(57)【要約】  【課題】  投射形映像表示装置において、単板方式の場合も、簡易構成化と光の利用率向上とを可能にする技術を提供する。  【解決手段】  光源側からの光を表示素子に照射する照明光学系内に、入射光のうち所定波長帯域の光を透過し他の波長帯域の光を反射して該入射光を色分離する色分離領域部を平面内に複数個渦巻状に形成し該平面に垂直な軸の周りに回転する回転型色分離手段を設け、上記色分離された光により上記表示素子上に形成される色帯を、上記回転型色分離手段の回転によりスクロールする構成とする。また、上記回転型色分離手段で反射した光を反射して再び該回転型色分離手段に入射させる反射手段を備える。【選択図】  図１
2005134649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光を照明光学系により表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
入射光のうち所定波長帯域の光を透過し他の波長帯域の光を反射して該入射光を色分離する色分離領域部が平面内に複数個渦巻状に形成されかつ該渦巻の中心部にあって該平面に垂直な軸の周りに回転する構成を有する回転型色分離手段を、上記照明光学系に備え、
上記色分離された光により上記表示素子上に形成される色帯が、上記回転型色分離手段の回転により、該表示素子上でスクロールする構成としたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
光源側からの光を照明光学系により表示素子に照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置において、
上記照明光学系は、
入射光のうち所定波長帯域の光を透過し他の波長帯域の光を反射して該入射光を色分離する色分離領域部が複数個、平面内に渦巻状に形成され、該渦巻の中心部にあって該平面に垂直な軸の周りに回転する回転型色分離手段と、
上記回転型色分離手段を回転駆動するモータと、
光源側からの白色光を集光し上記回転型色分離手段の上記平面に対し斜めに入射させる光入射手段と、
上記回転型色分離手段で反射した光を反射し、再び該回転型色分離手段に入射させる反射手段と、
を備え、上記色分離された光により上記表示素子上に形成される色帯が、上記回転型色分離手段の回転により、該表示素子上でスクロールする構成としたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項３】
上記回転型色分離手段は、上記色分離領域部が赤、緑、青の各色光を分離する構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項４】
上記回転型色分離手段は、上記平面が上記光入射手段からの入射光の光軸に対し約４５°傾いた構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項５】
上記回転型色分離手段は、上記色分離領域部の外周側に、赤、緑、青の全色光を透過する透過領域部を備えている請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項６】
上記反射手段は、黄線を透過する構成である請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項７】
上記光入射手段は、光を出射させる出射端面における照度分布が均一になる光伝達素子で構成される請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項８】
上記表示素子は、１個の素子で構成される請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子により形成した映像をスクリーン上などに拡大投射する映像表示技術に係り、特に、表示素子上に形成した色帯をスクロール可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来例としては、例えば、特開平６−３１９１４８号公報（特許文献１）に記載されたものや、米国特許第６２６６１０５号明細書（特許文献２）に記載されたものがある。特開平６−３１９１４８号公報には、ダイクロイックミラーと回転プリズムを用い、表示素子上で色帯をスクロールさせる構成が記載されている。また、米国特許第６２６６１０５号明細書には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の反射コーティングを施した回転ドラムの回転により表示素子上で色帯をスクロールさせる構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１９１４８号公報
【０００４】
