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JP2006017931A - Image display device - Google Patents

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JP2006017931A
JP2006017931A JP2004194469A JP2004194469A JP2006017931A JP 2006017931 A JP2006017931 A JP 2006017931A JP 2004194469 A JP2004194469 A JP 2004194469A JP 2004194469 A JP2004194469 A JP 2004194469A JP 2006017931 A JP2006017931 A JP 2006017931A
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JP
Japan
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light
image forming
diffraction grating
forming apparatus
image
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Pending
Application number
JP2004194469A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisao Matsumoto
久雄 松本
Atsuko Ota
温子 太田
Hisayoshi Toratani
久良 虎溪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Hoya Corp filed Critical Hoya Corp
Priority to JP2004194469A priority Critical patent/JP2006017931A/en
Publication of JP2006017931A publication Critical patent/JP2006017931A/en
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device which attains low power consumption and high durability, and additionally, in particular attains downsizing and cost reduction. <P>SOLUTION: The image display device has a plurality of light sources 1-1, 1-2, 1-3 which generate visible light rays with respectively different wavelengths, variable diffraction gratings 3-1, 3-2 on which the light rays emitted from the plurality of light sources are made incident, and which controls advancing directions of the respective light rays by controlling the diffraction efficiency to make them into light rays advancing on the identical optical path and emit them, an image forming element 7 which has a number of pixels and forms an image by controlling the respective pixels with electric signals and controlling the light rays emitted from the diffraction gratings and a screen 9 on which the image formed with the image forming element 7 is projected via a projection lens 8. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光源からの光を液晶パネル等の画像素子を通じて制御して画像を形成する画像形成装置であって、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化を可能にした画像形成装置及びこの画像形成装置を利用したプロジェクターに関する。   The present invention relates to an image forming apparatus for forming an image by controlling light from a light source through an image element such as a liquid crystal panel, and in particular, in addition to power saving and high durability, an image forming apparatus that can be miniaturized. And a projector using the image forming apparatus.

光源からの光を液晶パネル等の画像素子を通じて制御して画像を形成する画像形成装置としては、例えば、特許文献1、特許文献2に記載のものが知られている。特許文献1に記載の装置は、光源からの光を液晶パネルに導いてバックライトとして用い、液晶パネルに表示された画像を接眼レンズを通じて観察するようにした装置である。図10、図11は特許文献1に記載された画像形成装置を原理的に説明するための説明図である。図10に示される装置は、クロスダイクロイックミラー40の直交する3つの入射方向に、図示しないが、赤色(R)のLED、緑色(G)のLED、青色(B)のLEDをそれぞれ配置し、これらから出射する光をクロスダイクロイックミラー10によって同一光路上に導き、液晶パネルに照射して画像を形成するようにしたものである。この場合、ダイクロイックミラー10内においては、赤色光は赤色反射ダイクロイックミラー10Rによって反射され、青色光は青色反射ダイクロイックミラー10Bによって反射され、緑色光はそのまま通過する。   As an image forming apparatus that forms an image by controlling light from a light source through an image element such as a liquid crystal panel, for example, those described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known. The device described in Patent Document 1 is a device that guides light from a light source to a liquid crystal panel and uses it as a backlight, and observes an image displayed on the liquid crystal panel through an eyepiece. 10 and 11 are explanatory views for explaining the principle of the image forming apparatus described in Patent Document 1. FIG. The apparatus shown in FIG. 10 arranges a red (R) LED, a green (G) LED, and a blue (B) LED in three orthogonal incident directions of the cross dichroic mirror 40, although not shown. The light emitted from these is guided to the same optical path by the cross dichroic mirror 10 and irradiated to the liquid crystal panel to form an image. In this case, in the dichroic mirror 10, red light is reflected by the red reflecting dichroic mirror 10R, blue light is reflected by the blue reflecting dichroic mirror 10B, and green light passes as it is.

また、図11に示される装置は、青色(B)反射のダイクロイックミラー20B、赤色(R)反射のダイクロイックミラー20R及び緑色(G)のLEDを同一光路上に配置し、この光路に直交する方向であって、青色(G)反射のダイクロイックミラー20B及び赤色(R)反射のダイクロイックミラー20Rのそれぞれに対向する位置に、それぞれ青色(B)のLED及び赤色(R)のLEDを配置することによって、R,G,Bの光を同一光路上に導き、液晶パネルに照射して画像を形成するようにしたものである。   The apparatus shown in FIG. 11 has a blue (B) reflecting dichroic mirror 20B, a red (R) reflecting dichroic mirror 20R, and a green (G) LED arranged on the same optical path, and a direction orthogonal to the optical path. By disposing the blue (B) LED and the red (R) LED at positions facing the blue (G) reflective dichroic mirror 20B and the red (R) reflective dichroic mirror 20R, respectively. , R, G, and B light are guided on the same optical path, and the liquid crystal panel is irradiated to form an image.

この場合、液晶パネルとしてカラー液晶パネルを用いる場合には、赤(R)、緑(G)、青(B)の各LEDから出射する光をハーフミラーによって同一光路上で合成し、略白色光にしてから液晶パネルに照射する。白黒液晶パネルを用いる場合には、白黒液晶パネルに、赤(R)、緑(G)、青(B)の各画像信号を順次送り、各色の画像信号に同期して各々R,G,BのLED光源を順次切り替えて各色の光を照射する。これにより、カラー画像表示を行うようにしている。   In this case, when a color liquid crystal panel is used as the liquid crystal panel, the light emitted from each LED of red (R), green (G), and blue (B) is synthesized on the same optical path by a half mirror, and substantially white light Then irradiate the liquid crystal panel. When a monochrome liquid crystal panel is used, red (R), green (G), and blue (B) image signals are sequentially sent to the monochrome liquid crystal panel, and each of R, G, B is synchronized with each color image signal. The LED light sources are sequentially switched to emit light of each color. Thereby, a color image display is performed.

特許文献2に記載の装置は、光源からの光をDMD(ディジタルマイクロミラーデバイス)パネルに導き、DMDパネルによって形成された画像を投影レンズによってスクリーン等に投影するようにしたプロジェクターである。この装置は、光源として、赤(R)、緑(G)、青(B)の各LEDアレイを用い、これらから出射する光をフライアイレンズアレイを介してクロスダイクロイックプリズム(XDP)によって同一光路上に導いてDMDパネルに照射するようにし、赤(R)、緑(G)、青(B)の各LEDアレイのオン・オフ信号とDMDの対応する各画素のオン・オフ信号とを同期させることによりカラー画像を形成するようにしたものである。R,G,Bの光をクロスダイクロイックプリズム(ミラー)を用いて同一光路に導く点は特許文献1の装置と同様である。
特許第3298324号公報 特開2003−186110
The apparatus described in Patent Document 2 is a projector that guides light from a light source to a DMD (digital micromirror device) panel and projects an image formed by the DMD panel onto a screen or the like by a projection lens. This device uses red (R), green (G), and blue (B) LED arrays as light sources, and the light emitted from these LEDs is sent to the same light by a cross dichroic prism (XDP) via a fly-eye lens array. The light is guided onto the road to illuminate the DMD panel, and the on / off signals of the red (R), green (G), and blue (B) LED arrays are synchronized with the on / off signals of the corresponding pixels of the DMD. By doing so, a color image is formed. The point which guide | induces the light of R, G, B to the same optical path using a cross dichroic prism (mirror) is the same as that of the apparatus of patent document 1. FIG.
Japanese Patent No. 3298324 JP 2003-186110 A

