度を高められるためプロジェクタを構成しやすい。例えば、リレー光学系の光路中には空間的に余裕があるため色分離光学系などを配置しやすく、３板式プロジェクタを構成する場合には都合がよい。なお、リレー光学系の部分には光伝達に際して伝達する光束の断面寸法を変える変倍のリレー光学系を用いても良い。例えば、ライトバルブ６０上で最終的に生成する照明光束（縮小光束）よりも大きめの断面寸法を有する照明光束（縮小光束）を一旦中間レンズ１１０上で生成しておき、変倍のリレー光学系によって照明光束の断面寸法を縮小する構成とすれば、光伝達効率を高めやすい。また、変倍のリレー光学系ではリレーレンズ１２０が中間レンズ１１０と平行化レンズ５０との略中間位置からどちらか一方側に偏在するため、他の光学部品を配置するためのより大きな空間を確保しやすい等の利点がある。
(Modification 3)
In the first embodiment and the second embodiment, an illumination light beam (reduced light beam) is obtained by directly superimposing a plurality of partial light beams from the superimposing
If such a configuration is adopted, the degree of freedom in the configuration and arrangement of the optical system can be increased, so that a projector can be easily configured. For example, since there is a space in the optical path of the relay optical system, it is easy to arrange a color separation optical system or the like, which is convenient when configuring a three-plate projector. It should be noted that a relay optical system of variable magnification that changes the cross-sectional dimension of a light beam transmitted during light transmission may be used for the relay optical system. For example, an illumination light beam (reduced light beam) having a larger cross-sectional dimension than an illumination light beam (reduced light beam) that is finally generated on the
〔第３実施形態〕
上記の各実施形態ではライトバルブ（光変調装置）を一つだけ用いて構成したプロジェクタの例を示したが、以下の各実施形態では三原色の色光毎にライトバルブを備えたプロジェクタへの適用例を示す。なお、本発明では、縮小光束をライトバルブの表示領域の全域に渡って走査する照明方法を用いているため、色毎に分離された各々の照明光束によって対応するライトバルブを照明する多板式のプロジェクタにこの照明方法を適用する場合には、複数のライトバルブ間で相対的に同じ表示領域を照明できる構成を有する必要がある。
[Third Embodiment]
In each of the above embodiments, an example of a projector configured using only one light valve (light modulation device) has been shown. However, in each of the following embodiments, an example of application to a projector including a light valve for each of the three primary color lights Indicates. The present invention uses an illumination method that scans the reduced light beam over the entire display area of the light valve, so that a multi-plate type that illuminates the corresponding light valve with each illumination light beam separated for each color. When this illumination method is applied to a projector, it is necessary to have a configuration capable of illuminating a relatively same display area among a plurality of light valves.
本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの概略構成を図８に示す。このプロジェクタ３は、三原色光を含む白色光を射出する光源１０、第１レンズアレイ２０、第２レンズアレイ３０、重畳走査レンズ４０、色分離光学系である色分離ダイクロイックプリズム８０、６枚の折り返しミラー９１，９２，９３，９４，９５，９６、３つの平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ、色光毎の３つのライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ、色合成光学系である色合成ダイクロイックプリズム８５、投写レンズ７０を備えて大略構成される。なお、色分離ダイクロイックプリズム８０及び色合成ダイクロイックプリズム８５は、入射した光をその波長域に応じて分離或いは合成する公知の光学素子であり、ダイクロイック膜をＸ字状に配置した構造を有する。
FIG. 8 shows a schematic configuration of a projector according to the third embodiment of the present invention. The projector 3 includes a
