JP3650730B2

JP3650730B2 - Projection display

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Publication number: JP3650730B2
Application number: JP2000272158A
Authority: JP
Inventors: 充弘和田; 秀樹大前; 広一阪口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP2002082386A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から放射される光によって照明され、同時に外部から映像信号が供給されることで光学像を形成する空間光変調素子及び投写レンズを用いて、映像をスクリーン上に拡大投影する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大画面用の映像機器として各種の空間光変調素子を用いた投写型表示装置が知られている。これらは、例えば透過型や反射型の液晶パネルを空間光変調素子とし、光源により液晶パネルを照明すると共に、外部から供給される映像信号に応じた光学像を液晶パネル上に形成し、液晶パネル上に形成された光学像を投写レンズによりスクリーン上に拡大投影するものである。
【０００３】
近年、高輝度化に対するニーズが高まる中、液晶パネル等の空間光変調素子を３枚使用した３板式の投写型表示装置が主流となっている。しかし、装置全体のコストが高くなるという問題があった。
【０００４】
一方、液晶パネルを１枚だけ使用して低コスト化を図った、例えば、特開昭５９−２３０３８３号公報記載の単板式の投写型表示装置が知られている。しかし、このような投写型表示装置は、液晶パネル上の各画素に三原色のカラーフィルタを設ける必要があるため実質的に解像度が低下する、という問題があった。また、カラーフィルタで照明光の約２／３を損失するため画面輝度が低下する、という問題があった。
【０００５】
これに対して、円盤状のカラーホイルを用いた色順次方式の投写型表示装置が知られている。この方式は、一つの空間光変調素子に赤、緑、青の三原色光を順次照射してフルカラー表示を行うものである。
【０００６】
図１３は従来の投写型表示装置の構成例を示す図である。
楕円面鏡１０１は、放電ランプ１００から放射される白色光をカラーホイル１０３上に集光する。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１０２は、放電ランプ１００の放射光から紫外線と赤外線を取り除く。カラーホイル１０３は、赤、緑、青の扇形のカラーフィルタを円盤状に組み合わせたものであり、回転させることによって、放電ランプ１００から入射する光から赤、緑、青の帯域の光を選択的に透過することができる。集光レンズ１０４は、カラーホイル１０３の透過光を効率よく集光し、液晶パネル１０６を照射する。フィールドレンズ１０５は、液晶パネル１０６を透過する光を投写レンズ１０７に集光するために用いられる。
【０００７】
放電ランプ１００の放射光をカラーホイル１０３、集光レンズ１０４、フィールドレンズ１０５を介して液晶パネル１０６に照射し、液晶パネル１０６の画像表示に同期させてカラーホイル１０３を回転させることにより、液晶パネル１０６上には赤、緑、青の映像信号に対応した光学像が時分割で形成される。液晶パネル１０６上の光学像を投写レンズ１０７でスクリーン（図示せず）上に拡大投影することにより、フルカラー表示の大画面映像を得ることができる。
【０００８】
この方式によれば、１枚の液晶パネルで３板式と同等の高解像度なカラー画像が得られる。また、液晶パネル上の各画素に微細なカラーフィルタを設ける必要がなくなるので、液晶パネルの歩留まりが向上し、装置の低コスト化が可能になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示す投写型表示装置は、１枚の空間光変調素子で３板方式並の解像度を実現するとともに、装置の低コスト化と小型化を可能にするものであるが、以下のような課題がある。
図１３において、カラーホイル１０３上には、放電ランプ１００の放射光による集光スポット１０８が形成される。集光スポット１０８の大きさは、放電ランプ１００の発光部１００ａの大きさに依存し、発光部１００ａが大きい程、集光スポット１０８も大きくなる。
【００１０】
図１４はカラーホイル１０３と集光スポット１０８の関係を説明するための図である。
カラーホイル１０３は、例えば、赤、緑、青の扇形のカラーフィルタ１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂを円盤状に組み合わせて構成したものであり、液晶パネル１０６の表示に同期させて回転させることによりフルカラー表示が可能になる。しかしながら、集光スポット１０８が隣接する２色のカラーフィルタ間にまたがる場合は、２色のカラーフィルタの透過光が同時に液晶パネルに入射することで混色が起こり、本来表示したい色とは異なる色の画像がスクリーン上に表示されてしまうという問題が発生する。
【００１１】
実際には、各カラーフィルタ１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂの境界１０３ＲＧ、１０３ＧＢ、１０３ＢＲが集光スポット１０８を通過する期間は、液晶パネル１０６を黒表示、すなわちＯＦＦ状態にすることで上記混色の問題を解決している（以下、液晶パネル１０６を黒表示する期間を黒表示期間という）。
【００１２】
しかし、放電ランプ１００等の投写型表示装置に用いられる光源は、使用中に発光部１００ａの大きさ（以下、アーク長と呼ぶ）が変化することが知られており、一般には、放電ランプ１００の点灯時間に応じてアーク長は長くなる傾向がある。従って、放電ランプ１００の寿命中に徐々に、カラーホイル１０３における集光スポット１０８が大きくなり、集光スポット１０８が隣接する２色のカラーフィルタにまたがっている期間が液晶パネル１０６の黒表示期間より大きくなる場合がある。その場合、最初に設定した黒表示期間では液晶パネル１０６上に混色の光学像が形成されるのを防止できず、本来表示したい色とは異なる色の画像がスクリーン上に表示されてしまう。
【００１３】
放電ランプ１００のアーク長の変化に伴い、カラーホイル１０３に形成される集光スポット１０８が徐々に大きくなるのを想定し、液晶パネル１０６の黒表示期間を長めに設定すれば良いが、黒表示期間を長くする程、液晶パネル１０６に照射して本来の画像表示に寄与する光の割合が減少する。従って、放電ランプ１００のアーク長が比較的短い、使用初期の段階では、不要な黒表示期間を設定することになり、光利用効率が低下し、スクリーンに投写される画像の輝度が低下してしまう。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、使用中に光源の発光部が大きくなった場合でも、液晶パネルの黒表示期間を不要に長く設定することなく混色を防止し、明るく、高画質な画像表示のできる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る投写型表示装置は、白色光源と、前記光源の放射光を集光する集光手段と、前記集光手段で集光した光のうち、赤、緑、青の帯域の光を所定の順序で選択的に透過または反射する色選択手段と、前記色選択手段により透過または反射された光を集光して、後述する空間光変調素子を照明する照明手段と、前記照明手段から入射した光の変調を行う空間光変調素子と、前記空間光変調素子で変調した光を外部のスクリーン上に投影する投写手段と、前記色選択手段の入射光、若しくは、前記色選択手段により透過または反射された光の一部を遮光し、スクリーン上に表示される予定の色とは異なる色の帯域の光が前記空間光変調素子に入射するのを防止する遮光手段とを備えた、ことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項２に係る投写型表示装置は、請求項１記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、光を遮断する部材からなり、光が通過する所定の大きさの光透過部を有することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項３に係る投写型表示装置は、請求項２記載の投写型表示装置において、前記色選択手段により透過または反射された光の波長に応じて、前記遮光手段の光透過部の大きさが変化することを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項４に係る投写型表示装置は、請求項２記載の投写型表示装置において、前記遮光手段の光透過部に入射する光から、特定の波長帯域の光を一部除去する光除去手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項５に係る投写型表示装置は、請求項１記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、前記色選択手段の出射側に配置されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項６に係る投写型表示装置は、請求項１記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、前記色選択手段との空気間隔が５ｍｍ以下に配置されていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項７に係る投写型表示装置は、請求項１記載の投写型表示装置において、前記光源は、超高圧水銀ランプであることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の請求項８に係る投写型表示装置は、請求項１記載の投写型表示装置において、前記集光手段は、楕円面鏡であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の請求項９に係る投写型表示装置は、請求項８記載の投写型表示装置において、前記色選択手段は、光の透過面又は反射面が前記楕円面鏡の長焦点近傍に配置されていることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の請求項１０に係る投写型表示装置は、請求項１記載の投写型表示装置において、前記色選択手段は、扇型の赤、緑、青のカラーフィルタを円盤状に配置して構成されるカラーホイルであり、カラーホイルを回転させることで各色の帯域の光が順次透過することを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の請求項１１に係る投写型表示装置は、請求項１０記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、入射光を前記カラーホイルの回転方向については一部遮光し、前記カラーホイルの半径方向については遮光しないことを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の請求項１２に係る投写型表示装置は、請求項１１記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、入射光が通過する所定の大きさの開口部を有する絞りであり、カラーホイルの回転方向についての絞りの開口幅は、前記光源の使用初期時にカラーホイル上に形成される集光スポットの直径と同等、または、それより小さく設定されており、カラーホイルの半径方向についての絞りの開口幅は、前記集光スポットの直径以上に設定されていることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の請求項１３に係る投写型表示装置は、請求項１記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、光軸に直交する面が略円形断面であることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の請求項１４に係る投写型表示装置は、請求項１３記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、略円柱状であることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の請求項１５に係る投写型表示装置は、請求項１３記載の投写型表示装置において、前記遮光手段は、略円錐状であることを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の投写型表示装置に関する具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による投写型表示装置の構成を示す図である。
図において、１０は放電ランプ、１１は楕円面鏡、１２はＵＶ−ＩＲカットフィルタ、１３は遮光絞り、１５はカラーホイル、１６は回転用モータ、１７は回転制御部、１８は集光レンズ、１９はフィールドレンズ、２０は透過型の液晶パネル、２１は液晶駆動部、２２は投写レンズである。
【００３１】
放電ランプ１０は、超高圧水銀ランプである。この種のランプは、発光部の輝度が高く、放射光を効率よく集光することができ、また、演色性が良く、フルカラー表示に適している。放電ランプ１０は、その電極間に形成される発光部１０ａの重心が楕円面鏡の第１焦点Ｆ１（短焦点）とおよそ一致するように配置される。
【００３２】
楕円面鏡１１は、放電ランプ１０の放射光を効率よく集光して、第２焦点Ｆ２（長焦点）に集光スポット１４を形成する。この集光スポット１４は、発光部１０ａの実像と等価な二次光源である。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１２は、放電ランプ１０の放射光から紫外線と赤外線を取り除く。
【００３３】
遮光絞り１３は、カラーホイル１５の光の出射側に配置された円錐状の絞りであり、楕円面鏡１１で集光され、カラーホイル１５を透過した光の一部を遮光する。また、遮光絞り１３の材質は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド、耐熱温度２６０℃）等の熱可塑性プラスチックを使用することにより、成形によって安価に遮光絞り１３を得ることができる。
【００３４】
カラーホイル１５は、例えば、図２に示すように、扇型の赤、緑、青のカラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを円盤状に組み合わせ、ドーナツ状の保持具１５ａで固定したものであり、カラーホイル１５面が楕円面鏡１１の第２焦点Ｆ２の位置と重なるように配置される。また、カラーホイル１５は、例えば、扁平モータ、ステッピングモータ等の回転用モータ１６が付設されている。
【００３５】
回転制御部１７は、赤、緑、青の各色の映像信号を受け、映像信号に含まれる同期信号に従って、液晶パネル２０の赤、青、緑の各色表示に同期して、各色の帯域を有する光がカラーホイル１５を透過するように回転用モータ１６を駆動する。なお、カラーホイル１５の回転を制御するためには位置検出が必要になるが、例えば、カラーホイル１５の保持具１５ａを黒色とし、その一部に光反射面を設けてフォトセンサー等でその位置を検出すれば位置検出が可能となる。
【００３６】
集光レンズ１８は、正パワーの平凸レンズであり、カラーホイル１５の透過光を液晶パネル２０上に効率よく集光する。フィールドレンズ１９は、集光レンズ１８による液晶パネル２０への照明光を集光して、投写レンズ２２に導くために用いられる。
【００３７】
液晶パネル２０は、液晶層と、液晶層に電圧を印加し、ＯＮ／ＯＦＦの２つの状態をスイッチする双安定素子とを備えた強誘電性液晶パネルである。液晶パネル２０では、例えば、階調表現をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することによって双安定素子のＯＮ時間を変化させ、液晶分子の配向方向を変化させることができる。また、液晶パネル２０は、入射側と出射側に偏光板（図示せず）を備えており、その偏光軸は液晶分子の配光方向に応じて設定される。尚、双安定素子は応答時間が比較的短いため、本発明のように、液晶パネル２０にて色順次表示を行う場合には適している。
【００３８】
液晶駆動部２１は、外部装置から受けた赤、緑、青の映像信号に従って、液晶パネル２０のＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行う。
投写レンズ２２は、液晶パネル２０の透過光を受け、液晶パネル２０上の画像、すなわち光学像を拡大してスクリーン（図示せず）上に拡大投影する。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態１による投写型表示装置の動作について説明する。放電ランプ１０の放射光が楕円面鏡１１により集光され、カラーホイル１５に入射すると、カラーホイル１５面に集光スポット１４が形成される。回転用モータ１６の回転によって各カラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが集光スポット１４を通過する際に、赤、緑、青の帯域の光が順次各カラーフィルタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを透過する。
【００４０】
そして、例えば、液晶パネル２０が赤表示用の映像信号に基づいて液晶駆動部２１により制御される期間と、カラーホイル１５の赤色フィルタ１５Ｒが集光スポット１４を通過する期間とが同期するように、回転制御部１７はカラーホイル１５の回転を制御する。回転制御部１７は、その他緑色，青色の映像信号を受信した場合も同様にカラーホイル１５の回転を制御する。
【００４１】
このようにカラーホイル１５を回転させ、赤、緑、青のモノクロ階調表示を時系列で短期間で切り替えて液晶パネル２０上に表示することにより、結果として、スクリーン上に表示される画像が視覚上で合成され、観察者はフルカラー画像を認識する。
【００４２】
しかし、カラーフィルタ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの境界が集光スポット１４を通過する一定期間は、カラーホイル１５において、集光スポット１４が隣り合う２色のカラーフィルタにまたがるので、液晶パネル２０を黒表示駆動して混色の発生を防止する。
【００４３】
図３はカラーホイル１５の入射側から見たカラーホイル１５と集光スポット１４の関係を補足説明するための図であり、この図を用いて液晶パネル２０の黒表示期間について説明する。また、図３は、放電ランプ１０の使用初期の状態を示している。
【００４４】
カラーホイル１５が図中の矢印の方向に回転している場合、例えば、赤のカラーフィルタと緑のカラーフィルタの境界１５ＲＧが集光スポット１４を通過する期間を、液晶パネル２０の黒表示期間とする。その他の境界１５ＧＢ、１５ＢＲについても同様に、集光スポット１４を通過する期間を黒表示期間とする。このように、液晶パネル２０の黒表示期間は、カラーホイル１５の１回転につき３回設定されることとなるが、この黒表示期間は放電ランプ１０の使用初期にカラーホイル１５に形成される集光スポット１４の大きさに合わせて設定される。
【００４５】
放電ランプ１０を使用して間のない比較的初期の段階では、楕円面鏡１１で集光された光はカラーホイル１５に達し、図３に示す大きさの集光スポット１４がカラーホイル１５面に形成される。この段階では、集光スポット１４が隣接する２色のカラーフィルタにまたがっている期間が液晶パネル２０の黒表示期間より短いので、液晶パネル２０上に混色の光学像が形成されることはない。