ところで、本発明者の研究によれば、上述の従来の画像表示装置は、R,G,Bの光を同一光路に導くためにクロスダイクロイックミラー等のハーフミラーを用いていることなどから光の利用効率が必ずしも十分でなく、また、装置の小型化や製造コスト低減にも限界のあることが判明した。図12、図13は、上述の従来の装置の光利用効率の説明図である。以下、これらの図を参照にしながら上記従来の装置の光利用効率を説明する。   By the way, according to the inventor's research, the above-described conventional image display device uses a half mirror such as a cross dichroic mirror to guide R, G, B light to the same optical path. It has been found that the utilization efficiency is not always sufficient, and there is a limit to downsizing the device and reducing the manufacturing cost. 12 and 13 are explanatory diagrams of the light utilization efficiency of the above-described conventional apparatus. Hereinafter, the light utilization efficiency of the conventional apparatus will be described with reference to these drawings.

いま、図12に示したように、光源として用いているLED11は、LEDチップ11aの前にコリメータレンズ11bを配置したものであるとする。この場合、光源たるLEDチップ11aは、有限の大きさを有する。それゆえ、光源の前に配置されたコリメーターレンズ11bで光を平行光にする場合、光源の中心からの光は光軸Oに平行になるが、光源の中心からyだけ離れた光源位置からの光は、次の関係式で示されるΘの角度を持ってコリメーターレンズを出射する。
tan(Θ)=y/f
ここで記号は以下を表す。
Θ : 光軸からの角度
y : 光源の像高
f : コリメータレンズの焦点距離
Now, as shown in FIG. 12, it is assumed that the LED 11 used as the light source has a collimator lens 11b disposed in front of the LED chip 11a. In this case, the LED chip 11a as a light source has a finite size. Therefore, when collimating the light with the collimator lens 11b disposed in front of the light source, the light from the center of the light source is parallel to the optical axis O, but from a light source position that is separated by y from the center of the light source. Light exits from the collimator lens at an angle of θ shown by the following relational expression.
tan (Θ) = y / f
Here, the symbols represent the following.
Θ: angle from optical axis y: image height of light source f: focal length of collimator lens

図10に示される装置の場合では、LED11から射出した緑光(G)は、図13に示されるように,クロスダイクロイックミラー(プリズム)10に入射し、赤色(R)反射のダイクロイックミラー10R及び青色(B)反射のダイクロイックミラー10Bを通過して液晶パネルに照射される。ここで、赤色(R)反射のダイクロイックミラー10Rに着目する。上記緑色光(G)光は、光源の像高に対応して、赤色(R)反射のダイクロイックミラー10Rに対して上記式によって定まる角度で入射することになる。例えば、光源の中心から射出した光は45°で入射する。しかし、光源の中心以外から射出した光は45°以外の角度で入射する。   In the case of the apparatus shown in FIG. 10, the green light (G) emitted from the LED 11 enters the cross dichroic mirror (prism) 10 as shown in FIG. 13, and the red (R) reflecting dichroic mirror 10R and the blue light. (B) The liquid crystal panel is irradiated through the reflective dichroic mirror 10B. Here, attention is focused on the dichroic mirror 10R reflecting red (R). The green light (G) is incident on the red (R) reflecting dichroic mirror 10R at an angle determined by the above equation, corresponding to the image height of the light source. For example, light emitted from the center of the light source enters at 45 °. However, light emitted from other than the center of the light source is incident at an angle other than 45 °.

いま、例えば、図13に示したように、赤色(R)反射のダイクロイックミラー10Rに、光が45°、38.4°、51.6°で入射したとする。図14はダイクロイックミラーの光反射特性及びR,G,BそれぞれのLEDの発光特性の例を示す図である。ダイクロイックミラーは、いわゆる成膜シャープカットフィルターであり、カットオフ波長はフィルターへの入射角度に依存する。図14に示した例では、入射角度が51.6°では、緑色LEDの発光波長の一部が反射されることになる。このため、その分、光の利用効率が低下することになる。また、青色LEDに対する青色(B)反射のダイクロイックミラーにおいては、光の入射角度が51.6°では、青色光の一部が透過するので、その分光利用効率が低下する。   Now, for example, as shown in FIG. 13, it is assumed that light is incident on the dichroic mirror 10R reflecting red (R) at 45 °, 38.4 °, and 51.6 °. FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the light reflection characteristics of the dichroic mirror and the light emission characteristics of the R, G, and B LEDs. The dichroic mirror is a so-called film-shaping sharp cut filter, and the cutoff wavelength depends on the incident angle to the filter. In the example shown in FIG. 14, when the incident angle is 51.6 °, a part of the emission wavelength of the green LED is reflected. For this reason, the light use efficiency is reduced accordingly. In addition, in the blue (B) reflection dichroic mirror for the blue LED, when the light incident angle is 51.6 °, a part of the blue light is transmitted, so that the spectral utilization efficiency is lowered.

また、上述の従来の装置では、クロスダイクロイックミラー(プリズム)を用いる場合は、クロスダイクロイックミラー(プリズム)を安価に構成するために図のような90度の直角プリズムでの構成が一般的である。このようにすると、LEDがプリズムの周囲3方向に配置することになり、比較的大きなスペースが必要となる。また、図11に示されるようなミラーでの合成の場合は、図中横方向に比較的大きなスペースが必要になる。   Further, in the above-described conventional apparatus, when a cross dichroic mirror (prism) is used, a 90-degree right angle prism as shown in the figure is generally used in order to configure the cross dichroic mirror (prism) at low cost. . If it does in this way, LED will be arrange | positioned in three directions around a prism, and a comparatively big space is needed. In addition, in the case of combining with a mirror as shown in FIG. 11, a relatively large space is required in the horizontal direction in the figure.

さらには、シャープカットフィルターたるダイクロイックミラーは、透過率の立ちあがり(立下り)が鋭敏であることと、この立ちあがり(立下り)の波長が製品間で所定範囲内で安定している必要がある。シャープな立ちあがりのためには幾層ものコートが必要であるが、このような多層コートを歩留まりよく生産することは容易でない。それゆえ、結局、ダイクロイックミラーはどうしても高価にならざるを得ないのが実情である。加えて、成膜には高価な設備を必要とするので、設備投資も大変である。
本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化及びローコスト化を可能にした画像表示装置を提供することを目的とする。
Furthermore, the dichroic mirror that is a sharp cut filter requires that the transmittance rises (falls) sharply and that the wavelength of the rise (fall) is stable within a predetermined range between products. Several layers of coating are required for a sharp start-up, but it is not easy to produce such a multilayer coating with a high yield. Therefore, in the end, dichroic mirrors are inevitably expensive. In addition, since expensive equipment is required for film formation, capital investment is also difficult.
The present invention has been made under the above-described background, and an object of the present invention is to provide an image display apparatus that can be particularly reduced in size and cost in addition to power saving and high durability.

