JP4033792B2

JP4033792B2 - Video projection device

Info

Publication number: JP4033792B2
Application number: JP2003073512A
Authority: JP
Inventors: 秀樹大島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: JP2004279900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像投影装置に関し、例えば、プロジェクションテレビジョンやビデオプロジェクタのように、カラー映像をスクリーンに投影する映像投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、プロジェクションテレビジョンやビデオプロジェクタのような映像投影装置においては、液晶表示素子やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micro-mirror Device）などの映像表示素子を用いて映像を形成し、形成された映像を光学的に拡大してスクリーンに投影している。また、かくのごとき映像投影装置は、映像表示素子の構成上からいくつかの分類が可能であるが、現在多く用いられているのは、単板式と３板式と称するものである。
【０００３】
３板式の映像投影装置にあっては、光の３原色である赤、緑、青のそれぞれに対して独立に映像表示素子を設け、かつ、白色光を赤、緑、青の各色光に分離して、分離された各色光をそれぞれに対応する映像表示素子に入射して、変調処理を施して各色光の映像を形成して、しかる後に、形成された各色光の映像を拡大してスクリーンに投影している。３板式の利点としては、光の利用効率の向上や画素の高精細化などが挙げられるが、半面、装置の大型化、複雑な光学系の構造によりコストがかかるなどの欠点も伴う。
【０００４】
一方、単板式の映像投影装置にあっては、１つの映像表示素子のみを設け、液晶方式のように、映像表示素子自体がカラー表示機能を有しているものと、ＤＭＤ方式のように、高速で回転するカラーホイール部のカラーフィルタを介して出射された各色光を、映像表示素子で変調して反射して、連続したカラーイメージを観察者の目の中で一体化させることによりカラー映像を表現するものとがある。かかる単板式の欠点としては、光の利用効率が３板式に比べて（１／３）以下に低下してしまうことが挙げられるが、映像表示素子が１つのみで構成可能であり、装置の簡素化、軽量化が可能であると共に、高価な映像表示素子が１つのみであり、コスト的な利点も存在する。
【０００５】
ここで、前述のごとき単板式プロジェクタとして、カラーホイール部を備えた従来の映像投影装置について図４に示す構成図を用いて説明する。ここに、図４は、従来例における映像投影装置の光学系の配置を示す光学系配置構成図である。図４に示す映像投影装置４００は、光源部４０１、コンデンサレンズ４０２、カラーホイール部４０３、ロッドレンズ４０４、リレーレンズ部４０５、反射型の映像表示素子４０６、投影レンズ４０７及び回転手段４０８を備えている。
【０００６】
光源部４０１より発光された白色光はコンデンサレンズ４０２により集光され、カラーホイール部４０３上のカラーフィルタを透過して、赤、緑、青の各色光に分離される。カラーホイール部４０３は、光軸からずれた位置にある軸を中心にして高速で回転手段４０８により回転駆動されて、回転することにより、周期的に赤、緑、青の各色光の変化を発生することができる。カラーホイール部４０３を透過した各色光はスクリーン上の品位を向上させるために、ロッドレンズ４０４及びリレーレンズ部４０５を通過して映像表示素子４０６に投射され、映像表示素子４０６によって映像信号に応じて選択的に反射される。この反射光を投影レンズ４０７によってスクリーンに結像させることにより、赤、緑、青の各色からなるカラー映像が表示される。
【０００７】
ここで、図４に示す映像投影装置４００においては、カラーホイール部４０３を透過する色光は、カラーホイール部４０３上に設けられたカラーフィルタにより、赤、緑、青の波長に相当する各色光に分離されるが、カラーホイール部４０３上には、図５（Ａ）に示す構成のように、赤色カラーフィルタ５０１、緑色カラーフィルタ５０２、青色カラーフィルタ５０３の光の３原色に対応したそれぞれの色の各フィルタが、均等角度（１２０度）の大きさに３分割されて配置されている。ここに、図５は、従来の一般的なカラーホイール部に設けられているカラーフィルタの構成と、各カラーフィルタの分光特性とを示す説明図である。かくのごとき均等角度に分割した各カラーフィルタを用いる場合、図５（Ｂ）に示す各カラーフィルタの分光特性のように、各カラーフィルタを透過する光は、輝度を犠牲にして、各カラーフィルタに対応する各色光のみを透過しているものであり、光源部４０１からの白色光として利用可能な光量のうち（１／３）しか利用していないことを意味している。
【０００８】
かくのごとき問題を解決するために、カラーホイール部上に赤色、緑色、青色の各カラーフィルタの他に白色のフィルタを設けている特許文献１の特開２０００―３２９９２２号公報「カラーホイール」に記載のような技術やカラーホイール部が光路上から外れるように移動することを可能としている特許文献２の特開平９―１６３３９１号公報「デジタル画像ディスプレイシステム」に記載のような技術が提案されている。
【０００９】
即ち、特許文献１に記載の技術においては、図６（Ａ）に示す構成のように、赤色カラーフィルタ６０１、緑色カラーフィルタ６０２、青色カラーフィルタ６０３のそれぞれを均等角度（例えば９０度）の大きさに配置すると共に、各カラーフィルタ６０１、６０２、６０３の間に、３つの白色フィルタ６０４がそれぞれ例えば３０度ずつの均等角度の大きさで配置されている。ここに、図６は、特許文献１に示す従来の技術に関する他の例において、カラーホイール部に設けられているカラーフィルタと白色フィルタの構成と、各カラーフィルタと白色フィルタの分光特性とを示す説明図である。図６（Ａ）に示すように、赤色カラーフィルタ６０１、緑色カラーフィルタ６０２、青色カラーフィルタ６０３の他に、白色フィルタ６０４を均等角度の位置に分配配置している場合、図６（Ｂ）に示す各カラーフィルタを透過する分光特性のように、白色フィルタ６０４の透過光量如何により、輝度を、図５に示すカラーホイール部４０３に比し、例えば約１.５倍に向上させることができる可能性を有している。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術においては、カラーホイール部が光路上のみならず、光路から外れた方向にも移動することができる構造とされているので、カラーホイール部が光路から外れた位置に移動した場合には、白黒のみの映像となるが、輝度は、光路上に配置されている図５に示すカラーホイール部の構成に比して、３倍の明るさを得ることができ、カラーホイール部が光路上に戻ってきた場合でも、カラー映像の輝度としては、図５の場合と同じ明るさを確保することができる。従って、カラーホイール部の移動位置を適当に制御することにより、全体として明るい輝度の映像を得ることができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００―３２９９２２号公報（第３−第４頁、図２）
【特許文献２】
特開平９―１６３３９１号公報（第３−第４頁、図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献１に記載の技術においては、図６に示すように、カラーホイール部上に各カラーフィルタの他に白色フィルタを追加して配置することに伴って、結果的に赤色、緑色、青色の各色のカラーフィルタの透過領域が狭くなり、もしくは、透過時間が短くなり、例えば白色フィルタの総面積を他の各カラーフィルタと同じ面積に分割した場合には、赤、緑、青の各色をスクリーン上で投射した際の明るさ（輝度）は、図５に示すカラーホイール部４０３の構成の場合よりも２５％も暗くなってしまう。つまり、白色を表現する時は、明るく表示することができるが、赤、緑、青の各色を表現する時は、反って暗くなってしまうという課題がある。
