JP2003021806A

JP2003021806A - 背面投射型ディスプレイ

Info

Publication number: JP2003021806A
Application number: JP2001208263A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamaguchi; 博史山口; Kenichi Ikeda; 健一池田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】空間変調素子上に形成した画像を背面から拡
大投射して、その反対側の面から画像を観察する背面投
射型ディスプレイにおいて、簡便な構成で外部に振動を
放射することが無くシンチレーションを低減させる。【解決手段】空間変調素子３の画像を拡大投射する投
射光学系４のレンズエレメントを振動手段６を用いてそ
の光軸と垂直方向に振動させることにより、投写画像の
光軸を微小角度範囲で振動させる。これにより、シンチ
レーションパターンが変調され、人間の視覚特性によっ
て平均化されるためシンチレーション障害として検知さ
れることが無い。駆動されるレンズエレメントは小型、
軽量であるため振動手段の小型化が可能で、ディスプレ
イが大型化することが無く、駆動エネルギーも小さいの
で消費電力が小さく、外部に振動放射することも無い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、背面投射型ディス
プレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ＴＶ受像機を中心に大画面に対する
ニーズが高まっており、大画面表示に適した装置として
背面投射型ディスプレイが注目されている。背面投射型
ディスプレイとしては画像源としてＣＲＴを用いるのが
一般的であったが液晶パネル等による光変調を利用する
装置が開発され、更に軽量コンパクトを実現するものと
して期待されている。その基本構成を模式的に図３に示
す。

【０００３】ランプ１からの光を照明光学系２によって
均一化して液晶パネル３を照射する。照明光学系２は、
一般的に第１インテグレータレンズアレイと第２インテ
グレータレンズアレイとで構成され、各インテグレータ
レンズアレイには多数の微小レンズ要素が縦横方向に配
列されており、第１インテグレータレンズアレイの微小
レンズ要素と第２インテグレータレンズアレイの微小レ
ンズ要素とが一対一に対応するように、両インテグレー
タレンズアレイが対向して配置されている。そして、第
１インテグレータレンズアレイの各レンズ要素に入射す
る光がいずれも液晶パネル全面を照射するように構成さ
れており、これにより照明光の輝度ムラを軽減して液晶
パネル３を均一性高く照射することを可能にする。

【０００４】液晶パネル３は照明光を入力信号に応じて
空間変調して画像を形成する。その画像は投射レンズ４
によってスクリーン５に拡大投射される。

【０００５】なお、実際の装置においては、カラー表示
を実現するために３枚の液晶パネルを用いるのが一般的
であり、その場合ランプ１からの光を赤、緑、青の成分
に分解する色分解光学系、３枚の液晶パネルからの画像
を合成する合成光学系等を有し複雑な構造となるが、こ
こではそれらを割愛している。

【０００６】また、空間変調を用いる同種の装置として
は、変調素子として反射型の液晶素子を用いるもの、更
には角度を可変できる多数の微細なミラーを構成した素
子（微細ミラーデバイス）を用いる方式などがある。

【０００７】結像面に設置されるスクリーン５には、図
のように中心部から周辺部に向かって発散的で、部分的
には極めて指向性の鋭い光が入射する。その指向性の度
合いは投射指向角θによって表され、投射倍率Ｍと投射
レンズのＦナンバーＦを用いて、 θ＝ｔａｎ^-1［１／｛２＊Ｆ＊（Ｍ＋１）｝］ ≒１／｛２＊Ｆ＊（Ｍ＋１）｝と表すことが出来る。

【０００８】ちなみに、画像源をＣＲＴとする装置の場
合は、５インチ程度のＣＲＴを用いるため、５０インチ
クラスのディスプレイで投射倍率Ｍは約１０、Ｆナンバ
ーは蛍光体からの拡散光を取り込むために小さく設定さ
れ約１程度なので、投射指向角θは０．０５（約３゜）
程度になる。

【０００９】一方、液晶パネルなどの空間変調素子を用
いる方式では、１インチ程度の素子を用い、また、素子
の特性から比較的指向性の高い照明光を用いる必要があ
るため、投射レンズのＦナンバーは３程度と大きく、投
射指向角θは０．００３（約０．２゜）程度と小さく、
スクリーンに入射する投射光の指向性は極めての強い。