光源１０から重畳走査レンズ４０に至る構成及びそれらの機能は第１実施形態のプロジェクタ１と同じである。光源１０からの白色光は、第１レンズアレイ２０、第２レンズアレイ３０、重畳走査レンズ４０を経て、色分離ダイクロイックプリズム８０に入射し、光の波長域に応じて青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）、赤色光（Ｒ）に分離され、色分離ダイクロイックプリズム８０から各々異なる方向に射出される。色分離ダイクロイックプリズム８０から射出された赤色光は、一対の折り返しミラー９１，９２によって光路を上方（Ｙ方向）に平行移動されると共に進行方向を１８０度転換され、平行化レンズ５０Ｒを経て赤色光変調用ライトバルブ６０Ｒに入射する。他の緑色光と青色光も同様の過程を経て各々対応するライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇに入射する。各々のライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒでは、図示されない外部からの画像情報に基づいて光を変調し、画像情報を含んだ変調光束を生成する。３つの色光間の光路の長さを略等しくするために、色合成ダイクロイックプリズム８５は色分離ダイクロイックプリズム８０のＹ方向の直上に配置される。各色の変調光束は色合成ダイクロイックプリズム８５で一つに合成され、照明光束が色分離ダイクロイックプリズム８０に入射した方向とは逆の方向（−Ｚ方向）に射出される。色合成ダイクロイックプリズム８５から射出された画像情報を含んだ変調光束は投写レンズ７０によって不図示のスクリーン上に投写され、スクリーン上にカラー画像を形成する。
The configuration from the
ここで、各ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示領域６１の外形形状は長辺：短辺＝４：３の矩形状に設定されており、一方、第１レンズアレイ２０の小レンズ２１の輪郭形状は長辺：短辺＝４：１．５の矩形状に設定されている。すなわち、縮小光束の断面形状は短辺方向に１／２倍縮小された形状となる（縮小光束の長辺方向の寸法は表示領域の長辺方向の寸法に略等しい）。したがって、色分離ダイクロイックプリズム８０で分離された赤色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は、赤色光変調用ライトバルブ６０Ｒの表示領域の１／２の部分を照明する。同様に、緑色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は、緑色光変調用ライトバルブ６０Ｇの表示領域の１／２の部分を、青色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は、青色光変調用ライトバルブ６０Ｂの表示領域の１／２の部分を、各々照明する。なお、重畳走査レンズ４０は図８の（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿って規則的な往復運動を行う。
Here, the outer shape of the
このプロジェクタ３では、重畳走査レンズ４０から各ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに至る３つの光路の長さが等しく、また、照明光軸と照明光束（縮小光束）の相対的な位置関係に着目すれば、各光路における光束の伝達の仕方（具体的には光束分布の回転の有無やその程度）が全て同じである。この様な構成のプロジェクタに依れば、色毎に分離された照明光束（縮小光束）がライトバルブを照明する場合に、３つのライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ間で各照明光束は対応するライトバルブの相対的に同じ位置を照明することができ、ライトバルブ上での照明位置に関して色光間で相対的なずれが発生しない。すなわち、重畳走査レンズ４０がＹ方向の上下に規則的に移動するのに対応して、色光毎の照明光束（縮小光束）も対応するライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示領域上を互いに同期してＹ方向の上下に規則的に移動する。したがって、３板式のプロジェクタに対しても本発明を適用でき、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
In the projector 3, the lengths of the three optical paths from the superimposing
〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの概略構成を図９に示す。このプロジェクタ４は、上述のプロジェクタ３に対して白色光から３つの色光を分離する色分離光学系の構成が異なっている。また、重畳走査レンズ４０から各ライトバルブに至る３つの照明光路の内で、一つの光路の長さが他の２つの光路よりも長いという特徴を有しており、よって、光路の長さを光学的に補正して他の光路と合わせるためのリレー光学系を備えている。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 shows a schematic configuration of a projector according to the fourth embodiment of the present invention. This projector 4 differs from the projector 3 described above in the configuration of a color separation optical system that separates three color lights from white light. In addition, one of the three illumination optical paths from the superimposing
このプロジェクタ４は、光源１０、第１レンズアレイ２０、第２レンズアレイ３０、重畳走査レンズ４０、色分離光学系である２枚のダイクロイックミラー８１，８２、リレー光学系１００、赤色光の光路を曲げる折り返しミラー９７、２つの平行化レンズ５０Ｇ，５０Ｒ、３枚のライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ、色合成光学系であるダイクロイックプリズム８５、投写レンズ７０を備えて大略構成される。
The projector 4 includes a