【００１３】
また、前述の特許文献２に記載の技術においては、カラーホイール部を光路上から外すように移動できる機構とその移動空間とが必要になってくるので、製品としては大型化してしまう。また、カラーホイール部の厚み及び屈折率により、光路上におけるカラーホイール部の有無により、光源部からの光線・光量にずれが生じて、後置されているロッドレンズへの入射状態が変化してしまい、結果的に、スクリーン上の明るさ、周辺光量比が変化してしまうという課題がある。
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、赤、緑、青の原色系のカラーフィルタを用いる従来例の２倍の透過光量が得られる補色系のカラーフィルタを２枚のカラーホイール部上にそれぞれ配置して、かかる２枚の補色系のカラーフィルタの組み合わせを用いて所定の色の光を透過させるようにして、赤、緑、青の各色光をスクリーン上で投射する際の明るさとしては、赤、緑、青の原色系のカラーフィルタを用いる場合と同等の明るさを維持すると共に、白黒のみの映像を表現する際には、２枚のカラーフィルタ間の相対位置関係を同一の色のカラーフィルタが組み合わされるように、両者のカラーホイール部の相対角度差を回転変化することができる構造として、投影表示装置としての大きさを大型化することなく、赤、緑、青の原色系のカラーフィルタを用いる場合よりも２倍の明るさを確保せんとすることに、その目的がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の技術手段に係る映像投影装置は、白色光源から出射される出射光の径路上に位置する回転駆動させるカラーホイールよりなるカラーフィルタを透過した光を受ける映像表示素子が形成する映像を光学的に拡大してスクリーンに投影する映像投影装置において、前記カラーフィルタは、第１、第２のカラーホイールのそれぞれにシアン色、マゼンダ色及びイエロー色の３つの色のカラーフィルタが配置された２枚のカラーホイールよりなり、カラー映像を投影する場合は、前記２枚の第１のカラーホイールと第２のカラーホイールに配置されたカラーフィルタの色の組合せをシアン色とイエロー色、イエロー色とマゼンタ色、マゼンタ色とシアン色を組合せ、白黒映像を投影する場合は、前記２枚の第１のカラーホイールと第２のカラーホイールに配置された同一色のカラーフィルタを組み合わせることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第２の技術手段に係る映像投影装置は、本発明の前記第１の技術手段に係る映像投影装置において、前記２枚の第１及び第２のカラーホイールのそれぞれに配置された前記カラーフィルタの３つの色の各フィルタの大きさが、均等な大きさからなっていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第３の技術手段に係る映像投影装置は、本発明の前記第１又は第２の技術手段に係る映像投影装置において、前記回転駆動される前記２枚の第１及び第２のカラーホイールのそれぞれの回転数が同一であることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第４の技術手段に係る映像投影装置は、本発明の前記第１乃至第３の技術手段のいずれかに係る映像投影装置において、前記回転駆動される前記２枚の第１及び第２のカラーホイールのそれぞれの回転中心軸が同一軸であることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第５の技術手段に係る映像投影装置は、本発明の前記第１乃至第４の技術手段のいずれかに係る映像投影装置において、前記変更させる前記２枚の第１及び第２のカラーホイールのそれぞれに配置された前記カラーフィルタ間の各色の組み合わせを示す相対位置関係は、前記カラーフィルタの各フィルタの数を用いて、
｛３６０／（前記第１又は第２のカラーホイール上に配置された前記カラーフィルタの各フィルタの数）｝
を単位として変更させることができることを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る映像投影装置の実施形態の一例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る映像投影装置の光学系の配置の一例を示す光学系配置構成図である。図１に示す映像投影装置１００は、光源部１０１、コンデンサレンズ１０２、第１のカラーホイール部１０３、第２のカラーホイール部１０４、ロッドレンズ１０５、リレーレンズ部１０６、反射型の映像表示素子１０７、投影レンズ１０８、回転手段１０９及びカラーフィルタ変更手段１１０を備えている。
【００２４】
光源部１０１より発光された白色光はコンデンサレンズ１０２により集光され、第１のカラーホイール部１０３上のカラーフィルタと第２のカラーホイール部１０４上のカラーフィルタとを透過して、赤、緑、青の各色光に分離される。ここに、２枚のカラーホイール部１０３、１０４は、それぞれ高速の同一回転速度（回転数）で同一軸を中心として回転手段１０９により回転駆動されて、回転することにより、周期的に赤、緑、青の各色の光となるような、カラー変化を発生させた透過色光に分離することができる。
【００２５】
これら２枚のカラーホイール部１０３、１０４を透過した各色光は、スクリーン上の品位を向上させるために、ロッドレンズ１０５及びリレーレンズ部１０６を通過して、反射型の映像表示素子１０７に投射され、投射された任意の波長の光を受けて、映像表示素子１０７は映像信号に応じた映像を形成するように選択的に各色光を反射光として反射させる。該反射光は、スクリーン上に光学的に拡大して投影する投射レンズとなる投影レンズ１０８によってスクリーン上に結像されることにより、第１及び第２のカラーホイール部１０３、１０４上のそれぞれに配置されたカラーフィルタ間の各色の組み合わせに対応した所望のカラー映像がスクリーン上に表示される。
【００２６】
ここに、第１及び第２のカラーホイール部１０３、１０４上のそれぞれに配置されたカラーフィルタ間の各色の組み合わせの相対位置関係は、カラーフィルタ変更手段１１０により、適宜変更させることができ、第１及び第２のカラーホイール部１０３、１０４上のそれぞれに配置されたカラーフィルタ間の各色の組み合わせを示す相対位置関係は、カラーフィルタの各フィルタの数を用いて、例えば、
｛３６０／（第１又は第２のカラーホイール部１０３、１０４上に配置されたカラーフィルタの各フィルタの数）｝度
を単位として変更させることができる。
【００２７】
本発明に係る映像投影装置の構成の一例を示す図１のごとき第１のカラーホイール部１０３と第２のカラーホイール１０４部上とのそれぞれに設けられているカラーフィルタの構成と、各カラーフィルタの分光特性とを図２に示す。
図２（Ａ）に記載のごとく均等角度（１２０度）の大きさに３分割して配置している各カラーフィルタ２０１、２０２、２０３の分光特性は、図２（Ｂ）に示すように、それぞれ異なる分光特性を有しており、それぞれ赤、緑及び青の３原色と補色関係にあるシアン色、マゼンダ色及びイエロー色の３つの色により構成されている。
【００２８】
ここで、２枚のカラーホイール部１０３、１０４を、回転中心軸が同一軸上で、かつ、同速度の回転数で、回転手段１０９により回転駆動制御することにより、コンデンサレンズ１０２により集光された白色光は、常に、２枚のカラーホイール部１０３、１０４それぞれに設けられている各カラーフィルタ２０１、２０２、２０３相互間の組み合わせが同じ組み合わせとされて、２枚のカラーホイール部１０３、１０４上のカラーフィルタを透過することとなる。
