JP2005037948A - 投射表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、設計者が画面全域にわたって配光をより制御することを可能にすること、例えば、より均一な輝度レベルを得ること、もしくは、それと同時に中央部でより高い輝度レベルを得ること、を可能にするための解決策を得ることである。
【解決手段】本発明は、照射システム（２）により照射される画像処理部（４）と、画面（１０）上に画像を投射する画像処理システム（６、８）と、を有する表示装置であって、前記画像処理部の画像の輝度が所定の方向にわたって変化すること、および前記照射システム（２）が前記所定の方向にわたって配光を制御する制御手段（２０）を有すること、を特徴とする表示装置を提供する。
【選択図】
図1

Description

本発明は投射表示装置に関する。

典型的な投射表示装置においては照射システムによって照射され、画像処理部（imager）によって形成された画像は画像処理システムにより画面に投射される。

一般に、使用者にとって装置は画面に対する奥行ができるだけ小さいものが（薄型の投射器）が好ましい。しかし照射システムおよび画像処理システムは装置の片側（一般には底面側）に配置することが好ましいため、奥行を狭めると必然的に光を画面に入射させる際の角度が広範囲にわたって変化してしまう。

画面の透過率は、他の光学システムと同様、光の入射角に依存するため、これは画面全域にわたり制御不可能な不均一な輝度レベルを生じさせる結果となる（通常は底部でより明るくなる）。

本発明の課題は、設計者が画面全域にわたって配光をより制御することを可能にすること、例えば、より均一な輝度レベルを得ること、もしくは、それと同時に中央部でより高い輝度レベルを得ること、を可能にするための解決策を得ることである。

本発明は照射システムによって照射される画像処理部と、画面上に画像を投射する画像処理システムとを有する表示装置を提供するものであり、画像処理部から画面までの光学的効率は所定の方向にわたって変化し、照射システムは所定の方向にわたって配光を制御する手段を有する。

本発明はより詳細には照射システムにより照射された画像処理部と、画像を画面に投射する画像処理システムとを有する表示装置を提供するものであり、画像処理部の画像輝度は所定の方向にわたって変化し、照射システムは所定の方向にわたって配光を制御する手段を有する。

所定の方向は画像の水平軸方向あるいは垂直軸方向に対応していることが好ましい。

1つの有利な方法においては制御手段は画面の輝度の変化を少なくとも部分的に補正できる。

通常、制御手段は所定の方向にわたり不均一で、好ましくは非対称の配光を発生させる。制御手段は所定の方向にわたり不均一な配光を発生させる光ガイドで構成されることが好ましい。可能な実施例によると光ガイドは照射システムの光学軸に対して非対称である。例えば光ガイドは6面体形状を有する。光ガイドは長方形状部を有することが好ましい。さらに光ガイド部は入射部から放射部に至って広がっていることが好ましい。

配光制御精度を向上させるため、光ガイドは別の光ガイドと接する入射面を有している。他の光ガイドは入射面全体にわたって実質上、均一な配光を発生させることが好ましい。

この可能な構成において、光ガイドは前記他の光ガイドと対応する面に対して傾斜した、少なくとも1つの面を有する。

好実施例によると光ガイドは、光がレンズシステムにより画像処理部に投射される1つの放射面を有する。

別の可能な実施例では光ガイドは傾斜フィルタを支持する放射面を有する。例えば、傾斜フィルタは反射性傾斜コーティングで形成される。これは放射面全体にわたって顕著な非対称配光を生じさせる。光ガイドが中央部に穴の開いた反射コーティングを支持する入射面を有することは有意である。

さらに別の実施例においては傾斜フィルタは着色されており、従って装置において色の不均一性を補正することができる。

画面上へ画像の最大投射角は50゜より大きいことが好ましい。

本発明の別の特徴は添付図面を参照した以下の記載によって明らかになるであろう。

図1に概略的に示された表示装置は最初の光束B_illを発生させる照射システム2を有しており、これは画像処理部4によって受光される。

画像処理部4は光束B_illのどの部分を画像処理システムに透過させるべきかを判断し、それに基づき、表示すべき画像を描写する第2の光束B_imgを発生させる。

画像処理部4は例えば画素マトリクスとして配置される。各画素は、入射光線（最初の光束B_illの一部）に対して、表示画像に対応する画素の点灯手段によって異なる効果を有している。

