JP2001051231A - 表示光学装置 - Google Patents
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Abstract
率の良い構成が可能な、高解像度の表示光学装置を提供
する。 【解決手段】光源からの光を所定の波長領域毎に異なっ
た方向に分離し、その分離された照明光としての光を表
示パネルに照明する照明光学系と、その表示パネルから
の投影光を単数或いは複数画素毎にシフトして投影する
投影光学系とを備え、前記照明光はRGB3色の光が交
互に複数配列され、各同一色の光が前記表示パネルの隣
合った複数個の画素を照明する構成とする。
Description
の画像を投影する表示光学装置に関するものである。
して、例えば投影型の表示光学装置が知られている。こ
のような表示光学装置においては、反射型液晶表示パネ
ル等の、いわゆる反射型表示パネルが最近では主に用い
られている。そして、このような反射型表示パネル上の
光学像を、効率よく均一に照明するために、照明光学系
が用いられており、また、照明光学系からの照明光を反
射型表示パネルへと導くために、反射型表示パネル直前
に配置したマイクロレンズアレイ等が用いられている。
わゆる単板として、画素毎にR用,G用,B用を順次並
べたものを用い、照明光を予めRGBに色分割したもの
を、角度をRGB毎に変えて1絵素(1絵素とは表示パ
ネル上のRGB3画素を1組としたもの)或いは複数絵
素ずつマイクロレンズアレイ上の各マイクロレンズに入
射させ、それぞれ反射型表示パネルのR用,G用,B用
の画素に集光するようにしている。
ズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図であ
る。これは、特開平4−60538号公報に記載されて
いる如く、単板方式で表示パネルに透過型液晶を用いた
プロジェクター光学系に採用されているものである。こ
こでは表示パネル16を単板とし、画素毎にR用,G
用,B用を順次並べており、後述する光源1からの光9
を予めRGBに色分割したものを、角度をRGB毎に変
えて1絵素ずつマイクロレンズアレイ61の各マイクロ
レンズ61aに入射させ、それぞれ表示パネル16のR
用,G用,B用の画素に集光するようにしている。これ
により、効率の良い照明を行う事ができる。尚、同図の
マイクロレンズアレイ61及び表示パネル16の左右
は、図示を省略している。
に記載されている、従来の他の例であるマイクロレンズ
アレイと表示パネルとの関係を模式的に示す図である。
同図に示すように、ここではマイクロレンズアレイ62
のマイクロレンズ62a一つ当たり、光源1からの光9
をRGB3つではなくRGBRGB…の順の複数絵素の
光束にして入射させ、それぞれ表示パネル16のR用,
G用,B用の画素に集光するようにしている。尚、同図
のマイクロレンズアレイ62及び表示パネル16の左右
は、図示を省略している。
つ表示パネルにおいては、いわゆる単板方式でありなが
ら、画素数を増やす事なくいわゆる3板方式と同等の解
像度のカラー表示を行える事が望ましい。このため、従
来より、RGBが順にずれるよう、3サイクルを時間的
に重ね合わせる、いわゆる色画素時分割方式が行われて
いる。
22で示した従来の一例のような構成では、表示パネル
として用いられる最近の液晶表示パネルは画素ピッチが
細かいため、効率の良い構成とするためには、マイクロ
レンズ61aと表示パネル16の各画素との間隔が非常
に短くなり、現実には構成不可能となる。具体的には、
最近の液晶表示パネルは、高画素化のため画素ピッチが
10〜20μmとなっている。
ように、表示パネル16の各画素をRGBそれぞれ1つ
の光束で照明する場合、マイクロレンズ61aと表示パ
ネル16の各画素との間は、100μm以下の距離とな
り、実質的にこれらの作成が不可能である。たとえ実際
に作成できたとしても、マイクロレンズの曲率が大き
く、収差等が生じて良好な照明ができない。
3で示した従来の他の例が有効であるが、このような構
成においては、色分割された光束の間隔は、ここでは図
示しないレンズアレイによる1段のインテグレータによ
り予め設定されるため、画面中央に対する周辺等の、大
きなスパンでの照明ムラをなくすためには、レンズアレ
イは相当細かく分割しなければならず、例えば分割の粗
い長辺方向でも、4〜7分割以上は必要となる。この場
合、逆にマイクロレンズ62aと表示パネル16の各画
素が大きく離れてしまい、マイクロレンズ62a個々の
Fナンバーが回折限界以下の暗さとなるため、うまく集
光しない。
レータにより、予め光源1からの光9をRGBRGB…
の光束に分けた場合、マイクロレンズ62aと表示パネ
ル16の各画素との間は、500〜800μm程度と大
きくなるが、各マイクロレンズ62aのFナンバーはF
20以上となり、回折による結像のボケ量(1.22×
波長λ×Fナンバー)が十数ミクロンとなって、画素ピ
ッチと同等になってしまう。このとき、それぞれ細かく
分割したRGBの光束は、実質的には画素面上で各画素
からはみ出してしまい、色純度の低下や効率の大幅なダ
ウンを引き起こす。
マイクロレンズを持つマイクロレンズアレイを表示パネ
ル直前に置いた場合、マイクロレンズアレイのFナンバ
ーが暗く、画素に結像するよりも回折で像がボケる方が
大きくなり、返って非効率となる。そして、複数絵素当
たりに一つのマイクロレンズを持つマイクロレンズアレ
イの場合(特開平9−318904号公報に記載された
実施例は殆どこれである)、近接する絵素間に寄与する
光源像が異なるため、光源像の明るさの差が、隣合う絵
素間といった小さいスパンでの照明ムラを発生する。
においても、効率の良い構成が可能な、高解像度の表示
光学装置を提供する事を目的とする。
に、本発明では、光源からの光を所定の波長領域毎に異
なった方向に分離し、その分離された照明光としての光
を表示パネルに照明する照明光学系と、その表示パネル
からの投影光を単数或いは複数画素毎にシフトして投影
する投影光学系とを備え、前記照明光はRGB3色の光
が交互に複数配列され、各同一色の光が前記表示パネル
の隣合った複数個の画素を照明する請求項1の構成とす
る。
の光が照明する一組の画素単位に1つのレンズが対応す
るマイクロレンズアレイ或いはマイクロシリンダーレン
ズアレイを有する請求項1に記載の請求項2の構成とす
る。
フレーム中に同一色で別の場所の画素が重なるようにシ
フトして投影する請求項1又は請求項2に記載の請求項
3の構成とする。
レーム間に跨って同一色で別の場所の画素が重なるよう
にシフトして投影する請求項1又は請求項2に記載の請
求項4の構成とする。
素毎にシフトして投影し、その投影される特定の位置に
対して、ON表示する画素を組み合わせる事により、情
報表示する請求項1に記載の請求項5の構成とする。
差に対応して、ON表示する画素を決定する事により、
階調表現する請求項5に記載の請求項6の構成とする。
定の波長領域毎に異なった方向に分離し、その分離され
た照明光としての光を連続的に或いは微小ピッチでシフ
トして、表示パネルに照明する照明光学系と、その表示
パネルからの投影光を投影する投影光学系とを備え、前
記照明光はRGB3色の光が交互に複数配列され、各同
一色の光が前記表示パネルの隣合った複数個の画素を照
明する請求項7の構成とする。
照明光を各波長領域毎に前記表示パネル上に一色ずつ結
像するマイクロシリンダーレンズアレイを有する請求項
7に記載の請求項8の構成とする。
て、ON表示する時間帯を組み合わせる事により、情報
表示する請求項7又は請求項8に記載の請求項9の構成
とする。
的変化に対応して、ON表示する時間帯を決定する事に
より、階調表現する事を特徴とする請求項9に記載の請
求項10の構成とする。
り、前記照明光と前記投影光とを分離する照明・投影分
離光学系を備え、その照明・投影分離光学系の照明光入
射側にマイクロレンズアレイ或いはマイクロシリンダー
レンズアレイを配置し、そのマイクロレンズアレイ或い
はマイクロシリンダーレンズアレイを駆動する事によ
り、前記照明光のシフトを行う請求項7に記載の請求項
11の構成とする。
異なった方向に分離する色分解光学系を、前記マイクロ
レンズアレイ或いはマイクロシリンダーレンズアレイの
直前に配置した請求項11に記載の請求項12の構成と
する。
照明光を全反射により前記表示パネルに導き、その表示
パネルからの投影光を透過により前記投影光学系に導く
プリズムである請求項11又は請求項12に記載の請求
項13の構成とする。
ビームスプリッターである請求項11又は請求項12に
記載の請求項14の構成とする。
て、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第
1の実施形態の表示光学装置を模式的に示す構成図であ
る。各部の配置は本来3次元的なものであるが、理解を
助けるために、平面状に記載している。同図において、
1は光源であり、2は光源1を取り囲むように配置され
るリフレクターである。また、7はリフレクター2の光
の射出口2aを覆うように配置され、光源1及びリフレ
クター2からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカット
するUVIRカットフィルターである。
下方)には、R(赤),G(緑),B(青)それぞれの
波長領域の光を反射するダイクロイックミラーRm,
Gm,Bmがそれぞれ異なった傾きで配置されている。そ
して、光軸LでUVIRカットフィルター7を透過して
きた光9が、Rm,Gm,Bmそれぞれのダイクロイック
ミラーで反射され、それぞれ異なった角度の光軸LR,
LG,LBで後方(図の右方)に配置された第1レンズア
レイ4に到達するようにしている。尚、ダイクロイック
ミラーBmは全反射ミラーでも良い。また、光9のダイ
クロイックミラーによる反射光は、図示を省略してい
る。
て第2レンズアレイ6、その直後に重ね合わせレンズ8
が配置されている。尚、ここでは図示しないが、第1レ
ンズアレイ4は、格子状に組み合わされた各セルを有し
ており、第2レンズアレイ6は、第1レンズアレイ4と
は別の格子状に組み合わされた各セルを有している。ま
た、第1レンズアレイ4は、複屈折回折格子を有してお
り、第2レンズアレイ6の各セルの短辺方向に、光源1
及びリフレクター2からの光9の偏光分離を行う。第1
レンズアレイ4、第2レンズアレイ6を通じて偏光変換