【００１０】スクリーン５はこの様な投射光を透過する
と共に適切に拡散して良好な画像認識を可能にする働き
をする。投射側に配置されたフレネルレンズシート５ａ
によってマクロに発散する光をマクロに収束して略平行
光に変換した後、レンチキュラレンズシート５ｂによっ
てミクロに光を拡散するのが一般的である。

【００１１】レンチキュラレンズシート５ｂは、その一
方の面に形成された垂直方向を長手方向とするレンチキ
ュラレンズアレイにより、入射光を水平方向にのみ屈折
拡散させ、その内部に分散含有された光拡散微粒子によ
り、光を等方拡散させる。これらにより、トータルで水
平方向に広く垂直方向に狭い異方拡散を実現して有効領
域における輝度を高く設定することができる。

【００１２】上記の様な空間変調素子を用いた背面投射
型ディスプレイでは、画像源としてＣＲＴを用いた装置
では顕在化しなかったシンチレーションという現象が問
題になっている。これは微細な明暗により画面にギラつ
きを生じる現象である。

【００１３】空間変調素子を用いた背面投射型ディスプ
レイにおいて、ＣＲＴを用いた装置に比べシンチレーシ
ョンが特に顕在化する理由は、前述の様にスクリーンに
入射する投射光の指向性がＣＲＴを用いたディスプレイ
に比べ格段に鋭く、空間的コヒーレンスが高いため、背
面投射型スクリーンの内部に分散される光拡散微粒子で
拡散した光が互いに干渉するためと考えられる。そのメ
カニズムはレーザーディスプレイにおいてスペックルノ
イズと呼ばれる画像障害の発生メカニズムと共通するも
のがあり、空間的コヒーレンスの程度に応じてノイズレ
ベルが若干軽減された現象とも考えられる。

【００１４】特開昭５５−６５９４０号公報には、スク
リーンを振動させることによりレーザーディスプレイの
スペックルノイズを低減する方法が開示されている。こ
の方法は、背面投射型ディスプレイのシンチレーション
を軽減するのにも有効である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の特開
昭５５−６５９４０号公報に開示された方法を背面投射
型ディスプレイに用いた場合、通常５０インチ前後の対
角長を有し、２〜３ｋｇの重量を有するスクリーンを振
動させる必要があるために駆動部が大型になり、大きな
消費電力を必要とし、また、振動源となって周囲に振動
を放射すると言う問題を発生する。

【００１６】本発明は、上記の問題を解決し、簡便な構
成で外部に振動を放射することが無く、シンチレーショ
ンが低減した背面投射型ディスプレイを提供することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために以下の構成とする。

【００１８】本発明の第１の背面投射型ディスプレイ
は、光源と、前記光源からの光を入力信号に応じて空間
変調して画像を形成する空間変調素子と、前記画像を拡
大投写する投写光学系と、前記画像が背面から投写さ
れ、前記投射側とは反対側の面から透過拡散した前記画
像を観察する背面投射型スクリーンと、前記投写画像の
光軸を微小角度範囲で振動させる光軸シフト手段とを備
えることを特徴とする。

【００１９】また、本発明の第２の背面投射型ディスプ
レイは、光源と、入射光を入力信号に応じて空間変調し
て画像を形成する空間変調素子と、前記光源からの光を
前記空間変調素子に照射する照明光学系と、前記画像を
拡大投写する投写光学系と、前記画像が背面から投写さ
れ、前記投射側とは反対側の面から透過拡散した前記画
像を観察する背面投射型スクリーンと、前記照明光学系
から出射し前記空間変調素子を照射する光の入射角度を
微小角度範囲で変調する照明角度変調手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００２０】上記第１，第２の背面投射型ディスプレイ
によれば、スクリーンのような大型で重量の大きな部材
を振動させること無く、シンチレーションを低減するこ
とが可能になる。従って、シンチレーションが軽微で解
像力に優れた高品位な画像表示を実現できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を用いて説明する。

【００２２】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態に係る背面投射型ディスプレイを模式的に示す
水平方向断面図である。

【００２３】図１において、従来の背面投射型ディスプ
レイを示す図３と同一の構成要素には同一の符号を付し
てそれらについての詳細な説明を省略する。

【００２４】本実施の形態１の背面投射型ディスプレイ
には、投写レンズ４をその光軸と垂直な方向に微小振動
させる振動装置６が設置されている。投射レンズ４のレ
ンズ中心のシフトに応じて投射光の光軸の角度が変化
し、結果としてスクリーン５上の投写画像が僅かにシフ
トする。