【００４６】
これに対し、放電ランプ１０を長期間使用するにつれてアーク長が長くなり、図４に示すように、アーク長に比例して集光スポット１４径も大きくなる。従って、集光スポット１４が隣接する２色のカラーフィルタにまたがっている期間が液晶パネル２０の黒表示期間より長くなるため、液晶パネル２０上に混色の光学像が形成される。
【００４７】
上記問題点を図３及び図４を用いて具体的に説明すると、集光スポット１４が赤色フィルタ１５Ｒに形成されている時は、液晶パネル２０は赤表示用の駆動を行っている。そして、カラーホイル１５の境界１５ＲＧが黒表示期間の開始点３１ａに達する直前、すなわち、液晶パネル２０が黒表示を行う直前には、集光スポット１４の一部が緑のフィルタ１５Ｇ領域にも存在するため、液晶パネル２０上には赤表示に緑色が混色した映像が表示されることとなる。
【００４８】
次に、境界１５ＲＧが黒表示期間３１の終了点３１ｂに達すると、液晶パネル２０は黒表示を終了し、その直後に緑表示用の駆動を開始する。しかし、この時、集光スポット１４の一部が赤のフィルタ１５Ｒ領域にも存在するため、液晶パネル２０上には緑表示に赤色が混色した映像が表示されることとなる。
【００４９】
境界１５ＧＢ、１５ＢＲが集光スポット１４を通過する時も同様に、液晶パネル２０は、本来表示する色とは異なる青と緑が混色した画像、青と赤が混色した画像を表示する。
【００５０】
そのため、光源のアーク長が大きくなることを想定して、予め長めの黒表示期間を設定しておけばよいが、液晶パネル２０の黒表示期間が長時間になると表示画像の明るさが低下するので好ましくない。
【００５１】
そこで、本発明では上記問題点を解消するために、遮光絞り１３により楕円面鏡１１で集光され、カラーホイル１５を透過した光の一部を遮光して、集光スポット１４の大きさが所望のサイズより大きくなるのを防止する。
【００５２】
以下、図５、図６を用いて、遮光絞り１３の具体的な構成及び作用について説明する。
図５はカラーホイル１５の出射側から見たカラーホイル１５と集光スポット１４と遮光絞り１３の関係を説明するための図であり、放電ランプ１０の使用初期の状態を示している。
【００５３】
図５において、遮光絞り１３は、カラーホイル１５の回転方向に沿って集光スポット１４の大きさを制限する必要がある。従って、カラーホイル１５の回転方向における遮光絞り１３の開口幅は、放電ランプ１０使用開始時の集光スポット１４の直径とおよそ等しくなるように設定されている。一方、カラーホイル１５の半径方向については、特に遮光絞り１３の開口幅を制限する必要はなく、集光スポット１４を遮光しないように十分な開口幅を与えればよい。
【００５４】
ここで、放電ランプ１０を使用して間もない比較的初期の段階では、図５に示すように集光スポット１４が小さく、カラーホイル１５の透過光は遮光絞り１３によりほとんど遮光されることはなく、遮光絞り１３により光利用効率が大きく低下することは無い。
【００５５】
図６に示すように集光スポット１４のサイズが大きくなった場合に、液晶パネル２０の黒表示期間の直前及び直後には、光が隣接する２色のカラーフィルタに同時に入射するが、遮光絞り１３は混色発生に寄与する光を遮光することで、画像における混色の発生を防止する。しかも、遮光絞り１３を用いることで液晶パネル２０の黒表示期間を最短に抑えることができ、画像の輝度を損なわずに高画質の画像を得ることができる。
【００５６】
カラーホイル１５の回転方向における遮光絞り１３の開口幅は、放電ランプ１０使用開始時の集光スポット１４の直径より小さく設定しても、本発明の効果を得ることができる。ただし、この場合は、集光スポット１４の明るさ分布に応じて、光利用効率が低下する。
【００５７】
また、カラーホイル１５の透過光の強度は入射光の約１／３であるため、カラーホイル１５の出射側に配置された遮光絞り１３により遮光される光量も、入射光の約１／３になる。これにより、光による遮光絞り１３の発熱が抑えられ、装置の信頼性が向上する。
【００５８】
また、遮光絞り１３は円錐状のものを用いているので、カラーホイル１５回転時の空気抵抗を小さくすることができ、騒音を抑制することができる。なお、遮光絞り１３をは円錐状のものに限らず、光軸に垂直な面が略円形の断面を有する形状であればよい。
【００５９】
以上のように構成された本発明の実施の形態１による投写型表示装置によれば、遮光絞り１３を設けることによって、液晶パネル２０の黒表示期間を不要に長期間に設定することなく、画像における混色の発生を防止することができ、明るく、高画質な画像表示が可能な投写型表示装置を実現できる。また、遮光絞り１３をカラーホイル１５の出射側に配置することによって、遮光絞り１３の温度上昇を抑制し、装置の信頼性を向上できる。更に、遮光絞り１３の形状を円錐状として、カラーホイル１５回転時の騒音を抑制することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
【００６１】
図７は本発明の実施の形態２による投写型表示装置の構成例を示す図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分である。図８は図７の遮光絞りの正面図である。
本実施の形態２では、液晶パネル２０の表示と同期して遮光絞り５１の開口部の大きさを変化させることができる点で、実施の形態１と異なる。
具体的には、図８に示すように、遮光絞り５１は、主絞り５１ａ，可動部５１ｂ、及び可動部５１ｂを駆動する絞り制御用モータ５１ｃで構成される。
【００６２】
主絞り５１ａの開口形状は図５に示したものと同様であり、カラーホイル１５の回転方向における開口幅が、放電ランプ１０使用開始時の集光スポット１４の直径とおよそ等しくなるように設定されている。絞り制御用モータ５１ｃを駆動することによって、可動部５１ｂが実線５１ｂ″で示す位置から波線５１ｂ´で示す位置にまたはその逆の方向に移動し、遮光絞り５１の開口の大きさを調整することができる。
【００６３】
絞り制御用モータ５１ｃの駆動は、図７に示す絞り制御部５２によって行われる。絞り制御部５２は、外部装置から赤，青，緑の各色の映像信号を受け、映像信号に含まれる同期信号に従って絞り制御用モータ５１ｃを駆動し、液晶パネル２０の画像表示と遮光絞り５１の可動部５１ｂの開閉とが同期するように制御する。
【００６４】
例えば、液晶パネル２０が赤、青に対応する映像表示の期間は、制御用モータ５１ｃの駆動により遮光絞り５１の可動部５１ｂを波線５１ｂ´の位置に移動させ、逆に、液晶パネル２０が緑に対応する映像表示の期間は、可動部５１ｂを実線５１ｂ″の位置に移動させる。結果として、液晶パネル２０に到達する緑の光量が減少するので、白色表示におけるホワイトバランスが変化する。
このように、特定の色の光が遮光絞り５１を通過する際に、遮光絞り５１の開口の大きさを調整すれば、画像のホワイトバランスを任意に調整することが可能になる。
【００６５】
以上のように構成された本発明の実施の形態２による投写型表示装置によれば、映像信号に同期して遮光絞り５１の開口の大きさを調整できるので、液晶パネル２０における画像の混色表示を防止すると共に、表示画像のホワイトバランスを任意に調整することができ、明るく、高画質な画像表示が可能な投写型表示装置を実現できる。
【００６６】
（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３による投写型表示装置の構成例を示す図ある。図において、図１と同一符号は同一または相当部分であり、また、６１はカラーホイルユニットである。図１０は図９のカラーホイルユニットの分解斜視図である。
カラーホイルユニット６１は、カラーホイル７１、モータ７３、カラーホイルケース７４、７５とを備える。
【００６７】
カラーホイル７１は、扇型の赤、緑、青のカラーフィルタ７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂを円盤状に組み合わせ、保持具７２で固定したものであり、モータ７３により回転する。
【００６８】
モータ７３は回転部７３ａとベース板７３ｂで構成され、モータ７３の回転部７３ａはカラーホイル７１の保持具７２に接続され、モータ７３のベース板７３ｂは、カラーホイルケース７４に固定される。
【００６９】
カラーホイルケース７４は、透光性ガラスで覆われた光路に十分な大きさの入射窓７７と、遮光絞り７６とを備えている。カラーホイルケース７５は、透光性ガラスで覆われた光路に十分な大きさの出射窓７８を備えている。また、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ１２を設置する代わりに、カラーホイルケース７４、７５の入射窓７７及び出射窓７８に設けた透光性ガラスのうち少なくともいずれか一方を紫外線や赤外線を除去するフィルタとしてもよい。
【００７０】
遮光絞り７６は、絞り開口部がカラーホイル７１に近接して配置されるように、絞り開口部をカラーホイルケース７４の内側に突出させている。また、この遮光絞り７６の突出部は円柱状に形成されている。遮光絞り７６は、カラーホイル７１の回転方向における開口幅が、放電ランプ１０使用開始時の集光スポット１４の直径とおよそ等しくなるように設定される。なお、遮光絞り７６は、カラーホイルケース７４と別体、一体のいずれであっても良い。
【００７１】
カラーホイルケース７４にカラーホイルケース７５を固定すれば、カラーホイル７１を密閉空間内に保持することができ、カラーホイル７１破損時の安全性を向上させることができる。
【００７２】
楕円面鏡１１で集光した光は、カラーホイルケース７４の入射窓７７から入射し、カラーホイル７１を選択的に透過した光がカラーホイルケース７５の出射窓７８から出射する。遮光絞り７６は実施の形態１と同様の作用を有し、カラーホイルケース７４，７５への入射光を一部遮光し、放電ランプ１０の長時間使用後に問題となる画像の混色表示を防止することができる。
【００７３】
ここで、カラーホイル７１、モータ７３、カラーホイルケース７４，７５を相互に固定した時のカラーホイル７１と遮光絞り７６の空気間隔は、例えば２ｍｍに設定されている。このように、カラーホイル７１と遮光絞り７６との空気間隔は小さいほど好ましく、５ｍｍ以下に設定すれば効率よく遮光効果が得られる。
【００７４】
また、上述したように遮光絞り７６をカラーホイル７１に近接して配置しても、遮光絞り７６の突出部は円柱状に形成されているので、カラーホイル７１回転時に遮光絞り７６の空気抵抗が小さく、騒音を低減させることができる。また、遮光絞り７６の突出部は円柱状以外の形状でもよく、例えば、突出部の側面を傾斜させて円錐状にする等、空気抵抗が小さくなるような形状であれば同様の効果を得ることができる。
【００７５】
以上のように構成された本発明の実施の形態３による投射型表示装置によれば、遮光絞り７６を備えたカラーホイルケース７４，７５内にカラーホイル７１を密閉保持することにより、液晶パネル２０による画像の混色表示を防止すると共に、安全性能の向上を図ることができる。さらに、カラーホイルケース７４，７５内の遮光絞り７６の突出部を空気抵抗が比較的小さい形状にすることによって、騒音の低減を図ることができる。しかも、カラーホイル７１と遮光絞り７６の空気間隔を５ｍｍ以内にすることで、効率よく遮光効果を得ることができる。
【００７６】
（実施の形態４）
図１１は本発明の実施の形態４による投写型表示装置の構成例を示す図である。図において、図１と同一符号は同一または相当部分であり、また、８１は遮光絞りである。図１２は図１１の遮光絞りの正面図である。
遮光絞り８１は、主絞り８２と補助絞り８３から構成される。
【００７７】
カラーホイル１５の回転方向における主絞り８２の開口幅は、図４と同様に放電ランプ１０使用開始時の集光スポット１４の直径とおよそ等しくなるように設定されている。
【００７８】
補助絞り８３は、透光性ガラス８３ａの斜線で示す領域に多層膜８３ｂをコーテイングしたものである。多層膜８３ｂは、入射光に対して特定波長の光のみを反射する。補助絞り８３には、多層膜８３ｂの非蒸着部の大きさが主絞り８２の開口よりも小さくなるように多層膜８３ｂが蒸着されている。
【００７９】
これにより、遮光絞り８３の入射光が主絞り８２の開口を通過した後に、補助絞り８３の多層膜８３ｂにより特定波長の光が一部反射され、特定波長の通過光量が減少する。例えば、多層膜８３ｂが緑帯域の光のみ反射するものであれば、遮光絞り８１の入射光は緑帯域の光が少なくなって遮光絞り８１を出射する。
従って、光源のスペクトルに応じて多層膜８３ｂの特性を設定すれば、液晶パネル２０の表示画像のホワイトバランスを任意に設定できる。
【００８０】
また、図１２に示した主絞り８２を使用する代わりに、遮光絞り８３を構成する透光性ガラス８３ａの平面上に、例えば可視光を効率よく反射する銀やアルミニウム等を蒸着して、主絞り８２と等価な作用を有する蒸着膜を形成してもよい。その場合、主絞り用の蒸着膜と補助絞り用の多層膜８３ｂとは、透光性ガラス８３ａの同一平面上に重ねて形成してもよいし、それぞれを透光性ガラス８３ａの表裏に形成してもよい。
【００８１】
以上のように構成された本発明の実施の形態４による投写型表示装置によれば、遮光絞り８１に特定波長の光を反射する多層膜が設けられているので、液晶パネル２０による画像の混色表示を防止するとともに、表示画像のホワイトバランスを任意に調整することができ、明るく、高画質な画像表示が可能な投写型表示装置を実現できる。
【００８２】
なお、以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨に反しない範囲で種々の変形や変更が可能である。
例えば、本発明の実施の形態では、放電ランプ１０に超高圧水銀ランプを用いた例を示したが、メタルハライドランプやキセノンランプ等を用いても良い。その他ハロゲンランプ、ＬＥＤ等の放電ランプ以外の光源を用いても良い。
【００８３】
楕円面鏡１１の代わりに、放物面鏡と正パワーのレンズを組み合わせて光源の放射光を集光する構成にしてもよい。また、放物面鏡で反射した平行光をそのまま集光スポットとして利用する構成であってもよい。
【００８４】
遮光絞り１３は、その配置を特に限定するものではないが、カラーホイル１５の集光スポット１４が形成される位置に近いほど、画像の混色表示を効率的に防止することができ、具体的には集光スポット１４から空気間隔５ｍｍ以内の距離に遮光絞り１３を配置すればより好ましい。
【００８５】
遮光絞りは、カラーホイル１５回転時の空気抵抗が小さくなるような形状、例えば、光軸に垂直な面が略円形断面でえあれば好ましい。
遮光絞りは、カラーホイル１５の入射側、出射側のいずれに配置してもよいが、出射側に配置した方が遮光絞りの発熱が抑えられるのでより好ましい。
【００８６】
カラーホイル１５は、吸収型のフィルタの代わりに反射型のダイクロイックミラーを用いたものを使用して、その反射光により赤、緑、青の帯域の光の選択を行ってもよい。
【００８７】
カラーホイル１５は、赤、青、緑のフィルタで３分割したものに限定されず、分割数が３分割以上のものであってもよい。また、カラーホイル１５の形状は円盤状のものに限定されず、入射光に対して特定の波長帯域の光を時系列的に順次選択できるものであれば、本発明を実施する色選択手段として用いることができる。
【００８８】
本発明の実施の形態では、空間光変調素子として強誘電液晶パネル２０を用いた例を示したが、色順次表示が可能な応答時間を有するものであれば空間光変調素子として使用可能であり、例えば、ツイストネマティック液晶パネルや、光の散乱を利用した液晶パネル、その他光の回折，反射などの変化として映像信号に応じた光学像を形成するＤＭＤ等を用いてもよい。
【００８９】
本発明の実施の形態では、空間光変調素子を照明する照明手段として集光レンズ１８を用いているが、その代わりに２枚のレンズアレイや、ロッドレンズを用いてもよい。
【００９０】
本発明の実施の形態では、スクリーン上へ正面投写を行う投写型表示装置を記載しているが、透過型のスクリーンを用いて背面投写を行う投写型表示装置を構成してもよい。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に係る投写型表示装置によれば、白色光源と、前記光源の放射光を集光する集光手段と、前記集光手段で集光した光のうち、赤、緑、青の帯域の光を所定の順序で選択的に透過または反射する色選択手段と、前記色選択手段により透過または反射された光を集光して、後述する空間光変調素子を照明する照明手段と、前記照明手段から入射した光の変調を行う空間光変調素子と、前記空間光変調素子で変調した光を外部のスクリーン上に投影する投写手段と、前記色選択手段の入射光、若しくは、前記色選択手段により透過または反射された光の一部を遮光し、スクリーン上に表示される予定の色とは異なる色の帯域の光が前記空間光変調素子に入射するのを防止する遮光手段とを備えた構成であるので、前記空間光変調素子の黒表示期間を不要に長く設定しなくても混色を防止し、明るく、高画質な画像表示が可能な投写型表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による投写型表示装置の構成例を示す図である。
【図２】図１のカラーホイルの正面図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、光の入射側から見たカラーホイルと集光スポットの関係を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、光の入射側から見たカラーホイルと集光スポットの関係を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、光の出射側から見たカラーホイルと集光スポットと遮光絞りの関係を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、光の出射側から見たカラーホイルと集光スポットと遮光絞りの関係を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態２による投写型表示装置の構成例を示す図である。
【図８】図７の遮光絞りの正面図である。
【図９】本発明の実施の形態３による投写型表示装置の構成例を示す図である。
【図１０】図９のカラーホイルユニットの分解斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による投写型表示装置の構成例を示す図である。
【図１２】図１１の遮光絞りの正面図である。
【図１３】従来の投写型表示装置の構成例を示す図である。
【図１４】従来の投射型表示装置において、カラーホイルと集光スポットの関係を説明する図である。
【符号の説明】
１０、１００放電ランプ
１０ａ、１００ａ発光部
１１、１０１楕円面鏡
１２、１０２ＵＶ−ＩＲカットフィルタ
１３、５１、７６、８１遮光絞り
１４、１０８集光スポット
１５、７１、１０３カラーホイル
１６、７３モータ
１７回転制御部
１８、１０４集光レンズ
１９、１０５フィールドレンズ
２０、１０６液晶パネル
２１液晶駆動部
２２、１０７投写レンズ
５２絞り制御部
６１カラーホイルユニット