光源１０から重畳走査レンズ４０に至る構成及びそれらの機能は第３実施形態のプロジェクタ３と同じである。光源１０からの白色光は、第１レンズアレイ２０、第２レンズアレイ３０、重畳走査レンズ４０を経て、赤色光分離ダイクロイックミラー８１に入射し、光の波長域に応じて赤色光分離ダイクロイックミラー８１を透過する赤色光（Ｒ）と反射する青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）に分離される。赤色光分離ダイクロイックミラー８１を透過した赤色光は、折り返しミラー９７と平行化レンズ５０Ｒを経て赤色光変調用ライトバルブ６０Ｒに入射する。
一方、赤色光分離ダイクロイックミラー８１を反射した青色光と緑色光は、緑色光分離ダイクロイックミラー８２に入射し、光の波長域に応じて緑色光分離ダイクロイックミラー８２を透過する青色光と反射する緑色光に分離される。緑色光分離ダイクロイックミラー８２を反射した緑色光は、平行化レンズ５０Ｇを経て緑色光変調用ライトバルブ６０Ｇに入射する。緑色光分離ダイクロイックミラー８２を透過した青色光はリレー光学系１００によって伝達され青色光変調用ライトバルブ６０Ｂに入射する。各々のライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒでは、図示されない外部からの画像情報に基づいて光を変調し、画像情報を含んだ変調光束を生成する。各色の変調光束は色合成ダイクロイックプリズム８５で一つに合成され、投写レンズ７０によって不図示のスクリーン上に投写され、スクリーン上にカラー画像を形成する。
The configuration from the
On the other hand, the blue light and the green light reflected by the red light separation
ここで、各ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示領域６１の外形形状、及び、第１レンズアレイ２０の小レンズ２１の輪郭形状は、第３実施形態のプロジェクタ３と同じである。したがって、赤色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は赤色光変調用ライトバルブ６０Ｒの表示領域の１／２の部分を、緑色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は緑色光変調用ライトバルブ６０Ｇの表示領域の１／２の部分を、青色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は青色光変調用ライトバルブ６０Ｂの表示領域の１／２の部分を、各々照明する。なお、重畳走査レンズ４０は図９に示すように、Ｙ方向に沿って規則的な往復運動を行う。
リレー光学系１００は、入射側レンズ５１、リレーレンズ５２，５４、中間レンズ５３、平行化レンズ５０Ｂ、折り返しミラー９５，９６を備えて構成され、入射側レンズ５１に入射した光束分布を維持した状態で（正確には照明光軸を中心に光束分布を３６０度回転させて）平行化レンズ５０Ｂから射出し、入射側レンズ５１と平行化レンズ５０Ｂとの間の物理的距離を光学的に（ゼロに）補償する機能を有している。一般的なリレー光学系では一箇所のリレーレンズによる光の伝達に伴って光束分布は１８０度回転するため、このリレー光学系ではリレーレンズを直列的に２箇所に用いることで光束分布を３６０度回転させ、光束分布の反転を実質的に防いでいる。これにより、重畳走査レンズ４０から各ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに至る３つの光路の光学的な長さを等しくでき、また、照明光軸と照明光束（縮小光束）の相対的な位置関係に着目すれば、各光路における光束の伝達の仕方（具体的には光束分布の回転の有無やその程度）を全て同じにできる。
Here, the outer shape of the
The relay
この様な構成のプロジェクタに依れば、色毎に分離された照明光束（縮小光束）がライトバルブを照明する場合に、３つのライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ間で各照明光束は対応するライトバルブの相対的に同じ位置を照明することができ、ライトバルブ上での照明位置に関して色光間で相対的なずれが発生しない。すなわち、重畳走査レンズ４０がＹ方向に沿って規則的に移動するのに対応して、色光毎の照明光束（縮小光束）も対応するライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示領域上を互いに同期してＹ方向に規則的に移動する。したがって、重畳走査レンズから各ライトバルブに至る全ての照明光路の長さが等しくないプロジェクタであっても、少なくとも２箇所のリレーレンズを備えたリレー光学系の導入によって、光路の光学的な補償を行うことで本発明を適用でき、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、プロジェクタ４では全ての光学要素を同一平面上に配置できるため、薄型のプロジェクタ装置を構成しやすい特徴がある。
According to the projector having such a configuration, when the illumination light beam (reduced light beam) separated for each color illuminates the light valve, each illumination light beam corresponds to the corresponding light among the three
なお、光束分布を３６０度のｎ倍（ｎは整数）回転させるリレー光学系としては、上述のリレー光学系１００以外にも、例えば図１１に示す構成のリレー光学系を用いても良い（図はリレー光学系の部分のみを示している）。図１１の（ａ）に示すリレー光学系１００Ａは、先のリレー光学系１００におけるリレーレンズ５２，５４と折り返しミラー９５，９６とを各々一つの凹面リレーミラー５２Ａ，５４Ａで代替したものである。また、図１１の（ｂ）に示すリレー光学系１００Ｂは、先のリレー光学系１００における入射側レンズ５１と平行化レンズ５０Ｂを偏心レンズとし、リレーレンズ５２，５４と折り返しミラー９５，９６と中間レンズ５３とを一つの凹面リレーミラー５３Ｂで代替したものであり、リレー光学系１００Ａと共に使用部品数の削減による光学装置の低コスト化と小型化を期待できる。いずれのリレー光学系１００Ａ，１００Ｂを備えたプロジェクタにおいても、本発明の構成を適用することが可能である。