上述の課題を解決するための手段として、第1の手段は、
それぞれ異なる波長の可視光を発生する複数の光源と、
前記複数の光源から射出される光を入射し、回折効率を制御することによってそれぞれの光の進行方向を制御して同一の光路上を進行する光にして射出する可変型回折格子装置と、
多数の画素を有し、各画素を電気的信号で制御して前記回折格子装置から射出された光を制御することによって画像を形成する画像形成素子と、
を有することを特徴とする画像形成装置である。
As means for solving the above-mentioned problem, the first means is:
A plurality of light sources each generating visible light of a different wavelength;
A variable diffraction grating device that emits light emitted from the plurality of light sources and emits light that travels on the same optical path by controlling the traveling direction of each light by controlling diffraction efficiency; and
An image forming element having a large number of pixels and forming an image by controlling the light emitted from the diffraction grating device by controlling each pixel with an electrical signal;
An image forming apparatus comprising:

第2の手段は、
前記可変型回折格子装置は、液晶に印加する電圧をオン・オフすることによって回折格子機能をオン・オフ制御することにより、入射した光をそのまま通過させるか又は回折して進行方向を変更させるかの制御を行うものであることを特徴とする第1の手段にかかる画像形成装置である。
The second means is
In the variable diffraction grating device, whether the incident light is allowed to pass through or is diffracted to change the traveling direction by controlling the diffraction grating function by turning on and off the voltage applied to the liquid crystal. The image forming apparatus according to the first means is characterized in that the above control is performed.

第3の手段は、
前記光源が、赤、緑、及び青の各色に対応する3種の光源からなることを特徴とする第1又は第2の手段にかかる画像形成装置である。
The third means is
The image forming apparatus according to the first or second means, wherein the light source includes three types of light sources corresponding to red, green, and blue colors.

第4の手段は、
前記複数の光源から射出される光のうちの1つが直進して前記可変型回折格子装置を透過して前記画像形成素子に至るとともに、他の光源から射出される光が前記可変型回折格子装置によって進路を変更されることによって前記直進する1つの光の光路と同一の光路を進行して前記画像形成装置に至るように、前記複数の光源及び前記可変型回折格子装置を配置したことを特徴とする第1〜第3のいずれかの手段にかかる画像形成装置である。
The fourth means is
One of the light emitted from the plurality of light sources travels straight and passes through the variable diffraction grating device to reach the image forming element, and light emitted from another light source emits the variable diffraction grating device. The plurality of light sources and the variable diffraction grating device are arranged so as to travel to the image forming apparatus through the same optical path as that of the single light that travels straight by changing the course of the light. The image forming apparatus according to any one of the first to third means.

第5の手段は、
前記複数の可変型回折格子装置が、互いに格子間隔の異なる回折格子を備えたものであり、かつ、各々の各回折格子機能を電気信号によって各々独立に制御可能であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの手段にかかる画像形成装置である。
The fifth means is
The plurality of variable diffraction grating devices include diffraction gratings having different grating intervals, and each diffraction grating function can be independently controlled by an electric signal. An image forming apparatus according to any one of 1 to 5.

第6の手段は、
前記複数の可変型回折格子装置の個数が、光源の個数から1を差し引いた数であることを特徴とする第5の手段にかかる画像形成装置である。
The sixth means is
An image forming apparatus according to a fifth means, wherein the number of the plurality of variable diffraction grating devices is a number obtained by subtracting 1 from the number of light sources.

第7の手段は、
前記画像形成素子が透過型液晶パネルであることを特徴とする第1〜第6のいずれかの手段にかかる画像形成装置である。
The seventh means is
The image forming apparatus according to any one of the first to sixth means, wherein the image forming element is a transmissive liquid crystal panel.

第8の手段は、
前記各光源は制御回路によってそれぞれ瞬時にオン・オフできるものであり、
前記光源、前記可変型回折格子装置及び前記画像形成素子のそれぞれの制御回路を制御して、前記各光源のオン・オフのタイミングと、前記各可変型回折格子装置の制御タイミングと、前記画像形成素子の画像形成タイミングとを同期させることにより、前記画像形成素子に赤色光(R)、緑色光(G)及び青色光(B)がそれぞれ順次到達するようにし、前記画像形成素子は、R,G,Bそれぞれの色の光が画像形成素子に達しているときにR,G,Bそれぞれの色の画像を形成させるようにすることによって、カラー画像の表示を可能にしたことを特徴とする第1〜第7のいずれかの手段にかかる画像系装置である。
The eighth means is
Each of the light sources can be instantaneously turned on and off by a control circuit,
The control circuit of each of the light source, the variable diffraction grating device, and the image forming element is controlled to turn on / off each light source, the control timing of each variable diffraction grating device, and the image formation. By synchronizing the image forming timing of the element, red light (R), green light (G), and blue light (B) sequentially reach the image forming element, respectively. It is possible to display a color image by forming an image of each color of R, G, B when light of each color of G, B reaches the image forming element. An image system apparatus according to any one of the first to seventh means.

第9の手段は、
第1〜第8の手段にかかる画像形成装置における画像形成素子によって形成された画像をスクリーンに投影する投影光学系を備えたことを特徴とするプロジェクターである。
The ninth means is
A projector comprising a projection optical system that projects an image formed by an image forming element in an image forming apparatus according to first to eighth means onto a screen.

上述の手段によれば、可変型回折格子装置を用いて回折機能を制御することによって複数の光源からの光の進行方向を制御して同一の光路上を進行する光にして画像形成素子に導いて画像を形成するようにしている。これにより、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化及びローコスト化を可能にしている。これは、回折格子を用いることにより、消費電力が少なく、耐久性に富み、しかも小型・ローコストな画像形成装置を比較的容易に構成できるからである。   According to the above-described means, by controlling the diffraction function using the variable diffraction grating device, the traveling direction of the light from the plurality of light sources is controlled to be the light traveling on the same optical path and led to the image forming element. To form an image. Thereby, in addition to power saving and high durability, particularly miniaturization and low cost are enabled. This is because by using a diffraction grating, an image forming apparatus that consumes less power, has high durability, and is small and low cost can be configured relatively easily.

すなわち、回折格子としては、例えば、電圧のON/OFFで回折格子機能のON/OFFが可能な液晶を使用した回折格子がある(文献「Optics & Photonics News April 2003 P54 Electrically Switchable BRAGG GRATING」参照)。この回折格子は通常の2光束干渉で作成されるHOE(体積ホログラム)と同様の手段で作成が可能であり、量産性に優れ安価で提供が可能である。作成された液晶に電圧をかけると屈折率分布が消えてただの透明平板と同様になる、電圧をかけないと屈折率分布があらわれて回折格子として機能する。この切り替え可能な回折格子をLED等の光源から射出される光の合成の手段として使用できる。   That is, as a diffraction grating, for example, there is a diffraction grating using a liquid crystal that can turn on / off the diffraction grating function by voltage ON / OFF (refer to the document “Optics & Photonics News April 2003 P54 Electrically Switchable BRAGG GRATING”). . This diffraction grating can be produced by the same means as HOE (volume hologram) produced by ordinary two-beam interference, and can be provided with excellent mass productivity and at low cost. When a voltage is applied to the prepared liquid crystal, the refractive index distribution disappears to be similar to a transparent plate. When no voltage is applied, the refractive index distribution appears and functions as a diffraction grating. This switchable diffraction grating can be used as a means for synthesizing light emitted from a light source such as an LED.