【００２５】投写レンズ４の振動振幅は、スクリーン５
上での画像の振幅（シフト量）がスクリーン５上での画
素ピッチの半分以下になるように設定するのが好まし
い。標準的な背面投射型ディスプレイとしてスクリーン
サイズ５０インチ、画素数ＸＧＡ（１０２４×７６８）
を想定すれば、スクリーン上での画素ピッチは約１ｍｍ
なのでスクリーン５上での画像の振幅は５００μｍ以下
とするのが好ましい。

【００２６】また、上記画像の振幅はスクリーン５の内
部に分散されシンチレーションの発生要因となっている
拡散ビーズ（光拡散微粒子）の粒径より充分大きい必要
がある。一般に拡散ビーズの粒径は数μｍなので、スク
リーン上で１００μｍ程度の画像振幅があれば十分であ
る。

【００２７】結果として、スクリーン５上での画像の振
幅の適正範囲は概ね１００μｍ以上、５００μｍ以下で
ある。

【００２８】上記構成によって、シンチレーションパタ
ーンは画像のシフトに応じて変化し、人間の視覚特性に
よって平均化されシンチレーション障害として認識され
ない。また、画像の振動振幅を画素ピッチの半分以下に
設定しているので解像力の劣化を表示品位の低下として
認識されない最小限に留めることが出来る。

【００２９】なお、図１では投写レンズ４を模式的に単
レンズとして表示したが実際の投写レンズは複数のレン
ズエレメントからなるレンズユニットとして構成されて
いる。この場合、投写レンズユニット全体を振動させる
必要は無く、光軸シフトに有効で収差に対する影響の軽
微な１つのレンズエレメントを振動させればよい（レン
ズユニットの結像性能を損なわずに光軸をシフトする技
術は、ムービーにおける手ぶれ補正技術として確立され
ている）。

【００３０】また、スクリーン上での投射画像の振幅量
はレンズの振幅量に投射倍率を乗じた値にほぼ一致する
ので、レンズに与える振動振幅は極僅かでよい。例え
ば、投写倍率５０倍の背面投射型ディスプレイで上記適
正範囲の中間値３００μｍの画像振幅を得るためにはレ
ンズ振幅は６μｍ程度でよい。

【００３１】この様に本発明の背面投射型ディスプレイ
によれば、投射光学系を構成する１つのレンズエレメン
トを数μｍの振幅で振動させることによってシンチレー
ションを低減することが出来る。このようなレンズエレ
メントの振動は圧電振動子などを用いた簡便な構造で実
現可能であり、スクリーンを振動させる従来の方法に比
べ振動手段を極めて小型化、簡略化でき、また、発生す
る慣性力も格段に小さくなるので周辺への振動放射など
の障害も発生しない。

【００３２】（実施の形態２）図２は本発明の第２の実
施の形態に係る背面投射型ディスプレイの照明光学系の
概略構成を示す水平方向断面図である。

【００３３】本実施の形態の背面投射型ディスプレイ
は、照明光学系２に振動装置７が設置されている以外は
図３に示した従来の背面投射型ディスプレイと同一の構
成を有する。

【００３４】本実施の形態の照明光学系２は、第１イン
テグレータレンズアレイ２ａと第２インテグレータレン
ズアレイ２ｂと補助レンズ２ｃとで構成される。各イン
テグレータレンズアレイ２ａ、２ｂには多数の微小レン
ズ要素が縦横方向に配列されており、第１インテグレー
タレンズアレイ２ａの微小レンズ要素と第２インテグレ
ータレンズアレイ２ｂの微小レンズ要素とが一対一に対
応するように、両インテグレータレンズアレイ２ａ、２
ｂが対向して配置されている。ランプ１からの光は第１
インテグレータレンズアレイ２ａの微小レンズ要素によ
り領域分割され、該微小レンズ要素を出射した各光束
は、第２インテグレータレンズアレイ２ｂの対応する微
小レンズ要素に入射し、補助レンズ２ｃを介して液晶パ
ネル３上で重畳され、液晶パネル３の全面を照射する。
これにより、液晶パネルを空間均一性高く照明すること
ができる。

【００３５】補助レンズ２ｃには振動装置７が設置さ
れ、これにより補助レンズ２ｃはその光軸と垂直な方向
に微小振動する。これによって、第２インテグレータレ
ンズアレイ２ｂの各微小レンズ要素からの各光束の出射
角度は前記微小振動に応じて角度変調される。即ち、液
晶パネル３に入射する光線の入射角度が微小角度範囲で
変調される。従って、液晶パネル３を透過してスクリー
ン５に到達する投写光は上記角度変調されるため、シン
チレーションパターンも上記角度変調に応じて変化し、
人間の視覚特性によって平均化されシンチレーション障
害として認識されない。

