JP4812178B2

JP4812178B2 - Image projection device

Info

Publication number: JP4812178B2
Application number: JP2001059816A
Authority: JP
Inventors: 康之滝口; 健司亀山; 一也宮垣; 敬信逢坂
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2002258402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、投射型の画像表示装置がテレビジョン用やデータ表示用に広く用いられるようになってきた。特に、データ表示用では、より多くの画像情報を扱う必要があり、投射型画像表示装置の画素数も年々改良が加えられてきている。
【０００３】
従来のデータ表示用投射型表示装置では、図１７に示すように液晶パネル５３１，５３２，５３３などのライトバルブを３枚用い、光源５１１の光をダイクロイックミラー(５２１，５２２)などで分光して各液晶パネル(５３１，５３２，５３３)を照明し、これをダイクロイックプリズム５７１により再度合成し、投射レンズ５５１に導くいわゆる３板式の投射装置が一般的である。図において、５６１はスクリーン、５４１はミラーを示している。５８１〜５８４はライトバルブを均一に照明するためのインテグレータ光学系を構成するレンズ群である。
【０００４】
また、別の方法として、１枚のライトバルブを用い、
(１) マイクロカラーフィルタ、
(２) 傾斜配置させたダイクロイックフィルタ及びマイクロレンズ、
(３) ホログラム分光素子
などを用いてカラー表示する方法も知られている。
【０００５】
(１)のマイクロカラーフィルタ方式は、通常の直視型の液晶表示素子と同様に、画素に対応させてカラーフィルタを配置した液晶パネルを用いるものである。
【０００６】
(２)は図１８に示すように傾斜配置させたダイクロイックミラー５８１Ｒ，５８１Ｇとマイクロレンズ５５５とを用い、色毎に隣接する画素を照明するように構成したものである。図中、５１１はライトバルブとしての１枚の液晶パネル、５３１は光源、４１，５５１，５６１，５５２はライトバルブを均一に照明するためのインテグレータ光学系を構成するレンズ群、５４２は投射レンズ、５７１はスクリーンである。また、５８０はダイクロイックミラー５８１Ｒ，５８１Ｇとミラー５９１とによる分光手段である。
【０００７】
(３)は図１９に示すように傾斜させたダイクロイックミラー５８１Ｒ，５８１Ｇの代わりに分光、集光特性を有するホログラム素子５８３を用い、色毎に隣接する画素を照明するようにしたものである。図中、５１２はライトバルブとしての１枚の液晶パネルである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術において、３板式は分光、合成光学系が必要で装置が大きくなるという問題がある。また、ライトバルブが３枚必要であるので、高コストとなるという問題がある。
【０００９】
一方、単板式の場合、光学系の小型化は比較的容易であるが、カラーフィルタを用いた場合にはカラーフィルタによる吸収のため光量の損失が大きいという問題がある。
【００１０】
また、傾斜させたダイクロイックミラーを用いる方式とホログラム素子を用いる方式では、光学素子によるロスを除いては、光量ロスは少ないが、単板式共通の問題点として、ライトバルブの画素数に対して表示される画素数が１／３になるという欠点がある。
【００１１】
表示させる画素数を増やすためにはライトバルブの画素数を増加させればよいが、実際には技術的な問題により容易ではない。
【００１２】
即ち、ライトバルブの表示面積を変えず画素を高密度化する場合、ライトバルブの配線やスイッチング素子の寸法の制約から高密度化に伴って画素の開口率が低下し、光の利用効率が低下するという問題がある。また、ライトバルブの加工上の問題によっても高精細化に限界がある。
【００１３】
一方、ライトバルブの精細度を変えず、ライトバルブ自体の表示面積を増やす方法もある。
【００１４】
しかしながら、ライトバルブの面積を増やすと、加工上の欠陥に伴う歩留まりが低下し、非常にコストが高くなるという問題がある。さらに、光学部品の大型化によりコスト上昇を招くという問題もある。
【００１５】
本発明の目的は、上述のような問題が解決された小型で高精細な表示が可能であり、低コストの画像投射装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の画像投射装置は、ライトバルブと、このライトバルブを照明する照明手段と、この照明手段による照明光を分光し、分光した光で各色毎に前記ライトバルブの異なる画素領域を照明させる分光手段と、前記分光手段による各色光が照明する前記ライトバルブの画素領域を時系列的に変化させる光路変更手段と、を備え、前記光路変更手段は、前記照明光を直進させる平行平板部分と、前記照明光の光軸を第１の方向に曲折させる第１のプリズム形状部分と、前記照明光の光軸を第２の方向に曲折させる第２のプリズム形状部分と、を含み、前記照明手段と前記分光手段との間に配置された光学素子を備え、前記照明光が前記平行平板部分または前記第１のプリズム形状部分または前記第２のプリズム形状部分を透過して前記分光手段に入射するように前記光学素子を動かすことで、前記分光手段への入射光の入射角を変化させるものであることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像投射装置において、隣接した画素が異なる色光で照明されることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の画像投射装置において、前記分光手段が、互いに異なる傾斜角で配置された複数のダイクロイックミラーとマイクロレンズとよりなることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の画像投射装置において、前記分光手段が、ホログラム素子よりなることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は本実施の形態の原理を説明するための図である。