また、回折格子による光の進行方向の変更は、ミラー等のように、大きい角度の変更でないので、光源の配置位置をスペース利用効率の高い配置することが可能であり、コンパクトな照明光学系を構成することが容易に可能である。しかもこの場合、画像形成素子として、1枚の液晶パネルもしくはDMDパネルを用い、光源としてのR,G,BのLEDと回折格子とパネルとを同期して制御することにより、きわめてコンパクトなカラー画像形成装置を得ることができる。   In addition, since the change of the light traveling direction by the diffraction grating is not a change of a large angle like a mirror or the like, it is possible to arrange the position of the light source with high space utilization efficiency, and a compact illumination optical system. Easy to configure. In addition, in this case, a single liquid crystal panel or DMD panel is used as the image forming element, and the R, G, B LEDs, the diffraction grating, and the panel as the light source are controlled in synchronization, thereby enabling a very compact color image. A forming device can be obtained.

図1は本発明の第1の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。以下、図1を参照にしながら第1の実施の形態にかかるプロジェクターを説明し、併せてこのプロジェクターの主要部分を構成する本発明の実施の形態にかかる画像形成装置を説明する。図1において、符号1−1は緑色(G)LED(発光ダイオード)チップ、符号1−2は赤色(R)LEDチップ、符号1−3は青色(B)LEDチップである。これらG,R,Bの各LEDチップから射出されるG,R,Bの光は、それぞれ、コリメータレンズ2−1、2−2、2−3を介して密接して配置される2枚の可変型回折格子装置3−1、3−2に入射されるようになっている。なお、この可変型回折格子装置3−1、3−2には、内部の液晶に電圧を印加する電圧印加装置4−1,4−2がそれぞれ設けられており、図示しない外部制御回路によって制御されるようになっている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a projector according to a first embodiment of the invention. Hereinafter, a projector according to a first embodiment will be described with reference to FIG. 1, and an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention that constitutes a main part of the projector will be described. In FIG. 1, reference numeral 1-1 is a green (G) LED (light emitting diode) chip, reference numeral 1-2 is a red (R) LED chip, and reference numeral 1-3 is a blue (B) LED chip. The G, R, and B light emitted from each of the G, R, and B LED chips are respectively in close contact with each other through two collimator lenses 2-1, 2-2, and 2-3. The light is incident on the variable diffraction grating devices 3-1 and 3-2. The variable diffraction grating devices 3-1 and 3-2 are provided with voltage application devices 4-1 and 4-2 for applying a voltage to the internal liquid crystal, respectively, and are controlled by an external control circuit (not shown). It has come to be.

この場合、緑色(G)LEDチップ1−1及び青色(B)LEDチップ1−3は、これらから射出される光が光軸Oに対して40°をなして回折格子3−1及び3−2に入射するように配置されている。また、赤色(R)LEDチップ1−2は、これから射出される光が光軸O上を進行するように配置されている。そして、回折格子3−1及び3−2の前方側(図中右方向)には、光軸Oとその光軸を共通にして、フィールドレンズ5、ライトパイプ6、透過型液晶パネル7、投影レンズ8及びスクリーン9が、それぞれ前方側に向かって順次配置されている。これにより、G,R,Bの各LEDチップ1−1,1−2,1−3から射出されたG,R,Bの光は、2枚の回折格子3−1、3−2によって同一光路上に導かれ、フィールドレンズ5を通じてライトパイプ6に入射されて均一な光に整えられた後、透過型液晶パネル7に照射される。こうして形成された画像は、投影レンズ8を介してスクリーン9に投影される。なお、本実施の形態にかかる画像形成装置は、上記プロジェクターの構成から投影レンズ8及びスクリーン9を除いた部分である。以下の実施の形態においても同様である。   In this case, in the green (G) LED chip 1-1 and the blue (B) LED chip 1-3, the light emitted from the green (G) LED chip 1-1 and the diffraction gratings 3-1 and 3- 2 so as to be incident on 2. Further, the red (R) LED chip 1-2 is disposed so that light emitted from the red (R) LED chip 1-2 travels on the optical axis O. Then, on the front side (right direction in the figure) of the diffraction gratings 3-1 and 3-2, the optical axis O and the optical axis are shared, the field lens 5, the light pipe 6, the transmissive liquid crystal panel 7, and the projection. The lens 8 and the screen 9 are sequentially arranged toward the front side. Thereby, the light of G, R, and B emitted from the LED chips 1-1, 1-2, and 1-3 of G, R, and B is the same by the two diffraction gratings 3-1, 3-2. The light is guided onto the optical path, is incident on the light pipe 6 through the field lens 5 and is adjusted to uniform light, and is then applied to the transmissive liquid crystal panel 7. The image thus formed is projected onto the screen 9 via the projection lens 8. Note that the image forming apparatus according to the present embodiment is a portion obtained by removing the projection lens 8 and the screen 9 from the configuration of the projector. The same applies to the following embodiments.

図2は可変型回折格子装置3−1、3−2の動作説明図である。図2に示されるように、可変型回折格子装置3−1、3−2は、2枚の透明基板3a,3bの内側面に対向電極3c,3dが形成され、その間に感光性プレポリマー3e中にネマチック液晶3fが一定の規則性をもって配置されたものである。これは、次のようにして製造される。すなわち、対向電極3c,3dの間に感光性プレポリマー3eとネマチック液晶3fとを封じ込め、これを通常のHOE(ホログラフィック素子)と同様に回折縞を有する露光光によって感光する。回折縞に対応して露光されたところに重合が生じる。これにより液晶リッチな部分とポリマーリッチな部分とが出来る。液晶の屈折率nLCはポリマーの屈折率nより大きい。よって、干渉縞に従って屈折率の分布ができ、これが回折格子となる(図2(a)参照)。また、この回折折格子装置の両側より電圧を印可すると液晶分子は正の誘電異方性を持っているので電場のかかった方向に分子整列する(図2(b)参照)。この状態の屈折率nLCがポリマーのnに等しくなる。このことにより電圧印可で一様な屈折率となり回折格子の機能を失う。 FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the variable diffraction grating devices 3-1 and 3-2. As shown in FIG. 2, in the variable diffraction grating devices 3-1, 3-2, counter electrodes 3c, 3d are formed on the inner side surfaces of two transparent substrates 3a, 3b, and a photosensitive prepolymer 3e is formed between them. The nematic liquid crystal 3f is arranged with a certain regularity inside. This is manufactured as follows. That is, the photosensitive prepolymer 3e and the nematic liquid crystal 3f are enclosed between the counter electrodes 3c and 3d, and this is exposed to exposure light having diffraction fringes in the same manner as a normal HOE (holographic element). Polymerization occurs when exposed in correspondence with the diffraction fringes. As a result, a liquid crystal rich portion and a polymer rich portion can be formed. The refractive index n LC of the liquid crystal is larger than the refractive index n p of the polymer. Therefore, a refractive index distribution is created according to the interference fringes, and this becomes a diffraction grating (see FIG. 2A). In addition, when a voltage is applied from both sides of the diffraction grating device, the liquid crystal molecules have positive dielectric anisotropy, so that the molecules are aligned in the direction in which the electric field is applied (see FIG. 2B). The refractive index n LC in this state is equal to n p of the polymer. As a result, the refractive index becomes uniform when voltage is applied, and the function of the diffraction grating is lost.