【００２９】
次に、２枚のカラーホイール部１０３、１０４それぞれに設けられている各カラーフィルタ２０１、２０２、２０３の相互の組み合わせ状態毎に、組み合わせた２枚のカラーフィルタを透過する色光について更に説明する。
図３は、２枚のカラーホイール部１０３、１０４それぞれに設けられているカラーフィルタの組み合わせと、組み合わせた２枚のカラーフィルタを透過する色光との関係を説明するための説明図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）それぞれは２枚のカラーフィルタの異なる色の組み合わせを示しており、カラーフィルタ変更手段１１０により適宜変更して設定された状態を示している。図３上、左側が第１のカラーホイール部１０３、右側が第２のカラーホイール部１０４にそれぞれ設けられているカラーフィルタを示している。
【００３０】
例えば、図３（Ａ）に示したように、第１のカラーホイール部１０３のカラーフィルタがシアン色のカラーフィルタ２０１であり、第２のカラーホイール部１０４のカラーフィルタがイエロー色のカラーフィルタ２０２である場合には、緑の光が透過される。図３（Ｂ）に示したように、第１のカラーホイール部１０３のカラーフィルタがイエロー色のカラーフィルタ２０２であり、第２のカラーホイール部１０４のカラーフィルタがマゼンダ色のカラーフィルタ２０３である場合には、赤の光が透過される。また、図３（Ｃ）に示したように、第１のカラーホイール部１０３のカラーフィルタがマゼンダ色のカラーフィルタ２０３であり、第２のカラーホイール部１０４のカラーフィルタがシアン色のカラーフィルタ２０１である場合には、青の光が透過される。
【００３１】
原理的には、以下の通りである。図２に示すカラーフィルタ２０１は前述のようにシアン色であり、青波長帯域（Ｂ）と緑波長帯域（Ｇ）との光を透過するフィルタである。図２に示すカラーフィルタ２０２はイエロー色であり、緑波長帯域（Ｇ）と赤波長帯域（Ｒ）との光を透過するフィルタである。また、図２に示すカラーフィルタ２０３はマゼンダ色であり、青波長帯域（Ｂ）と赤波長帯域（Ｒ）のと光を透過するフィルタである。
【００３２】
つまり、図２に示すカラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０２とを組み合わせた場合、透過してくる光は、カラーフィルタ２０１とカラーフィルタ２０２との双方のフィルタとして重なり合っている波長帯域（Ｇ）の緑の光のみである。図２に示すカラーフィルタ２０２とカラーフィルタ２０３とを組み合わせた場合、透過してくる光は、カラーフィルタ２０２とカラーフィルタ２０３との双方のフィルタとして重なり合っている波長帯域（Ｒ）の赤の光のみである。そして、図２に示すカラーフィルタ２０３とカラーフィルタ２０１とを組み合わせた場合、透過してくる光は、カラーフィルタ２０３とカラーフィルタ２０１との双方のフィルタとして重なり合っている波長帯域（Ｂ）の青の光のみである。
【００３３】
以上のように、２枚のカラーホイール部１０３、１０４それぞれに設けられている２枚の補色系のカラーフィルタの組み合わせを用いて、所定の色（赤、緑、青）の各色光を透過させるように構成しているので、赤、緑、青の各色光をスクリーン上で投射してカラー映像を表示している場合の明るさについては、図５（Ａ）に示すような赤、緑、青の原色系の３つのカラーフィルタを用いている一般的なカラーホイールの場合と同等の明るさを維持することができる。
【００３４】
また、スクリーン上に白黒のみの映像を表現する場合には、２枚のカラーホイール部１０３、１０４上それぞれに設けられているカラーフィルタは同じ色のものを組み合わせるように、２枚のカラーホイール部１０３、１０４の両者の相対角度差を、カラーフィルタ変更手段１１０を用いて、前述した図３の場合の組み合わせから変更することができるような構造になっている。つまり、カラーフィルタ変更手段１１０により、２枚のカラーホイール部１０３、１０４上それぞれに設けられているカラーフィルタの相対角度差即ち相対的位置関係として、シアン色のカラーフィルタ２０１同士の組み合わせ、イエロー色のカラーフィルタ２０２同士の組み合わせ、マゼンダ色のカラーフィルタ２０３同士の組み合わせとするように変更させる。
【００３５】
図１及び図２のような光学系構成からなる場合、２枚のカラーホイール部１０３、１０４上それぞれに配置されているカラーフィルタはシアン色、イエロー色、マゼンダ色の３つの色が均等角度の大きさに分割して配置されていることから、赤、緑、青の３つの色光をスクリーン上に投射している状態においては、図３に示すごとく、２枚のカラーホイール部１０３、１０４上それぞれのカラーフィルタの組み合わせが、（シアン色＋イエロー色）のカラーフィルタ２０１＋２０２の組み合わせ、（イエロー色＋マゼンダ色）のカラーフィルタ２０２＋２０３の組み合わせ、（マゼンダ色＋シアン色）のカラーフィルタ２０３＋２０１の組み合わせ、の相対位置関係にある状態から、カラーフィルタ変更手段１１０により、例えば第２のカラーホイール部１０４側のカラーフィルタを１２０度回転変更させて、同じ色同士の組み合わせとなるように、（シアン色＋シアン色）のカラーフィルタ２０１＋２０１の組み合わせ、（イエロー色＋イエロー色）のカラーフィルタ２０２＋２０２の組み合わせ、（マゼンダ色＋マゼンダ色）のカラーフィルタ２０３＋２０３の組み合わせ、の相対位置関係とするように変更することになる。
【００３６】
ここで、赤、緑、青の原色系のカラーフィルタよりも透過光量が２倍に大きい２枚の補色系のカラーフィルタを組み合わせて用いていることから、白黒のみの映像ではあるが、明るさは、図５（Ａ）のような従来例に示す原色系のカラーフィルタの場合よりも、２倍の明るさが確保できることになる。
【００３７】
原理的には、以下の通りである。前述のように、図２に示すカラーフィルタ２０１はシアン色であり、青波長帯域（Ｂ）と緑波長帯域（Ｇ）との光を透過するフィルタである。図２に示すカラーフィルタ２０２はイエロー色であり、緑波長帯域（Ｇ）と赤波長帯域（Ｒ）との光を透過するフィルタである。また、図２に示すカラーフィルタ２０３はマゼンダ色であり、赤波長帯域（Ｒ）と青波長帯域（Ｂ）との光を透過するフィルタである。
【００３８】
よって、２枚のカラーホイール部１０３、１０４上それぞれのカラーフィルタが同じ色同士の組み合わせ（シアン色のカラーフィルタ同士の組み合わせ、イエロー色のカラーフィルタ同士の組み合わせ、マゼンダ色のカラーフィルタ同士の組み合わせ）になるように組み合わせると、２枚のカラーホイール部１０３、１０４を透過した光は、次の通りである。即ち、１つ目のフィルタパターンとして、シアン色のカラーフィルタ２０１同士を組み合わせた場合、透過光は、青波長帯域（Ｂ）と緑波長帯域（Ｇ）との光となる。２つ目のフィルタパターンとして、イエロー色のカラーフィルタ２０２同士を組み合わせた場合は、透過光は、緑波長帯域（Ｇ）と赤波長帯域（Ｒ）との光となる。そして、３つ目のフィルタパターンとして、マゼンダ色のカラーフィルタ２０３同士を組み合わせた場合は、透過光は、赤波長帯域（Ｒ）と青波長帯域（Ｂ）との光となる。
【００３９】
白色の光を表現する場合は、この３つのフィルタパターンの総和として投影することになるので、
シアン色波長帯域＋イエロー色波長帯域＋マゼンダ色波長帯域
＝｛青波長帯域（Ｂ）＋緑波長帯域（Ｇ）｝
＋｛緑波長帯域（Ｇ）＋赤波長帯域（Ｒ）｝
＋｛赤波長帯域（Ｒ）＋青波長帯域（Ｂ）｝
＝２×｛青波長帯域（Ｂ）＋緑波長帯域（Ｇ）＋赤波長帯域（Ｒ）｝
の光となる。つまり、２×（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）となり、図５（Ａ）のような従来例に示す原色系のカラーフィルタの場合における（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）の２倍の明るさとなる。
【００４０】