７４、７５カラーホイルケース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a projection for enlarging and projecting an image on a screen using a spatial light modulation element and a projection lens that are illuminated by light emitted from a light source and simultaneously form an optical image by supplying an image signal from the outside. The present invention relates to a type display device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, projection display devices using various spatial light modulation elements are known as video equipment for large screens. These use, for example, a transmissive or reflective liquid crystal panel as a spatial light modulator, illuminate the liquid crystal panel with a light source, and form an optical image on the liquid crystal panel according to a video signal supplied from the outside. The optical image formed on the screen is enlarged and projected on a screen by a projection lens.
[0003]
In recent years, as the need for higher brightness has increased, a three-plate projection display device using three spatial light modulation elements such as a liquid crystal panel has become the mainstream. However, there is a problem that the cost of the entire apparatus becomes high.
[0004]
On the other hand, for example, a single-plate projection display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-230383 is known in which only one liquid crystal panel is used to reduce the cost. However, such a projection display device has a problem that the resolution is substantially lowered because it is necessary to provide color filters of three primary colors for each pixel on the liquid crystal panel. In addition, the color filter loses about 2/3 of the illuminating light, resulting in a problem that the screen brightness is lowered.
[0005]
On the other hand, a color sequential projection display apparatus using a disk-shaped color foil is known. In this system, full color display is performed by sequentially irradiating one spatial light modulator with three primary colors of red, green, and blue.
[0006]
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a conventional projection display apparatus.
The ellipsoidal mirror 101 condenses white light emitted from the discharge lamp 100 on the color foil 103. The UV-IR cut filter 102 removes ultraviolet rays and infrared rays from the radiated light of the discharge lamp 100. The color foil 103 is a combination of red, green, and blue fan-shaped color filters in a disk shape, and selectively rotates light in the red, green, and blue bands from light incident from the discharge lamp 100 by rotating. Can penetrate. The condensing lens 104 efficiently condenses the light transmitted through the color foil 103 and irradiates the liquid crystal panel 106. The field lens 105 is used for condensing the light transmitted through the liquid crystal panel 106 on the projection lens 107.
[0007]
The liquid crystal panel 106 is rotated by irradiating the liquid crystal panel 106 with the radiated light of the discharge lamp 100 through the color foil 103, the condenser lens 104, and the field lens 105, and rotating the color foil 103 in synchronization with the image display on the liquid crystal panel 106. On 106, optical images corresponding to red, green and blue video signals are formed in a time division manner. By enlarging and projecting the optical image on the liquid crystal panel 106 onto a screen (not shown) by the projection lens 107, a large screen image of full color display can be obtained.
[0008]
According to this method, a high-resolution color image equivalent to the three-plate type can be obtained with one liquid crystal panel. In addition, since it is not necessary to provide a fine color filter for each pixel on the liquid crystal panel, the yield of the liquid crystal panel is improved and the cost of the apparatus can be reduced.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The projection display device shown in FIG. 13 achieves a resolution equivalent to that of a three-plate system with a single spatial light modulation element, and enables cost reduction and miniaturization of the device. There are challenges.
In FIG. 13, a condensing spot 108 is formed on the color foil 103 by the emitted light of the discharge lamp 100. The size of the focused spot 108 depends on the size of the light emitting part 100a of the discharge lamp 100. The larger the light emitting part 100a, the larger the focused spot 108 becomes.
[0010]
FIG. 14 is a diagram for explaining the relationship between the color foil 103 and the focused spot 108.
The color foil 103 is configured by combining, for example, red, green, and blue fan-shaped color filters 103R, 103G, and 103B in a disk shape. By rotating the color foil 103 in synchronization with the display on the liquid crystal panel 106, a full-color display is achieved. It becomes possible. However, when the condensing spot 108 straddles between two adjacent color filters, color mixture occurs because the transmitted light of the two color filters enters the liquid crystal panel at the same time. There is a problem that the image is displayed on the screen.
[0011]
Actually, during the period in which the boundaries 103RG, 103GB, and 103BR of the color filters 103R, 103G, and 103B pass through the light condensing spot 108, the liquid crystal panel 106 is displayed in black, that is, the above-described color mixing problem is solved. (Hereinafter, the period during which the liquid crystal panel 106 is displayed in black is referred to as the black display period).
[0012]
However, it is known that the light source used in the projection display device such as the discharge lamp 100 changes the size of the light emitting unit 100a (hereinafter referred to as arc length) during use. The arc length tends to become longer depending on the lighting time. Accordingly, the condensing spot 108 in the color foil 103 gradually increases during the life of the discharge lamp 100, and the period in which the condensing spot 108 spans adjacent two color filters is longer than the black display period of the liquid crystal panel 106. May be larger. In this case, it is not possible to prevent a mixed color optical image from being formed on the liquid crystal panel 106 during the black display period that is initially set, and an image having a color different from the color desired to be displayed is displayed on the screen.
[0013]
Assuming that the condensing spot 108 formed on the color foil 103 gradually increases as the arc length of the discharge lamp 100 changes, the black display period of the liquid crystal panel 106 may be set longer, but the black display The longer the period, the lower the proportion of light that irradiates the liquid crystal panel 106 and contributes to the original image display. Therefore, in the initial stage of use when the arc length of the discharge lamp 100 is relatively short, an unnecessary black display period is set, the light use efficiency is lowered, and the brightness of the image projected on the screen is lowered. End up.
[0014]
The present invention has been made in view of the above problems, and even when the light-emitting portion of the light source becomes large during use, preventing color mixing without unnecessarily setting the black display period of the liquid crystal panel brightly, An object of the present invention is to provide a projection display device capable of displaying a high-quality image.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A projection display device according to claim 1 of the present invention includes a white light source, a condensing unit that condenses the emitted light of the light source, and red, green, and blue light out of the light collected by the condensing unit. Color selection means for selectively transmitting or reflecting light in a band in a predetermined order; and illumination means for condensing the light transmitted or reflected by the color selection means to illuminate a spatial light modulation element to be described later. A spatial light modulation element that modulates light incident from the illumination means; a projection means that projects light modulated by the spatial light modulation element onto an external screen; and incident light of the color selection means, or the color A light shielding means for shielding a part of the light transmitted or reflected by the selection means and preventing light in a band of a color different from a color scheduled to be displayed on the screen from entering the spatial light modulator; It is provided with the feature.
[0016]
A projection display device according to a second aspect of the present invention is the projection display device according to the first aspect, wherein the light shielding means is formed of a member that blocks light, and a light transmitting portion having a predetermined size through which the light passes. It is characterized by having.