可変型回折格子装置3−1、3−2の応答速度は100マイクロ秒以下である。また、青色光及び緑色光に対する回折格子のパラメーターは以下の通りである。
青色光;波長460nm
入射角;40度
出射角;0度
屈折率;1.52
屈折率振幅;0.07
厚み;3.5ミクロン
格子間隔;0.699ミクロン
緑色光;波長535nm
入射角;40度
出射角;0度
屈折率;1.52
屈折率振幅;0.08
厚み;3.5ミクロン
格子間隔;0.813ミクロン
駆動電圧
液晶の駆動電圧(通常5V以下)より大きく、20V〜80Vが
必要な場合もある。材料、回折格子の材料厚みに依存する。
The response speed of the variable diffraction grating devices 3-1 and 3-2 is 100 microseconds or less. The parameters of the diffraction grating for blue light and green light are as follows.
Blue light; wavelength 460nm
Incident angle; 40 degrees
Output angle: 0 degree
Refractive index; 1.52
Refractive index amplitude; 0.07
Thickness: 3.5 microns
Lattice spacing; 0.699 microns
Green light; wavelength 535nm
Incident angle; 40 degrees
Output angle: 0 degree
Refractive index; 1.52
Refractive index amplitude; 0.08
Thickness: 3.5 microns
Lattice spacing: 0.813 microns Driving voltage
Larger than the driving voltage of the liquid crystal (usually 5V or less), 20V-80V
It may be necessary. It depends on the material and the material thickness of the diffraction grating.

可変型回折格子装置3−1、3−2を制御することによって、R,G,Bの3つの光源からの光は、以下の様にして同一の光路に導かれる。まず、R光は、回折格子の作用が無い状態で、つまり、可変型回折格子装置3−1、3−2の両方に電圧を印加した状態で、光源からの光がそのまま2枚の回折格子を透過するようにする。これにより、R光は、フィールドレンズ5を通じてライトパイプ6に入射されて均一な光に整えられた後、透過型液晶パネル7に照射される。この場合、回折格子への電圧印加と同期して赤色LED1−2そのものの電源もオンする。次に、G光については、赤色LED1−2及び青色LED1−3の電源をともにオフし、かつ、可変型回折格子装置3−2の印加電圧をオンにしておいた状態で、緑色LED1−1をオンし、かつ、可変型回折格子装置3−1の印加電圧をオフにして回折格子を機能させる。さらに、B光については、赤色LED1−2及び緑色LED1−1の電源をともにオフし、かつ、可変型回折格子装置3−1の印加電圧をオンにしておいた状態で、青色LED1−3をオンし、かつ、可変型回折格子装置3−2の印加電圧をオフにして回折格子を機能させる。図3は以上の関係を表にまとめて示したものである。   By controlling the variable diffraction grating devices 3-1 and 3-2, the light from the three light sources R, G, and B is guided to the same optical path as follows. First, the R light has two diffraction gratings as they are without the action of the diffraction grating, that is, with the voltage applied to both the variable diffraction grating devices 3-1 and 3-2. To be transparent. As a result, the R light is incident on the light pipe 6 through the field lens 5 and is adjusted to a uniform light, and is then applied to the transmissive liquid crystal panel 7. In this case, the power supply of the red LED 1-2 itself is also turned on in synchronization with the voltage application to the diffraction grating. Next, with respect to the G light, the green LED 1-1 is turned on in a state where both the red LED 1-2 and the blue LED 1-3 are turned off and the voltage applied to the variable diffraction grating device 3-2 is turned on. And the applied voltage of the variable diffraction grating device 3-1 is turned off to make the diffraction grating function. Further, for the B light, the blue LED 1-3 is turned on with both the red LED 1-2 and the green LED 1-1 turned off and the voltage applied to the variable diffraction grating device 3-1 is turned on. The diffraction grating functions by turning on and turning off the voltage applied to the variable diffraction grating device 3-2. FIG. 3 summarizes the above relationships in a table.

緑色(G)LEDチップ1−1、赤色(R)LEDチップ1−2、並びに、青色(B)LEDチップ1−3の3色の発光波長分布は、図14に示した通りである。コリメータレンズ2−1,2−2,2−3は、各LEDチップからの光を略平行光にする。すなわち、大きさを持つ光源から射出される放射光を略平行光にする。このようにすることで、発散する光を効率良く光路上に導くことができ、それにより、画像形成素子たる透過型液晶パネル7への照射効率を上げることが出来る。また、フィールドレンズ5は、緑色(G)LEDチップ1−1、赤色(R)LEDチップ1−2、並びに、青色(B)LEDチップ1−3からの光をライトパイプ6の入射口に投影する。これらLEDからの放射輝度は一般に不均一であるのでライトパイプ6の入射口には不均一な光強度分布の像ができる。周知のように、ライトパイプ6の入射口では不均一な光強度分布を持っていたものがライトパイプ6の中を光が反射していく過程で光強度が均一化される。均一化は反射回数によるが、ライトパイプ6の長さをコンパクトにすることが装置を小型にすることに結びつくのでライトパイプの入射口は小さいほうが好ましい。但し、LED1からの光を取り込める入射口の大きさは必要であり、これらのことから入射口の大きさは決定される。又、ライトパイプの出射口の大きさは投影パネルの大きさになっている。こうすることでライトパネル6の出射口で均一にされた光が透過型液晶パネル7に入射される。   The light emission wavelength distributions of the three colors of the green (G) LED chip 1-1, the red (R) LED chip 1-2, and the blue (B) LED chip 1-3 are as shown in FIG. The collimator lenses 2-1, 2-2, 2-3 make light from each LED chip substantially parallel. That is, the emitted light emitted from the light source having a size is made to be substantially parallel light. By doing so, it is possible to efficiently guide the diverging light on the optical path, thereby increasing the irradiation efficiency to the transmissive liquid crystal panel 7 which is an image forming element. The field lens 5 projects light from the green (G) LED chip 1-1, the red (R) LED chip 1-2, and the blue (B) LED chip 1-3 onto the entrance of the light pipe 6. To do. Since the radiance from these LEDs is generally non-uniform, a non-uniform light intensity distribution image can be formed at the entrance of the light pipe 6. As is well known, the light intensity is made uniform in the process in which light having an uneven light intensity distribution at the entrance of the light pipe 6 is reflected in the light pipe 6. Although the uniformity depends on the number of reflections, it is preferable that the light pipe 6 has a small entrance because the compactness of the length of the light pipe 6 leads to miniaturization of the apparatus. However, the size of the entrance that can take in the light from the LED 1 is necessary, and the size of the entrance is determined from these factors. The size of the light pipe exit is the size of the projection panel. By doing so, the light made uniform at the exit of the light panel 6 enters the transmissive liquid crystal panel 7.