が行われ、光源1及びリフレクター2からの光9は特定
の偏光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置
と呼ぶ。これらの詳細な関係については後述する。
ね合わせレンズ8により、後述する表示パネルに、第1
レンズアレイ4の各セルの像が重なり合うようにしてい
る。そして、重ね合わせレンズ8の直後の照明光学系1
3により、表示パネルをテレセントリック照明する。
尚、重ね合わせレンズ8は、第2レンズアレイ6と一体
に成形されていても良い。以上の第1レンズアレイ4か
ら重ね合わせレンズ8までを、インテグレータ光学系I
と呼び、光軸をLaとする。
プリズム22が配置されている。TIRプリズム22
は、それぞれ三角柱状をしたガラス等より成る大小のプ
リズム22b,22aの或面同士が向かい合った構成と
なっている。プリズム22bは、入射面22ba,射出
面を兼ねた全反射面22bb,及び入射出面22bcを
有し、プリズム22aは、入射面22aa及び射出面2
2abを有している。互いに向かい合った全反射面22
bbと入射面22aaとの間隔は、数μm〜数十μmと
なっている。
フレクター2からの光9は、まず、プリズム22bに対
して、光軸Laに沿って、直前のコンデンサーレンズ2
3を経て、入射面22baに入射する。そして、全反射
面22bbに臨界角を超える入射角で入射する事によっ
て、光9はその殆どが反射され、入射出面22bcより
射出し、表示パネル16に向かう。その直前には、所定
の偏光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マ
イクロシリンダーレンズアレイ15aが配置されてい
る。以上説明した構成を、照明光学装置の一例とする。
り、ここに照明された光9を、画素毎に表示情報に応じ
てONの状態のマイクロミラー或いはOFFの状態のマ
イクロミラーで反射する。このとき、ONの反射光は、
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15aを経て、
入射出面22bcに入射してプリズム22bに戻る。
入射角で入射してここを透過し、更に入射面22aaに
入射して、プリズム22aを透過して射出面22abよ
り射出し、光軸Lbに沿って投影光である光21として
投影光学系24に到る。この投影光学系24により、表
示パネル16の表示情報が図示しないスクリーンに投影
される。尚、光21は図示を省略している。一方、OF
Fの反射光は、プリズム22b,22aを透過しても、
最終的に投影光学系24に到らない方向へと射出する。
以上説明した投影光学系とスクリーンの構成を、投影光
学装置の一例とする。
bは、本実施形態では後述するように、表示パネル16
の表面に対して垂直とはならない構成であるので、投影
光学系24は共軸系ではない非軸投影光学系とする必要
がある。この非軸投影光学系の具体例としては、例えば
特開平9−179064号公報の実施例4に記載されて
いる様なものが提案されている。
学装置の主要部分を拡大して示す模式図であり、同図
(a)は全体図、同図(b)は上記インテグレータ光学
系部分の側面図である。図1での説明と同様にして、光
軸Lに沿って入射してきた光9が、Rm,Gm,Bmそれ
ぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異な
った角度の光軸LR,LG,LBで後方(図の下方)に配
置された第1レンズアレイ4に到達する。尚、同図
(a)では光9は図示を省略している。
て第2レンズアレイ6、その直後に重ね合わせレンズ8
が配置されている。第1レンズアレイ4は、格子状に組
み合わされた各セル4aを有しており、第2レンズアレ
イ6は、第1レンズアレイ4とは別の格子状に組み合わ
された各セル6aを有している。RGBで異なる方向か
ら第1レンズアレイ4に到達した光9は、その個々のセ
ル4a毎に、その後方に少し離れて配置された第2レン
ズアレイ6の個々のセル6a上に結像する。このとき、
RGBで光の方向が異なるため、RGBそれぞれの光源
像ができる。それぞれの位置にはほぼ各色がきている
が、色純度を上げるため、RGBのカラーフィルターが
設けてある。このカラーフィルターによる光量のロスは
少ない。
に示すように、複屈折回折格子を有しており、第2レン
ズアレイ6の各セルの短辺方向に、光9の偏光分離を行
う。ここでは第1レンズアレイ4、第2レンズアレイ6
を通じて偏光変換が行われ、光9は特定の偏光に揃えら
れて出てくる。この偏光変換の原理を同図(b)で改め
て説明する。まず、光9は無偏光の光束で、インテグレ
ータ光学系Iに入射する。インテグレータ光学系Iは、
光束の進む順に、第1レンズアレイ4、1/2波長板
5、第2レンズアレイ6、重ね合わせレンズ8より成
る。第1レンズアレイ4は、ガラス等より成る基板4b
上にブレーズ形状の複屈折回折格子4cが形成され、更
にそのブレーズ形状部に接する部分に複屈折光学材料4
dが充填されて、ガラス板4eで封印されている。
光線に対しては異なる屈折率を示し、本例では、紙面に
沿った偏光面を有する光線L1に対する屈折率と、紙面
に垂直な偏光面を有する光線L2に対する屈折率とが異
なっている。また複屈折回折格子4cの形状は直進する
光を偏向する形状である。ここで、紙面に沿った偏光面
を有する光線L1に対する屈折率と、基板材料の屈折率
とを等しくする事により、紙面に沿った偏光面を有する
光線L1は、実線で示されるように複屈折回折格子4c
が存在しない場合と等価に進行し、紙面に垂直な偏光面
を有する光線L2は、一点鎖線で示されるように複屈折
回折格子4cが存在する状態で進行するので、偏向を受
ける事になる。
を空間分割し、第2レンズアレイ6上で結像させる。紙
面に沿った偏光面を有する光線L1は直進して結像し、
紙面に垂直な偏光面を有する光線L2は偏向を受けて結
像する。従って、紙面に沿った偏光面を有する光線L1
と、紙面に垂直な偏光面を有する光線L2とは空間的に
異なる位置で結像する事になる。そこで第2レンズアレ
イ6光源側近傍に、前記いずれかの偏光面を有する光束
の結像している空間に1/2波長板5を配置する事によ
り、いずれか一方の偏光面を有する光束に揃える事が可
能となる。
を用いている。従って、インテグレータ光学系Iから
は、全て紙面に対して平行な偏光面に揃えられた偏光
が、照明光として射出する事になる。尚、複屈折光学材
料は、例えば液晶材料を所定の方向に配向処理する事等
により得られる。また、紫外線等の照射を受けると硬化
する液晶材料が知られているので、そのような液晶材料
を用いて上記配向処理後に紫外線照射等を施すようにし
ても良い。
第2レンズアレイ6とその直後の重ね合わせレンズ8に
より、表示パネル16に、第1レンズアレイ4の各セル
の像が重なり合うようにしている。そして、重ね合わせ
レンズ8の直後の照明光学系13により、表示パネル1
6をテレセントリック照明する。ここで、図1でも示し
たように、表示パネル16の直前には、複屈折材料によ
り構成される複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ1
5aが配置されている。
1,第2レンズアレイによってRGBに色分解された光
9は、照明光学系13及びTIRプリズム22を経て、
この複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15aの各
マイクロシリンダーレンズ15aaによって、各色毎に
表示パネル16の数個の画素16bをそれぞれ照明す
る。尚、マイクロシリンダーレンズ15aaの代わりに
回折レンズとしても良い。同図の複屈折マイクロシリン
ダーレンズアレイ15a及び表示パネル16の左右は、
図示を省略している。尚、これらの間には1/4波長板
10が配置されているが、これについては後述する。
ーレンズアレイ15aと表示パネル16との間隔が2m
m〜3mmとなっており、表示パネル16のDMDの画
素16bを保護する保護ガラス16aの外側に、複屈折
マイクロシリンダーレンズアレイ15aを配置するスペ
ースが充分ある。また、図2(a)においては、1色当
たり4画素を照明する構成となっているが、実際には、
保護ガラス16aの厚さが2mm程度であれば、1色当
たり6〜10画素を照明する構成とし、複屈折マイクロ
シリンダーレンズアレイ15aの配置スペースを確保す
る必要がある。
ズアレイをDMD素子面から2〜3mm離す事で、数画
素毎にRGB各色の領域となる照明を行うが、本実施形
態では、更に複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ1
5aを、同図或いは図1の矢印Awで示すように、その
表面に沿って1フレーム内に微細ピッチで或いは連続的
に駆動し、画素上の照明光を移動している。そして、こ
れに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好
なカラー表示を行う事ができる。詳しくは後述する。こ
の場合、図1に示すように、複屈折マイクロシリンダー
レンズアレイ15aの代わりに、照明光学系13の一部
のレンズを矢印Bwで示すように光軸Laに垂直に駆動
するか、照明光学系13内にミラーを設けてこれを回転
駆動する等の構成としても良い。
アレイの材料構成を示す模式図である。本実施形態で
は、表示パネル16として反射型表示パネルであるDM
Dを用いているので、この場合、表示パネル16直前の
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15a(断面が
レンズ形のレンチキュラータイプ)には、表示パネル1
6へ入射する光9(照明光,実線で示す)と表示パネル
16の各画素16bから反射した光21(投影光,二点
鎖線で示す)との両方が通過する事となる。表示パネル
16へ入射する光9は、前述のように作用するが、反射
した光21は、このままでは複屈折マイクロシリンダー
レンズアレイ15aにより光線が乱され、画質が劣化す
る。
屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15aを、等方性
の光学材料と複屈折特性を持つ光学材料とで構成し、さ
らに、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15aと