[0017]
A projection display device according to a third aspect of the present invention is the projection display device according to the second aspect, wherein the light transmission portion of the light shielding unit is configured to be in accordance with the wavelength of the light transmitted or reflected by the color selection unit. The size changes.
[0018]
A projection display device according to a fourth aspect of the present invention is the projection display device according to the second aspect, wherein the light that partially removes light in a specific wavelength band from the light incident on the light transmission part of the light shielding means. A removing means is provided.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a projection display apparatus according to the first aspect, wherein the light shielding means is disposed on an emission side of the color selection means. .
[0020]
A projection display device according to a sixth aspect of the present invention is the projection display device according to the first aspect, wherein the light shielding means is arranged such that an air interval with the color selection means is 5 mm or less. To do.
[0021]
A projection display device according to a seventh aspect of the present invention is the projection display device according to the first aspect, wherein the light source is an ultrahigh pressure mercury lamp.
[0022]
A projection display apparatus according to an eighth aspect of the present invention is the projection display apparatus according to the first aspect, wherein the condensing means is an ellipsoidal mirror.
[0023]
The projection display device according to claim 9 of the present invention is the projection display device according to claim 8, wherein the color selection means has a light transmission surface or reflection surface disposed in the vicinity of a long focal point of the elliptical mirror. It is characterized by that.
[0024]
A projection display device according to a tenth aspect of the present invention is the projection display device according to the first aspect, wherein the color selection means is configured by arranging fan-shaped red, green, and blue color filters in a disk shape. The color foil is characterized in that light of each color band is sequentially transmitted by rotating the color foil.
[0025]
The projection display device according to an eleventh aspect of the present invention is the projection display device according to the tenth aspect, wherein the light shielding means partially shields incident light with respect to a rotation direction of the color foil. In the radial direction, light is not shielded.
[0026]
A projection display device according to a twelfth aspect of the present invention is the projection display device according to the eleventh aspect, wherein the light shielding means is a stop having an opening of a predetermined size through which incident light passes, and a color foil. The aperture width of the aperture in the rotation direction is set to be equal to or smaller than the diameter of the focused spot formed on the color foil at the initial use of the light source, and the aperture in the radial direction of the color foil. The opening width is set to be equal to or larger than the diameter of the focused spot.
[0027]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the projection type display apparatus according to the first aspect, the light shielding means is characterized in that a surface orthogonal to the optical axis has a substantially circular cross section. .
[0028]
A projection display device according to a fourteenth aspect of the present invention is the projection display device according to the thirteenth aspect, characterized in that the light shielding means is substantially cylindrical.
[0029]
The projection display apparatus according to claim 15 of the present invention is the projection display apparatus according to claim 13, wherein the light shielding means is substantially conical.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments relating to the projection display device of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In the figure, 10 is a discharge lamp, 11 is an ellipsoidal mirror, 12 is a UV-IR cut filter, 13 is a light-shielding stop, 15 is a color foil, 16 is a motor for rotation, 17 is a rotation control unit, 18 is a condenser lens, Reference numeral 19 denotes a field lens, 20 denotes a transmissive liquid crystal panel, 21 denotes a liquid crystal driving unit, and 22 denotes a projection lens.
[0031]
The discharge lamp 10 is an ultra high pressure mercury lamp. This type of lamp has a high luminance of the light emitting part, can efficiently collect radiated light, has good color rendering properties, and is suitable for full color display. The discharge lamp 10 is arranged so that the center of gravity of the light emitting part 10a formed between the electrodes substantially coincides with the first focal point F1 (short focal point) of the ellipsoidal mirror.
[0032]
The ellipsoidal mirror 11 efficiently condenses the emitted light from the discharge lamp 10 to form a condensing spot 14 at the second focal point F2 (long focal point). The condensed spot 14 is a secondary light source equivalent to a real image of the light emitting unit 10a. The UV-IR cut filter 12 removes ultraviolet rays and infrared rays from the radiated light of the discharge lamp 10.
[0033]
The light-shielding diaphragm 13 is a conical diaphragm disposed on the light emission side of the color foil 15, and condenses a part of the light that is collected by the ellipsoidal mirror 11 and transmitted through the color foil 15. Moreover, the material of the light-shielding diaphragm 13 can be obtained at low cost by molding, for example, by using a thermoplastic such as PPS (polyphenylene sulfide, heat-resistant temperature 260 ° C.).
[0034]
For example, as shown in FIG. 2, the color foil 15 is formed by combining fan-shaped red, green, and blue color filters 15R, 15G, and 15B in a disk shape and fixing them with a donut-shaped holder 15a. The foil 15 surface is arranged so as to overlap the position of the second focal point F2 of the ellipsoidal mirror 11. The color foil 15 is provided with a rotation motor 16 such as a flat motor or a stepping motor.
[0035]
The rotation control unit 17 receives video signals of each color of red, green, and blue, and has a band of each color in synchronization with the display of each color of red, blue, and green on the liquid crystal panel 20 according to a synchronization signal included in the video signal. The rotation motor 16 is driven so that the light passes through the color foil 15. In order to control the rotation of the color foil 15, it is necessary to detect the position. For example, the holder 15a of the color foil 15 is black, a light reflecting surface is provided on a part of the holder 15a, and the position is detected by a photo sensor or the like. If it detects, position detection becomes possible.
[0036]
The condenser lens 18 is a positive power plano-convex lens, and efficiently condenses the light transmitted through the color foil 15 on the liquid crystal panel 20. The field lens 19 is used to collect the illumination light to the liquid crystal panel 20 by the condenser lens 18 and guide it to the projection lens 22.
[0037]
The liquid crystal panel 20 includes a liquid crystal layer and voltage applied to the liquid crystal layerAppliedThe ferroelectric liquid crystal panel includes a bistable element that switches between two states of ON / OFF. In the liquid crystal panel 20, for example, by controlling the gradation expression by PWM (pulse width modulation), the ON time of the bistable element can be changed, and the alignment direction of the liquid crystal molecules can be changed. The liquid crystal panel 20 includes polarizing plates (not shown) on the incident side and the emission side, and the polarization axis thereof is set according to the light distribution direction of the liquid crystal molecules. Note that the bistable element has a relatively short response time, and thus is suitable when performing color sequential display on the liquid crystal panel 20 as in the present invention.
[0038]
The liquid crystal drive unit 21 performs PWM (pulse width modulation) control of the liquid crystal panel 20 in accordance with red, green, and blue video signals received from an external device.