透過型液晶パネル7は、上記G.R,BのLEDチップ及び可変型回折格子装置の制御の結果、光路上に導かれたG,R,Bのうちのいずれか1つの色の光が照射されたとき、これに同期して、その色の画像を図示しないが駆動回路によって制御されて形成するものである。すなわち、透過型液晶パネル7は、G.R,Bの画像をほぼ3倍速で順次形成する。これにより、カラー画像としての表示を可能にしている。なお、この場合、G.R,B3色のLEDの点灯時間は、必ずしも同じである必要はない。LEDの放射強度と3色の合成光が白色になるようになるように各色の点灯パルス時間を設定すればよい。図4は光源と可変型回折格子装置と透過型液晶パネルとの制御回路のブロック図である。図4に示されるように、光源の駆動回路、可変型回折格子装置の駆動回路及び透過型液晶パネルの駆動回路は、同期制御回路によって制御されるようになっている。   The transmissive liquid crystal panel 7 has the G. As a result of the control of the R and B LED chips and the variable diffraction grating device, when light of any one color of G, R and B guided on the optical path is irradiated, in synchronization with this, Although not shown, the color image is formed by being controlled by a drive circuit. That is, the transmissive liquid crystal panel 7 has G.P. R and B images are sequentially formed at approximately 3 times speed. This enables display as a color image. In this case, G. The lighting times of the R, B3 color LEDs are not necessarily the same. What is necessary is just to set the lighting pulse time of each color so that the radiation intensity of LED and the combined light of three colors become white. FIG. 4 is a block diagram of a control circuit for the light source, the variable diffraction grating device, and the transmissive liquid crystal panel. As shown in FIG. 4, the drive circuit for the light source, the drive circuit for the variable diffraction grating device, and the drive circuit for the transmissive liquid crystal panel are controlled by a synchronization control circuit.

図5は本発明の第2の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。上述の第1の実施の形態では、2枚の可変型回折格子装置を使用した例を掲げたが、この実施の形態は、3枚の可変型回折格子装置3−1、3−2、3−3を使用する。これらの可変回型折格子は、LED側よりR,B,Gの順に作用する。なお、この順番は交換可能である。また、それぞれの可変型回折格子装置に電圧を印加する駆動回路部4−1,4−2,4−3も3枚の可変型回折格子装置に対応して設けられている。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a projector according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment described above, an example in which two variable diffraction grating devices are used has been described. However, in this embodiment, three variable diffraction grating devices 3-1, 3-2, 3 and 3 are used. -3 is used. These variable folding lattices act in the order of R, B, G from the LED side. This order can be exchanged. Further, drive circuit units 4-1, 4-2 and 4-3 for applying a voltage to each variable diffraction grating device are also provided corresponding to the three variable diffraction grating devices.

G.R,B光源のLEDは、順次1色のみが点灯されており、順次点灯される色を切り換えていくことは上記第1の実施の形態の場合と同じである。コリメータ2−1,2−2,2−3の作用も同様である。G(緑)光LED1−1の光は可変型回折格子装置3−1に入射する。この光をフィールドレンズ5の方向に回折させるためには、R光を回折させるための可変型回折格子装置3−3には電圧印可をしてG光に影響を及ぼさないようにする。同様に、B光を回折させる可変回折格子3−2にも電圧を印可してG光に影響を及ぼさないようにする。そして、G光の可変型回折格子装置3−1には電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。その結果、G光はフィールドレンズ5の方向に回折され、フィールドレンズ5及びライトパイプ6を介して透過型液晶パネル7に照射される。   G. As for the LEDs of the R and B light sources, only one color is sequentially turned on, and the colors to be sequentially turned on are the same as in the case of the first embodiment. The operations of the collimators 2-1, 2-2, 2-3 are the same. The light from the G (green) LED 1-1 enters the variable diffraction grating device 3-1. In order to diffract this light in the direction of the field lens 5, a voltage is applied to the variable diffraction grating device 3-3 for diffracting the R light so that the G light is not affected. Similarly, a voltage is applied to the variable diffraction grating 3-2 that diffracts the B light so that the G light is not affected. The G light variable diffraction grating device 3-1 is not applied with a voltage, but acts as a diffraction grating on green light. As a result, the G light is diffracted in the direction of the field lens 5 and irradiated to the transmissive liquid crystal panel 7 via the field lens 5 and the light pipe 6.

R(赤)光LED1−2の光は可変型回折格子装置3−3に入射する。この光をフィールドレンズ5の方向に回折させるためには、まず、R光を回折させるための可変型回折格子装置3−3への電圧印可を解除して回折格子として機能させ、R光を光軸O方向に回折させる。一方で、B光を回折させる可変回折格子3−2には電圧を印可してR光に影響を及ぼさないようにする。同様に、G光の可変型回折格子装置3−1にも電圧印可をしてR光に影響を及ぼさないようにする。その結果、R光はフィールドレンズ5の方向に回折され、フィールドレンズ5及びライトパイプ6を介して透過型液晶パネル7に照射される。   The light from the R (red) LED 1-2 is incident on the variable diffraction grating device 3-3. In order to diffract this light in the direction of the field lens 5, first, the voltage application to the variable diffraction grating device 3-3 for diffracting the R light is canceled to function as a diffraction grating. Diffraction in the direction of the axis O. On the other hand, a voltage is applied to the variable diffraction grating 3-2 that diffracts the B light so that the R light is not affected. Similarly, a voltage is applied to the variable diffraction grating device 3-1 for G light so as not to affect the R light. As a result, the R light is diffracted in the direction of the field lens 5 and irradiated to the transmissive liquid crystal panel 7 via the field lens 5 and the light pipe 6.

さらに、B(青)光LED1−3の光は可変型回折格子装置3−2に入射する。この光をフィールドレンズ5の方向に回折させるためには、R光を回折させるための可変型回折格子装置3−3には電圧印可をしてB光に影響を及ぼさないようにする。同様に、G光を回折させる可変回折格子3−1にも電圧を印可してB光に影響を及ぼさないようにする。そして、B光の可変型回折格子装置3−2には電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。その結果、B光はフィールドレンズ5の方向に回折され、フィールドレンズ5及びライトパイプ6を介して透過型液晶パネル7に照射される。図6は以上の関係を表にまとめて示したものである。   Further, the light from the B (blue) light LED 1-3 is incident on the variable diffraction grating device 3-2. In order to diffract this light in the direction of the field lens 5, a voltage is applied to the variable diffraction grating device 3-3 for diffracting the R light so as not to affect the B light. Similarly, a voltage is applied to the variable diffraction grating 3-1 that diffracts the G light so that the B light is not affected. The variable light diffraction grating device 3-2 for the B light is not applied with a voltage but acts as a diffraction grating on the green light. As a result, the B light is diffracted in the direction of the field lens 5 and irradiated to the transmissive liquid crystal panel 7 through the field lens 5 and the light pipe 6. FIG. 6 summarizes the above relationship in a table.