表示パネル16との間に、1/4波長板10を配置して
いる。同図において、表示パネル16へ入射する光9
は、或特定の偏光面、例えば紙面に沿った偏光面を持
ち、表示パネル16で反射した光の内、映像の表示に有
効な光21は、偏光面が回転していて、例えば紙面に垂
直な偏光面を持つ。これは、これらの光が合わせて1/
4波長板10を往復通過する際に、1/2波長板として
の働きを受ける事によるものである。
アレイ15aを構成する、マイクロシリンダーレンズ1
5aaより上側にある等方性の光学材料の屈折率をNと
し、マイクロシリンダーレンズ15aaより下側にある
複屈折材料の、光9の偏光面に対する屈折率をNe、光
21の偏光面に対する屈折率をNoとする。このとき、
N=Noとする事により、複屈折マイクロシリンダーレ
ンズアレイ15aは、光9に対してはマイクロシリンダ
ーレンズアレイとして働き、光21に対しては単なる透
明平板となる。これにより、反射型表示パネルを用いて
も、光21の画質を劣化させる事がなくなる。
ンダーレンズアレイを、TIRプリズム22と表示パネ
ル16との間に配置するのではなく、図1で示したコン
デンサーレンズ23とTIRプリズム22との間に、マ
イクロシリンダーレンズアレイとして配置する方法があ
る。これによれば、表示パネル16との距離が充分確保
できる上に、このマイクロシリンダーレンズアレイを照
明光のみが通過するだけとなり、図3で説明したよう
な、投影光が乱される問題が生じないようになるので、
インテグレータ光学系Iで偏光変換する必要がなくな
り、マイクロシリンダーレンズアレイにおける複屈折効
果も不要となる。このとき、マイクロシリンダーレンズ
アレイとDMDパネルが大きく離れるので、1色当たり
数十画素を照明する構成となる。
移動する事によりカラー表示を行う原理を説明する図で
ある。ここで、図4は、表示パネル上の位置と照明光と
の関係を示しており、横軸に位置、縦軸に照明光の強度
を取っている。また、図5(a)〜(c)は、各画素に
おける時間と照明光との関係を示しており、横軸に時
間、縦軸に照明光の強度を取っている。そして、同図
(d)は、マイクロシリンダーレンズアレイの移動の様
子を示しており、横軸に時間、縦軸にマイクロシリンダ
ーレンズアレイの移動量を取っている。これは、上述し
た照明光学系の移動量の場合もある。
の各画素16bの内、或一つの画素を選択し、これに番
号1を付する。そして、ここから順に右側の画素へと1
つずつ整数番号を付して行く。ここで、上記複屈折マイ
クロシリンダーレンズアレイ15a(或いは照明光学系
13)を駆動する事により、各色の照明領域が、矢印C
wで示すように右側へと一斉に移動する。R,G,B各
色の照明領域は、それぞれ破線,実線,点線で示すよう
に、例えば楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮
定している。尚、同図では1色の照明領域に対する画素
数は4となっているが、勿論これに限定されるものでは
ない。
(a)に示すように、ここで白表示を行うときは、実線
Tで示すようにON表示時間を連続的なものとし、R,
G,B全ての色を表示すれば良い。次に、番号7の画素
に注目すると、同図(b)に示すように、ここで中程度
の明るさの青紫表示を行うときは、実線T1,T2で示
すように、それぞれRの照明領域の周辺部(強度が弱
い),Bの照明領域の中央部(強度が強い)により照明
されるときにおいて、それぞれ短時間及び長時間ON表
示すれば良い。
図(c)に示すように、ここで中程度の明るさの緑表示
を行うときは、実線T3で示すように、Gの照明領域の
周辺から中心にかけて照明される時間だけON表示すれ
ば良い。以上のようにして、各色の照明領域に対応する
表示時間を分割し、その分割された時間を組み合わせる
事により、各画素における色合いと階調表現を行う。こ
こでは表示時間を4分割した例を挙げているが、これに
限定されるわけでは勿論無く、更に細かく分割する事に
より、より微妙な表示を行う事ができる。
場合は、255階調の表示が必要である。従来は、表示
の階調を表現するには、一様な照明光の間にONにする
時間を255段階でデジタル制御していた。しかし、本
実施形態のように、照明領域内で強度分布が変化する場
合は、各色の照明領域に対応する表示時間を255分割
までする必要はなく、比較的粗く分割された表示時間を
組み合わせる事で、同レベルのフルカラー表示を行う事
が可能である。
は複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15aを、矢
印Dwで示す1フレームの時間を一周期として、微小ピ
ッチで或いは連続的に駆動するが、その中には、元の位
置に戻すための、矢印Ewで示すブランク時間が必要で
あり、その間だけは表示は行わない構成となっている。
尚、これまで説明した画素上の照明光を移動する事によ
りカラー表示を行う構成は、表示パネルに必ずしもDM
Dを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶等のON,
OFF切換の応答性の良い素子を使用しても良い。
学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本来
3次元的なものであるが、理解を助けるために、平面状
に記載している。本実施形態は、上記図1で示した第1
の実施形態の構成とほぼ同じであるが、ここでは複屈折
マイクロシリンダーレンズアレイを駆動するのではな
く、投影光学系24を構成する投影レンズ24aを矢印
Fwで示すように光軸Lbに垂直に、1フレーム内に1
画素ピッチで(或いは連続的に)駆動し、スクリーン2
0上の投影光を1画素単位で移動している。そして、こ
れに連動した画素表示を行う事で、全画面において良好
なカラー表示を行う事ができる。
影光を移動する事によりカラー表示を行う原理を説明す
る図である。ここで、図7は、スクリーン上の位置と投
影光との関係を経時変化を踏まえて示しており、横軸に
位置、縦軸に時間を取っている。また、図8(a)〜
(c)は、各画素に対応したスクリーン上の位置におけ
る時間と投影光との関係を示しており、横軸に時間、縦
軸に投影光の強度を取っている。そして、同図(d)
は、投影レンズの移動の様子を示しており、横軸に時
間、縦軸に投影レンズの移動量を取っている。
の各画素に対応したスクリーン20上に投影された画素
の内、或一つの画素を選択し、これに番号1を付する。
そして、ここから順に右側の画素へと1つずつ整数番号
を付して行く。尚、説明の便宜上、付する番号は1から
14までとする。このとき、各色の照明領域は、同図に
それぞれ点線,破線,実線で示すように、B,R,Gの
順に4画素ずつに対応しているものとする。勿論これに
限定されるものではない。ここで、上記投影レンズ24
aを駆動する事により、各色の照明領域及びそれに対応
する画素が、同図(a)〜(c)で示すように、スクリ
ーン上で右側へと1画素ずつ移動する。実際は更に続い
て移動して行く。
域は、それぞれ点線,破線,実線で示すように、例えば
楕円の上半分に近い形の強度分布を持つと仮定してい
る。今、図7に示すスクリーン上の位置aに注目する
と、図8(a)に示すように、ここで白表示を行うとき
は、各画素を実線で示すように、全ての画素をONと
し、B,R,G全ての色を表示すれば良い。
注目すると、図8(b)に示すように、ここで中程度の
明るさの青紫表示を行うときは、該当する画素を実線で
示すように、それぞれRの照明領域の周辺部(強度が弱
い)における例えば番号8の画素、並びにBの照明領域
の中央部(強度が強い)における番号2及び3の画素を
ONとする。そして、その他の画素を破線で示すように
OFFとすれば良い。
に注目すると、同図(c)に示すように、ここで中程度
の明るさの緑表示を行うときは、該当する画素を実線で
示すように、Gの照明領域の周辺から中心にかけての、
例えば番号11及び12の画素をONとする。そして、
その他の画素を破線で示すようにOFFとすれば良い。
以上のようにして、各色の照明領域に対応する各画素を
組み合わせる事により、スクリーン上の各位置における
色合いと階調表現を行う。ここでは画素の大きさに基づ
いて表示時間の分割が決まるが、各画素のON時間を更
に細かく刻む事により、より微妙な表示を行う事ができ
る。即ち、各画素の時間分割と各照明領域の画素数との
積で階調表示する。
は投影レンズ24aを、矢印Dwで示す1フレームの時
間を一周期として、1画素ピッチで(或いは連続的に)
駆動するが、ここでは1フレームの中間時点で逆方向に
駆動して、最後に元に戻る構成とする事により、ブラン
ク時間を不要としている。但し、この駆動方法に限定さ
れるわけではなく、上記図5(d)で示した方法を使用
しても良いし、上記第1の実施形態で照明光を移動する
構成において、図8(d)で示した方法を使用しても良
い。尚、これまで説明したスクリーン上の投影光を移動
する事によりカラー表示を行う構成は、表示パネルに必
ずしもDMDを使用する必要はなく、例えば強誘電液晶
等のON,OFF切換の応答性の良い素子を使用しても
良い。
リズム付近の構成を模式的に示す斜視図である。尚、表
示パネル16の所定の短辺をc、長辺をdとしている。
まず、図9は、従来の構成を示している。同図に示すよ
うに、ここでは図示しない上記インテグレータIより、
表示パネル16の短辺cに対するアジマス角45度で、
光軸Laに沿ってTIRプリズム22に到達した照明光
としての光9は、プリズム22bの入射面22baに入
射する。そして、全反射面22bbで反射され、入射出
面22bcより射出し、表示パネル16に向かう。その
直前には、複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15
aが配置されている。尚、アジマス角の基準は長辺とし
ても良い。
bからの反射光(ONの反射光)は、複屈折マイクロシ
リンダーレンズアレイ15aを経て、入射出面22bc
に入射してプリズム22bに戻り、全反射面22bbを
透過する。更に入射面22aaに入射して、プリズム2
2aを透過し、射出面22abより投影光である光21
として、光軸Lbに沿って射出し、図示しない投影光学
系に到る。一方、表示パネル16のOFFの状態の各画
素16bからの反射光(OFFの反射光)は、ONの反
射光と同様にしてプリズムを透過するが、最終的に光軸