また、従来技術として示したような特開２０００―３２９９２２号公報のように、赤、緑、青の各色光をスクリーン上に投射している場合の明るさが暗くなることもなく、また、特開平９―１６３３９１号公報のように、カラーホイール部を光軸上又は横方向に動かす必要もないので、投影表示装置内にカラーホイール部の移動空間が不要であり、投影表示装置の大きさを大きくすることもなく、更には、後置されているロッドレンズへの入射状態も変化することがないので、スクリーン上の明るさ、周辺光量比が変化してしまうなどの課題も発生しない。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る投影表示装置によれば、赤、緑、青の原色系のカラーフィルタを用いる従来例の２倍の透過光量が得られる補色系のカラーフィルタを２枚のカラーホイール部上にそれぞれ配置して、かかる２枚の補色系のカラーフィルタの組み合わせを用いて所定の色の光を透過させるようにしているので、赤、緑、青の各色光をスクリーン上で投射する際の明るさとして、赤、緑、青の原色系のカラーフィルタを用いる場合と同等の明るさを維持することができると共に、白黒のみの映像を表現する際には、２枚のカラーフィルタ間の相対位置関係を同一の色のカラーフィルタが組み合わされるように、両者のカラーホイール部の相対角度差を回転変化することができる構造になっているので、投影表示装置としての大きさを大型化することなく、赤、緑、青の原色系のカラーフィルタを用いる場合よりも２倍の明るさを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る映像投影装置の光学系の配置の一例を示す光学系配置構成図である。
【図２】本発明に係る映像投影装置の構成の一例を示す図１のごとき第１のカラーホイール部と第２のカラーホイール部上とのそれぞれに設けられているカラーフィルタの構成と、各カラーフィルタの分光特性とを示す説明図である。
【図３】２枚のカラーホイール部それぞれに設けられているカラーフィルタの組み合わせと、組み合わせた２枚のカラーフィルタを透過する色光との関係を説明するための説明図である。
【図４】従来例における映像投影装置の光学系の配置を示す光学系配置構成図である。
【図５】従来の一般的なカラーホイール部に設けられているカラーフィルタの構成と、各カラーフィルタの分光特性とを示す説明図である。
【図６】従来の他の例におけるカラーホイール部に設けられているカラーフィルタと白色フィルタの構成と、各カラーフィルタと白色フィルタの分光特性とを示す説明図である。
【符号の説明】
１００，４００…映像投影装置、１０１，４０１…光源部、１０２，４０２…コンデンサレンズ、１０３…第１のカラーホイール部、１０４…第２のカラーホイール部、４０３…カラーホイール部、１０５，４０４…ロッドレンズ、１０６，４０５…リレーレンズ部、１０７，４０６…映像表示素子、１０８，４０７…投影レンズ、１０９，４０８…回転手段、１１０…カラーフィルタ変更手段、２０１…シアン色カラーフィルタ、２０２…イエロー色カラーフィルタ、２０３…マゼンダ色カラーフィルタ、５０１，６０１…赤色カラーフィルタ、５０２，６０２…緑色カラーフィルタ、５０３，６０３…青色カラーフィルタ、６０４…白色フィルタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a video projection device, and more particularly to a video projection device that projects a color video image on a screen, such as a projection television or a video projector.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in an image projection apparatus such as a projection television or a video projector, an image is formed by using an image display element such as a liquid crystal display element or a digital micro-mirror device (DMD). The resulting image is optically enlarged and projected onto the screen. In addition, the image projection apparatus as described above can be classified into several categories in view of the structure of the image display element, but what is currently widely used is a single plate type and a three-plate type.
[0003]
In a three-plate image projection device, an image display element is provided independently for each of the three primary colors of light, red, green, and blue, and white light is separated into red, green, and blue color lights. Then, each separated color light is incident on a corresponding image display element, and a modulation process is performed to form an image of each color light. Thereafter, the formed image of each color light is enlarged and screened. Is projected. Advantages of the three-plate type include improvement of light utilization efficiency and higher pixel definition, but it also has disadvantages such as an increase in the size of the apparatus and cost due to a complicated optical system structure.
[0004]
On the other hand, in a single-plate image projection apparatus, only one image display element is provided, and the image display element itself has a color display function as in the liquid crystal method, and the DMD method as in the DMD method. Each color light emitted through the color filter of the color wheel rotating at high speed is reflected and modulated by the image display element, and a continuous color image is integrated in the eyes of the observer. There is something that expresses. A drawback of such a single plate type is that the light utilization efficiency is reduced to (1/3) or less compared to the three-plate type, but it can be configured with only one video display element, In addition to being able to be simplified and reduced in weight, there is only one expensive video display element, and there is a cost advantage.