ｒ１〜ｒ６，Ｃ１〜Ｃ６はライトバルブ１の画素の行及び列を表す。図中で実線の四角で囲まれた領域がライトバルブの各角画素を表す。点線の四角で表したＡ１〜Ａ３は照明光の照明領域（画素領域）を表し、Ａ１〜Ａ３は各々異なる波長域の光で照明される。
【００３２】
例えば、或る時間範囲ｔ１〜ｔ２においては、照明領域Ａ１が青（Ｂ）、Ａ２が緑（Ｇ）、Ａ３が赤（Ｒ）のように照明される。このとき、照明領域Ａ１〜Ａ３内の各角画素は、照明されている色に対応する画像情報が書き込まれ、照明光を変調する。
【００３３】
ここまでは、従来のホログラム素子や傾斜させたダイクロイックミラーを用いた単板方式と同様であるが、本実施の形態では、各色が照明する領域を時間的（時系列的）に変化させることを特徴とする。
【００３４】
即ち、時刻ｔ２に引き続くｔ２〜ｔ３の期間、各色光は別の照明領域を照明する。例えば、照明領域Ａ１が赤、Ａ２が青、Ａ３が緑のようにである。さらに、時刻ｔ３に引き続くｔ３〜ｔ４の期間には、照明領域Ａ１が緑、Ａ２が赤、Ａ３が青のように照明される。この例では、時間ｔ１〜ｔ４の間に全ての画素が時間分割で３色各々の画像情報を変調することになる。
【００３５】
このように構成することにより、３色に分光した場合には、ｘ×ｙの画素数を持つライトバルブにより、ｘ×ｙのカラー画像情報を表示することが可能となる。
【００３６】
一方、従来の単板式では同じ画素数のライトバルブでｘ×ｙ／３の画像情報しか表示することができない。従来公知の３板式においてもｘ×ｙのカラー表示を行わせることが可能であるが、この場合、ライトバルブを３枚用いるため、高コストである上、光を分光するためのミラー等を配置するスペースが必要となり、装置が大型化する。
【００３７】
この点、本実施の形態によれば、小型で低コストの装置で、高密度の画像情報を表示することが可能となる。
【００３８】
光源の白色光は分光手段によって各色光に分光され、各色光毎に図１のように異なる照明領域を照明するよう構成される。
【００３９】
分光手段としては、角度を異ならせて配置させた複数のダイクロイックミラーとマイクロレンズとの組合せや、ホログラム分光素子を好適例として挙げることができる。
【００４０】
図２は本実施の形態の画像投射装置の構成例を示したものである。照明手段としての光源３１からの光は分光手段８０によって分光され、ライトバルブとしての液晶パネル１１を照明する。照明光は液晶パネル１１によって変調され、投射レンズ４２によってスクリーン７１上に投影される。５１，５２は必要に応じて設けられるインテグレータ光学系、４１，６１も必要に応じて設けられる光学素子であって、各々フィールドレンズ、偏光変換素子を表す。分光手段８０は、入射光に対して赤反射特性を有するダイクロイックフィルタ８１Ｒ、緑反射特性を有するダイクロイックフィルタ８１Ｇ及びミラー９１によって３色に分解するように構成されている。
【００４１】
なお、図１では、インテグレータ光学系を一対のフライアイレンズ５１，５２で構成したが、本実施の形態はこれに限定するものではない。また、フィールドレンズの使用及び配置についても同様に限定するものではない。
【００４２】
本実施の形態において、照明光は分光手段８０とマイクロレンズ５５とによってライトバルブとしての液晶パネル１１の画素を図１に示したように照明する。２１は照明光の光路変更手段であり、これによって照明光の入射角が時間によって時系列的に変調され、ライトバルブを照明する各色光の照射領域が変更可能となっている。光路変更手段は２１ｂとして示すように分光手段８０の後方の光路上に配置することもできる。
【００４３】
光源３１としては、図示したようなランプ、一般的には放電ランプの他、発光ダイオード、レーザー、エレクトロルミネッセンス素子などを用いることができる。また、インテグレータ光学系としては、ロッドインテグレータによって構成することもできる。ライトバルブは、透過型又は反射型の液晶パネルやマイクロミラーデバイスなど、光強度、偏光状態、光路、位相などを変調するものであれば使用できる。
【００４４】
図２は透過型の液晶パネル１１を用いた場合の構成例を示しているが、他のライトバルブの場合には、その光学的特性に応じて、配置及び用いる光学素子を変更、追加する必要がある。
【００４５】
各色光がライトバルブを照明する時間、例えば、Δｔ＝ｔ２−ｔ１は１５msec以下であることが必要で、１０msec以下であることが好ましい。さらには、７msec以下であることがより好ましい。この時間が長い場合には、ちらつきが目視され、好ましくない。
【００４６】
本実施の形態では、照明領域Ａ１〜Ａ３を時間によって時系列的に切換える必要がある。これは、具体的には、分光手段８０への入射光の入射角を変化させる方法、分光手段８０を入射光に対して傾斜させる方法、異なる配光特性を有する分光手段８０を切換える方法、ライトバルブ１１自体を照明光に対して位置変化させる方法、分光手段８０とライトバルブ１１との間に光路変更手段を設ける方法等を好適例として挙げることができる。
【００４７】