The projection lens 22 receives light transmitted through the liquid crystal panel 20 and enlarges and projects an image on the liquid crystal panel 20, that is, an optical image, onto a screen (not shown).
[0039]
The operation of the projection display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described below. When the emitted light of the discharge lamp 10 is condensed by the ellipsoidal mirror 11 and enters the color foil 15, a condensed spot 14 is formed on the surface of the color foil 15. When the color filters 15R, 15G, and 15B pass through the condensing spot 14 by the rotation of the rotation motor 16, light in the red, green, and blue bands sequentially passes through the color filters 15R, 15G, and 15B.
[0040]
For example, the period in which the liquid crystal panel 20 is controlled by the liquid crystal driving unit 21 based on the video signal for red display is synchronized with the period in which the red filter 15R of the color foil 15 passes through the condensing spot 14. The rotation control unit 17 controls the rotation of the color foil 15. The rotation control unit 17 similarly controls the rotation of the color foil 15 when other green and blue video signals are received.
[0041]
Thus, by rotating the color foil 15 and switching the monochrome gradation display of red, green, and blue in a short time and displaying them on the liquid crystal panel 20 as a result, an image displayed on the screen is consequently obtained. Synthesized visually, the viewer recognizes a full color image.
[0042]
However, during a certain period in which the boundaries of the color filters 15R, 15G, and 15B pass through the condensing spot 14, the condensing spot 14 straddles two adjacent color filters in the color foil 15, so that the liquid crystal panel 20 is displayed in black. Drive to prevent color mixing.
[0043]
FIG. 3 is a diagram for supplementarily explaining the relationship between the color foil 15 and the condensing spot 14 as viewed from the incident side of the color foil 15, and the black display period of the liquid crystal panel 20 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a state of use of the discharge lamp 10 in an initial stage.
[0044]
When the color foil 15 is rotated in the direction of the arrow in the figure, for example, a period during which the boundary 15RG between the red color filter and the green color filter passes through the condensed spot 14 is defined as a black display period of the liquid crystal panel 20. To do. Similarly, for the other boundaries 15GB and 15BR, a period in which the light passes through the condensed spot 14 is set as a black display period. As described above, the black display period of the liquid crystal panel 20 is set three times for each rotation of the color foil 15. This black display period is a collection formed on the color foil 15 in the initial use of the discharge lamp 10. It is set according to the size of the light spot 14.
[0045]
At a relatively early stage just before using the discharge lamp 10, the light condensed by the ellipsoidal mirror 11 reaches the color foil 15, and the condensed spot 14 having the size shown in FIG. Formed. At this stage, since the period over which the condensing spot 14 spans adjacent two color filters is shorter than the black display period of the liquid crystal panel 20, a mixed color optical image is not formed on the liquid crystal panel 20.
[0046]
In contrast, as the discharge lamp 10 is used for a long period of time, the arc length becomes longer, and as shown in FIG. 4, the diameter of the focused spot 14 increases in proportion to the arc length. Accordingly, the period in which the light-converging spot 14 extends over the adjacent two color filters is longer than the black display period of the liquid crystal panel 20, so that a mixed color optical image is formed on the liquid crystal panel 20.
[0047]
The above problem will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. When the condensing spot 14 is formed on the red filter 15R, the liquid crystal panel 20 is driving for red display. Then, immediately before the boundary 15RG of the color foil 15 reaches the start point 31a of the black display period, that is, immediately before the liquid crystal panel 20 performs black display, a part of the condensed spot 14 is also present in the green filter 15G region. Therefore, an image in which green is mixed with red is displayed on the liquid crystal panel 20.
[0048]
Next, when the boundary 15RG reaches the end point 31b of the black display period 31, the liquid crystal panel 20 ends the black display, and immediately after that, starts driving for green display. However, at this time, since a part of the condensing spot 14 also exists in the red filter 15R region, an image in which red is mixed with green is displayed on the liquid crystal panel 20.
[0049]
Similarly, when the boundaries 15GB and 15BR pass through the condensing spot 14, the liquid crystal panel 20 displays an image in which blue and green, which are different from the colors originally displayed, and an image in which blue and red are mixed.
[0050]
Therefore, assuming that the arc length of the light source is increased, a longer black display period may be set in advance. However, when the black display period of the liquid crystal panel 20 becomes longer, the brightness of the display image decreases. Therefore, it is not preferable.
[0051]
Therefore, in the present invention, in order to solve the above problem, a part of the light condensed by the ellipsoidal mirror 11 and transmitted through the color foil 15 by the light-shielding diaphragm 13 is shielded, and the size of the light-collecting spot 14 is reduced. Preventing it from becoming larger than desired.
[0052]
Hereinafter, a specific configuration and operation of the light blocking diaphragm 13 will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship among the color foil 15, the light-collecting spot 14, and the light-shielding stop 13 as viewed from the light-emitting side of the color foil 15, and shows the initial state of use of the discharge lamp 10.
[0053]
In FIG. 5, the light-shielding stop 13 needs to limit the size of the focused spot 14 along the rotation direction of the color foil 15. Therefore, the opening width of the light-shielding diaphragm 13 in the rotation direction of the color foil 15 is set to be approximately equal to the diameter of the condensing spot 14 at the start of use of the discharge lamp 10. On the other hand, with respect to the radial direction of the color foil 15, it is not necessary to limit the opening width of the light-shielding diaphragm 13, and a sufficient opening width may be given so as not to shield the condensed spot 14.
[0054]
Here, at a relatively early stage immediately after using the discharge lamp 10, the condensed spot 14 is small as shown in FIG. 5, and the transmitted light of the color foil 15 is almost shielded by the light-shielding diaphragm 13. In addition, the light use efficiency is not greatly reduced by the light-shielding diaphragm 13.
[0055]
As shown in FIG. 6, when the size of the condensing spot 14 is increased, the light is simultaneously incident on the adjacent two color filters immediately before and after the black display period of the liquid crystal panel 20. 13 prevents the occurrence of color mixing in an image by shielding light that contributes to color generation. In addition, by using the light-shielding diaphragm 13, the black display period of the liquid crystal panel 20 can be minimized, and a high-quality image can be obtained without impairing the luminance of the image.
[0056]
The effect of the present invention can be obtained even if the opening width of the light-shielding diaphragm 13 in the rotation direction of the color foil 15 is set smaller than the diameter of the condensing spot 14 at the start of use of the discharge lamp 10. However, in this case, the light use efficiency decreases according to the brightness distribution of the focused spot 14.
[0057]
Further, since the intensity of the transmitted light of the color foil 15 is about 1/3 of the incident light, the amount of light blocked by the light-shielding diaphragm 13 disposed on the emission side of the color foil 15 is also about 1/3 of the incident light. Become. Thereby, the heat generation of the light-shielding diaphragm 13 due to light is suppressed, and the reliability of the apparatus is improved.
[0058]
Moreover, since the conical shape is used for the light-shielding diaphragm 13, the air resistance during the rotation of the color foil 15 can be reduced, and noise can be suppressed. The light-shielding diaphragm 13 is not limited to a conical shape, and may be any shape as long as the surface perpendicular to the optical axis has a substantially circular cross section.