[0005]
Here, as a single-plate projector as described above, a conventional video projection apparatus including a color wheel unit will be described with reference to a configuration diagram shown in FIG. FIG. 4 is an optical system arrangement configuration diagram showing the arrangement of the optical system of the image projection apparatus in the conventional example. 4 includes a light source unit 401, a condenser lens 402, a color wheel unit 403, a rod lens 404, a relay lens unit 405, a reflective image display element 406, a projection lens 407, and a rotation unit 408. Yes.
[0006]
White light emitted from the light source unit 401 is collected by the condenser lens 402, passes through a color filter on the color wheel unit 403, and is separated into red, green, and blue color lights. The color wheel unit 403 is driven to rotate at high speed about an axis that is shifted from the optical axis by the rotating means 408, and periodically generates changes in red, green, and blue color lights. can do. In order to improve the quality on the screen, each color light transmitted through the color wheel unit 403 passes through the rod lens 404 and the relay lens unit 405 and is projected onto the image display element 406. The image display element 406 responds to the image signal. Selectively reflected. The reflected light is imaged on the screen by the projection lens 407 to display a color image composed of red, green, and blue colors.
[0007]
Here, in the video projection device 400 shown in FIG. 4, the color light transmitted through the color wheel unit 403 is converted into each color light corresponding to red, green, and blue wavelengths by the color filter provided on the color wheel unit 403. Although separated, each color corresponding to the three primary colors of the red color filter 501, the green color filter 502, and the blue color filter 503 is formed on the color wheel unit 403 as shown in FIG. 5A. Each of the filters is divided into three parts with a uniform angle (120 degrees). FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of a color filter provided in a conventional general color wheel section and the spectral characteristics of each color filter. In the case of using each color filter divided at an equal angle like the above, the light transmitted through each color filter is sacrificed at the sacrifice of luminance as in the spectral characteristics of each color filter shown in FIG. It means that only one-third of the amount of light that can be used as white light from the light source unit 401 is used.
[0008]
In order to solve such problems, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-329922 “Color Wheel” in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-329922 in which a white filter is provided on the color wheel portion in addition to the red, green, and blue color filters. The technology as described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-163391 “Digital Image Display System” in Patent Document 2 that enables the technology as described and the color wheel part to move so as to be off the optical path has been proposed. Yes.