Lcに沿って投影光学系から外れた方向へと射出する。
構成を示している。同図に示すように、ここでは図示し
ない上記インテグレータIより、表示パネル16の短辺
cに対するアジマス角略0度で、光軸Laに沿ってTI
Rプリズム22に到達した照明光としての光9は、プリ
ズム22bの入射面22baに入射する。そして、全反
射面22bbで反射され、入射出面22bcより射出
し、表示パネル16に向かう。以下、図9における説明
と同様である。
る構成を示している。同図に示すように、ここでは図示
しない上記インテグレータIより、表示パネル16の短
辺cに対するアジマス角約148度で、光軸Laに沿っ
てTIRプリズム22に到達した照明光としての光9
は、プリズム22bの入射面22baに入射する。そし
て、全反射面22bbで反射され、入射出面22bcよ
り射出し、表示パネル16に向かう。その直前には、複
屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15aが配置され
ている。
bからの反射光(ONの反射光)は、複屈折マイクロシ
リンダーレンズアレイ15aを経て、入射出面22bc
に入射してプリズム22bに戻り、全反射面22bbを
透過する。更に入射面22aaに入射して、プリズム2
2aを透過し、射出面22abより投影光である光21
として、光軸Lbに沿って射出し、図示しない投影光学
系に到る。一方、表示パネル16のOFFの状態の各画
素16bからの反射光(OFFの反射光)は、ONの反
射光と同様にしてプリズム22bに戻るが、全反射面2
2bbで反射され、最終的に光軸Ldに沿って照明側へ
と戻される。
よる。即ち、DMDにおいては、照明光はOFFの状態
のマイクロミラーにより、投影光学系から外れた方向に
反射されるが、実際にはこのOFFの光もTIRプリズ
ムを透過するので、その一部の光が投影光学系に到達
し、スクリーンにフレアとして現れる。
IRプリズム付近の構成を模式的に示す図12におい
て、照明光としての光9は、プリズム22bに対して、
光軸Laに沿って、直前のコンデンサーレンズ23を経
て、入射面22baに入射する。そして、全反射面22
bbに臨界角を超える入射角で入射する事によって、光
9はその殆どが反射され、入射出面22bcより射出
し、表示パネル16に向かう。その直前には、所定の偏
光に対してマイクロレンズ効果をもたらす複屈折マイク
ロシリンダーレンズアレイ15aが配置されている。
り、ここに照明された光9を、画素毎に表示情報に応じ
てONの状態のマイクロミラー或いはOFFの状態のマ
イクロミラーで反射する。このとき、ONの反射光は、
複屈折マイクロシリンダーレンズアレイ15aを経て、
入射出面22bcに入射してプリズム22bに戻る。そ
して、全反射面22bbに臨界角以内の入射角で入射し
てここを透過し、更に入射面22aaに入射して、プリ
ズム22aを透過して射出面22abより射出し、光軸
Lbに沿って投影光である光21として投影光学系24
に到る。この投影光学系24により、表示パネル16の
表示情報が図示しないスクリーンに投影される。
b,22aを透過しても、最終的に投影光学系24に到
らない方向へと光軸Lcに沿って射出するが、その一部
の光が投影光学系24の特にコバの部分に到達し、スク
リーンにフレアとして現れてしまう。これを防止するた
めに、図11のような、OFFの反射光を完全に遮断す
る構成が取られる。
と投影光の角度関係を示す図であり、それぞれ上記図9
〜図11の構成に対応している。各図においては、表示
パネル16を基準とした、これに対する照明光の入射角
及び投影光の反射角を、その角度に比例する半径の同心
円で示している。また、表示パネル16の短辺c方向を
同心円の中心Oを通る横軸で示して、この右方向をアジ
マス角0度とし、長辺d方向を同じく同心円の中心Oを
通る縦軸で示して、この上方向をアジマス角90度とし
ている。
プリズム22へ入射する照明光の光束の角度範囲を示
し、点線による丸52は、表示パネル16へ入射する照
明光の光束の角度範囲を示している。そして、実線によ
る丸53は、表示パネル16から射出するONの反射光
(投影光)の光束の角度範囲を示し、一点鎖線による丸
54は、表示パネル16から射出するOFFの反射光の
光束の角度範囲を示している。各丸は、Fナンバーが3
の場合の光束範囲を示している。さらに、実線による弧
55は、TIRプリズムの全反射面で反射或いは透過す
る角度範囲の境界を示しており、斜線で示す側が透過領
域である。
照明光と投影光の角度範囲を示している。同図におい
て、丸51で示すTIRプリズム22へ入射する照明光
のアジマス角は45度、表示パネル16に対する入射角
は約105度となっている。また、丸52で示す表示パ
ネル16へ入射する照明光のアジマス角は45度、入射
角は20度となっている。そして、丸53で示す表示パ
ネル16から射出するONの反射光(投影光)の反射角
は0度となっている。さらに、丸54で示す表示パネル
16から射出するOFFの反射光のアジマス角は225
度、反射角は40度となっている。
アジマス角は45度、全反射面の表示パネル16に対す
る傾きは30.5度である。同図に示すように、従来の
構成では、丸52で示す表示パネル16へ入射する照明
光と、丸53で示す表示パネル16から射出するONの
反射光(投影光)とが密接しており、弧55で示すTI
Rプリズム22によって辛うじて分離されている状態で
あるので、ここではFナンバーの小さい、明るいレンズ
を用いる事はできない。
成における照明光と投影光の角度範囲を示している。同
図において、丸51で示すTIRプリズム22へ入射す
る照明光のアジマス角は0度、表示パネル16に対する
入射角は100度足らずとなっている。また、丸52で
示す表示パネル16へ入射する照明光のアジマス角は約
30度、入射角は30度足らずとなっている。そして、
丸53で示す表示パネル16から射出するONの反射光
(投影光)のアジマス角は180度、反射角は約10度
となっている。さらに、丸54で示す表示パネル16か
ら射出するOFFの反射光のアジマス角は210度余
り、反射角は45度余りとなっている。
アジマス角は−12度、全反射面の表示パネル16に対
する傾きは34度である。同図に示すように、第1の実
施形態では、丸52で示す表示パネル16へ入射する照
明光と、丸53で示す表示パネル16から射出するON
の反射光(投影光)は、それぞれF3の範囲に対して余
裕があり、ここではFナンバーの小さい、更に明るいレ
ンズを用いる事ができる。また、TIRプリズム22へ
入射する照明光は、表示パネル16の短辺cに沿った方
向から入射させるため、TIRプリズム22を薄く構成
する事ができ、また投影光学系24のレンズバックを短
くする事ができる。
直方向から若干短辺に沿った方向に傾け、更に非軸投影
光学系を用いる事で、Fナンバーを稼ぐ事ができる。ま
た、TIRプリズムの構成方法によって、照明光をほぼ
短辺方向と一致させる事により、TIRプリズムの小型
化が可能となり、照明光学系の構成が簡単となる。
MDのマイクロミラーの、(表示パネル短辺に対する)
アジマス角45度,傾き10度の構成に対し、表示パネ
ルへ入射する照明光がアジマス角15度〜40度,入射
角17度〜45度の範囲内にあると、TIRプリズムへ
入射する照明光が表示パネルの短辺に沿った方向(アジ
マス角0度)から照明されるように構成しても、Fナン
バー3以上の明るさを確保する事ができる。このときの
TIRプリズムのアジマス角は−11度〜−13度とす
る事により、TIRプリズムへ入射する照明光はアジマ
ス角は0度近傍となる。
がアジマス角40度以上,入射角17度以下のときは、
Fナンバー4程度しか確保する事ができない。また、ア
ジマス角15度以下,入射角45度以上のときは、表示
パネルから射出するONの反射光(投影光)の反射角が
30度以上となり、投影光学系に非軸光学系を用いたと
しても、収差補正が難しくなる。即ちここでは、投影光
学系は、表示パネル表面の法線方向に対し、3〜30度
の角度範囲内に主光線を持つような構成とすれば良い。
結論として、DMDのマイクロミラーのアジマス角をΦ
(マイクロミラーが回動する回動軸に垂直な面と表示パ
ネルの短辺との成す角)、ミラーの傾きをθとしたと
き、表示パネルへ入射する照明光のアジマス角は0.3
3Φ〜0.9Φ、入射角は1.7θ〜4.5θとすれば
良い。
構成における照明光と投影光の角度範囲を示している。
同図において、丸51で示すTIRプリズム22へ入射
する照明光のアジマス角は約148度、表示パネル16
に対する入射角は90度足らずとなっている。また、丸
52で示す表示パネル16へ入射する照明光のアジマス
角は90度、入射角は15度足らずとなっている。そし
て、丸53で示す表示パネル16から射出するONの反
射光(投影光)のアジマス角は0度、反射角は15度足
らずとなっている。さらに、丸54で示す表示パネル1
6から射出するOFFの反射光のアジマス角は240度
余り、反射角は30度余りとなっている。
アジマス角は155度、全反射面の表示パネル16に対
する傾きは43.5度である。同図に示すように、第2
の実施形態では、丸52で示す表示パネル16へ入射す
る照明光と、丸53で示す表示パネル16から射出する
ONの反射光(投影光)とが密接しており、弧55で示
すTIRプリズム22によって辛うじて分離されている
状態であるので、ここではFナンバーの小さい、明るい
レンズを用いる事はできない。また、TIRプリズム2
2へ入射する照明光は、表示パネル16の短辺cに沿っ
た方向から入射させる事ができないので、TIRプリズ
ムの小型化を図る事はできない。
示パネル16から射出するOFFの反射光を、TIRプ
リズム22の全反射面の反射領域に持ってくる事ができ
るので、OFFの反射光をTIRプリズム22で全反射
させ、通過しないようにする事ができる。これにより、
OFFの反射光が投影光学系に到達する事がなくなり、
スクリーン上のフレアを防止する事ができる。結論とし
て、マイクロミラーのアジマス角をΦ、ミラーの傾きを
θとしたとき、表示パネルへ入射する照明光のアジマス
角は1.8Φ〜3Φ、入射角は1θ〜2θとすれば良
い。
1θ以下のときは、OFFの反射光をTIRプリズムで
全反射させる条件において、Fナンバー4より暗い値し
か確保する事ができない。また、アジマス角3Φ以上,
入射角2θ以上のときは、表示パネルから射出するON