In addition to the relay
〔第５実施形態〕
本発明の第５実施形態に係るプロジェクタの概略構成を図１０に示す。このプロジェクタ５は上述のプロジェクタ３やプロジェクタ４とは異なり、互いに異なる波長域の光を発する独立した３つの光源と照明系を備えている。そのため、色分離光学系を必要とせず、投写画像の色純度を高めやすい特徴がある。ＬＥＤやＦＥＤ等の小型化が可能な光源を用いた場合に採用しやすい光学構成である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 10 shows a schematic configuration of a projector according to the fifth embodiment of the invention. Unlike the projector 3 and the projector 4 described above, the projector 5 includes three independent light sources and illumination systems that emit light in different wavelength ranges. Therefore, there is a feature that the color purity of the projected image can be easily improved without requiring a color separation optical system. This is an optical configuration that is easy to adopt when using a light source that can be miniaturized, such as an LED or FED.
このプロジェクタ５は、青色光を射出する光源１０Ｂ、緑色光を射出する光源１０Ｇ、赤色光を射出する光源１０Ｒ、第１レンズアレイ２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒ、第２レンズアレイ３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒ、重畳走査レンズ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒ、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ、ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ、色合成光学系であるダイクロイックプリズム８５、投写レンズ７０を備えて大略構成される。
色光毎の光源１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒから重畳走査レンズ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒに至る構成及びそれらの機能は第３実施形態のプロジェクタ３と同じである。光源１０Ｒからの赤色光は、第１レンズアレイ２０Ｒ、第２レンズアレイ３０Ｒ、重畳走査レンズ４０Ｒ、平行化レンズ５０Ｒを経て赤色光変調用ライトバルブ６０Ｒに入射する。同様に、光源１０Ｇからの緑色光及び光源１０Ｂからの青色光も対応するライトバルブ６０Ｇ，６０Ｂに入射する。各々のライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒでは、図示されない外部からの画像情報に基づいて光を変調し、画像情報を含んだ変調光束を生成する。各色の変調光束は色合成ダイクロイックプリズム８５で一つに合成され、投写レンズ７０によって不図示のスクリーン上に投写され、スクリーン上にカラー画像を形成する。
The projector 5 includes a
The configuration from the
ここで、各ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示領域６１の外形形状、及び、第１レンズアレイ２０の小レンズ２１の輪郭形状は、第３実施形態のプロジェクタ３と同じである。したがって、赤色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は赤色光変調用ライトバルブ６０Ｒの表示領域の１／２の部分を、緑色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は緑色光変調用ライトバルブ６０Ｇの表示領域の１／２の部分を、青色の波長成分を有する照明光束（縮小光束）は青色光変調用ライトバルブ６０Ｂの表示領域の１／２の部分を、各々照明する。
重畳走査レンズ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒは、照明光軸Ｌに対する光軸Ｃの位置（図４参照）とレンズの移動の仕方を互いに同期しながら、図１０に示すように、Ｙ方向に沿って規則的な往復運動を行う。これにより、各色の照明光束（縮小光束）がライトバルブを照明する場合に、３つのライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ間で各照明光束は対応するライトバルブの相対的に同じ位置を照明することができ、ライトバルブ上での照明位置に関して色光間で相対的なずれが発生しない。すなわち、重畳走査レンズ４０Ｂ，４０Ｇ，４０ＲがＹ方向に沿って規則的に移動するのに対応して、色光毎の照明光束（縮小光束）も対応するライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示領域上を互いに同期してＹ方向に規則的に移動する。
したがって、色毎に光源及び照明系を独立して備えたプロジェクタであっても、全ての重畳走査レンズを互いに同期させながら移動させることによって、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
Here, the outer shape of the
The superimposing
Therefore, even in a projector having a light source and an illumination system independently for each color, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment by moving all the superimposing scanning lenses in synchronization with each other. it can.