[0009]
That is, in the technique described in Patent Document 1, each of the red color filter 601, the green color filter 602, and the blue color filter 603 has a uniform angle (for example, 90 degrees) as shown in FIG. In addition, three white filters 604 are arranged between the color filters 601, 602, and 603 with an equal angle of 30 degrees, for example. FIG. 6 shows the configuration of the color filter and the white filter provided in the color wheel unit and the spectral characteristics of each color filter and the white filter in another example related to the conventional technique shown in Patent Document 1. It is explanatory drawing. As shown in FIG. 6A, in addition to the red color filter 601, the green color filter 602, and the blue color filter 603, when white filters 604 are distributed and arranged at equal angle positions, FIG. As shown in the spectral characteristics transmitted through each color filter, the luminance can be improved by, for example, about 1.5 times as compared with the color wheel unit 403 shown in FIG. 5 depending on the amount of light transmitted through the white filter 604. It has sex.
[0010]
Further, in the technique described in Patent Document 2, since the color wheel portion can move not only on the optical path but also in the direction away from the optical path, the position where the color wheel portion is off the optical path. When moving to, the image will be black and white only, but the brightness can be three times as bright as the configuration of the color wheel portion shown in FIG. Even when the color wheel portion returns to the optical path, the same brightness as in the case of FIG. 5 can be secured as the luminance of the color image. Accordingly, by appropriately controlling the moving position of the color wheel portion, an image with a bright brightness as a whole can be obtained.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-329922 (page 3-4, FIG. 2)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-163391 (page 3-4, FIG. 1)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique described in Patent Document 1 described above, as shown in FIG. 6, as a result of adding and arranging a white filter in addition to each color filter on the color wheel portion, as a result, red, For example, when the transmission area of each color filter of green and blue is narrowed or the transmission time is shortened, for example, when the total area of the white filter is divided into the same area as other color filters, red, green and blue The brightness (luminance) when each of these colors is projected on the screen is 25% darker than in the case of the configuration of the color wheel unit 403 shown in FIG. That is, when white is expressed, it can be displayed brightly, but when each color of red, green, and blue is expressed, there is a problem that it becomes darker.
[0013]
Further, in the technique described in Patent Document 2 described above, a mechanism that can move the color wheel portion so as to be removed from the optical path and its moving space are required, and thus the size of the product is increased. In addition, due to the thickness and refractive index of the color wheel part, there is a shift in the light and light quantity from the light source part depending on the presence or absence of the color wheel part on the optical path, and the incident state to the rod lens that is placed later changes. As a result, there is a problem that the brightness on the screen and the peripheral light amount ratio change.
[0014]
The present invention has been made in view of such circumstances, and two color wheels are used as complementary color type color filters that obtain twice the amount of transmitted light as compared with the conventional example using color filters of primary colors of red, green, and blue. When each of the red, green, and blue color lights is projected on the screen by using a combination of the two complementary color filters and transmitting light of a predetermined color. The brightness is the same as when using red, green, and blue primary color filters, and the relative positional relationship between the two color filters is used to represent monochrome images. As a structure that can rotate and change the relative angle difference between the two color wheels so that the color filters of the same color are combined, without increasing the size as a projection display device, red, green, Than with the primary color system color filter to St. ensuring brightness twice, it is an object.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The video projection apparatus according to the first technical means of the present invention is a white light An image formed by an image display element that receives light transmitted through a color filter made of a color wheel that is driven to rotate positioned on a path of emitted light emitted from a source is optically enlarged and projected onto a screen. Video projection equipment The color filter is composed of two color wheels in which three color filters of cyan, magenta and yellow are arranged on the first and second color wheels, respectively, and projects a color image. When combining the color filters of the two color filters arranged on the first color wheel and the second color wheel, a combination of cyan and yellow, yellow and magenta, magenta and cyan, When projecting a black and white image, the two color filters of the same color arranged on the first color wheel and the second color wheel are combined. It is characterized by this.
[0017]
First of the present invention 2 The video projection apparatus according to the technical means of the present invention is the above-mentioned first of the present invention. 1 In the video projection apparatus according to the technical means, the two first and second color wheels of The size of each of the three color filters arranged in each color filter is an equal size.
[0018]
First of the present invention 3 The video projection apparatus according to the technical means of the present invention is the above-mentioned first of the present invention. 1 Or the second 2 In the video projection apparatus according to the technical means of Writing The two first and second color wheels driven to roll of Each rotation number is the same.
[0019]
First of the present invention 4 The video projection apparatus according to the technical means of the present invention is the above-mentioned first of the present invention. 1 Thru 3 In the video projection apparatus according to any of the technical means, Writing The two first and second color wheels driven to roll of Each rotation center axis is the same axis.
[0020]
First of the present invention 5 The video projection apparatus according to the technical means of the present invention is the above-mentioned first of the present invention. 1 Thru 4 In the video projection apparatus according to any of the technical means, Change The two first and second color wheels to be added of Relative positional relationship indicating the combination of each color between the color filters arranged in each, using the number of each filter of the color filter,
{360 / (number of each filter of the color filter arranged on the first or second color wheel)}
It can be changed in units of.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of a video projection device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an optical system layout diagram showing an example of the layout of the optical system of the video projector according to the present invention. A video projector 100 shown in FIG. 1 includes a light source unit 101, a condenser lens 102, a first color wheel unit 103, a second color wheel unit 104, a rod lens 105, a relay lens unit 106, and a reflective video display element 107. , A projection lens 108, a rotation means 109, and a color filter changing means 110.
[0024]
White light emitted from the light source unit 101 is collected by the condenser lens 102, passes through the color filter on the first color wheel unit 103 and the color filter on the second color wheel unit 104, and is converted into red, green , Separated into blue color light. Here, the two color wheel sections 103 and 104 are rotated and driven by the rotating means 109 around the same axis at the same high rotational speed (number of rotations), respectively. The light can be separated into transmitted color light in which a color change is generated so as to be blue light.