第2の光束B_imgはレンズ群6を通り、画面10の背面にある反射器8で反射され、この画像処理システムとして定義されるレンズ群6と反射器8により、画面10に画像処理部4の画像が投射される。

画面10は透過素子（記載されていない）を支持しており、これは通常、画面10に対して垂直な方向に入射光線を揃えるとともに、画面領域に合わせて広角化するように画面10のブラックマトリクスのミクロ開口部に光線を集束し、表示装置が正しい外観を有するようにさせている。

図1から明らかなように画面10（および透過素子）に入射する光線は通常の画面（あるいは投射角）に対して底部でのΘ₁（約30゜）から上部でのΘ₂（約60゜以上）まで大幅に変化する入射角を有する。通常、最大投射角度は50゜より大きい。

画面10の透過率は従って画面全域にわたって一定ではなく、垂直方向にわたって変化する。従って、画像処理部4と画面10の間の光の透過効率については垂直方向に沿った顕著な変化が問題となる。画像処理部での放射（光束B_img）において同じ輝度を持つ2点に対して、例えば第1の点が表示画像の底部に対応しており、第2の点が上部に対応している場合、画面10の輝度は等しくなく、第1の点が第2の点に対してより明るくなってしまう。

画面10におけるこの変化を補正し、より良い配光制御をするため、照射システム2は画像処理部4を照射する配光を制御する手段（もしくは光学素子）を提供する。画像処理部を照射する光は、従って設計者による要求通りの配光が可能であり、特に、垂直方向に沿った不均一性に対して、上記の透過効率の変化が生じる前段階で補正を行うことができる。

図1は本発明による背面式投射器を示す。ただし本発明は前面式投射器にも関連し、特に、投射角が例えば30゜から60゜（あるいはそれ以上）までの広い範囲で変化する投射専用の前面式投射器に関連する。通常、投射角の最大値は50゜より大きい。これらの前面式投射器は上記あるいは以下に示すシステム2のような照射システムを有することが好ましい。

配光制御素子を有する照射システム2について最初の可能な実施例を図2ないし図4を参照して示す。

照射システムは反射器14の焦点に位置する光源12を有しており、光風洞部（light tunnel）16の入射面に光を集束する。光風洞部16は、通常の光の方向に沿って平行6面体状（この一面が入射面）の第1の対称形状の光ガイド18、および第2の非対称形状の光ガイド20を有する。第2の非対称形状光ガイド20の上面は第1の光ガイド18の上面と同一平面にあり、底面は第1の光ガイド18の底面に対してある角度をなしている。正確には第2の光ガイド20の底面は通常の光の方向に対して広角となっている。

従って第1の光ガイド18は通常の光の方向に対し一定の長方形状断面を有しているが、第2の光ガイド20は通常の光の方向に対し垂直方向に広がった領域を含む長方形断面を有している。すなわち第2の光ガイド20は6面体形状を有している。光ガイド部は入射部から放射部にかけて広がっていることが好ましい。光ガイド部20は長方形状であることが好ましく、この場合、長方形状画像処理部と都合よく適合する。本発明の変形例によると、光ガイド20は別の形状でも良く、あるいは一部が長方形状でなくても良い（例えば画像処理部の照射形状の変化を補正するために台形であってもよい）。

図3より明らかなように、上記の実施例では第1の光ガイド18の各側面は第2の光ガイド20の側面と同一面上にある。考えられる変形例として、配光を側面でも制御できるように、第2の光ガイド20の側面を通常の光の方向に対して（従って第1の光ガイド18の側面に対して）角度をなすように形成することも可能である。

第2の光ガイド20の特定設計により、光風洞部16の放射面（放出面は第2の光ガイド20の面である）から放射した光は、図4を参照した以下に示すより詳細な説明のように、垂直方向において不均一で、非対称な配光となり、通常、複数のレンズからなるレンズシステム22によって画像処理部に投射される。

第1の光ガイド18は反射器14からの円形状の配光を入射面24で受光し、後面（第1の光ガイド18と第2の光ガイド20の間にある中間面26）で、これを図4に示すような複数回の反射を通じて、実質上均一で長方形状の配光に変換する。均一性は光ガイドの長さの増大とともに向上させることができる。