図7は第3の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。この実施の形態にかかるプロジェクターは、第2の実施の形態における可変型回折格子装置を反射型にした例である。G(緑)光LED1−1の光が可変型回折格子装置3−1に入射してフィールドレンズ5の方向に反射させるためには、まず、R光を回折させるための可変型回折格子装置3−3には電圧印可をしてG光に影響を及ぼさずそのまま透過させるようにする。同様に、B光を回折させる可変回折格子3−2にも電圧を印可してG光に影響を及ぼさないようにする。なお、この場合、R光およびB光はオン・オフのいずれでもよいが、オフが好ましい。そして、G光の可変型回折格子装置3−1には電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。その結果、可変型回折格子装置3−2,3−3の影響を受けずに、G光はフィールドレンズ5の方向に反射され、フィールドレンズ5及びライトパイプ6を介して透過型液晶パネル7に照射される。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a projector according to the third embodiment. The projector according to this embodiment is an example in which the variable diffraction grating device according to the second embodiment is a reflection type. In order for the light of the G (green) LED 1-1 to enter the variable diffraction grating device 3-1 and be reflected in the direction of the field lens 5, first, the variable diffraction grating device 3 for diffracting the R light is used. A voltage is applied to -3 so that the light is transmitted as it is without affecting the G light. Similarly, a voltage is applied to the variable diffraction grating 3-2 that diffracts the B light so that the G light is not affected. In this case, R light and B light may be either on or off, but off is preferable. The G light variable diffraction grating device 3-1 is not applied with a voltage, but acts as a diffraction grating on green light. As a result, the G light is reflected in the direction of the field lens 5 without being affected by the variable diffraction grating devices 3-2 and 3-3, and is transmitted to the transmissive liquid crystal panel 7 via the field lens 5 and the light pipe 6. Irradiated.

R(赤)光LED1−2の光が可変型回折格子装置3−3に入射してフィールドレンズ5の方向に反射させるためには、まず、R光を回折させるための可変型回折格子装置3−3への電圧印可を解除して回折格子として機能させ、R光を光軸O方向に反射させるようにしておく。一方で、B光を回折させる可変回折格子3−2には電圧を印可してR光に影響を及ぼさないようにする。G光の可変型回折格子装置3−1は関係ないので、電圧印可をしてもよいし、しなくてもよい。なお、この場合、B光およびG光はオン・オフのいずれでもよいが、オフが好ましい。その結果、R光はフィールドレンズ5の方向に反射され、フィールドレンズ5及びライトパイプ6を介して透過型液晶パネル7に照射される。   In order for the light from the R (red) LED 1-2 to enter the variable diffraction grating device 3-3 and be reflected in the direction of the field lens 5, first, the variable diffraction grating device 3 for diffracting the R light is used. The voltage application to -3 is canceled to function as a diffraction grating, and the R light is reflected in the direction of the optical axis O. On the other hand, a voltage is applied to the variable diffraction grating 3-2 that diffracts the B light so that the R light is not affected. Since the variable diffraction grating device 3-1 for G light is not relevant, voltage application may or may not be applied. In this case, the B light and the G light may be either on or off, but are preferably off. As a result, the R light is reflected in the direction of the field lens 5 and is applied to the transmissive liquid crystal panel 7 via the field lens 5 and the light pipe 6.

さらに、B(青)光LED1−3の光が可変型回折格子装置3−2に入射してフィールドレンズ5の方向に反射させるためには、B光の可変型回折格子装置3−2に電圧印可をせず緑の光に回折格子としての作用を及ぼすようにする。このとき、R光を回折させるための可変型回折格子装置3−3及びG光を回折させる可変回折格子3−1には電圧を印可してB光に影響を及ぼさないようにするか、又は、G光およびR光をオフにしておく。好ましくは、R光を回折させるための可変型回折格子装置3−3及びG光を回折させる可変回折格子3−1はB光には関係ないので、電圧印可をしてもよいし、しなくてもよい。なお、この場合、R光およびG光はオフにしておく。その結果、B光はフィールドレンズ5の方向に回折され、フィールドレンズ5及びライトパイプ6を介して透過型液晶パネル7に照射される。図8は以上の関係を表にまとめて示したものである。   Further, in order for the light from the B (blue) LED 1-3 to be incident on the variable diffraction grating device 3-2 and reflected in the direction of the field lens 5, a voltage is applied to the variable diffraction grating device 3-2 for B light. It is made to act as a diffraction grating on green light without being applied. At this time, a voltage is applied to the variable diffraction grating device 3-3 for diffracting the R light and the variable diffraction grating 3-1 for diffracting the G light so as not to affect the B light, or , G light and R light are turned off. Preferably, since the variable diffraction grating device 3-3 for diffracting the R light and the variable diffraction grating 3-1 for diffracting the G light are not related to the B light, the voltage may or may not be applied. May be. In this case, R light and G light are turned off. As a result, the B light is diffracted in the direction of the field lens 5 and irradiated to the transmissive liquid crystal panel 7 through the field lens 5 and the light pipe 6. FIG. 8 summarizes the above relationship in a table.

図9は本発明の実施の形態にかかるプロジェクターの概略寸法例と従来のプロジェクターの概略寸法例とを比較して示した図である。なお、図9においては、R,G,Bの3原色光を混合するための装置であるミラーや回折格子装置以外の光源やフィールドレンズ等は同じものを用いたものとする。図9に示されるように、いずれの場合も、フィールドレンズからスクリーンにいたるまでの寸法は同じである。しかしながら、光源からフィールドレンズに至るまでの寸法はかなり異なる。すなわち、従来のプロジェクターのうち、クロスダイクロイックミラー10を用いた従来のプロジェクターは、光源からフィールドレンズに至るまでの寸法は約30mmである。同じく、1枚のミラー20Gと2枚のハーフミラー20R,20Bとを用いたものは約40mmである。これに対して、上述の本実施の形態にかかるプロジェクターの場合は、その寸法を約20mmとすることが可能である。このように、本実施の形態にかかる装置によれば、従来に比較して装置を大幅にコンパクト化できることがわかる。   FIG. 9 is a diagram showing a comparison between a schematic dimension example of a projector according to an embodiment of the present invention and a schematic dimension example of a conventional projector. In FIG. 9, it is assumed that the same light source, field lens, and the like other than the mirror and the diffraction grating device, which are devices for mixing the three primary color lights of R, G, and B, are used. As shown in FIG. 9, in any case, the dimension from the field lens to the screen is the same. However, the dimensions from the light source to the field lens are quite different. That is, among the conventional projectors, the conventional projector using the cross dichroic mirror 10 has a dimension from the light source to the field lens of about 30 mm. Similarly, the one using one mirror 20G and two half mirrors 20R and 20B is about 40 mm. On the other hand, in the case of the projector according to the above-described embodiment, the dimension can be about 20 mm. Thus, according to the apparatus concerning this Embodiment, it turns out that an apparatus can be reduced in size significantly compared with the past.

本発明は、光源からの光を液晶パネル等の画像素子を通じて制御して画像を形成する画像形成装置であって、省電力化及び高耐久化に加えて特に小型化を可能にした画像形成装置及びこの画像形成装置を利用したプロジェクターとして用いることができる。   The present invention relates to an image forming apparatus for forming an image by controlling light from a light source through an image element such as a liquid crystal panel, and in particular, in addition to power saving and high durability, an image forming apparatus that can be miniaturized. And it can be used as a projector using this image forming apparatus.