【特許文献２】米国特許第６２６６１０５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報記載の技術ではいずれも、構成が複雑化し易くかつ高精度が要求されるため、製造コストが増大し易い。また、高輝度化に関し、光の利用率の点でも改善の余地があると考えられる。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射形映像表示装置において、例えば１個の表示素子を用いる単板方式の場合も、簡易な構成下で、光の利用率を一層向上させることができるようにするとともに、確実なスクロールを行えるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題点を解決するために、本発明では、光源側からの光を表示素子に照射する照明光学系内に、入射光のうち所定波長帯域の光を透過し他の波長帯域の光を反射して該入射光を色分離する色分離領域部を平面内に複数個渦巻状に形成し該平面に垂直な軸の周りに回転する回転型色分離手段を設け、上記色分離された光により上記表示素子上に形成される色帯を、上記回転型色分離手段の回転によりスクロールする構成とする。また、上記回転型色分離手段で反射した光を反射して再び該回転型色分離手段に入射させる反射手段を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、投射形映像表示装置において、単板方式の場合も、簡易な構成で、光の利用率を向上させかつ確実なスクロールが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図１〜図５は、本発明の実施形態の説明図で、図１は、本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図、図２は、図１の投射型映像表示装置に用いる回転型色分離手段としての回転ホイールの構成例図、図３は、図２の回転ホイールにおける光の色分離動作の説明図、図４は、回転ホイールにおける他の構成例を示す図、図５は、回転ホイールで反射された光を再び反射する反射手段における他の構成例を示す図である。
【０００９】
図１において、１は、光源７及び楕円リフレクタ２を有する光源ユニット、２０は、光入射手段としてのライトパイプ、９は、軸周りに回転しながら入射光を色分離する回転型色分離手段としての回転ホイール、９ａは、回転ホイール９を回転駆動するモータ、１６は反射手段としての反射ミラー、６は結像レンズ、１２は、例えばマイクロミラー式の反射型映像表示素子、１３は投射手段としての投射レンズユニット、１４は、色合成を行うＴＩＲプリズムである。上記回転ホイール９は、薄板の円板状であり、入射光のうち所定波長帯域の光を透過し他の波長帯域の光を反射して該入射光を色分離する色分離領域部が複数個、平面内に渦巻状に形成され、該渦巻の中心部にあって該平面に垂直な軸の周りに回転する構成である。上記複数個の色分離領域部は、色分離コーティングが渦巻状に施されて形成されている。赤色光（以下、Ｒ光という）を分離する色分離領域部（以下、Ｒ部という）はＲ光を透過し他の色光は反射する色分離コーティングが渦巻状に施され、緑色光（以下、Ｇ光という）を分離する色分離領域部（以下、Ｇ部という）はＧ光を透過し他の色光は反射する色分離コーティングが渦巻状に施され、青色光（以下、Ｂ光という）を分離する色分離領域部（以下、Ｂ部という）はＢ光を透過し他の色光は反射する色分離コーティングが渦巻状に施されている。上記ライトパイプ２０は、上記光源７を含む上記光源ユニット１側からの白色光を集光し、上記回転ホイール９の上記平面に対して斜めに入射させる。回転ホイール９は、上記平面が上記ライトパイプ２０からの入射光の光軸に対し約４５°傾いている。該回転ホイール９は、上記複数個の色分離領域部により赤、緑、青の色光を分離する。上記反射ミラー１６は、上記回転ホイール９で反射した光を反射し、再び該回転ホイールの上記色分離領域部に入射させるもので、黄線は透過する。
【００１０】
図１の構成において、光源ユニット１から出た光は、ライトパイプ２０に入射する。ライトパイプ２０では、入射開口面と出射開口面を囲む面で光が反射され、それによってその出射開口面上で、光は略均一の照度分布の光とされて出射される。出射された光は、モータ９ａによって回転駆動されている回転ホイール９の平面に対し、約４５°の斜め方向から入射される。回転ホイール９では、入射された光（白色光）が、複数個の色分離領域部（Ｒ部、Ｇ部、Ｂ部）により、Ｒ部ではＲ光を透過してＧ光及びＢ光を反射し、Ｇ部ではＧ光を透過してＢ光及びＲ光を反射し、Ｂ部ではＢ光を透過してＲ光及びＧ光を反射することで、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光に分離される。分離された各色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）は、結像レンズ６、ＴＩＲプリズム１４を経て反射型映像表示素子１２上に照射される。このとき、各色光は、回転ホイール９を、結像レンズ６により倒立された状態で反射型映像表示素子１２上に結像する。反射型映像表示素子１２上では、各色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）により形成された色帯が、回転ホイール９の回転によりスクロールする。反射型映像表示素子１２には画素単位のマイクロミラーが設けられ、電圧を印加することによって、該マイクロミラーが例えば最大約３０°回転される。ＯＮ光の場合は、投射レンズユニット１３の光軸方向に該マイクロミラーの反射光を出射させ、ＯＦＦ光は、各画素が具備するマイクロミラーを最大約３０°回転させて反射方向を変え、投射レンズユニット１３からはずれた方向に出射させる。例えば、投射スクリーンに黒を出したいときにはＯＦＦ光とする。投射スクリーンに白または他の色を出したいときはＯＮ光とする。灰色を出したい場合には、ＯＮ光の時間とＯＦＦ光の時間を変え明るさの階調を制御することで対応する。