[0025]
Each color light transmitted through the two color wheel portions 103 and 104 passes through the rod lens 105 and the relay lens portion 106 and is projected onto the reflective image display element 107 in order to improve the quality on the screen. Upon receiving the projected light of an arbitrary wavelength, the video display element 107 selectively reflects each color light as reflected light so as to form an image corresponding to the video signal. The reflected light is imaged on the screen by a projection lens 108 which is a projection lens for optically enlarging and projecting on the screen, so that the reflected light is applied to each of the first and second color wheel portions 103 and 104. A desired color image corresponding to each color combination between the arranged color filters is displayed on the screen.
[0026]
Here, the relative positional relationship of each color combination between the color filters arranged on the first and second color wheel portions 103 and 104 can be changed as appropriate by the color filter changing means 110. The relative positional relationship indicating the combination of each color between the color filters arranged on each of the first and second color wheel units 103 and 104 is determined by using the number of each filter of the color filter, for example,
{360 / (number of filters of the color filters arranged on the first or second color wheel 103, 104)} degree
Can be changed as a unit.
[0027]
FIG. 1 shows an example of the configuration of the image projection apparatus according to the present invention. The configuration of color filters provided on the first color wheel unit 103 and the second color wheel 104 unit as shown in FIG. FIG. 2 shows the spectral characteristics.
As shown in FIG. 2 (A), the spectral characteristics of the color filters 201, 202, and 203 arranged in three equal angles (120 degrees) as shown in FIG. Each has different spectral characteristics, and is composed of three colors of cyan, magenta and yellow, which are complementary to the three primary colors of red, green and blue.
[0028]
Here, the two color wheel sections 103 and 104 are condensed by the condenser lens 102 by controlling the rotation of the two color wheel sections 103 and 104 by the rotation means 109 at the same rotation speed and the same rotation speed. The white light always has the same combination of the color filters 201, 202, and 203 provided in the two color wheel portions 103 and 104, respectively. The light passes through the upper color filter.
[0029]
Next, the color light transmitted through the two combined color filters will be further described for each combination state of the color filters 201, 202, and 203 provided in the two color wheel portions 103 and 104, respectively.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the combination of color filters provided in each of the two color wheel sections 103 and 104 and the color light transmitted through the two combined color filters. 3A, 3B, and 3C each show a combination of different colors of the two color filters, and shows a state that is appropriately changed and set by the color filter changing means 110. FIG. In FIG. 3, the left side shows the color filters provided on the first color wheel unit 103, and the right side shows the second color wheel unit 104.
[0030]
For example, as shown in FIG. 3A, the color filter of the first color wheel unit 103 is a cyan color filter 201, and the color filter of the second color wheel unit 104 is a yellow color filter 202. In this case, green light is transmitted. As shown in FIG. 3B, the color filter of the first color wheel unit 103 is a yellow color filter 202, and the color filter of the second color wheel unit 104 is a magenta color filter 203. In some cases, red light is transmitted. Also, as shown in FIG. 3C, the color filter of the first color wheel unit 103 is a magenta color filter 203, and the color filter of the second color wheel unit 104 is a cyan color filter 201. If so, blue light is transmitted.
[0031]
The principle is as follows. The color filter 201 shown in FIG. 2 is a filter that is cyan as described above and transmits light in the blue wavelength band (B) and the green wavelength band (G). The color filter 202 shown in FIG. 2 is a yellow color filter that transmits light in the green wavelength band (G) and the red wavelength band (R). 2 is a magenta color filter that transmits light in the blue wavelength band (B) and the red wavelength band (R).
[0032]
That is, when the color filter 201 and the color filter 202 shown in FIG. 2 are combined, the transmitted light is green in the wavelength band (G) that overlaps as both the color filter 201 and the color filter 202. Only light. When the color filter 202 and the color filter 203 shown in FIG. 2 are combined, the transmitted light is only red light in the wavelength band (R) that overlaps as both the color filter 202 and the color filter 203. It is. When the color filter 203 and the color filter 201 shown in FIG. 2 are combined, the transmitted light is transmitted in the blue wavelength band (B) that overlaps as both the color filter 203 and the color filter 201. Only light.
[0033]
As described above, each color light of a predetermined color (red, green, and blue) is transmitted using a combination of two complementary color filters provided in each of the two color wheel portions 103 and 104. As shown in FIG. 5A, the brightness when displaying color images by projecting each color light of red, green, and blue on the screen. Brightness equivalent to that of a general color wheel using three color filters of the blue primary color system can be maintained.
[0034]
In addition, when displaying only black and white video on the screen, the two color wheel units are combined so that the color filters provided on the two color wheel units 103 and 104 are of the same color. The structure is such that the relative angle difference between the two 103 and 104 can be changed using the color filter changing means 110 from the combination shown in FIG. That is, the color filter changing unit 110 uses a combination of the cyan color filters 201 as a relative angular difference, that is, a relative positional relationship between the color filters provided on the two color wheel portions 103 and 104, and a yellow color. The color filters 202 are combined, and the magenta color filters 203 are combined.
[0035]
When the optical system configuration shown in FIGS. 1 and 2 is used, the color filters arranged on the two color wheel sections 103 and 104 have three angles of cyan, yellow, and magenta at equal angles. Since the three color lights of red, green, and blue are projected on the screen because they are divided into sizes, as shown in FIG. Each color filter combination is a combination of (cyan + yellow) color filter 201 + 202, a combination of (yellow + magenta) color filter 202 + 203, a combination of (magenta + cyan) color filter 203 + 201, From the state of the relative positional relationship, the color filter changing means 110 performs, for example, the second color. The color filter on the wheel unit 104 side is rotated by 120 degrees, and the combination of (cyan + cyan) color filters 201 + 201, and the (yellow + yellow) color filter 202 + 202 so that the same colors are combined. And a relative positional relationship of the combination of the color filter 203 + 203 of (magenta color + magenta color).