本発明の第1の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the projector concerning the 1st Embodiment of this invention. 可変型回折格子装置3−1、3−2の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the variable type diffraction grating apparatus 3-1, 3-2. 赤色LED1−2、青色LED1−3、緑色LED1−1ならびに可変型回折格子装置3−1、3−2の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of red LED1-2, blue LED1-3, green LED1-1, and the variable diffraction grating apparatus 3-1, 3-2. 光源と可変型回折格子装置と透過型液晶パネルとの制御回路のブロック図である。It is a block diagram of a control circuit of a light source, a variable diffraction grating device, and a transmissive liquid crystal panel. 本発明の第2の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the projector concerning the 2nd Embodiment of this invention. 赤色LED1−2、青色LED1−3、緑色LED1−1ならびに可変型回折格子装置3−1、3−2、3−3の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of red LED1-2, blue LED1-3, green LED1-1, and variable type diffraction grating device 3-1, 3-2, 3-3. 本発明の第3の実施の形態にかかるプロジェクターの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the projector concerning the 3rd Embodiment of this invention. 赤色LED1−2、青色LED1−3、緑色LED1−1ならびに可変型回折格子装置3−1、3−2、3−3の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of red LED1-2, blue LED1-3, green LED1-1, and variable type diffraction grating device 3-1, 3-2, 3-3. 本発明の実施の形態にかかるプロジェクターの概略寸法例と従来のプロジェクターの概略寸法例とを比較して示した図である。It is the figure which compared and showed the schematic dimension example of the projector concerning embodiment of this invention, and the schematic dimension example of the conventional projector. 特許文献1に記載された画像形成装置を原理的に説明するための説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining in principle the image forming apparatus described in Patent Document 1; 特許文献1に記載された画像形成装置を原理的に説明するための説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining in principle the image forming apparatus described in Patent Document 1; 従来の装置の光利用効率の説明図である。It is explanatory drawing of the light utilization efficiency of the conventional apparatus. 従来の装置の光利用効率の説明図である。It is explanatory drawing of the light utilization efficiency of the conventional apparatus. ダイクロイックミラーの光反射特性及びR,G,BそれぞれのLEDの発光特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the light reflection characteristic of a dichroic mirror, and the light emission characteristic of each LED of R, G, B.

符号の説明Explanation of symbols

1−1 緑色(G)LED(発光ダイオード)チップ
1−2 赤色(R)LEDチップ
1−3 青色(B)LEDチップ
2−1、2−2、2−3 コリメータレンズ
3−1,3−2 可変型回折格子装置
4−1,4−2 電圧印加装置
5 フィールドレンズ
6 ライトパイプ
7 透過型液晶パネル
8 投影レンズ
9 スクリーン
1-1 Green (G) LED (light emitting diode) chip 1-2 Red (R) LED chip 1-3 Blue (B) LED chips 2-1, 2-2, 2-3 Collimator lenses 3-1, 3- 2 Variable diffraction grating device 4-1, 4-2 Voltage application device 5 Field lens 6 Light pipe 7 Transmission type liquid crystal panel 8 Projection lens 9 Screen

Claims (9)

それぞれ異なる波長の可視光を発生する複数の光源と、
前記複数の光源から射出される光を入射し、回折格子機能を制御することによってそれぞれの光の進行方向を制御して同一の光路上を進行する光にして射出する可変型回折格子装置と、
多数の画素を有し、各画素を電気的信号で制御して前記回折格子装置から射出された光を制御することによって画像を形成する画像形成素子と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
A plurality of light sources each generating visible light of a different wavelength;
A variable diffraction grating device that emits light emitted from the plurality of light sources and emits light traveling on the same optical path by controlling the traveling direction of each light by controlling the diffraction grating function;
An image forming element having a large number of pixels and forming an image by controlling the light emitted from the diffraction grating device by controlling each pixel with an electrical signal;
An image forming apparatus comprising:
前記可変型回折格子装置は、液晶に印加する電圧をオン・オフすることによって回折格子機能をオン・オフ制御することにより、入射した光をそのまま通過させるか又は回折して進行方向を変更させるかの制御を行うものであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。   In the variable diffraction grating device, whether the incident light is allowed to pass through or is diffracted to change the traveling direction by controlling the diffraction grating function by turning on and off the voltage applied to the liquid crystal. The image forming apparatus according to claim 1, wherein: 前記光源が、赤、緑、及び青の各色に対応する3種の光源からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the light source includes three types of light sources corresponding to red, green, and blue colors. 前記複数の光源から射出される光のうちの1つが直進して前記可変型回折格子装置を透過して前記画像形成素子に至るとともに、他の光源から射出される光が前記可変型回折格子装置によって進路を変更されることによって前記直進する1つの光の光路と同一の光路を進行して前記画像形成素子に至るように、前記複数の光源及び前記可変型回折格子装置を配置したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成装置。   One of the light emitted from the plurality of light sources travels straight and passes through the variable diffraction grating device to reach the image forming element, and light emitted from another light source emits the variable diffraction grating device. The plurality of light sources and the variable diffraction grating device are arranged so as to travel on the same optical path as that of the one light that travels straight to reach the image forming element by changing the path by The image forming apparatus according to claim 1. 前記複数の可変型回折格子装置が、互いに格子間隔の異なる回折格子を備えたものであり、かつ、各々の各回折格子機能を電気信号によって各々独立に制御可能にしたものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成装置。   The plurality of variable diffraction grating devices are provided with diffraction gratings having different grating intervals, and each diffraction grating function can be independently controlled by an electric signal. The image forming apparatus according to claim 1. 前記複数の可変型回折格子装置の個数が、光源の個数から1を差し引いた数であることを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。   6. The image forming apparatus according to claim 5, wherein the number of the plurality of variable diffraction grating devices is a number obtained by subtracting 1 from the number of light sources. 前記画像形成素子が透過型液晶パネルであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の画像形成装置。   The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming element is a transmissive liquid crystal panel. 前記各光源は制御回路によってそれぞれ瞬時にオン・オフできるものであり、
前記光源、前記可変型回折格子装置及び前記画像形成素子のそれぞれの制御回路を制御して、前記各光源のオン・オフのタイミングと、前記各可変型回折格子の制御タイミングと、前記画像形成素子の画像形成タイミングとを同期させることにより、前記画像形成素子に赤色光(R)、緑色光(G)及び青色光(B)がそれぞれ順次到達するようにし、前記画像形成素子は、R,G,Bそれぞれの色の光が画像形成素子に達しているときにR,G,Bそれぞれの色の画像を形成させるようにすることによって、カラー画像の表示を可能にしたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成装置。
Each of the light sources can be instantaneously turned on and off by a control circuit,
The control circuit of each of the light source, the variable diffraction grating device, and the image forming element is controlled to turn on / off each light source, the control timing of each variable diffraction grating, and the image forming element. The red light (R), the green light (G), and the blue light (B) sequentially reach the image forming element by synchronizing with the image forming timing of the image forming element. , B color light can be displayed by forming an image of each color of R, G, B when light of each color reaches the image forming element. Item 8. The image forming apparatus according to any one of Items 1 to 7.
請求項1〜8に記載の画像形成装置における画像形成素子によって形成された画像をスクリーンに投影する投影光学系を備えたことを特徴とするプロジェクター。
9. A projector comprising a projection optical system that projects an image formed by an image forming element in the image forming apparatus according to claim 1 onto a screen.
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