このような光路変更手段としては、レンズ、プリズム等の光学部材の位置変化によるもの、電気光学結晶や液晶などの電気光学素子を用いたものを好適例として挙げることができる。また、液晶と複屈折性材料とから構成される光路偏光手段も好適例として挙げることができる。
【００４８】
このように構成することによって、光源光は照明系での吸収や反射等の損失を除いては、ほぼ全てライトバルブ１１に導かれることになる。
【００４９】
従って、カラーフィルタを用いた単板式投射装置のようなカラーフィルタ等による光量ロスが無い。
【００５０】
ちなみに、時間的に照明光の波長域を回転カラーフィルタなどを用いて切換え、照明光の色に対応する画像情報をライトバルブに表示し、時間的に各色の情報を重ね合わせる方式がフィールドシークエンシャル方式として知られている。時間的に色情報を重ね合わせるという観点からは、本実施の形態も、この技術範囲に属するが、複数色を同時に照明し、かつ、時間的に照明領域を切換える点では、大きく技術思想が異なるものである。即ち、従来のフィールドシークエンシャル方式では、同時刻にはライトバルブは単一の色光で照明され、その際、他の色光は回転カラーフィルタ（円盤状に複数のカラーフィルタが組合されたフィルタユニット：回転させることで透過光の波長域を順次切換える）によって吸収又は反射される。従って、原理的に３色に分光した場合には１／３の光量が損失となる。これに対し、本実施の形態では、前述のように全ての光源光をライトバルブ１１に導くため、極めて効率が高い。
【００５１】
【実施例】
上述した本実施の形態の原理に基づく、より具体的な構成例を実施例として、以下に説明する。
【００５２】
＜実施例１＞
図３は、本実施例の画像投射装置の分光素子及びライトバルブ（液晶ライトバルブ）の周辺構造を示す拡大模式図である。入射光Ｌ１は赤反射特性を有するダイクロイックフィルタ８１Ｒ、緑反射特性を有するダイクロイックフィルタ８１Ｇ及びミラー９１によって構成された分光手段８０によりＲ，Ｇ，Ｂの３色に分解される。各フィルタ８１Ｒ，８１Ｇ及びミラー９１は図示するように傾斜角が異なるように配置され、それによって、分解された各色光は色毎に異なる入射角でマイクロレンズ５５に入射することになる。マイクロレンズ５５は各色光Ｌ１Ｂ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｒ毎にライトバルブ１１の異なる画素領域に対して集光、照明するよう機能する。
【００５３】
２１は光路変更手段であり、分光手段８０に入射する光の光路（光軸）を変化させる機能を有する。
【００５４】
図４は、光路変更手段２１によって光軸が別の状態に変更された後の光路を模式的に図示したものである。このように光路変更手段２１への入射光の入射角を変化させることによって、各色光が照明する画素領域を時系列的に変化させることができる。
【００５５】
図５は本実施例における光路変更手段２１の例を示したものである。本実施例の光路変更手段２１用の光学素子は、ガラス等の透光部材により構成され、平行平板部分２１１及びプリズム形状部分２１２，２１３から構成される。照明光が平行平板部分２１１に入射した際には光軸は曲がらず直進するが、プリズム形状部分２１２，２１３に入射した場合には図示したように、光軸が曲折される。この素子を、図中、上下方向に動かすことにより、照明光の角度を変調することが可能となる。
【００５６】
＜実施例２＞
図６は本実施例による画像投射装置を示す模式図である。８２はホログラム素子からなる分光素子である。他の符号は、実施例１の場合と同じ素子等を示し、説明も省略する。
【００５７】
図７はホログラム素子からなる分光手段８２及びライトバルブ１１、光路変更手段の機能を説明する図である。照明光Ｌ２１１（図７では、３画素に対応する照明光のみを図示）はホログラム素子８２によって分光、集光され、ライトバルブ１１の或る画素領域を照明する。光路変更手段によって入射角が変えられた照明光Ｌ２１２は隣接する画素領域に集光するように素子を構成する。
【００５８】
このように時系列的に入射角を変えることにより、各画素領域を時分割で異なる色光で照明することが可能となる。
【００５９】
＜実施例３＞
図８は、図３において、光路変更手段を用いずに、分光手段８０の角度を可変とし、時系列的に分光手段８０の傾斜角を変化させる構成を図示したものである。
【００６０】
このような構成によっても、時分割でライトバルブ１１の各画素領域を異なる色光で照明することが可能である。
【００６１】
＜実施例４＞
図９は実施例２において、複数の分光素子（本実施例では、ホログラム素子）８２を備え、それらを順次切換えるように構成した例である。ホログラム素子８２は図１０に示すように、複数の領域からなるホログラム素子８２１，８２２，８２３を有している。各領域のホログラム素子８２１，８２２，８２３は異なる配向特性を有しており、これを回転させることにより配向特性を変化させることができる。各ホログラム素子８２１，８２２，８２３が異なる画素領域を照明するよう配向特性を制御するように設計することにより、時分割で各色光を異なる画素領域に照明することができる。
【００６２】
＜実施例５＞
図１１は本実施例の構成例を示すもので、ライトバルブ１１が横方向に可動可能な構造とされている。分光素子（本実施例では、ホログラム素子）８２１によって各色光は隣接する画素領域を照明するが、ライトバルブ１１の移動に伴って、各色光の照明する画素領域もシフトし、異なる画素領域を照明するようになる。
【００６３】
このような構成により時分割で各色光を異なる画素領域に照明することができる。
【００６４】
＜実施例６＞