中間面26は第2の光ガイド28に対する第2の光源として作用する。第2の光ガイド20の上部領域にある光線R₁、R₂は、第2の光ガイド20の上面が第1の光ガイド18の上面と同一面上にあるため、第1の光ガイド18と近似的に同様の挙動を示す。しかしながら下部領域では傾きを有する底面により、光線のうちあるものは、通常の光の方向に対してある角度を有していても、(図4のR₄のように)反射されず、底部でのある光束は（例えば光線R₃に対して）発散することができるため、底部での光密度は低下する結果となる。

従って、図4の例のように光風洞部16の放射面（第2の光ガイド20の放射面28と一致する）から放射された配光は垂直方向において不均一でかつ非対称である。

放射面28からの光はレンズ22によって画像処理部に投射されるため、放射面28の長さと高さの比は画像処理部4の比と一致する。通常、これは表示装置のアスペクト比にも一致する。

なお必須ではないが、第1の光ガイドで均一な長方形状配光を発生させ、次に第2の光ガイドでより正確に所望の配光に変換するというように、光風洞部に対して2つの別々の光ガイドを使用することによって、さらに配光制御性を改良できることを指摘しておく必要がある。

特に、6面体部が長くなると非対称性はより顕著になり、その結果、中央部分での輝度が強くなる。

図5には前述の照射システムによって生じた垂直方向における光束B_illの配光D_ill、すなわち画像処理部4により受光した配光を模式的に示す。画像処理部4が均一な画像（例えばホワイトスクリーン）を表示している場合、図5もまた画像処理部から放射された光束B_imgの配光に対応する。

図6には画像処理システム6と8および画面10を組み合わせたときの垂直方向の透過率Tsを概略的に示すが、上記のようにこの値は底部から上部まで変化する（主として表示装置の所定の奥行による）。

図7には画像処理システムを通り画面10上の透過素子に（図6の透過率で）至る光束B_imgによって（図5の配光で）生じる、画面10の垂直方向に沿った輝度を示す。

画面10全体にわたる透過率の変化が、第2の光ガイド20で生じる非対称配光により補正されていることは明らかである（特段の対策がなければ、底部で著しく高輝度になっていたはずである）。この配光の結果は実質上、垂直方向において対称であり、使用者にとって都合よく、中央部が輝度のピークとなっている。

本発明の第2の考えられる実施例として、配光制御手段を有する照射の例を図8に示す。図2ないし図4と同様の参照番号が構成物に用いられている。

図8の照射システムは、反射器14の焦点と合うように置かれた光源12を表すランプを有する。反射器14は、平行6面体形状を有する光風洞部16の入射面32に光を集束する。光は光風洞部16に沿っておそらく1回あるいは2回以上内部反射をしながら、入射面32から放射面30を透過する。

放射面30から光風洞部16を出た光は、図1の説明で示したように、従来のリレーレンズを介して画像処理部に導かれる。

放射面30は、光風洞部16から放射された配光を制御する傾斜フィルタとして作用する反射性傾斜コーティングを支持している。傾斜コーティングは例えばアルミニウム成膜によって形成することができる。

例示的な傾斜コーティングフィルタは図9および図10に示されている。

例えば図9の傾斜コーティングにより、画像処理システムにおける非対称配光に対して、例えば画面10への入射角が広範囲に変わることを利用して補正することが可能となる。図5ないし図7を参照した際の説明はこの場合にも適用できる。

図10に示した傾斜フィルタの別の可能な例は、特に非常に広角の画面に適用できる、中心部傾斜（あるいは中心部フィルタ）であり、投射が中心線に沿って形成される。この場合、周知のコーナー現象（コーナー部での光不足）が、放射面30の中央における放射光のフィルタ処理によって事前に補正される。

傾斜フィルタは当然、配光制御に対する個々の必要に応じて設計できる。従って図8の実施例は特に自由度の高い解決策である。

さらに、特に色の均一性補正のため、例えばマゼンダ色をあるLCOS投射システムにおいて出現させるように転換するなど、色補正用の傾斜フィルタを用いることも可能である。これは本実施例の別の優れた点である。

損失、特に放射面30の反射性傾斜コーティングによる損失を最小限にするため、入射面32は、入射面32と入射した光束の交差部に相当する中央部分に穴を開けたミラーコーティングを有する。