[0059]
According to the projection display device according to the first embodiment of the present invention configured as described above, by providing the light-shielding diaphragm 13, an image can be displayed without setting the black display period of the liquid crystal panel 20 unnecessarily long. Can be prevented, and a projection display device capable of displaying a bright and high-quality image can be realized. Further, by arranging the light blocking diaphragm 13 on the emission side of the color foil 15, the temperature increase of the light blocking diaphragm 13 can be suppressed and the reliability of the apparatus can be improved. Furthermore, the shape of the light-shielding diaphragm 13 can be conical, and noise during rotation of the color foil 15 can be suppressed.
[0060]
(Embodiment 2)
[0061]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a projection display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts. FIG. 8 is a front view of the light-shielding diaphragm of FIG.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the size of the opening of the light-shielding diaphragm 51 can be changed in synchronization with the display on the liquid crystal panel 20.
Specifically, as shown in FIG. 8, the light-shielding diaphragm 51 includes a main diaphragm 51a, a movable part 51b, and a diaphragm control motor 51c that drives the movable part 51b.
[0062]
The aperture shape of the main aperture 51a is the same as that shown in FIG. 5, and the aperture width in the rotation direction of the color foil 15 is set to be approximately equal to the diameter of the condensing spot 14 when the discharge lamp 10 starts to be used. ing. By driving the aperture control motor 51c, the movable portion 51b is shown as a solid line.51b ″Wavy lines from the position indicated by51b 'It is possible to adjust the size of the opening of the light-shielding stop 51 by moving to the position indicated by or in the opposite direction.
[0063]
The aperture control motor 51c is driven by an aperture control unit 52 shown in FIG. The aperture control unit 52 receives video signals of red, blue, and green from an external device, drives the aperture control motor 51c in accordance with a synchronization signal included in the video signal, and displays the image on the liquid crystal panel 20 and the light-shielding aperture 51. Control is performed so that the opening and closing of the movable portion 51b is synchronized.
[0064]
For example, during an image display period in which the liquid crystal panel 20 corresponds to red and blue, the movable portion 51b of the light-shielding diaphragm 51 is moved to the position of the wavy line 51b ′ by driving the control motor 51c. During the video display period corresponding to the movable part 51b,solid lineAs a result, the amount of green light reaching the liquid crystal panel 20 is reduced, so that the white balance in the white display is changed.
As described above, when the light of a specific color passes through the light-shielding stop 51, the white balance of the image can be arbitrarily adjusted by adjusting the size of the opening of the light-shielding stop 51.
[0065]
According to the projection display device according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the size of the opening of the light-shielding diaphragm 51 can be adjusted in synchronization with the video signal. And a white balance of the display image can be arbitrarily adjusted, and a projection display device capable of displaying a bright and high-quality image can be realized.
[0066]
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a projection display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and 61 denotes a color foil unit. FIG. 10 is an exploded perspective view of the color foil unit of FIG.
The color foil unit 61 includes a color foil 71, a motor 73, and color foil cases 74 and 75.
[0067]
The color foil 71 is obtained by combining fan-shaped red, green, and blue color filters 71R, 71G, and 71B in a disk shape and fixed by a holder 72, and is rotated by a motor 73.
[0068]
The motor 73 includes a rotating portion 73 a and a base plate 73 b, the rotating portion 73 a of the motor 73 is connected to the holder 72 of the color foil 71, and the base plate 73 b of the motor 73 is fixed to the color foil case 74.
[0069]
The color foil case 74 includes an entrance window 77 having a sufficient size in an optical path covered with a light-transmitting glass, and a light-shielding diaphragm 76. The color foil case 75 includes an emission window 78 having a sufficiently large size in the optical path covered with the translucent glass. Further, instead of installing the UV-IR cut filter 12, at least one of the translucent glasses provided in the entrance window 77 and the exit window 78 of the color foil cases 74 and 75 is used as a filter for removing ultraviolet rays and infrared rays. Also good.
[0070]
The light-shielding diaphragm 76 has the aperture opening projecting inside the color foil case 74 so that the aperture opening is disposed close to the color foil 71. Further, the projecting portion of the light blocking diaphragm 76 is formed in a cylindrical shape. The shading stop 76 is a color foil.71Is set to be approximately equal to the diameter of the focused spot 14 at the start of use of the discharge lamp 10. The light-shielding diaphragm 76 may be separate from or integrated with the color foil case 74.
[0071]
If the color foil case 75 is fixed to the color foil case 74, the color foil 71 can be held in the sealed space, and the safety when the color foil 71 is broken can be improved.
[0072]
The light condensed by the ellipsoidal mirror 11 enters from the incident window 77 of the color foil case 74, and the light selectively transmitted through the color foil 71 exits from the emission window 78 of the color foil case 75. The light-shielding diaphragm 76 has the same operation as that of the first embodiment, partially blocks light incident on the color foil cases 74 and 75, and prevents mixed-color display of an image that becomes a problem after the discharge lamp 10 has been used for a long time. be able to.
[0073]
Here, when the color foil 71, the motor 73, and the color foil cases 74 and 75 are fixed to each other, the air gap between the color foil 71 and the light-shielding diaphragm 76 is set to 2 mm, for example. Thus, the smaller the air gap between the color foil 71 and the light-shielding diaphragm 76 is, the more preferable.
[0074]
Further, even if the light blocking diaphragm 76 is disposed close to the color foil 71 as described above, since the protruding portion of the light blocking diaphragm 76 is formed in a cylindrical shape, the air resistance of the light blocking diaphragm 76 is reduced when the color foil 71 rotates. Small and can reduce noise. In addition, the protruding portion of the light-shielding diaphragm 76 may have a shape other than a cylindrical shape. For example, the same effect can be obtained if the air resistance is reduced, for example, the side surface of the protruding portion is inclined to be conical. Can do.
[0075]
According to the projection type display device according to the third embodiment of the present invention configured as described above, the color foil 71 is hermetically held in the color foil cases 74 and 75 having the light-shielding diaphragm 76, whereby the liquid crystal panel 20. In addition to preventing mixed color display of images, it is possible to improve safety performance. Furthermore, noise can be reduced by making the protrusions of the light-shielding diaphragm 76 in the color wheel cases 74 and 75 have a relatively low air resistance. In addition, the light shielding effect can be obtained efficiently by setting the air gap between the color foil 71 and the light shielding diaphragm 76 within 5 mm.
[0076]
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a projection display apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and 81 denotes a light shielding stop. 12 is a front view of the light-shielding diaphragm of FIG.
The light blocking diaphragm 81 includes a main diaphragm 82 and an auxiliary diaphragm 83.
[0077]
The opening width of the main diaphragm 82 in the rotation direction of the color foil 15 is set to be approximately equal to the diameter of the focused spot 14 at the start of use of the discharge lamp 10 as in FIG.
[0078]