図１２は本実施例の構成例を示すもので、分光手段８２とライトバルブ１１との間には光路変更手段８３が配置されている。光路変更手段８３は図１３に示すように照明光Ｌ２１１の光軸をシフト又は曲折させるように作用する。光路変更手段８３による光路変更量は可変となっている必要がある。
【００６５】
このような構成により時分割で各色光を異なる画素領域に照明することができる。
【００６６】
図１４は光路変更手段８３として光路を曲折させる構成例を示し、平行平板状のガラスが配置されており回転可能となっている。光軸に対して、図１４（ｂ）に示すようにガラス板を傾斜させることにより、図のように光路をシフトさせることが可能となる。
【００６７】
＜実施例７＞
図１５は光路変更手段８３として光路を曲折させる構成例を示したものである。２枚の透光性基板８３１の間に液晶８３２が配置されている。液晶８３２は傾斜した配向と垂直又は水平に配向した状態の少なくとも２状態以上の配向間でスイッチング可能なように構成する。基板８３１上に構成された電極（図示せず）に電圧を印加することにより液晶８３２の配向を変化させ、それに伴って入射光の光軸をシフトさせる。図中、矢印で示した偏光は、図中、左側に示すように、傾斜配向した液晶層を透過することにより、光軸がシフトする。シフト量を調整するには液晶の角度を制御するか、図のような素子を複数重ね、別個に動作させればよい。
【００６８】
＜実施例８＞
図１６は光路変更手段８３として光路を曲折させる別の構成例を示したものである。強誘電性液晶８３３及び結晶の光軸が入射光の光軸に対して斜めに配置された光学結晶８３４から基本的に構成される。
【００６９】
結晶に入射する光の偏光方向が結晶軸の傾斜面に平行であるとき、光路は図中、左側に示すようにシフトする。それに対して、結晶軸の傾斜面に垂直である場合には、図中、右側に示すように光路は偏向を受けない。
【００７０】
強誘電性液晶８３３は１／２波長板として作用するか否かを電気的に制御することが可能であり、結晶に入射する偏光の方向を制御するように作用する。８３５はライトバルブに入射する偏光を制御するための強誘電性液晶セルであり、必要に応じて配置される。強誘電性液晶セル８３５を強誘電性液晶８３３と同期させて動作させた場合には、照明光は常に同一の偏光となり、特に偏光制御を行う液晶ライトバルブの場合、好適例となる。この場合、多値のシフト量の制御は、このような素子を積層することで容易に達成することができる。
【００７１】
【発明の効果】
請求項１及び２記載の発明によれば、高精細な画像表示を簡略化された小型の投射装置で実現することができる。また、照明領域を効率よくかつ簡略に変更する光路変更手段の具体的構成例が明らかとなる。
【００７２】
請求項３及び４記載の発明によれば、色光を異なる画素領域に分光・集光する効率的な装置構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すライトバルブの原理的な正面図である。
【図２】その画像投射装置の構成例を示す概略側面図である。
【図３】本発明の実施例１の画像投射装置の構成例を示す概略側面図である。
【図４】その光軸状態が変化した後の様子を示す概略側面図である。
【図５】その光路変更手段の構成例を示す側面図である。
【図６】本発明の実施例２の画像投射装置の構成例を示す概略側面図である。
【図７】その光路変更手段等の機能を説明するための概略側面図である。
【図８】本発明の実施例３の画像投射装置の一部の構成例を示す概略側面図である。
【図９】本発明の実施例４の画像投射装置の一部の構成例を示す概略側面図である。
【図１０】そのホログラム素子の構成例を示す正面図である。
【図１１】本発明の実施例５の画像投射装置の一部の構成例を示す概略側面図である。
【図１２】本発明の実施例６の画像投射装置の構成例を示す概略側面図である。
【図１３】その光路変更手段等の機能を説明するための概略側面図である。
【図１４】光路変更手段の構成例を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施例７の画像投射装置の一部の構成例を示す概略側面図である。
【図１６】本発明の実施例８の画像投射装置の一部の構成例を示す概略側面図である。
【図１７】従来の画像投射装置の構成例を示す概略側面図である。
【図１８】他の従来の画像投射装置の構成例を示す概略側面図である。
【図１９】さらに他の従来の画像投射装置の構成例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
１ライトバルブ
１１ライトバルブ
２１光路変更手段
３１照明手段
５５マイクロレンズ
８０分光手段
８１Ｒ，８１Ｇダイクロイックミラー
８３光路変更手段
８２１ホログラム素子、分光手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image projection apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, projection-type image display devices have been widely used for television and data display. In particular, for data display, it is necessary to handle more image information, and the number of pixels of the projection-type image display device has been improved year by year.