【００１１】
以下、図２〜図５の説明において用語として用いる図１の構成要素にも、図１における符号を付して用いるとする。
図２は、図１の投射型映像表示装置における回転ホイール９の構成例図である。
図２において、Ｒは、Ｒ光を透過して色分離する色分離領域部であるＲ部、ＧはＧ光を透過して色分離する色分離領域部であるＧ部、ＢはＢ光を透過して色分離する色分離領域部であるＢ部である。以下、説明の都合上、反射型映像表示素子１２の上下方向は、回転ホイール９のモータ９ａ側が写像される側を上方向とする。本構成は、回転ホイール９の渦巻状の各色分離領域部が左巻きの渦巻として形成されている場合であり、図２の平面で、回転ホイール９が入射側から見て左回転（図中Ｌ方向の回転すなわち反時計方向の回転）した場合は、回転ホイール９上の光が入射する領域では、内周側から外周側へＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光の透過部がスクロールし、結像レンズ６で像は倒立されて結像し、反射型映像表示素子１２上では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光の色帯は、上方から下方に向けてスクロールし、逆に、回転ホイール９が右回転（図中Ｒ方向の回転すなわち時計方向の回転）した場合は、反射型映像表示素子１２上で、各色光の色帯は、下方から上方に向けてスクロールする。反射型映像表示素子１２上では、照射される色帯のスクロールに同期して各色光用の映像を表示する。
【００１２】
図２中、線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ、回転ホイール９が、線ａの位置を基準に左方向（反時計方向）に約６０°ずつ回転した場合の、ライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットの角度位置を示す。線ａから線ｂの間の角度領域では、最下部のＢ部領域が徐々に減少し、Ｒ部領域の上にＢ部領域が発生して徐々に増える。線ｂから線ｃの間の角度領域では、最下部のＢ部領域が徐々に減少し、最上部のＢ部領域が徐々に増える。線ｃから線ｄの角度領域では、最下部のＧ部領域が徐々に減少し、Ｂ部領域の上にＧ部領域が発生して徐々に増える。線ｄから線ｅの間の角度領域では、最下部のＧ部領域が徐々に減少し、最上部のＧ部領域が徐々に増える。線ｅから線ｆの間の角度領域では、最下部のＲ部領域が徐々に減少し、Ｇ部領域の上にＲ部領域が発生して徐々に増える。線ｆから線ａの間の角度領域では、最下部のＲ部領域が徐々に減少し、最上部のＲ部領域が徐々に増える。線ａの角度位置にライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットがあるときは、反射型映像表示素子１２上で色光の色帯は、上方から下方にＲ、Ｇ、Ｂの配列順で形成され、線ｃの角度位置にライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットがあるときは、反射型映像表示素子１２上で色光の色帯は、上方から下方にＢ、Ｒ、Ｇの配列順で形成され、線ｅの角度位置にライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットがあるときは、反射型映像表示素子１２上で色光の色帯は、上方から下方にＧ、Ｂ、Ｒの配列順で形成され、線ａの角度位置にライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットが戻ると、反射型映像表示素子１２上の色帯は、上方から下方にＲ、Ｇ、Ｂの配列順に戻る。
【００１３】
図３は、図２の回転ホイール９における光の色分離動作の説明図である。
図３において、（ａ）は、ライトパイプ２０からの光（白色光）が、そのスポット中心が回転ホイール９の平面内において図２の線ａ上のＲ部に来るように照射された場合を示し、（ｂ）は、回転ホイール９が図２の平面において、線ａの位置から左方向（反時計方向）に約６０°の回転した結果、ライトパイプ２０からの光（白色光）が、そのスポット中心が、回転ホイール９の平面内において図２の線ｂ上の、Ｒ部とＢ部との境界部に来るように照射された場合を示し、（ｃ）は、回転ホイール９が図２の平面において線ｂの位置からさらに左方向（反時計方向）に約６０°回転した結果、ライトパイプ２０からの光（白色光）が、そのスポット中心が、回転ホイール９の平面内において図２の線ｃ上のＢ部に来るように照射された場合を示す。
【００１４】
図３（ａ）においては、最上部に位置する色分離領域部のうちのＲ部ではＲ光が透過され、Ｇ光とＢ光は反射される。透過されたＲ光は結像レンズ６側へ出射される。反射されたＧ光とＢ光は、反射ミラー１６で反射された後、回転ホイール９の色分離領域部のうちのＧ部に再入射する。Ｇ部に再入射した光のうちＧ光は透過され、Ｂ光は反射される。透過されたＧ光は結像レンズ６側へ出射される。反射されたＢ光は、反射ミラー１６で反射された後、回転ホイール９の色分離領域部のうちのＢ部に再入射する。Ｂ部に再入射したＢ光は透過され、結像レンズ６側へ出射される。上記回転ホイール９から結像レンズ６側へ出射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光はそれぞれ、反射型映像表示素子１２上に照射され、該反射型映像表示素子１２上にＲ、Ｇ、Ｂの色帯を形成する。