の反射光(投影光)の反射角が30度以上となり、投影
光学系に非軸光学系を用いたとしても、収差補正が難し
くなる。即ちここでは、投影光学系は、表示パネル表面
の法線方向に対し、10〜30度の角度範囲内に主光線
を持つような構成とすれば良い。
く、1つのマイクロ(シリンダー)レンズのピッチが画
素ピッチより非常に大きい場合、電気的な制御上、マイ
クロレンズのピッチ=画素ピッチ×8の倍数とするのが
良い。デジタル処理においては8bitをデータ最小単
位として扱う事が多い。図2等より分かるように、マイ
クロレンズのピッチ毎に、同位相の照明がなされるの
で、この条件から外れると、デジタル制御が難しい。
光学装置を模式的に示す構成図である。同図において、
1は光源であり、2は光源1を取り囲むように配置され
るリフレクターである。また、7はリフレクター2の光
の射出口2aを覆うように配置され、光源1及びリフレ
クター2からの光に含まれる紫外線及び赤外線をカット
するUVIRカットフィルターである。UVIRカット
フィルター7の後方(図の右方)には、順に複屈折回折
格子3、第1レンズアレイ4、少し離れて第2レンズア
レイ6、その直後に重ね合わせレンズ8が配置されてい
る。
4は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第
2レンズアレイ6は、第1レンズアレイ4とは異なる方
向に区切った長方形の格子状に組み合わされた各セルを
有している。複屈折回折格子3は、第2レンズアレイ6
の各セルの長辺方向に、光源1及びリフレクター2から
の光9の偏光分離を行う。複屈折回折格子3、第1レン
ズアレイ4、第2レンズアレイ6を通じて偏光変換が行
われ、光源1及びリフレクター2からの光9は特定の偏
光に揃えられて出てくる。この構成を偏光変換装置と呼
ぶ。これらの詳細な関係については後述する。
ね合わせレンズ8により、重ね合わせレンズ8の後述す
る焦点位置近傍に、第1レンズアレイ4の各セルの像が
重なり合うようにしている。尚、重ね合わせレンズ8
は、第2レンズアレイ6と一体に成形されていても良
い。また、複屈折回折格子3の代わりに、第1レンズア
レイ4と第2レンズアレイ6との間に複屈折プリズムア
レイ等を配置したものもある。以上の第1レンズアレイ
4から重ね合わせレンズ8までを、インテグレータ光学
系と呼び、光軸をLとする。この、重ね合わせレンズ8
の焦点位置に表示パネル16が配置されている。
16との間には、まず、R(赤),G(緑),B(青)
それぞれの波長領域の光を反射する色分離装置としての
ダイクロイックミラーRm,Gm,Bmがそれぞれ異なっ
た傾きで配置され、ダイクロイックミラーの後方(図の
上方)には、PBS(偏光ビームスプリッター)プリズ
ム14が配置されている。このとき、光軸Lで重ね合わ
せレンズ8を透過してきた光9が、Rm,Gm,Bmそれ
ぞれのダイクロイックミラーで反射され、それぞれ異な
った角度の光軸LR,LG,LBでPBSプリズム14、
ひいては表示パネル16に到達するようにしている。
尚、ダイクロイックミラーBmは全反射ミラーでも良
い。また、光9のダイクロイックミラーによる反射光
は、図示を省略している。
して、P偏光を透過する性質を持つ。一方、光源1及び
リフレクター2からの光9は、上述した偏光変換によっ
て、PBSプリズム14に対してほぼS偏光に揃えられ
て入射する。そのため、PBSプリズム14によって、
光9はその殆どが反射され、図の左方の表示パネル16
に向かう。
ロレンズアレイ15が配置されている。このマイクロレ
ンズアレイはマイクロシリンダーレンズアレイ(断面が
レンズ形のレンチキュラータイプ)としても良い。そし
て、上記ダイクロイックミラーによって色分解された光
9は、この複屈折マイクロレンズアレイ15によって、
照明光として各色毎に表示パネル16の異なる画素を照
明する。詳しくは後述する。この照明により、表示パネ
ル16全体は、R,G,Bの各色それぞれにより順にス
トライプ状に照明され、各色に照明された画素は各色の
情報表示を行う。
あり、ここに照明された光を、画素毎に表示情報に応じ
て偏光面を回転させたり(ON)、回転させなかったり
(OFF)して反射する。このとき、OFFの反射光
は、複屈折マイクロレンズアレイ15を経てPBSプリ
ズム14に戻るが、S偏光のままであるので、ここで反
射され、光源側へと戻される。一方、ONの反射光は、
P偏光に変換されているので、複屈折マイクロレンズア
レイ15を経てPBSプリズム14に戻ってここを透過
し、次の投影光学系17に到る。尚、反射型液晶表示パ
ネルとして、特に例えば高速応答性が必要な場合は、複
屈折の軸方向を変化させる事で変調する強誘電液晶(F
LC)が用いられる。また、投影光学系17の光軸をL
bとする。
6の表示情報が図示しないスクリーンに投影される。投
影光学系17を形成する投影レンズ群の一部のレンズ
は、像シフト用レンズ18として、アクチュエータ19
により、矢印αで示す如く光軸Lbと垂直方向に高速で
駆動される。これにより、表示情報を高画素化する事が
できる。詳しくは後述する。
格子と第1,第2レンズアレイとの関係を模式的に示す
分解斜視図である。同図では、レンズアレイ中の一部の
セルを代表して示してある。同図に示すように、本実施
形態では、第1レンズアレイ4の実線で示す各セルの辺
方向と第2レンズアレイ6の破線で示す各セルの辺方向
とが異なるようにし、複屈折回折格子3のブレーズ3a
の溝方向を第2レンズアレイ6の各セルの辺方向に沿う
ようにしている。具体的には第1レンズアレイ4の各セ
ルの辺方向の対角線方向が第2レンズアレイ6の各セル
の辺方向となるようにしている。
光源1及びリフレクター2からの光9は、複屈折回折格
子3のブレーズ3aにより、実線で示す所定偏光面を持
つ光9aと、それとは垂直な偏光面を持つ破線で示す光
9bとに偏光分離される。これらの光は、第1レンズア
レイ4の格子状に並んだ個々のセルA,B,C,Dを透
過し、第1レンズアレイ4とは異なる方向に区切った長
方形の格子状に並んだ第2レンズアレイ6の個々のセル
Aa,Ba,Ca,Da上に、所定偏光面を持つ光源像
と、それとは垂直な偏光面を持つ光源像とをそれぞれ作
り出す。
並ぶセルAa,Ba,Ca,Daに光源像を作るため
に、第1レンズアレイ4のA,B,C,D各セルは個々
に若干傾いているか、レンズ頂点が偏心している。即ち
レンズ頂点がセルの中心からずれている。同様に、第2
レンズアレイ6の各セルAa,Ba,Ca,Daも個々
に傾いているか、レンズ頂点が偏心している。
による分離方向、即ち第2レンズアレイ6の各セルの長
辺方向に並び、正しく列を成す。また、これらの光源像
は、実線及び破線の楕円(レンズアレイの正面から見れ
ば円)で示すように、第2レンズアレイ6の個々のセル
上に、或程度の大きさを持って投影される。ちなみに、
本例の座標系は、光源側から見た第1レンズアレイ4の
正面に向かって上方をy軸、右方をx軸としており、第
2レンズアレイ6の正面に向かって、各セルの辺方向に
沿った右斜め上方向をya軸、右斜め下方向をxa軸と
している。
イ6における光源像の重なりが少なく、効率の良い偏光
変換を行う事ができる。このとき、例えば破線の楕円で
示した光源像の列に沿って、1/2波長板5を帯状にし
たものを貼付し、分離した光源像の偏光面を揃えれば良
い。ちなみに、第1,第2レンズアレイの各セルが同列
方向(辺方向が同じ)に並んだ従来の方式と、本実施形
態の光源サイズ及び第2レンズアレイ6のセルの面積は
等しい。
の場合、第1レンズアレイ4のセルは、表示パネル16
のアスペクト比にほぼ等しくする必要がある。このよう
な場合でも、第1レンズアレイ4の各セルの辺方向と第
2レンズアレイ6の各セルの辺方向とが異なるようにす
る事により、従来のように辺方向が同じ場合より効率が
よい。図18は、インテグレータが1段の場合の第1,
第2レンズアレイの位置関係を模式的に示す正面図であ
り、アスペクト比が4:3の場合を示している。同図に
示すように、ここでは第1レンズアレイ4の実線で示す
各セルの一つの対角線方向が、第2レンズアレイ6の破
線で示す各セルの長辺方向となるようにしている。
クター2からの光9は、これも図示しない複屈折回折格
子3により、所定偏光面を持つ光と、それとは垂直な偏
光面を持つ光とに偏光分離される。これらの光は、第1
レンズアレイ4のアスペクト比が4:3の格子状に並ん
だ個々のセルA,B,C,D,E,Fを透過し、第1レ
ンズアレイ4とは異なる方向に区切った長方形の格子状
に並んだ第2レンズアレイ6の個々のセルAa,Ba,
Ca,Da,Ea,Fa上に、所定偏光面を持つ光源像
と、それとは垂直な偏光面を持つ光源像とをそれぞれ作
り出す。
による分離方向に並び、正しく列を成す。また、これら
の光源像は、実線及び破線の円で示すように、第2レン
ズアレイ6の個々のセル上に、或程度の大きさを持って
投影される。ちなみに、本例の座標系は、光源側から見
た第1レンズアレイ4の正面に向かって上方をy軸、右
方をx軸としており、第2レンズアレイ6の正面に向か
って、各セルの辺方向に沿った右斜め上方向をya軸、
右斜め下方向をxa軸としている。
屈折回折格子3の複屈折方向をブレーズ3aの溝方向と
なるya軸方向に揃えているので、偏光分離を行った実
線及び破線で示す2種の光9a,9b、ひいては実線及
び破線の楕円で示す2種の光源像は、偏光面がそれぞれ
xa軸,ya軸方向となる。ところが、これらの光が次
に入射する光学系のためには、偏光面はy軸方向に揃え
る必要があるので、2種の光源像の列それぞれに、互い
に45゜で交わる異なった光学軸を持つ帯状の1/2波
長板を用いて、偏光面を同時に揃えるようにしている。
ず、2種の光源像の内の一方の光源像の列に帯状の1/
2波長板を用いて、他方の光源像と偏光面を揃えるよう
にした上で、偏光面全体を一挙にy軸方向に揃える1/
2波長板を第2レンズアレイ6全面に用いる事も可能で
ある。また、複屈折回折格子3の複屈折方向を、ブレー
ズ3aの溝方向即ち第2レンズアレイ6の各セルの長辺
或いは短辺方向ではなく、第1レンズアレイ4の各セル
の長辺或いは短辺方向となるようにしても良い。また、
複屈折回折格子を用いる方法以外の偏光分離の方法を行
っても良い。
クロレンズアレイと表示パネルとの関係を模式的に示す
図である。図16でも示したように、表示パネル16の
直前には、複屈折材料により構成される複屈折マイクロ