[0003]
In the conventional projection display device for data display, as shown in FIG. 17, three light valves such as liquid crystal panels 531, 532, and 533 are used, and the light from the light source 511 is dispersed by a dichroic mirror (521, 522). A so-called three-plate type projection device is generally used that illuminates each liquid crystal panel (531, 532, 533), synthesizes it again by a dichroic prism 571, and guides it to a projection lens 551. In the figure, reference numeral 561 denotes a screen and 541 denotes a mirror. Reference numerals 581 to 584 denote lens groups constituting an integrator optical system for uniformly illuminating the light valve.
[0004]
As another method, using one light valve,
(1) Micro color filter,
(2) Inclined dichroic filter and microlens,
(3) A color display method using a hologram spectroscopic element or the like is also known.
[0005]
The micro color filter method (1) uses a liquid crystal panel in which color filters are arranged corresponding to pixels, as in a normal direct-view type liquid crystal display element.
[0006]
(2) is configured to illuminate adjacent pixels for each color by using dichroic mirrors 581R and 581G and a microlens 555 which are inclined as shown in FIG. In the figure, 511 is a single liquid crystal panel as a light valve, 531 is a light source, 41, 551, 561 and 552 are lens groups constituting an integrator optical system for uniformly illuminating the light valve, 542 is a projection lens, Reference numeral 571 denotes a screen. Reference numeral 580 denotes a spectroscopic means including dichroic mirrors 581R and 581G and a mirror 591.
[0007]
(3) uses a hologram element 583 having spectral and condensing characteristics instead of the inclined dichroic mirrors 581R and 581G as shown in FIG. 19, and illuminates adjacent pixels for each color. In the figure, reference numeral 512 denotes one liquid crystal panel as a light valve.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described prior art, the three-plate type has a problem that a spectroscopic / synthetic optical system is required and the apparatus becomes large. In addition, since three light valves are required, there is a problem of high cost.
[0009]
On the other hand, in the case of the single plate type, it is relatively easy to reduce the size of the optical system, but when a color filter is used, there is a problem that the loss of light amount is large due to absorption by the color filter.
[0010]
In addition, the method using the tilted dichroic mirror and the method using the hologram element have little light loss except for the loss due to the optical element. There is a disadvantage that the number of pixels to be reduced is 1/3.
[0011]
In order to increase the number of pixels to be displayed, the number of pixels in the light valve may be increased. However, in practice, this is not easy due to technical problems.
[0012]
In other words, when the pixel density is increased without changing the display area of the light valve, the aperture ratio of the pixel decreases as the density increases due to the restrictions on the dimensions of the light valve wiring and the switching elements, and the light utilization efficiency decreases. There is a problem of doing. Further, there is a limit to the high definition due to the problem in processing the light valve.
[0013]
On the other hand, there is a method of increasing the display area of the light valve itself without changing the definition of the light valve.
[0014]
However, when the area of the light valve is increased, there is a problem that the yield due to processing defects is lowered and the cost is extremely increased. Furthermore, there is a problem that the cost increases due to the increase in size of the optical component.
[0015]
An object of the present invention is to provide a low-cost image projection apparatus capable of small and high-definition display in which the above-described problems are solved.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The image projection apparatus according to the first aspect of the present invention includes a light valve, an illuminating unit that illuminates the light valve, and the illumination light by the illuminating unit is dispersed, and the pixel regions of the light valve that are different for each color by the dispersed light. And a light path changing means for changing the pixel region of the light valve illuminated by each color light in a time series, the light path changing means parallel to straighten the illumination light. A flat plate portion; a first prism-shaped portion that bends the optical axis of the illumination light in a first direction; and a second prism-shaped portion that bends the optical axis of the illumination light in a second direction. An optical element disposed between the illuminating means and the spectroscopic means, wherein the illuminating light is transmitted through the parallel plate portion, the first prism-shaped portion, or the second prism-shaped portion. By moving the optical element to be incident to the serial spectroscopic means, characterized in that changing the incident angle of the incident light to the spectroscopic means.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the image projection apparatus according to the first aspect, adjacent pixels are illuminated with different color lights.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the image projection apparatus according to the first aspect, the spectroscopic means includes a plurality of dichroic mirrors and microlenses arranged at different inclination angles.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the image projection apparatus according to the first aspect, the spectroscopic means comprises a hologram element.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the present embodiment. r1 to r6 and C1 to C6 represent the rows and columns of the pixels of the light valve 1. In the drawing, a region surrounded by a solid square represents each corner pixel of the light valve. A1 to A3 represented by dotted squares represent illumination areas (pixel areas) of illumination light, and A1 to A3 are each illuminated with light of different wavelength ranges.
[0032]
For example, in a certain time range t1 to t2, the illumination area A1 is illuminated in blue (B), A2 in green (G), and A3 in red (R). At this time, each corner pixel in the illumination areas A1 to A3 is written with image information corresponding to the illuminated color, and modulates the illumination light.
[0033]
Up to this point, it is the same as the single plate method using the conventional hologram element and the tilted dichroic mirror, but in this embodiment, the area illuminated by each color is changed in time (in time series). Features.
[0034]
That is, each color light illuminates a different illumination area during a period from t2 to t3 subsequent to time t2. For example, the illumination area A1 is red, A2 is blue, and A3 is green. Further, during the period from t3 to t4 following the time t3, the illumination area A1 is illuminated in green, A2 in red, and A3 in blue. In this example, all the pixels modulate the image information for each of the three colors in a time division manner between time t1 and t4.
