JP2006017931A - Image display device - Google Patents
Image display device Download PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- image forming
- diffraction grating
- forming apparatus
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 42
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004988 Nematic liquid crystal Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Abstract
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
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
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。
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
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
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
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
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np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np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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (9)
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.
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004194469A JP2006017931A (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Image display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004194469A JP2006017931A (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Image display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006017931A true JP2006017931A (en) | 2006-01-19 |
Family
ID=35792288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004194469A Pending JP2006017931A (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Image display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006017931A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180246398A1 (en) * | 2017-02-28 | 2018-08-30 | Seiko Epson Corporation | Projector |
| WO2020153026A1 (en) * | 2019-01-24 | 2020-07-30 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Display device |
| JP2022525165A (en) * | 2019-03-12 | 2022-05-11 | ディジレンズ インコーポレイテッド | Holographic Waveguide Backlights and Related Manufacturing Methods |
| US12298513B2 (en) | 2016-12-02 | 2025-05-13 | Digilens Inc. | Waveguide device with uniform output illumination |
| US12379547B2 (en) | 2015-02-12 | 2025-08-05 | Digilens Inc. | Waveguide grating device |
-
2004
- 2004-06-30 JP JP2004194469A patent/JP2006017931A/en active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US12379547B2 (en) | 2015-02-12 | 2025-08-05 | Digilens Inc. | Waveguide grating device |
| US12298513B2 (en) | 2016-12-02 | 2025-05-13 | Digilens Inc. | Waveguide device with uniform output illumination |
| US20180246398A1 (en) * | 2017-02-28 | 2018-08-30 | Seiko Epson Corporation | Projector |
| CN108508682A (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 精工爱普生株式会社 | Projecting apparatus |
| JP2018141872A (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-13 | セイコーエプソン株式会社 | projector |
| US10620512B2 (en) * | 2017-02-28 | 2020-04-14 | Seiko Epson Corporation | Projector |
| WO2020153026A1 (en) * | 2019-01-24 | 2020-07-30 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Display device |
| JPWO2020153026A1 (en) * | 2019-01-24 | 2021-12-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Display device |
| JP7353307B2 (en) | 2019-01-24 | 2023-09-29 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | display device |
| US11953781B2 (en) | 2019-01-24 | 2024-04-09 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Display apparatus that time-divisionally illuminates different pixel regions with diffracted color light beams |
| JP2022525165A (en) * | 2019-03-12 | 2022-05-11 | ディジレンズ インコーポレイテッド | Holographic Waveguide Backlights and Related Manufacturing Methods |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2023201163B2 (en) | Projector architecture incorporating artifact mitigation | |
| US10809541B2 (en) | Projection device and projection-type video display device | |
| US8690341B2 (en) | Image projector and an illuminating unit suitable for use in an image projector | |
| KR101812299B1 (en) | Beam divergence and various collimators for holographic or stereoscopic displays | |
| US10228573B2 (en) | Projection device and projection-type video display device | |
| CN105116678B (en) | Grenade instrumentation and projection control device | |
| JP5528623B2 (en) | Incoherent device and optical apparatus using the same | |
| US20110037953A1 (en) | Micro-projector | |
| KR20070092330A (en) | 2d / 3d data projector | |
| CN104584543A (en) | Display device and light source for image display device | |
| CN109298530A (en) | wearable display device | |
| JP4784262B2 (en) | Illumination device and image display device | |
| TWI443441B (en) | Light source system | |
| JP2006017931A (en) | Image display device | |
| US7570404B2 (en) | Multi-state optical switch and combiner for use in a light engine and image presentation device using the same | |
| JP2005309125A (en) | Reflective liquid crystal illumination optical system and image display optical system | |
| CN120641810A (en) | Efficient and compact beam expander for VR/AR headsets | |
| KR100928994B1 (en) | Display device |