レンズアレイ15が配置されている。そして、上記ダイ
クロイックミラーによってRGBに色分解された光9
は、この複屈折マイクロレンズアレイ15によって、各
色毎に表示パネル16の隣合った同一の複数画素をそれ
ぞれ照明する。本実施形態では同一の画素が2個隣合っ
ており、それが各色毎に配置されている状態、即ちR
1,R2、G1,G2、B1,B2の様に配置されてい
る。
複数画素(ここでは2画素)×3色の画素単位で複屈折
マイクロレンズアレイ15の各マイクロレンズ15bに
入射させ、それぞれ表示パネル16のR1,R2、G
1,G2、B1,B2の画素に集光するようにしてい
る。このように、同一の複数画素が隣合うように配置す
る事で、各マイクロレンズの焦点距離が長くなり、効率
の良い構成が可能となる。尚、同図の複屈折マイクロレ
ンズアレイ15及び表示パネル16の左右は、図示を省
略している。
材料構成を示す模式図である。本実施形態では、表示パ
ネル16として反射型液晶表示パネルを用いているの
で、この場合、表示パネル16直前の複屈折マイクロレ
ンズアレイ15には、表示パネル16へ入射する光9
(照明光)と表示パネル16から反射した光21(投影
光)との両方が通過する事となる。表示パネル16へ入
射する光9は前述のように作用するが、反射した光21
は、このままでは複屈折マイクロレンズアレイ15によ
り光線が乱され、画質が劣化する。
屈折マイクロレンズアレイ15を、等方性の光学材料と
複屈折特性を持つ光学材料とで構成している。同図にお
いて、表示パネル16へ入射する光9は、或特定の偏光
面、例えば紙面に垂直な偏光面を持ち、反射した光の
内、映像の表示に有効な光21は偏光面が回転してい
て、例えば紙面に沿った偏光面を持つ。
を構成する、マイクロレンズ15bより上側にある等方
性の光学材料の屈折率をNとし、マイクロレンズ15b
より下側にある複屈折材料の、光9の偏光面に対する屈
折率をNe、光21の偏光面に対する屈折率をNoとす
る。このとき、N=Noとする事により、複屈折マイク
ロレンズアレイ15は、光9に対してはマイクロレンズ
アレイとして働き、光21に対しては単なる透明平板と
なる。これにより、反射型表示パネルを用いても、光2
1の画質を劣化させる事がなくなる。
示パネル16に対して斜め方向に入射し、光21として
反対側の斜め方向へと反射する形で描いているが、実際
は光9,光21共、主な光軸は表示パネル16に対して
垂直である。尚、同図の複屈折マイクロレンズアレイ1
5及び表示パネル16の左右は、図示を省略している。
また、以上に述べてきた光源1から複屈折マイクロレン
ズアレイ15までの構成を、照明光学系と呼ぶ。
の原理を模式的に示す斜視図である。本実施形態では、
上記表示パネル16は単板であるので、例えば解像度が
XGA(1024画素×768画素)の表示を行うため
には、RGB各色に対してそれぞれ画素が必要であるの
で、そのままでは1つの表示パネルでXGA画素の3倍
の画素が必要となり、表示パネルが大きくなってコスト
もかかる。そこで、単板でありながら表示パネルの画素
数をXGAと同じにして、スクリーンに表示する画素を
高速でずらす事により、カラーのXGA表示が可能とな
る。
のレンズを、像シフト用レンズ18として、矢印αで示
す如く光軸Lbと垂直方向に高速で駆動する。このと
き、表示パネル16からの投影光の内、代表的にBの光
に注目すると、同図(a)においてスクリーン20上で
B1,B2の列であった位置に、矢印βで示すように同
図(b)においてそれぞれG1,G2の列が来るように
し、更に矢印γで示すように同図(c)においてそれぞ
れR1,R2の列が来るようにする。そして、最後には
矢印δで示すように同図(a)の状態に戻る。以上のよ
うに3つの状態を高速で繰り返す。また、各状態に応じ
て表示の内容も切り替えて制御を行い、シフトして時間
的に重ね合わせた画像でカラー表示を行う。
述べたアクチュエータ19により、画素サイズと同オー
ダー、即ち10μmから数10μmの単位で行われる。
アクチュエータとしては、例えばMC(ムービングコイ
ル)やMM(ムービングマグネット)等が、高出力で高
速駆動するのに適している。
めて示すと、以下のようになる。 R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・ (1フレーム目) ・・・・R1R2G1G2B1B2・・・・ ・・・・・・・・R1R2G1G2B1B2 R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・ (2フレーム目)
一色の複数画素ずつ画素シフトする機構により、1フレ
ーム中に3段階でシフトを行い、次のフレームの初めに
元へ戻るが、この構成では光源に強度ムラがあった場
合、同一色で別の場所の画素(例えばR1とR2)で明
るさの差が生じる。
を、例2として以下に示す。 R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・・・ (1フレーム目) ・・R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・ ・・・・R1R2G1G2B1B2・・・・・・ ・・・・・・R1R2G1G2B1B2・・・・ ・・・・・・・・R1R2G1G2B1B2・・ ・・・・・・・・・・R1R2G1G2B1B2 R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・・・ (2フレーム目)
一色で別の場所の画素が重なるように画素シフトする機
構により、1フレーム中に6段階でシフトを行い、次の
フレームの初めに元へ戻る構成である。これにより明る
さムラを抑える事ができるが、ここでは画素シフトの駆
動制御を頻繁に行う必要が生じる。
ラを防止するための画素シフトの構成を、例3として以
下に示す。 R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・ (1フレーム目) ・・・・R1R2G1G2B1B2・・・・ ・・・・・・・・R1R2G1G2B1B2 R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・ (2フレーム目) ・・・・R1R2G1G2B1B2・・・・ ・・・・・・・・R1R2G1G2B1B2 R1R2G1G2B1B2・・・・・・・・ (3フレーム目)
色の複数画素ずつ画素シフトする機構により、1フレー
ム中に3段階でシフトを行い、次のフレームの初めに、
表示パネルの同一色で別の場所の画素が重なる位置に戻
り、同様に3段階でシフトを行って、更に次のフレーム
の初めに、最初の位置に戻る構成である。尚、以上に説
明した画素シフトの構成では、同一色の画素が2個隣合
って並ぶ例を示したが、これに限定される訳では勿論な
く、実際は数個隣合う構成も可能であり、画素シフトの
構成も様々な組み合わせが考えられる。
光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本
来3次元的なものであるが、理解を助けるために、平面
状に記載している。同図において、1は光源であり、2
は光源1を取り囲むように配置されるリフレクターであ
る。また、7はリフレクター2の光の射出口2aを覆う
ように配置され、光源1及びリフレクター2からの光に
含まれる紫外線及び赤外線をカットするUVIRカット
フィルターである。
右方)には、第1レンズアレイ4、少し離れて第2レン
ズアレイ6、その直後に重ね合わせレンズ8が配置され
ている。尚、ここでは図示しないが、第1レンズアレイ
4は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第
2レンズアレイ6は、第1レンズアレイ4とは別の格子
状に組み合わされた各セルを有している。各セルの長辺
と短辺との長さの比は、後述する表示パネルの表示面の
それと同じ、即ち相似形になっている。また、第2レン
ズアレイ6と重ね合わせレンズ8との間には、後述する
マスク板31が設けられている。
折格子を有しており、第2レンズアレイ6の各セルの短
辺方向に、光源1及びリフレクター2からの光9の偏光
分離を行う。第1レンズアレイ4、第2レンズアレイ6
を通じて偏光変換が行われ、光源1及びリフレクター2
からの光9(不図示)は特定の偏光に揃えられて出てく
る。この構成を偏光変換装置と呼ぶ。これらの詳細な関
係については後述する。
ね合わせレンズ8により、後述する表示パネルに、第1
レンズアレイ4の各セルの像が重なり合うようにしてい
る。尚、重ね合わせレンズ8は、第2レンズアレイ6と
一体に成形されていても良い。以上の第1レンズアレイ
4から重ね合わせレンズ8までを、インテグレータ光学
系Iと呼び、光軸をLとする。この、重ね合わせレンズ
8の焦点位置にコンデンサーレンズ32が配置されてい
る。或いは、より照明の効率をよくするために、重ね合
わせレンズ8とコンデンサーレンズ32の合成焦点位置
を表示パネルとしても良い。本件では説明しやすくする
ために、前者の構成としている。
ーレンズ32との間に、R(赤),G(緑),B(青)
それぞれの波長領域の光を反射する色分解光学系として
のダイクロイックミラーRm,Gm,Bmがそれぞれ異な
った傾きで配置されている。そして、光軸LでUVIR
カットフィルター7を透過してきた光9が、Rm,Gm,
Bmそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それ
ぞれ異なった角度の光軸LR,LG,LB(それぞれ破
線,実線,点線で示す)で後方(図の下方)に配置され
たコンデンサーレンズ32に到達するようにしている。
尚、ダイクロイックミラーBmは全反射ミラーでも良
い。
方)には、マイクロシリンダーレンズアレイ33が配置
されている。このマイクロシリンダーレンズアレイはマ
イクロレンズアレイとしても良い。更にその後方には、
PBS(偏光ビームスプリッター)プリズム14が配置
されている。このPBSプリズム14は、S偏光を反射
して、P偏光を透過する性質を持つ。一方、光源1及び
リフレクター2からの光9は、上述した偏光変換によっ
て、PBSプリズム14に対してほぼS偏光に揃えられ
て、光軸Laに沿って入射する。
光9はその殆どが反射され、図の左方の表示パネル16
に向かう。そして、上記ダイクロイックミラーによって
色分解された光9は、上記マイクロシリンダーレンズア