[0035]
With this configuration, when the light is split into three colors, x × y color image information can be displayed by the light valve having the number of pixels of x × y.
[0036]
On the other hand, the conventional single plate type can display only x × y / 3 image information with a light valve having the same number of pixels. Although it is possible to perform x × y color display even in a conventionally known three-plate type, in this case, since three light valves are used, the cost is high, and a mirror or the like for dispersing light is arranged. Space is required, which increases the size of the apparatus.
[0037]
In this regard, according to the present embodiment, it is possible to display high-density image information with a small and low-cost apparatus.
[0038]
The white light of the light source is split into each color light by the spectroscopic means, and is configured to illuminate different illumination areas for each color light as shown in FIG.
[0039]
As the spectroscopic means, a combination of a plurality of dichroic mirrors arranged at different angles and microlenses, or a hologram spectroscopic element can be cited as a suitable example.
[0040]
FIG. 2 shows a configuration example of the image projection apparatus according to the present embodiment. The light from the light source 31 as the illuminating means is split by the spectroscopic means 80 and illuminates the liquid crystal panel 11 as the light valve. The illumination light is modulated by the liquid crystal panel 11 and projected onto the screen 71 by the projection lens 42. Reference numerals 51 and 52 denote integrator optical systems provided as necessary, and reference numerals 41 and 61 denote optical elements provided as necessary, which respectively represent a field lens and a polarization conversion element. The spectroscopic unit 80 is configured to be separated into three colors by a dichroic filter 81R having a red reflection characteristic with respect to incident light, a dichroic filter 81G having a green reflection characteristic, and a mirror 91.
[0041]
In FIG. 1, the integrator optical system is composed of a pair of fly-eye lenses 51 and 52, but the present embodiment is not limited to this. Similarly, the use and arrangement of the field lens are not limited.
[0042]
In the present embodiment, the illumination light illuminates the pixels of the liquid crystal panel 11 as a light valve by the spectroscopic means 80 and the microlens 55 as shown in FIG. 21 is illumination light optical path changing means, whereby the incident angle of illumination light is modulated in time series with time, and the irradiation area of each color light for illuminating the light valve can be changed. The optical path changing means can be arranged on the optical path behind the spectroscopic means 80 as shown as 21b.
[0043]
As the light source 31, a light emitting diode, a laser, an electroluminescence element, or the like can be used in addition to a lamp as illustrated, generally a discharge lamp. Further, the integrator optical system can be constituted by a rod integrator. The light valve can be used as long as it modulates light intensity, polarization state, optical path, phase, etc., such as a transmissive or reflective liquid crystal panel or micromirror device.
[0044]
FIG. 2 shows a configuration example when the transmissive liquid crystal panel 11 is used, but in the case of other light valves, it is necessary to change and add optical elements to be arranged and used according to the optical characteristics thereof. There is.
[0045]
The time for which each color light illuminates the light valve, for example, Δt = t2−t1 needs to be 15 msec or less, and preferably 10 msec or less. Furthermore, it is more preferable that it is 7 msec or less. When this time is long, flicker is visually observed, which is not preferable.
[0046]
In the present embodiment, it is necessary to switch the illumination areas A1 to A3 in time series with time. Specifically, a method of changing the incident angle of incident light to the spectroscopic means 80, a method of tilting the spectroscopic means 80 with respect to the incident light, a method of switching the spectroscopic means 80 having different light distribution characteristics, a light, Preferred examples include a method of changing the position of the bulb 11 itself with respect to the illumination light, a method of providing an optical path changing unit between the spectroscopic unit 80 and the light valve 11, and the like.
[0047]
Preferred examples of such optical path changing means include those based on changes in the position of optical members such as lenses and prisms, and those using electro-optic elements such as electro-optic crystals and liquid crystals. An optical path polarization means composed of a liquid crystal and a birefringent material can also be mentioned as a suitable example.
[0048]
With this configuration, almost all of the light source light is guided to the light valve 11 except for losses such as absorption and reflection in the illumination system.
[0049]
Therefore, there is no light loss due to a color filter or the like such as a single-plate projector using a color filter.
[0050]
By the way, the field sequence is a method that temporally switches the wavelength range of the illumination light using a rotating color filter, displays the image information corresponding to the color of the illumination light on the light valve, and superimposes the information of each color temporally Known as a scheme. From the viewpoint of superimposing color information over time, this embodiment also belongs to this technical range, but the technical idea is greatly different in that a plurality of colors are illuminated simultaneously and the illumination area is switched over time. Is. That is, in the conventional field sequential method, the light valve is illuminated with a single color light at the same time, and at that time, the other color light is rotated by a rotating color filter (a filter unit in which a plurality of color filters are combined in a disk shape: By rotating, the wavelength range of transmitted light is sequentially switched). Therefore, in principle, when the light is split into three colors, 1/3 of the light amount is lost. In contrast, in the present embodiment, since all the light source light is guided to the light valve 11 as described above, the efficiency is extremely high.
[0051]
【Example】
A more specific configuration example based on the principle of the above-described embodiment will be described below as an example.