〔第６実施形態〕
本発明の第６実施形態に係る表示装置の概略構成を図１２に示す。ここでいう表示装置としては、例えば直視型の表示装置等が適用される。この表示装置６は、光を射出する光源１０、光源からの光を複数の部分光束に分割して伝達する第１及び第２レンズアレイ（分割光学系）２０，３０、複数の部分光束を重畳すると共にその重畳位置を変える重畳走査レンズ（重畳走査光学系）４０、重畳走査レンズ４０からの光束を光変調装置６２に導く平行化レンズ５０、図示されない外部からの画像情報に基づいて光変調し光学像を形成する光変調装置６２、を備えて大略構成されている。
[Sixth Embodiment]
FIG. 12 shows a schematic configuration of a display device according to the sixth embodiment of the present invention. As the display device here, for example, a direct-view display device or the like is applied. The
上述の実施形態ではプロジェクタに関して説明したが、本発明をこのような表示装置に適用しても、上述の実施形態に記載のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。 In the above-described embodiment, the projector has been described. However, even when the present invention is applied to such a display device, the same effect as the projector described in the above-described embodiment can be obtained.
（その他の変形例）
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。上記の第１〜第５実施形態におけるプロジェクタは何れも透過型の光変調装置を用いた透過型プロジェクタであったが、反射型の光変調装置を用いた反射型プロジェクタに対しても本発明を適用できる。また、上記実施形態におけるプロジェクタおよび表示装置における光変調装置として透過型の液晶パネル、反射型の液晶パネル、複数の微小ミラーを平面上に配列させたマイクロミラーアレイなどを用いることができる。さらに、第１実施形態の第２レンズアレイ３０や第２実施形態の第２レンズアレイ３０ａの入射側或いは射出側に偏光変換素子を配置し、光変調器を照明する縮小光束を特定の偏光光束とすることもできる。
(Other variations)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes modifications as described below. The projectors in the first to fifth embodiments are all transmissive projectors using a transmissive light modulator, but the present invention is also applied to a reflective projector using a reflective light modulator. Applicable. In addition, a transmissive liquid crystal panel, a reflective liquid crystal panel, a micro mirror array in which a plurality of minute mirrors are arranged on a plane, or the like can be used as the light modulation device in the projector and the display device in the above embodiment. Further, a polarization conversion element is arranged on the incident side or the exit side of the
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としても良い。 In addition, the specific structure, shape, and the like when implementing the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.