レイ33によって、照明光として各色毎に表示パネル1
6の異なる画素を照明する。詳しくは後述する。この照
明により、表示パネル16全体は、R,G,Bの各色そ
れぞれにより順にストライプ状に照明され、各色に照明
された画素は各色の情報表示を行う。以上説明した構成
を、照明光学装置の一例とする。
あり、強誘電液晶,高速TN型液晶等のON,OFF切
換の応答性の良い素子が使用される。そして、ここに照
明された光を、画素毎に表示情報に応じて偏光面を回転
させたり(ON)、回転させなかったり(OFF)して
反射する。このとき、OFFの反射光はPBSプリズム
14に戻るが、S偏光のままであるので、ここで反射さ
れ、光源側へと戻される。
ているので、PBSプリズム14に戻ってここを透過
し、光軸Lbに沿って投影光である光21として次の投
影光学系17に到る。この投影光学系17により、表示
パネル16の表示情報が図示しないスクリーンに投影さ
れる。尚、光21は図示を省略している。以上説明した
投影光学系及びスクリーンの構成を、投影光学装置の一
例とする。
光学装置を模式的に示す構成図である。各部の配置は本
来3次元的なものであるが、理解を助けるために、平面
状に記載している。同図において、1は光源であり、2
は光源1を取り囲むように配置されるリフレクターであ
る。また、7はリフレクター2の光の射出口2aを覆う
ように配置され、光源1及びリフレクター2からの光に
含まれる紫外線及び赤外線をカットするUVIRカット
フィルターである。
右方)には、第1レンズアレイ4、少し離れて第2レン
ズアレイ6、その直後に重ね合わせレンズ8が配置され
ている。尚、ここでは図示しないが、第1レンズアレイ
4は、格子状に組み合わされた各セルを有しており、第
2レンズアレイ6は、第1レンズアレイ4とは別の格子
状に組み合わされた各セルを有している。各セルの長辺
と短辺との長さの比は、後述する表示パネルの表示面の
それと同じ、即ち相似形になっている。また、第2レン
ズアレイ6と重ね合わせレンズ8との間には、後述する
マスク板31が設けられている。
ね合わせレンズ8により、後述する表示パネルに、第1
レンズアレイ4の各セルの像が重なり合うようにしてい
る。尚、重ね合わせレンズ8は、第2レンズアレイ6と
一体に成形されていても良い。以上の第1レンズアレイ
4から重ね合わせレンズ8までを、インテグレータ光学
系Iと呼び、光軸をLとする。この、重ね合わせレンズ
8の焦点位置にコンデンサーレンズ32が配置されてい
る。
ーレンズ32との間に、R(赤),G(緑),B(青)
それぞれの波長領域の光を反射する色分解光学系として
のダイクロイックミラーRm,Gm,Bmがそれぞれ異な
った傾きで配置されている。そして、光軸LでUVIR
カットフィルター7を透過してきた光9が、Rm,Gm,
Bmそれぞれのダイクロイックミラーで反射され、それ
ぞれ異なった角度の光軸LR,LG,LB(それぞれ破
線,実線,点線で示す)で後方(図の下方)に配置され
たコンデンサーレンズ32に到達するようにしている。
尚、ダイクロイックミラーBmは全反射ミラーでも良
い。
方)には、マイクロシリンダーレンズアレイ33が配置
されている。このマイクロシリンダーレンズアレイはマ
イクロレンズアレイとしても良い。また、マイクロシリ
ンダーレンズアレイ33の後方には、TIRプリズム2
2が配置されている。TIRプリズム22は、それぞれ
三角柱状をしたガラス等より成るプリズム22b,22
aの或面同士が向かい合った構成となっている。プリズ
ム22bは、入射面22ba,射出面を兼ねた全反射面
22bb,及び入射出面22bcを有し、プリズム22
aは、入射面22aa及び射出面22abを有してい
る。互いに向かい合った全反射面22bbと入射面22
aaとの間隔は、数μm〜数十μmとなっている。
1及びリフレクター2からの光9は、まず、プリズム2
2bに対して、光軸Laに沿って入射面22baに入射
する。そして、全反射面22bbに臨界角を超える入射
角で入射する事によって、光9はその殆どが反射され、
入射出面22bcより射出し、照明光として表示パネル
16に向かう。以上説明した構成を、照明光学装置の一
例とする。表示パネル16はDMDで構成されており、
ここに照明された光9を、画素毎に表示情報に応じてO
Nの状態のマイクロミラー或いはOFFの状態のマイク
ロミラーで反射する。このとき、ONの反射光は、入射
出面22bcに入射してプリズム22bに戻る。
入射角で入射してここを透過し、更に入射面22aaに
入射して、プリズム22aを透過して射出面22abよ
り射出し、光軸Lbに沿って投影光である光21として
投影光学系24に到る。この投影光学系24により、表
示パネル16の表示情報が図示しないスクリーンに投影
される。尚、光21は図示を省略している。一方、OF
Fの反射光は、プリズム22b,22aを透過しても、
最終的に投影光学系24に到らない方向へと射出する。
構成を、投影光学装置の一例とする。尚、表示パネル1
6としてDMDの代わりに強誘電液晶,高速TN型液晶
等を使用する事もできるが、その場合は偏光板が別途必
要となる。具体的には、TIRプリズム22の照明光入
射側と投影光射出側とに、それぞれ偏光板を互いに偏光
面が光学的に直交するように配設するか、或いはTIR
プリズム22と表示パネル16との間に偏光板を配置す
る必要がある。
形態の表示光学装置の主要部分を拡大して示す模式図で
あり、同図(a)は全体図、同図(b)は上記インテグ
レータ光学系部分の側面図である。図24,図25での
説明と同様にして、光軸Lに沿って入射してきた光9
は、インテグレータ光学系Iの第1レンズアレイ4に到
達する。第1レンズアレイ4の後方(図の下方)には、
少し離れて第2レンズアレイ6、その直後に重ね合わせ
レンズ8が配置されている。第2レンズアレイ6と重ね
合わせレンズ8との間には、第2レンズアレイ6の各セ
ルの開口幅を規制する開口部であるスリット31aを有
するマスク板31が設けられている。詳しくは後述す
る。
された各セル4aを有しており、第2レンズアレイ6
は、第1レンズアレイ4とは別の格子状に組み合わされ
た各セル6aを有している。これら各セルは、同図
(a)の左右方向を長辺方向としている。第1レンズア
レイ4に到達した光9は、その個々のセル4a毎に、そ
の後方に少し離れて配置された第2レンズアレイ6の個
々のセル6a上に結像する。
に示すように、複屈折回折格子を有しており、第2レン
ズアレイ6の各セルの短辺方向に、光9の偏光分離を行
う。ここでは第1レンズアレイ4、第2レンズアレイ6
を通じて偏光変換が行われ、光9は特定の偏光に揃えら
れて出てくる。この偏光変換の原理は、上記図2(b)
で説明した内容と同じである。但し、このような偏光変
換装置は、DMD,TIRプリズムを使用する上記図2
5で示した第5の実施形態の構成においては不要であ
る。
と、第2レンズアレイ6とその直後の重ね合わせレンズ
8により、後述する表示パネル16に、第1レンズアレ
イ4の各セルの像が重なり合うようにしている。重ね合
わせレンズ8から出た光9は、Rm,Gm,Bmそれぞれ
のダイクロイックミラーで反射され、RGBに色分解さ
れてそれぞれ異なった角度の光軸LR,LG,LB(それ
ぞれ破線,実線,点線で示す)で後方(図の右方)に配
置されたコンデンサーレンズ32に到達する。
33及び照明・投影分離光学系34を経て、このマイク
ロシリンダーレンズアレイ33の各マイクロシリンダー
レンズ33aの働きによって、各色毎に表示パネル16
を照明する。尚、マイクロシリンダーレンズ33aの代
わりに回折レンズとしても良い。また、照明・投影分離
光学系34とは、上記図24に示した第4の実施形態に
おけるPBSプリズム14、或いは上記図25に示した
第5の実施形態におけるTIRプリズム22のように、
照明光と投影光の分離を行う光学系を意味している。
直前(照明側入射位置)にマイクロシリンダーレンズア
レイを配置する事で、数十画素毎にRGB各色の領域と
なる照明を行うが、更にマイクロシリンダーレンズアレ
イ33を、図26或いは図24,図25の矢印Gwで示
すように、その表面に沿って1フレーム内に微細ピッチ
で或いは連続的に駆動し、画素上の照明光を移動してい
る。そして、これに連動した画素表示を行う事で、全画
面において良好なカラー表示を行う事ができる。
ネル16上にRGB各色でストライプ状の照明(以下、
単にストライプと呼ぶ)を行い、これを矢印Gwで示す
方向に、1フレームの時間を一周期として移動させる。
ここでのストライプsのピッチは1〜2mmであり、表
示パネル16の画素の大きさと比較すると粗いものとな
っている。このようにして、各画素に対してそれぞれR
GBの光が順次照明される構成となっている。
模式的に示す図である。同図(a)はマスク板31の概
略構成、及び第2レンズアレイ6との光軸上から見た位
置関係を示している。また、同図(b)は、照明光とし
ての上記各ストライプの横断面方向より見た、表示パネ
ル上の位置と光の強度との関係を示すグラフである。ま
ず、同図(a)において、第2レンズアレイ6は、各セ
ル6aが格子状に配列されており、レンズアレイ全体が
略正方形となっている。具体的には、各セル6aがその
長辺方向に4個、短辺方向に6個配列されている。
はなく、各セル6aは例えば長辺方向に4〜8個配列さ
れ、短辺方向には、レンズアレイ全体として略正方形と
なるように、長辺と短辺の長さの比に応じた個数だけそ
れぞれ配列される。ここで、第2レンズアレイ6は、こ
れに重ねて配置されたマスク板31により、そのスリッ
ト31aの部分だけ開口している。即ち、この部分だけ
光が透過する状態である。具体的には、第2レンズアレ
イ6の各セル6aの中央で、長辺方向に1/3の幅a0
だけ開口した状態となっている。尚、スリットは、単に
孔が開いている状態でも良いし、この部分が透明となっ
ている状態でも良い。
Liの幅が規制され、結果として上記表示パネル上に照
明される各ストライプの幅が規制されて、隣合うストラ
イプ同士の干渉を計算上は防止する事ができる。しかし
ながら、上述のように1/3幅開口した状態では、実際
は誤差や収差等の影響により、同図(b)に示すよう
に、各ストライプの幅の規制が十分ではなく、隣合うス
トライプ同士、即ち点線で示すBのストライプと破線で
示すRのストライプ、或いはRのストライプと実線で示
すGのストライプとが、まだ部分的に干渉しており、画