[0052]
<Example 1>
FIG. 3 is an enlarged schematic view showing the peripheral structure of the spectroscopic element and the light valve (liquid crystal light valve) of the image projection apparatus of the present embodiment. Incident light L1 is decomposed into three colors R, G, and B by a spectroscopic means 80 including a dichroic filter 81R having red reflection characteristics, a dichroic filter 81G having green reflection characteristics, and a mirror 91. Each of the filters 81R and 81G and the mirror 91 are arranged so as to have different inclination angles as shown in the figure, whereby each separated color light is incident on the microlens 55 at a different incident angle for each color. The micro lens 55 functions to collect and illuminate different pixel regions of the light valve 11 for each color light L1B, L1G, and L1R.
[0053]
An optical path changing unit 21 has a function of changing the optical path (optical axis) of light incident on the spectroscopic unit 80.
[0054]
FIG. 4 schematically shows the optical path after the optical axis is changed to another state by the optical path changing means 21. Thus, by changing the incident angle of the incident light to the optical path changing means 21, the pixel area illuminated by each color light can be changed in time series.
[0055]
FIG. 5 shows an example of the optical path changing means 21 in this embodiment. The optical element for the optical path changing means 21 of the present embodiment is made of a translucent member such as glass, and is made up of a parallel plate portion 211 and prism-shaped portions 212 and 213. When the illumination light enters the parallel plate portion 211, the optical axis goes straight without bending, but when the illumination light enters the prism-shaped portions 212 and 213, the optical axis is bent as shown in the figure. The angle of the illumination light can be modulated by moving this element in the vertical direction in the figure.
[0056]
<Example 2>
FIG. 6 is a schematic diagram showing an image projection apparatus according to this embodiment. A spectroscopic element 82 is a hologram element. Other reference numerals indicate the same elements and the like as in the first embodiment, and a description thereof is also omitted.
[0057]
FIG. 7 is a diagram for explaining the functions of the spectroscopic means 82, the light valve 11 and the optical path changing means made of a hologram element. Illumination light L211 (in FIG. 7, only illumination light corresponding to three pixels is illustrated) is dispersed and condensed by the hologram element 82, and illuminates a certain pixel region of the light valve 11. The element is configured so that the illumination light L212 whose incident angle is changed by the optical path changing unit is condensed on the adjacent pixel region.
[0058]
Thus, by changing the incident angle in time series, each pixel region can be illuminated with different color light in a time division manner.
[0059]
<Example 3>
FIG. 8 shows a configuration in which the angle of the spectroscopic means 80 is variable and the tilt angle of the spectroscopic means 80 is changed in time series without using the optical path changing means in FIG.
[0060]
Even with such a configuration, it is possible to illuminate each pixel region of the light valve 11 with different color light in a time-sharing manner.
[0061]
<Example 4>
FIG. 9 shows an example in which a plurality of spectroscopic elements (hologram elements in the present embodiment) 82 are provided in the second embodiment, and these are sequentially switched. As shown in FIG. 10, the hologram element 82 has hologram elements 821, 822, and 823 composed of a plurality of regions. The hologram elements 821, 822, and 823 in each region have different orientation characteristics, and the orientation characteristics can be changed by rotating the hologram elements 821, 822, and 823. By designing the hologram elements 821, 822, and 823 to control the orientation characteristics so as to illuminate different pixel regions, it is possible to illuminate different pixel regions with each color light in a time division manner.
[0062]
<Example 5>
FIG. 11 shows a configuration example of the present embodiment, in which the light valve 11 is movable in the lateral direction. Each color light illuminates adjacent pixel areas by the spectral element (hologram element in this embodiment) 821, but as the light valve 11 moves, the pixel areas illuminated by the respective color lights also shift to illuminate different pixel areas. To come.
[0063]
With such a configuration, it is possible to illuminate different pixel regions with each color light in a time division manner.
[0064]
<Example 6>
FIG. 12 shows a configuration example of the present embodiment, and an optical path changing unit 83 is disposed between the spectroscopic unit 82 and the light valve 11. The optical path changing means 83 acts to shift or bend the optical axis of the illumination light L211 as shown in FIG. The optical path change amount by the optical path changing means 83 needs to be variable.
[0065]
With such a configuration, it is possible to illuminate different pixel regions with each color light in a time division manner.
[0066]
FIG. 14 shows a configuration example in which the optical path is bent as the optical path changing means 83, and parallel plate-like glass is arranged and is rotatable. By tilting the glass plate as shown in FIG. 14B with respect to the optical axis, the optical path can be shifted as shown.
[0067]
<Example 7>
FIG. 15 shows a configuration example in which the optical path is bent as the optical path changing means 83. A liquid crystal 832 is disposed between the two light-transmitting substrates 831. The liquid crystal 832 is configured to be switchable between at least two orientations of a tilted orientation and a vertically or horizontally oriented state. By applying a voltage to an electrode (not shown) formed on the substrate 831, the orientation of the liquid crystal 832 is changed, and the optical axis of incident light is shifted accordingly. In the figure, the polarized light indicated by the arrow shifts the optical axis by being transmitted through the tilt-aligned liquid crystal layer as shown on the left side in the figure. In order to adjust the shift amount, the angle of the liquid crystal may be controlled, or a plurality of elements as shown in the figure may be stacked and operated separately.