[0036]
In this case, since two complementary color filters having a transmitted light amount twice as large as the red, green, and blue primary color filters are used in combination, the brightness is black-and-white only. Therefore, twice as much brightness can be secured as in the case of the primary color filter shown in the conventional example as shown in FIG.
[0037]
The principle is as follows. As described above, the color filter 201 illustrated in FIG. 2 is a cyan color filter that transmits light in the blue wavelength band (B) and the green wavelength band (G). The color filter 202 shown in FIG. 2 is a yellow color filter that transmits light in the green wavelength band (G) and the red wavelength band (R). 2 is a magenta color filter that transmits light in the red wavelength band (R) and the blue wavelength band (B).
[0038]
Therefore, the color filters on the two color wheel sections 103 and 104 are the same color combination (a combination of cyan color filters, a combination of yellow color filters, a combination of magenta color filters). The light transmitted through the two color wheel portions 103 and 104 is as follows. That is, when the cyan color filters 201 are combined as the first filter pattern, the transmitted light is light in the blue wavelength band (B) and the green wavelength band (G). When the yellow color filters 202 are combined as the second filter pattern, the transmitted light becomes light in the green wavelength band (G) and the red wavelength band (R). When the magenta color filters 203 are combined as the third filter pattern, the transmitted light becomes light in the red wavelength band (R) and the blue wavelength band (B).
[0039]
When expressing white light, it will be projected as the sum of these three filter patterns.
Cyan color band + Yellow color band + Magenta color band
= {Blue wavelength band (B) + Green wavelength band (G)}
+ {Green wavelength band (G) + Red wavelength band (R)}
+ {Red wavelength band (R) + Blue wavelength band (B)}
= 2 × {Blue wavelength band (B) + Green wavelength band (G) + Red wavelength band (R)}
Of light. That is, 2 × (R + G + B), which is twice as bright as (R + G + B) in the case of the primary color filter shown in the conventional example as shown in FIG.
[0040]
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-329922 as shown in the prior art, the brightness when projecting each color light of red, green, and blue on the screen does not become dark, As disclosed in Japanese Laid-Open Patent Application No. 9-163391, it is not necessary to move the color wheel part on the optical axis or in the lateral direction, so that no movement space for the color wheel part is required in the projection display apparatus, and the size of the projection display apparatus is reduced. In addition, since the incident state on the rod lens that is placed later does not change, there is no problem that the brightness on the screen and the peripheral light amount ratio change.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the projection display device of the present invention, two complementary color-type color filters that obtain twice the amount of transmitted light as compared with the conventional example using the color filters of the primary colors of red, green, and blue are provided. Are arranged on the color wheel of each of these, and the light of a predetermined color is transmitted using a combination of the two complementary color filters, so that each color light of red, green and blue is transmitted on the screen. As for the brightness when projecting with, the same brightness as when using color filters of the primary colors of red, green, and blue can be maintained. Since the relative positional difference between the color filters is combined so that the color filters of the same color are combined, the relative angle difference between the two color wheel portions can be rotated and changed. Without increasing the size of the of yellow, red, green, it is possible to secure a two-fold brightness than the case of using the primary color-based color filter of the blue.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical system arrangement configuration diagram showing an example of an arrangement of optical systems of a video projection apparatus according to the present invention.
2 shows an example of the configuration of the image projection apparatus according to the present invention, the configuration of color filters provided on each of the first color wheel unit and the second color wheel unit as shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the spectral characteristic of a color filter.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a combination of color filters provided in each of two color wheel units and color light transmitted through the two combined color filters.
FIG. 4 is an optical system arrangement configuration diagram showing an arrangement of optical systems of a video projection apparatus in a conventional example.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a color filter provided in a conventional general color wheel unit and spectral characteristics of each color filter.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a color filter and a white filter provided in a color wheel unit in another conventional example, and spectral characteristics of each color filter and the white filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,400 ... Video projection apparatus, 101,401 ... Light source part, 102,402 ... Condenser lens, 103 ... 1st color wheel part, 104 ... 2nd color wheel part, 403 ... Color wheel part, 105,404 ... Rod lens, 106, 405 ... Relay lens unit, 107, 406 ... Video display element, 108, 407 ... Projection lens, 109, 408 ... Rotating means, 110 ... Color filter changing means, 201 ... Cyan color filter, 202 ... Yellow Color color filter 203... Magenta color filter 501 601 Red color filter 502 602 Green color filter 503 603 Blue color filter 604 White filter

Claims

Magnify the image optically to the image display element for receiving light transmitted through the color filter composed of the color wheel to rotate driven located on path of outgoing light emitted from the white light source to form image projection for projecting on a screen in the equipment,
The color filter includes two color wheels in which three color filters of cyan, magenta, and yellow are arranged on each of the first and second color wheels.
When a color image is projected, the color combinations of the color filters arranged on the two first color wheels and the second color wheel are cyan and yellow, yellow and magenta, and magenta and cyan. Combine colors,
When projecting a black-and-white video, the video projection device is characterized by combining the two color filters of the same color arranged on the first color wheel and the second color wheel .

According to claim 1, wherein the three dimensions of each filter color of the color filter arranged in each of the two first and second color wheel, characterized in that it consists of equal size Video projector.

Image projection apparatus according to claim 1 or 2 each of the rotational speed of the two first and second color wheel is pre Machinery rotational drive is equal to or the same.

Image projection apparatus according to any of claims 1 to 3 each of the rotation center axis of the two first and second color wheel is pre Machinery rotational drive is characterized in that the same shaft.

Relative positional relationship indicating a combination of the colors between the color filter arranged in each of the two first and second color wheel for previous SL strange exposed, using the number of the filters of the color filter,
To any one of claims 1 to 4, characterized in that it is possible to change the degree of {360 / (the number of filters of the first or the color filter disposed on the second color wheel)} units The image projection apparatus described.