【００３６】本実施の形態２では駆動すべき対象が補助
レンズ２ｃであり、投写レンズのレンズエレメントを駆
動する前記実施の形態１に比べ、駆動対象物の重量およ
びサイズがやや大きくなる傾向があるものの、スクリー
ンを駆動する従来の方法に比べればはるかに小型化、軽
量化が可能であり、付随して発生する振動も少ない。

【００３７】また、本実施の形態２では投写画像パター
ンの振動を伴わずに、投写光線を角度変調するので原理
的に解像力劣化を生じない点で前記実施の形態１より有
利である。

【００３８】前記補助レンズ２ｃの振動によって、液晶
パネルの照射領域が周期的に変化するが、通常数％のマ
ージンを見込んで液晶パネルの有効領域より広い範囲を
照射するので、照射領域の変動をそのマージン以内に設
定することにより照明効率を維持できる。

【００３９】なお、本実施の形態２では補助レンズ２ｃ
を振動することによって照明光を角度変調したが、第１
インテグレータレンズアレイ２ａまたは第２インテグレ
ータレンズアレイ２ｂを振動させても同様な効果が得ら
れる。

【００４０】また、液晶パネル３を照明する光の入射角
度を角度変調すれば上記の本実施の形態２の効果が得ら
れる。従って、例えば、照明光学系が、ランプ１と液晶
パネル３との間に設けられた折り返しミラーを含む場合
に、該ミラーを角度変調する方法でも同様の効果を得る
ことが可能であり、本発明は図２に示した照明光学系を
用いた方式に限定されるものではない。

【００４１】

【発明の効果】以上詳細に説明して明らかなように、本
発明の背面投射型ディスプレイによれば、シンチレーシ
ョンが軽微で解像力に優れた高品位な画像表示を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る背面投射型ディス
プレイを模式的に示す水平方向断面図。

【図２】本発明の実施の形態２に係る背面投射型ディス
プレイの要部を示す断面図。

【図３】従来の一般的な背面投射型ディスプレイの構成
を示す水平方向断面図。

【符号の説明】

１ランプ２照明光学系２ａ第１インテグレータレンズアレイ２ｂ第２インテグレータレンズアレイ２ｃ補助レンズ３液晶パネル４投射レンズ５背面投射型スクリーン５ａフレネルレンズシート５ｂレンチキュラレンズシート６，７振動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/62 Ｇ０３Ｂ 21/62 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 ＡＦターム(参考） 2H021 BA24 2H088 EA13 HA24 HA26 HA27 HA28 MA01 2H091 FA26X FA27X FA28X FA41Z FA50X LA01 LA16 MA07 5C058 BA26 BA35 EA01 EA11 EA32 EA36 EA51

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、前記光源からの光を入力信号に
応じて空間変調して画像を形成する空間変調素子と、前
記画像を拡大投写する投写光学系と、前記画像が背面か
ら投写され、前記投射側とは反対側の面から透過拡散し
た前記画像を観察する背面投射型スクリーンと、前記投
写画像の光軸を微小角度範囲で振動させる光軸シフト手
段とを備えることを特徴とする背面投射型ディスプレ
イ。
【請求項２】前記光軸シフト手段は、前記投写光学系
に含まれるレンズエレメントをその光軸と垂直方向に振
動させることにより、前記投写画像の光軸を振動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の背面投射型ディスプ
レイ。
【請求項３】前記投写画像の光軸の振動による前記背
面投射型スクリーン上での投射画像のシフト量が、前記
背面投射型スクリーン上での画素ピッチの１／２以下で
あることを特徴とする請求項１又は２に記載の背面投射
型ディスプレイ。
【請求項４】光源と、入射光を入力信号に応じて空間
変調して画像を形成する空間変調素子と、前記光源から
の光を前記空間変調素子に照射する照明光学系と、前記
画像を拡大投写する投写光学系と、前記画像が背面から
投写され、前記投射側とは反対側の面から透過拡散した
前記画像を観察する背面投射型スクリーンと、前記照明
光学系から出射し前記空間変調素子を照射する光の入射
角度を微小角度範囲で変調する照明角度変調手段とを備
えることを特徴とする背面投射型ディスプレイ。