[0068]
<Example 8>
FIG. 16 shows another configuration example in which the optical path is bent as the optical path changing means 83. The ferroelectric liquid crystal 833 and the optical crystal 834 in which the optical axis of the crystal is arranged obliquely with respect to the optical axis of the incident light are basically constituted.
[0069]
When the polarization direction of light incident on the crystal is parallel to the inclined plane of the crystal axis, the optical path is shifted as shown on the left side in the figure. On the other hand, when it is perpendicular to the inclined surface of the crystal axis, the optical path is not deflected as shown on the right side in the figure.
[0070]
The ferroelectric liquid crystal 833 can electrically control whether or not to act as a half-wave plate, and acts to control the direction of polarized light incident on the crystal. Reference numeral 835 denotes a ferroelectric liquid crystal cell for controlling the polarized light incident on the light valve, which is arranged as necessary. When the ferroelectric liquid crystal cell 835 is operated in synchronism with the ferroelectric liquid crystal 833, the illumination light always has the same polarization, which is a preferable example particularly in the case of a liquid crystal light valve that performs polarization control. In this case, the control of the multi-value shift amount can be easily achieved by stacking such elements.
[0071]
【The invention's effect】
According to the first and second aspects of the invention, high-definition image display can be realized with a simplified compact projection device. In addition, a specific configuration example of the optical path changing unit that changes the illumination area efficiently and simply becomes clear.
[0072]
According to the third and fourth aspects of the present invention, it is possible to provide an efficient device structure that separates and collects color light in different pixel regions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle front view of a light valve showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic side view showing a configuration example of the image projection apparatus.
FIG. 3 is a schematic side view illustrating a configuration example of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic side view showing a state after the optical axis state has changed.
FIG. 5 is a side view showing a configuration example of the optical path changing means.
FIG. 6 is a schematic side view illustrating a configuration example of an image projection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic side view for explaining functions of the optical path changing means and the like.
FIG. 8 is a schematic side view showing a configuration example of a part of the image projection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic side view illustrating a configuration example of a part of an image projection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a front view showing a configuration example of the hologram element.
FIG. 11 is a schematic side view illustrating a configuration example of a part of an image projection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic side view illustrating a configuration example of an image projection apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic side view for explaining functions of the optical path changing means and the like.
FIG. 14 is a side view showing a configuration example of an optical path changing unit.
FIG. 15 is a schematic side view illustrating a configuration example of a part of an image projection apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic side view illustrating a configuration example of a part of an image projection apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic side view showing a configuration example of a conventional image projection apparatus.
FIG. 18 is a schematic side view showing a configuration example of another conventional image projection apparatus.
FIG. 19 is a schematic side view showing a configuration example of still another conventional image projection apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light valve 11 Light valve 21 Optical path change means 31 Illumination means 55 Micro lens 80 Spectroscopic means 81R, 81G Dichroic mirror 83 Optical path change means 821 Hologram element, spectroscopic means

Claims

ライトバルブと、
このライトバルブを照明する照明手段と、
この照明手段による照明光を分光し、分光した光で各色毎に前記ライトバルブの異なる画素領域を照明させる分光手段と、
この分光手段による各色光が照明する前記ライトバルブの画素領域を時系列的に変化させる光路変更手段と、を備え、
前記光路変更手段は、
前記照明光を直進させる平行平板部分と、前記照明光の光軸を第１の方向に曲折させる第１のプリズム形状部分と、前記照明光の光軸を第２の方向に曲折させる第２のプリズム形状部分と、を含み、前記照明手段と前記分光手段との間に配置された光学素子を備え、
前記照明光が前記平行平板部分または前記第１のプリズム形状部分または前記第２のプリズム形状部分を透過して前記分光手段に入射するように前記光学素子を動かすことで、前記分光手段への入射光の入射角を変化させるものであることを特徴とする画像投射装置。A light valve,
Illumination means for illuminating the light valve;
Spectroscopic means for dispersing the illumination light by the illumination means, and illuminating different pixel regions of the light valve for each color with the dispersed light,
Optical path changing means for changing the pixel region of the light valve illuminated by each color light by the spectroscopic means in time series, and
The optical path changing means is
A parallel plate portion for causing the illumination light to travel straight; a first prism-shaped portion for bending the optical axis of the illumination light in a first direction; and a second for bending the optical axis of the illumination light in a second direction. A prism-shaped portion, and comprising an optical element disposed between the illuminating means and the spectroscopic means,
Incident light is incident on the spectroscopic means by moving the optical element so that the illumination light passes through the parallel plate portion, the first prism-shaped portion, or the second prism-shaped portion and enters the spectroscopic means. An image projection apparatus characterized by changing an incident angle of light.

隣接した画素が異なる色光で照明されることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。 The image projection apparatus according to claim 1, wherein adjacent pixels are illuminated with different color lights.

前記分光手段が、互いに異なる傾斜角で配置された複数のダイクロイックミラーとマイクロレンズとよりなることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。 2. The image projection apparatus according to claim 1, wherein the spectroscopic means includes a plurality of dichroic mirrors and microlenses arranged at different inclination angles.

前記分光手段が、ホログラム素子よりなることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。 The image projection apparatus according to claim 1, wherein the spectroscopic means is formed of a hologram element.