上記の記載は本発明の可能な実施例を制限するものとして提供されたものではない。画像（例えば様々なレンズを介した画像）の反転についての記載がされていないのは説明を簡素化するためであって、本発明は画像の反転が生じた際にも、照射システムにおいて透過率の変化に対して画面上の少なくとも一部を補正する光制御手段の提供に適用できることも指摘しておくことができる。

本発明の表示装置を示す図である。 図1の表示装置の照射システムを示す図である。 図1の表示装置の照射システムを示す図である。 図2の照射システムの光風洞部を示す図である。 図4の照射システムにより生じた垂直方向の配光を示す図である。 図1の装置の結像部の透過率Tsを示す図である。 図1の装置の画面の輝度レベルを示す図である。 光風洞部を有する別の可能な照射システムを示す図である。 図8の光風洞部の放出面に対する可能な傾斜フィルタを示す図である。 図8の光風洞部の放出面に対する別の可能な傾斜フィルタを示す図である。

符号の説明

２ 照射システム
４ 画像処理部
６ レンズ群
８ 反射器
１０ 画面
１２ 光源
１４ 反射器
１６ 光風洞部
１８ 光ガイド
２０ 光ガイド
２２ レンズシステム
２４ 入射面
２６ 中間面
２８ 光ガイド放射面
３０ 放射面
３２ 入射面

Claims (20)

1. 照射システム（２）により照射される画像処理部（４）と、画面（１０）上に画像を投射する画像処理システム（６、８）と、を有する表示装置であって、前記画像処理部の画像の輝度が所定の方向にわたって変化すること、および前記照射システム（２）が前記所定の方向にわたって配光を制御する制御手段（２０）を有すること、を特徴とする表示装置。
2. 前記所定の方向が、画像の水平軸もしくは垂直軸に一致していることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
3. 前記制御手段（２０）が、画面上の輝度の変化を少なくとも部分的に補正することを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
4. 前記制御手段（２０）が、前記画像処理部の所定方向にわたって不均一な配光を発生させることを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の表示装置。
5. 前記制御手段（２０）が、前記画像処理部の所定方向にわたって非対称な配光を発生させることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
6. 前記制御手段が、前記画像処理部の所定方向にわたって不均一な配光を発生させる光ガイド（２０；１６）からなることを特徴とする請求項1ないし5に記載の表示装置。
7. 前記光ガイド（２０）が、前記照射システムの光学軸に対して非対称であることを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
8. 前記光ガイド（２０）が、6面体形状であることを特徴とする請求項6または7に記載の表示装置。
9. 前記光ガイド（２０）が、長方形状部を有することを特徴とする請求項6ないし8いずれかに記載の表示装置。
10. 前記光ガイドの一部が、入射面から放射面にかけて広がっていることを特徴とする請求項6ないし9いずれかに記載の表示装置。
11. 前記光ガイド（２０）が、別の光ガイド（１８）と接する入射面（２６）を有することを特徴とする請求項6ないし10いずれかに記載の表示装置。
12. 前記別の光ガイド（１８）が、前記入射面（２６）にわたって実質上、均一な配光を発生させることを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
13. 前記光ガイド（２０）が、前記別の光ガイド（１８）の対応面に対して傾斜している少なくとも1つの面を有することを特徴とする請求項11または12に記載の表示装置。
14. 前記光ガイドが、レンズシステム（２２）により前記画像処理部（４）に投射される光の放射面（２８）を有することを特徴とする請求項6ないし13いずれかに記載の表示装置。
15. 前記光ガイド（１６）が、傾斜フィルタを支持する放射面（３０）を有することを特徴とする請求項6ないし14に記載の表示装置。
16. 前記傾斜フィルタが、前記放射面（３０）から不均一もしくは非対称の配光を発生させることを特徴とする請求項15に記載の表示装置。
17. 前記傾斜フィルタが反射性傾斜コーティングによって形成されていることを特徴とする請求項15に記載の表示装置。
18. 前記傾斜フィルタが着色されていることを特徴とする請求項15ないし17いずれかに記載の表示装置。
19. 前記光ガイド（１６）が、中央部に穴の開いた反射コーティングを支持する入射面（３２）を有することを特徴とする請求項15に記載の表示装置。
20. 画面上への画像の最大投射角が50゜より大きいことを特徴とする請求項1ないし19いずれかに記載の表示装置。

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