像の色純度低下の原因となる。
29は、開口幅を小さくしたマスク板31の構成を模式
的に示す図である。同図(a)はそのマスク板31の概
略構成、及び第2レンズアレイ6との光軸上から見た位
置関係を示している。また、同図(b)は、この構成に
おける各ストライプの表示パネル上の位置と光の強度と
の関係を示すグラフである。
寄りのスリット31aの開口幅をa1,周辺寄りのスリ
ット31aの開口幅をa2とすると、a1は例えば上記a
0の0.7〜0.95倍であり、a2はa1より更に小さ
い値となっている。つまり、スリット31aが周辺に近
いほど、開口幅を小さくしている。これは、レンズアレ
イの各セルの内、周辺に近いものほどその各セル上の光
源像Liは、収差の影響で楕円状に歪んで小さくなるの
で、この部分の開口幅を多めに規制する事により、照明
効率の悪化を抑制しつつ上記各ストライプの幅を効果的
に規制し、各ストライプ同士の干渉を防止して、色純度
を損なわないようにするものである。
ように、各ストライプの幅が十分に規制され、隣合うス
トライプ同士、即ち点線で示すBのストライプと破線で
示すRのストライプ、或いはRのストライプと実線で示
すGのストライプとが、互いに干渉する事なく、しかも
離れてしまう事もないので、照明効率も色純度も保たれ
る事となる。
制とを更に効果的に両立させる構成として、濃度フィル
ターを用いる方法がある。これは、図30に示すよう
に、マスク板31の各スリット31aの開口幅a0の周
辺付近で、その周辺に近づくに従って透過率が低下して
行くようにした構成である。これにより、照明効率を保
ったまま各ストライプの幅を更に効果的に規制し、各ス
トライプ同士の干渉を防止して、色純度を損なわないよ
うにする事ができる。
を可変にする方法がある。これは、例えば図31に示す
ように、実線で示すマスク板31と破線で示すマスク板
35とを重ね合わせ、各スリット31a,35aが重な
りあった部分を実際のスリットとして使用するものであ
る。この場合、各マスク板31,35は、同図のスリッ
ト開口幅方向である矢印Hwに沿って、互いに連動して
それぞれ逆方向に駆動される構成となっている。これに
より、スリットの中心位置が第2レンズアレイ6の各セ
ル6aに対してずれる事なく、その開口幅を調節する事
ができる。
って行われる。つまり、本実施形態の表示光学装置を使
って画像投影を行う際に、使用する部屋の明るさに応じ
てスリットの開口幅を変化させる。即ち、部屋が比較的
明るいときは、投影画像も明るくして見やすくするため
に、スリットの開口幅を大きくし、逆に部屋が比較的暗
いときは、投影画像の色純度を重視して画質を高めるた
めに、スリットの開口幅を小さくする。或いは、装置の
出荷前に標準的な開口幅となるように調整して固定して
も良い。
さを装置に設けたセンサー(不図示)により検出し、そ
れをフィードバックして図示しないモーター等により行
う方法でも良いし、使用者が投影画像を見ながら手動で
行う方法でも良い。尚、以上説明したようなマスク板を
使う構成は、上述した第1,第2の実施形態において
も、インテグレータ光学系と色分離を行うダイクロイッ
クミラーとの配置を交替した上で、使用する事ができ
る。
ンズアレイ33の駆動方法について以下に述べる。図3
2は、マイクロシリンダーレンズアレイを往復駆動する
例を模式的に示している。同図において、マイクロシリ
ンダーレンズアレイ33は、光軸方向より見た状態で描
かれている。マイクロシリンダーレンズアレイ33の、
各マイクロシリンダーレンズ33aの長手方向に沿った
側面33bの中央付近には、カム36が当接しており、
反対側の側面33cは、例えばバネ37により付勢さ
れ、マイクロシリンダーレンズアレイ33をカム36に
押しつける状態となっている。
すると、その偏心によりマイクロシリンダーレンズアレ
イ33が、マイクロシリンダーレンズ33aの配列の1
ピッチpだけ矢印Gw方向に往復駆動される。これによ
り、ここでは図示しない表示パネル16の画素上の照明
光を移動させる事ができる。
ズを連続駆動する例を斜視図で示している。ここでは多
数のマイクロシリンダーレンズ38aがベルト状に連結
されて輪状を成している。これをマイクロシリンダーレ
ンズ群38と呼ぶ。マイクロシリンダーレンズ群38
は、軸支された2個のプーリー39に連架されており、
そのプーリー39間にはPBSプリズム14が配設され
ている。今、プーリー39が図示しないモーター等によ
り各矢印方向に回転すると、マイクロシリンダーレンズ
群38が回転し、マイクロシリンダーレンズ38aがそ
の配列方向即ち矢印Gwで示す方向に連続駆動される。
マイクロシリンダーレンズ群38に入射すると、マイク
ロシリンダーレンズ38aを経てPBSプリズム14に
到達し、ここで反射されて下方の表示パネル16を照明
する。ここでは表示パネル16上の照明光が連続的に移
動する事となる。尚、同図のマイクロシリンダーレン
ズ,PBSプリズム,表示パネルの位置関係は、図24
に示したものとは若干異なっている。
投影光学系は、実施形態における照明光学装置及び投影
光学装置にそれぞれ対応している。
画素ピッチが細かい表示パネルにおいても、効率の良い
構成が可能な、高解像度の表示光学装置を提供する事が
できる。
する事で、各マイクロレンズの焦点距離が長くなり、効
率の良い構成が可能となる。
シフトを行う事で、同一画素がとなり合った状態でも、
高解像度のカラー画像が得られる。
側に、マイクロレンズアレイ或いはマイクロシリンダー
レンズアレイを配置する事により、表示パネルとの距離
が充分確保できる上に、このマイクロレンズアレイ或い
はマイクロシリンダーレンズアレイを照明光のみが通過
するだけとなり、投影光が乱される事がなくなる。
的に示す構成図。
大して示す模式図。
構成を示す模式図。
を行う原理の説明図(構成)。
を行う原理の説明図(動作)。
的に示す構成図。
ー表示を行う原理の説明図(構成)。
ー表示を行う原理の説明図(動作)。
図(従来例)。
視図(第1の実施形態)。
視図(第2の実施形態)。
示す図。
囲を示す図。
光の角度範囲を示す図。
光の角度範囲を示す図。
式的に示す構成図。
の関係を模式的に示す分解斜視図。
ンズアレイの位置関係を模式的に示す正面図。
の関係を模式的に示す図。
す模式図。
的に示す斜視図。
示パネルとの関係を模式的に示す図。
表示パネルとの関係を模式的に示す図。
式的に示す構成図。
式的に示す構成図。
学装置の主要部分を拡大して示す模式図。
照明を行う様子を模式的に示す図。
に示す図。
式的に示す図。
成を模式的に示す図。
する例を示す模式図。
する例を示す斜視図。
Claims (14)
- 【請求項1】 光源からの光を所定の波長領域毎に異な
った方向に分離し、該分離された照明光としての光を表
示パネルに照明する照明光学系と、該表示パネルからの
投影光を単数或いは複数画素毎にシフトして投影する投
影光学系とを備え、前記照明光はRGB3色の光が交互
に複数配列され、各同一色の光が前記表示パネルの隣合
った複数個の画素を照明する事を特徴とする表示光学装
置。 - 【請求項2】 前記照明光学系は、前記RGB3色の光
が照明する一組の画素単位に1つのレンズが対応するマ
イクロレンズアレイ或いはマイクロシリンダーレンズア
レイを有する事を特徴とする請求項1に記載の表示光学
装置。 - 【請求項3】 前記表示パネルからの投影光を、1フレ
ーム中に同一色で別の場所の画素が重なるようにシフト
して投影する事を特徴とする請求項1又は請求項2に記
載の表示光学装置。 - 【請求項4】 前記表示パネルからの投影光を、フレー
ム間に跨って同一色で別の場所の画素が重なるようにシ
フトして投影する事を特徴とする請求項1又は請求項2
に記載の表示光学装置。 - 【請求項5】 前記表示パネルからの投影光を1画素毎
にシフトして投影し、該投影される特定の位置に対し
て、ON表示する画素を組み合わせる事により、情報表
示する事を特徴とする請求項1に記載の表示光学装置。 - 【請求項6】 前記各色の複数画素毎の強度分布の差に
対応して、ON表示する画素を決定する事により、階調
表現する事を特徴とする請求項5に記載の表示光学装
置。 - 【請求項7】 光源からの光を所定の波長領域毎に異な
った方向に分離し、該分離された照明光としての光を連
続的に或いは微小ピッチでシフトして、表示パネルに照
明する照明光学系と、該表示パネルからの投影光を投影
する投影光学系とを備え、前記照明光はRGB3色の光
が交互に複数配列され、各同一色の光が前記表示パネル
の隣合った複数個の画素を照明する事を特徴とする表示
光学装置。 - 【請求項8】 前記照明光学系は、前記分離された照明
光を各波長領域毎に前記表示パネル上に一色ずつ結像す
るマイクロシリンダーレンズアレイを有する事を特徴と
する請求項7に記載の表示光学装置。 - 【請求項9】 前記照明された特定の画素において、O
N表示する時間帯を組み合わせる事により、情報表示す
る事を特徴とする請求項7又は請求項8に記載の表示光
学装置。 - 【請求項10】 前記各色の照明光の強度分布の時間的
変化に対応して、ON表示する時間帯を決定する事によ
り、階調表現する事を特徴とする請求項9に記載の表示
光学装置。 - 【請求項11】 前記表示パネルは反射型パネルであ
り、前記照明光と前記投影光とを分離する照明・投影分
離光学系を備え、該照明・投影分離光学系の照明光入射
側にマイクロレンズアレイ或いはマイクロシリンダーレ
ンズアレイを配置し、該マイクロレンズアレイ或いはマ
イクロシリンダーレンズアレイを駆動する事により、前
記照明光のシフトを行う事を特徴とする請求項7に記載
の表示光学装置。 - 【請求項12】 光源からの光を所定の波長領域毎に異
なった方向に分離する色分解光学系を、前記マイクロレ
ンズアレイ或いはマイクロシリンダーレンズアレイの直
前に配置した事を特徴とする請求項11に記載の表示光
学装置。 - 【請求項13】 前記照明・投影分離光学系は、前記照
明光を全反射により前記表示パネルに導き、該表示パネ
ルからの投影光を透過により前記投影光学系に導くプリ
ズムである事を特徴とする請求項11又は請求項12に
記載の表示光学装置。 - 【請求項14】 前記照明・投影分離光学系は、偏光ビ
ームスプリッターである事を特徴とする請求項11又は
請求項12に記載の表示光学装置。
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