１、２、３、４、５ プロジェクタ
６ 表示装置
１０、１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒ 光源
２０、２０Ｂ、２０Ｇ、２０Ｒ 第１レンズアレイ（分割光学系）
２１ 小レンズ
２２ 導光ロッド
２３ 集光レンズ
３０、３０ａ、３０Ｂ、３０Ｇ、３０Ｒ 第２レンズアレイ（分割光学系）
３１ 伝達レンズ
４０、４０Ｂ、４０Ｇ、４０Ｒ 重畳走査レンズ（重畳走査光学系）
４１ 往復スライダークランク機構
４２ ガイドレール
４３ アクチュエーター
５０、５０Ｂ、５０Ｇ、５０Ｒ 平行化レンズ
５１ 入射側レンズ
５２、５４、１２０ リレーレンズ
５３、１１０ 中間レンズ
６０、６０Ｂ、６０Ｇ、６０Ｒ ライトバルブ（光変調装置）
６１ 表示領域
６２ 光変調装置
６５ 照明光束（縮小光束）
７０ 投写レンズ（投写光学系）
８０ 色分離ダイクロイックプリズム
８１ 赤色光分離ダイクロイックミラー
８２ 緑色光分離ダイクロイックミラー
８５ 色合成ダイクロイックプリズム
１００、１００Ａ、１００Ｂ リレー光学系
1, 2, 3, 4, 5
21
31
41 Reciprocating slider crank
61
70 Projection lens (projection optical system)
80 Color separation
Claims (15)
表示領域を有して前記光源からの光束を変調する光変調装置と、
前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する分割光学系および該複数の部分光束を重畳させる重畳レンズを備えるインテグレータ光学系と、
前記光変調装置によって形成された画像を投写する投写光学系と、を備えたプロジェクタであって、
前記インテグレータ光学系によって、前記光源からの光束が前記表示領域よりも小さい断面積を有する縮小光束に変換されると共に、該縮小光束によって前記表示領域が走査され、
前記重畳レンズは照明光軸と略直交する方向に移動自在であり、
前記重畳レンズが前記照明光軸と略直交する前記方向に移動することによって、前記縮小光束が前記表示領域を走査することを特徴とするプロジェクタ。 A light source;
A light modulation device that has a display area and modulates a light beam from the light source;
A splitting optical system that splits a light beam from the light source into a plurality of partial light beams, and an integrator optical system that includes a superimposing lens that superimposes the plurality of partial light beams;
A projection optical system that projects an image formed by the light modulation device,
The integrator optical system converts the luminous flux from the light source into a reduced luminous flux having a smaller cross-sectional area than the display area, and the display area is scanned by the reduced luminous flux,
The superimposing lens Ri der movable in a direction substantially perpendicular to the illumination optical axis,
By moving the direction of the superimposing lens is substantially orthogonal with the illumination optical axis, a projector the reduced light flux is characterized that you scan the display area.
前記表示領域は一つの辺によって規定される正方形状をなしており、前記縮小光束の断面形状は前記表示領域の辺と略同じ長さの第１の辺と、該第１の辺よりも短い長さの第２の辺によって規定される長方形状であることを特徴とするプロジェクタ。 In claim 1,
The display area has a square shape defined by one side, and the cross-sectional shape of the reduced light flux is a first side having a length substantially the same as the side of the display area and shorter than the first side. A projector having a rectangular shape defined by a second side of a length.
前記表示領域は長辺及び短辺によって規定される長方形状をなしており、前記縮小光束の断面形状は、前記表示領域の長辺と略同じ長さの第１の辺と、短辺よりも短い長さの第２の辺によって規定される長方形状であることを特徴とするプロジェクタ。 In claim 1,
The display area has a rectangular shape defined by a long side and a short side, and a cross-sectional shape of the reduced light beam is a first side having a length substantially the same as the long side of the display area and a short side. A projector having a rectangular shape defined by a second side having a short length.
前記インテグレータ光学系によって前記縮小光束を走査する方向は、前記縮小光束の第２の辺と平行な方向であることを特徴とするプロジェクタ。 In claim 2 or claim 3,
The projector is characterized in that the direction of scanning the reduced light beam by the integrator optical system is a direction parallel to the second side of the reduced light beam.
前記重畳レンズは、平板状レンズと非球面レンズのうちいずれかであることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The projector according to claim 1, wherein the superimposing lens is one of a flat lens and an aspheric lens.
前記分割光学系は、複数の小レンズを平面状に配列したレンズアレイを備えることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The divisional optical system includes a lens array in which a plurality of small lenses are arranged in a planar shape.
前記小レンズは、一方向にのみ集光性を有するシリンドリカル状レンズであることを特徴とするプロジェクタ。 In claim 6,
The projector is characterized in that the small lens is a cylindrical lens having a light collecting property only in one direction.