【００１５】
回転ホイール９が回転して図３（ｂ）の状態となったときには、最上部にＢ部が位置することになる。この場合は、ライトパイプから出た光のうち上側の光はＢ部に入射し、下側の光はＲ部に入射する。Ｂ部では入射光のうちＢ光のみが透過され、Ｒ光、Ｇ光は反射される。Ｒ部では入射光のうちＲ光のみが透過され、Ｇ光、Ｂ光は反射される。上記透過された各色光と反射された各色光はそれぞれ、上記図３（ａ）で説明したと同様に光学処理された後、反射型映像表示素子１２上に照射され、該反射型映像表示素子１２上にＢ、Ｒ、Ｇ、Ｂの色帯を形成する。
回転ホイール９がさらに回転して図３（ｃ）の状態となったときには、最上部に位置する色分離領域部のうちのＢ部ではＢ光が透過され、Ｒ光とＧ光は反射される。上記透過されたＢ光と反射されたＲ光及びＧ光も、上記図３（ａ）で説明したと同様に光学処理された後、反射型映像表示素子１２上に照射され、該反射型映像表示素子１２上にＢ、Ｒ、Ｇの色帯を形成する。
【００１６】
上記本発明の実施形態によれば、１個の表示素子を用いる単板方式の場合も、光の色分離を、簡単な構成の回転ホイール９により行うことができ、かつ、該回転ホイール９の各色分離領域部（Ｒ部、Ｇ部、Ｂ部）で反射された光を、反射ミラー１６で反射後、再び回転ホイール９の各色分離領域部に入射させ、所定の色光として該各色分離領域部を透過させ、反射型映像表示素子１２上に照射させているため、単板方式にもかかわらず色光の損失がほとんどなく、光の利用率を高められる。確実なスクロールも容易に可能となる。製作コストの低減化も可能である。また、反射ミラー１６を、シアン及び黄線近傍の波長を透過するコーティングを施したものとした場合には、該コーティングによりシアン及び黄線をカットできるため、スクリーン上のＲ、Ｇ、Ｂ単色の色再現性を向上させることができる。
【００１７】
図４は、本発明の回転ホイールの他の構成例を示す図である。本構成では、渦巻状の色分離領域部の外周に、白色光、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を透過する領域ＷＴを設ける。該領域ＷＴは、反射防止膜を施した無色透明の領域であり、光の反射を防止した状態で、回転ホイール９'の機械的強度や動バランスを向上させることができるようになっている。例えば、線ａの位置の位置にライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットがあるとき、既にＲ光、Ｇ光は除かれているため、色分離領域部としてのＢ部を設けなくても、Ｂ光は領域ＷＴを透過して結像レンズ６側に進む。同様に、線ｃの位置にライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットがあるときは、Ｇ光のみが領域ＷＴを透過して結像レンズ６側に進むため、Ｇ光のみを透過させる色分離領域部（Ｇ部）をこの位置に設けずともよいし、線ｅの位置にライトパイプ２０からの光（白色光）のスポットがあるときは、Ｒ光のみが領域ＷＴを透過して結像レンズ６側に進むため、Ｒ光のみを透過させる色分離領域部（Ｒ部）をこの位置に設けずともよい。このため、各色分離領域部（Ｒ部、Ｇ部、Ｂ部）の必要面積を減らすこともでき、回転ホイール９'の機械的強度や動バランスの改善と併せ、製作コストの一層の低減化が可能となる。
【００１８】
図５は、反射手段として、図１の構成における反射ミラー１６に替え、裏面反射プリズム１７を用いた場合の構成例を示す図である。本構成により、回転ホイール９で反射した光は、裏面反射プリズム１７内の裏面反射部１７ａで反射され、再度、回転ホイール９に入射する。本構成では、回転ホイール９で反射された光が裏面反射プリズム１７内のガラス部を通って裏面反射部１７ａに入射し、該裏面反射部１７ａでの反射光が、再び該ガラス部を通って回転ホイール９に入射するため、回転ホイール９で反射された光及び反射手段の反射光が空気中を通る場合に比べ、実効的な光路長を、ほぼ屈折率の逆数分だけ短くすることができる。このため、光の広がりが抑えられ、効率を向上させることができる。
なお、光源ユニットとして、赤、橙、緑、シアン、青等のＬＥＤを用いる構成としてもよい。該構成とした場合は、単色の高純度化と小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。
【図２】図１の投射型映像表示装置に用いる回転ホイールの構成例図である。
【図３】図２の回転ホイールにおける光の色分離動作の説明図である。
【図４】回転ホイールにおける他の構成例を示す図である。
【図５】反射手段における他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１…光源ユニット、
２…リフレクタ、
６…結像レンズ、
７…光源、
９、９'…回転ホイール、
９ａ…モータ、
１２…反射型映像表示素子、
１３…投射レンズユニット、
１４…ＴＩＲプリズム、
１６…反射ミラー、
１７…裏面反射プリズム、
１７ａ…裏面反射部、
２０…ライトパイプ。
【図１】
2005134649.tif 000003
【図２】
2005134649.tif 000004
【図３】
2005134649.tif 000005
【図４】
2005134649.tif 000006
【図５】
2005134649.tif 000007