The auxiliary diaphragm 83 is obtained by coating a multilayer film 83b in a hatched region of the translucent glass 83a. The multilayer film 83b reflects only light having a specific wavelength with respect to incident light. A multilayer film 83 b is deposited on the auxiliary diaphragm 83 so that the size of the non-deposition portion of the multilayer film 83 b is smaller than the opening of the main diaphragm 82.
[0079]
Thereby, after the incident light of the light-shielding stop 83 passes through the opening of the main stop 82, the light having a specific wavelength is partially reflected by the multilayer film 83b of the auxiliary stop 83, and the amount of light passing through the specific wavelength is reduced. For example, if the multilayer film 83 b reflects only the light in the green band, the light incident on the light-shielding diaphragm 81 is emitted from the light-shielding diaphragm 81 with less light in the green band.
Therefore, if the characteristic of the multilayer film 83b is set according to the spectrum of the light source, the white balance of the display image on the liquid crystal panel 20 can be arbitrarily set.
[0080]
Further, instead of using the main diaphragm 82 shown in FIG. 12, for example, silver, aluminum, or the like that efficiently reflects visible light is vapor-deposited on the plane of the translucent glass 83a that constitutes the light-shielding diaphragm 83. A vapor deposition film having an action equivalent to that of the diaphragm 82 may be formed. In that case, the vapor deposition film for the main diaphragm and the multilayer film 83b for the auxiliary diaphragm may be formed on the same plane of the translucent glass 83a, or each may be formed on the front and back of the translucent glass 83a. May be.
[0081]
In the projection display device according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above, since the multilayer film that reflects light of a specific wavelength is provided on the light-shielding diaphragm 81, the color mixture of the image by the liquid crystal panel 20 In addition to preventing the display, the white balance of the display image can be arbitrarily adjusted, and a projection display device capable of displaying a bright and high-quality image can be realized.
[0082]
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the embodiment of the present invention, an example in which an ultra-high pressure mercury lamp is used as the discharge lamp 10 is shown, but a metal halide lamp, a xenon lamp, or the like may be used. In addition, a light source other than a discharge lamp such as a halogen lamp or LED may be used.
[0083]
Instead of the ellipsoidal mirror 11, a configuration may be adopted in which the emitted light of the light source is collected by combining a parabolic mirror and a positive power lens. Moreover, the structure which utilizes the parallel light reflected by the parabolic mirror as it is as a condensing spot may be sufficient.
[0084]
The arrangement of the light-shielding diaphragm 13 is not particularly limited. However, the closer to the position where the condensing spot 14 of the color foil 15 is formed, the more efficiently the mixed color display of the image can be prevented. It is more preferable if the light-shielding diaphragm 13 is disposed at a distance within 5 mm from the focused spot 14.
[0085]
It is preferable that the light-shielding diaphragm has a shape that reduces the air resistance when the color foil 15 rotates, for example, a surface perpendicular to the optical axis is a substantially circular cross section.
The light-shielding diaphragm may be disposed on either the incident side or the light-exiting side of the color foil 15, but it is more preferable that the light-shielding diaphragm is disposed on the light-emitting side because heat generation of the light-shielding diaphragm is suppressed.
[0086]
The color foil 15 may use a reflection type dichroic mirror instead of the absorption type filter, and select light in the red, green, and blue bands based on the reflected light.
[0087]
The color foil 15 is not limited to the one divided into three by the red, blue and green filters, and the number of divisions may be three or more. Further, the shape of the color foil 15 is not limited to a disk shape, and as long as it can sequentially select light in a specific wavelength band in time series with respect to incident light, it can be used as color selection means for carrying out the present invention. Can be used.
[0088]
In the embodiment of the present invention, an example in which the ferroelectric liquid crystal panel 20 is used as a spatial light modulator is shown. However, any liquid crystal panel having a response time capable of color sequential display can be used. For example, a twisted nematic liquid crystal panel, a liquid crystal panel using light scattering, or a DMD that forms an optical image corresponding to a video signal as changes in light diffraction or reflection may be used.
[0089]
In the embodiment of the present invention, the condensing lens 18 is used as an illuminating means for illuminating the spatial light modulator, but two lens arrays or rod lenses may be used instead.
[0090]
In the embodiment of the present invention, a projection display device that performs front projection onto a screen is described. However, a projection display device that performs rear projection using a transmission screen may be configured.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, according to the projection display apparatus of the first aspect of the present invention, among the white light source, the light collecting means for collecting the light emitted from the light source, and the light collected by the light collecting means. Color selection means for selectively transmitting or reflecting light in the red, green, and blue bands in a predetermined order, and the light transmitted or reflected by the color selection means is condensed to be described later. Illuminating means for illuminating light, a spatial light modulating element for modulating light incident from the illuminating means, a projecting means for projecting light modulated by the spatial light modulating element onto an external screen, and a color selecting means The incident light or a part of the light transmitted or reflected by the color selection means is shielded, and the light of the color band different from the color scheduled to be displayed on the screen is incident on the spatial light modulator. Since it has a light-shielding means to prevent Wherein also prevent color mixing without setting unnecessarily long black display period of the spatial light modulator, bright, it is possible to realize a projection type display device capable of high-quality image display.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a projection display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the color foil of FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining a relationship between a color foil and a focused spot viewed from the light incident side in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between a color foil and a focused spot viewed from the light incident side in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship among a color foil, a condensing spot, and a light-shielding stop as viewed from the light emission side in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a relationship among a color foil, a condensing spot, and a light-shielding stop as viewed from the light emission side in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a projection display apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a front view of the light-shielding diaphragm of FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a projection display apparatus according to a third embodiment of the present invention.
10 is an exploded perspective view of the color foil unit of FIG. 9. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of a projection display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
12 is a front view of the light-shielding diaphragm of FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional projection display apparatus.
FIG. 14 is a diagram for explaining the relationship between a color foil and a focused spot in a conventional projection display device.
[Explanation of symbols]
10, 100 Discharge lamp
10a, 100a Light emitting part
11, 101 Ellipsoidal mirror
12, 102 UV-IR cut filter
13, 51, 76, 81 Shading stop
14, 108 Focusing spot
15, 71, 103 color foil
16, 73 motor
17 Rotation control unit
18, 104 condenser lens
19, 105 Field lens
20, 106 LCD panel
21 Liquid crystal drive
22, 107 Projection lens
52 Aperture control unit
61 Color foil unit
74,75 color foil case