前記分割光学系は、入射端部より入射した光を反射面或いは全反射面で反射させて射出端部より射出させる管状或いは柱状の導光ロッドと、該導光ロッドからの光を集光させつつ前記重畳レンズに導く集光レンズとを備えることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The splitting optical system includes a tubular or columnar light guide rod that reflects light incident from an incident end on a reflection surface or a total reflection surface and emits the light from the exit end, and condenses the light from the light guide rod. And a condensing lens that leads to the superimposing lens.
前記光源からの光束を少なくとも２色以上の色光に分離する色分離光学系を更に備え、前記インテグレータ光学系は前記光源と前記色分離光学系との間に配置されることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 to 8,
The projector further comprising a color separation optical system that separates the light flux from the light source into at least two colors of color light, and the integrator optical system is disposed between the light source and the color separation optical system.
前記縮小光束の走査速度は、前記表示領域の中央部付近から両端部に近づくに従い遅くなるように設定されることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 to 8,
The reduced light beam scanning speed is set so as to decrease from the vicinity of the center of the display area toward both ends.
前記光変調装置における画像データの書き込み方向と対応する第１の方向では比較的低速で前記縮小光束を走査し、また、該第１の方向とは逆の第２の方向では比較的高速で前記縮小光束を走査するように設定されることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 to 8,
The reduced light beam is scanned at a relatively low speed in the first direction corresponding to the writing direction of the image data in the light modulation device, and at a relatively high speed in the second direction opposite to the first direction. A projector that is set to scan a reduced luminous flux.
前記光変調装置における画像データの書き込み方向と前記縮小光束の走査方向とが一致しない期間では、前記光変調装置において黒表示を行うように設定されることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 to 8,
A projector configured to perform black display in the light modulation device during a period in which a writing direction of image data in the light modulation device does not coincide with a scanning direction of the reduced light beam.
さらに、前記重畳レンズと前記光変調装置との間に遮光装置或いは光路変更装置を備え、
前記光変調装置における画像データの書き込み方向と前記縮小光束の走査方向とが一致しない期間では、該遮光装置或いは該光路変更装置によって前記縮小光束が前記表示領域に入射しないように設定されることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 to 8,
Furthermore, a light shielding device or an optical path changing device is provided between the superimposing lens and the light modulation device,
In a period in which the writing direction of the image data in the light modulation device does not coincide with the scanning direction of the reduced light beam, the reduced light beam is set not to enter the display area by the light shielding device or the optical path changing device. Characteristic projector.
前記重畳レンズによって前記複数の部分光束を前記表示領域と光学的に共役な位置で重畳し、該重畳された光束を前記表示領域に伝達するように構成されることを特徴とするプロジェクタ。 In any one of Claims 1 to 8,
The projector configured to superimpose the plurality of partial light beams at a position optically conjugate with the display area by the superimposing lens, and to transmit the superimposed light beams to the display area.
表示領域を有して前記光源からの光束を変調する光変調装置と、
前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する分割光学系および該複数の部分光束を重畳させる重畳レンズを備えるインテグレータ光学系と、を備えた表示装置であって、
前記インテグレータ光学系によって、前記光源からの光束が前記表示領域よりも小さい断面積を有する縮小光束に変換されると共に、該縮小光束によって前記表示領域が走査され、前記重畳レンズは照明光軸と略直交する方向に移動自在であり、前記重畳レンズが前記照明光軸と略直交する前記方向に移動することによって、前記縮小光束が前記表示領域を走査することを特徴とする表示装置。 A light source;
A light modulation device that has a display area and modulates a light beam from the light source;
A display device comprising: a splitting optical system that splits a light beam from the light source into a plurality of partial light beams; and an integrator optical system that includes a superimposing lens that superimposes the plurality of partial light beams,
By the integrator optical system, the light beam from the light source is converted into the reduced beam with a smaller cross-sectional area than the display area, the display area is scanned by the fused small light flux, wherein the superimposing lens illumination optical axis substantially movable der in the direction orthogonal is, by the superimposing lens is moved in the direction orthogonal substantially with the illumination optical axis, the display device the reduced light flux is characterized that you scan the display area.
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