Claims

A white light source,
Condensing means for condensing the emitted light of the light source;
Of the light collected by the light collecting means, color selection means for selectively transmitting or reflecting light in a red, green, and blue band in a predetermined order;
Illuminating means for condensing the light transmitted or reflected by the color selecting means and illuminating a spatial light modulation element described later;
A spatial light modulator for modulating light incident from the illumination means;
Projection means for projecting light modulated by the spatial light modulator on an external screen;
The incident light of the color selection means or a part of the light transmitted or reflected by the color selection means is shielded, and light in a band of a color different from the color scheduled to be displayed on the screen is modulated by the spatial light modulation. A light shielding means for preventing the light from entering the element,
A projection display device characterized by that.

The projection display device according to claim 1,
The projection-type display device, wherein the light-shielding means is made of a member that blocks light, and has a light transmitting portion having a predetermined size through which light passes.

The projection display device according to claim 2, wherein
A projection display apparatus, wherein the size of the light transmission portion of the light shielding means changes according to the wavelength of light transmitted or reflected by the color selection means.

The projection display device according to claim 2, wherein
A projection display apparatus comprising: a light removing unit that removes a part of light in a specific wavelength band from light incident on a light transmitting portion of the light shielding unit.

The projection display device according to claim 1,
The projection display device, wherein the light shielding means is disposed on an emission side of the color selection means.

The projection display device according to claim 1,
The projection type display apparatus, wherein the light shielding means is arranged with an air gap of 5 mm or less from the color selection means.

The projection display device according to claim 1,
The projection display device, wherein the light source is an ultra-high pressure mercury lamp.

The projection display device according to claim 1,
The projection display device, wherein the light condensing means is an ellipsoidal mirror.

The projection display device according to claim 8, wherein
The projection display device, wherein the color selection means has a light transmission surface or a reflection surface disposed in the vicinity of a long focal point of the elliptical mirror.

The projection display device according to claim 1,
The color selection means is a color foil configured by arranging fan-shaped red, green, and blue color filters in a disk shape, and rotating the color foil sequentially transmits light of each color band. A projection display device characterized.

The projection display device according to claim 10, wherein
The projection-type display device, wherein the light shielding means partially shields incident light in the rotation direction of the color foil and does not shield the radial direction of the color foil.

The projection display device according to claim 11, wherein
The light shielding means is a stop having an opening of a predetermined size through which incident light passes, and the opening width of the stop in the rotation direction of the color foil is a concentration formed on the color foil at the initial use of the light source. A projection display characterized in that it is set to be equal to or smaller than the diameter of the light spot, and the aperture width of the aperture in the radial direction of the color foil is set to be equal to or larger than the diameter of the focused spot. apparatus.

The projection display device according to claim 1,
The projection type display device, wherein the light shielding means has a substantially circular cross section perpendicular to the optical axis.

The projection display device according to claim 13, wherein
The projection type display device, wherein the light shielding means is substantially cylindrical.

The projection display device according to claim 13, wherein
The projection type display apparatus, wherein the light shielding means is substantially conical.