JP2005141080A - 投射型表示装置および画像投射システム - Google Patents

Abstract

【課題】高精細の投射像が得られる投射型表示装置を安価に提供する。
【解決手段】光源からの光をＲ光、Ｇ光およびＢ光に色分解し、色分解後の各光に対応してＲ光用およびＧ光用の反射型ライトバルブ（液晶パネル）を配設する。画面２１は、Ｒ光用液晶パネルおよびＧ光用液晶パネルの画素領域に対応する。画面２２は、Ｂ光用液晶パネルの画素領域に対応する。画面２１の横方向の長さは、画面２２の横方向の長さより長く構成され、画面２２の縦方向の長さは、画面２１の縦方向の長さより長く構成される。また、Ｂ光用液晶パネルの画素数は、Ｒ光用およびＧ光用液晶パネルの画素数に比べて少なくされ、Ｂ光用液晶パネルの画素ピッチはＲ光用およびＧ光用液晶パネルの画素ピッチに比べて大きくされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のライトバルブを用いた投射型表示装置および画像投射システムに関する。

光源からの光を複数の色光に色分解し、色分解後の色光をそれぞれ各色に対応した複数のライトバルブで画像信号に基づいて変調する投射型表示装置が知られている（特許文献１参照）。複数のライトバルブで変調されたそれぞれの光は１つの光に色合成され、スクリーンなどに向けて投射される。

特開平１０−１３３３０１号公報

従来のライトバルブは、各色に対応するライトバルブが同じ形状、同じ画素ピッチで構成される。したがって、高精細（高解像度）の投射像を得るためには、色分解後の色に対応する全てのライトバルブに高解像度のものを使用する必要があり、コスト上昇の要因となっていた。

請求項１に記載の発明は、光源からの光を複数の色光に色分解する色分解光学系と、色分解光学系によって色分解された各色光ごとに配設され、各色光を画像信号に基づいてそれぞれ変調する複数のライトバルブと、複数のライトバルブで変調された複数色の変調光を色合成する色合成光学系と、色合成された光による像を投射する投射光学系とを備える投射型表示装置に適用され、複数のライトバルブのうち少なくとも１つは、その画素ピッチが他のライトバルブの画素ピッチより大きいことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投射型表示装置において、画素ピッチが大きいライトバルブの画素領域の大きさは、他のライトバルブの画素領域の大きさと異なることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の投射型表示装置において、画素ピッチが大きいライトバルブの画素領域、および他のライトバルブの画素領域が光学的に重なる領域は、色合成光学系により色合成される光束に対応することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の投射型表示装置において、色分解光学系は、光源からの光を赤色光、緑色光および青色光に色分解し、複数のライトバルブは、赤色光、緑色光および青色光ごとに配設され、画素ピッチが大きいライトバルブは、青色光に対応するライトバルブであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明による画像投射システムは、請求項１〜４のいずれかに記載の投射型表示装置と、投射型表示装置の投射光学系による投射光をスクリーン方向に折り曲げる反射部材とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、高精細の投射像が得られる投射型表示装置、画像投射システムを安価に提供できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による投射型表示装置の光学部の基本構成図である。図１において、ランプ１０１Ａおよび放物面形状の凹面鏡１０１Ｂで構成される光源１０１から射出された光源光は、不図示の偏光変換装置によって略単一偏光（たとえば、Ｓ偏光）に変換された後でクロスダイクロイックミラー１０２に入射される。クロスダイクロイックミラー１０２は、ダイクロイックミラー１０２Ｂと、ダイクロイックミラー１０２ＲＧとで構成される。ダイクロイックミラー１０２Ｂは、Ｂ（青）色光反射特性を有する。一方、ダイクロイックミラー１０２ＲＧは、Ｒ（赤）色光ならびにＧ（緑）色光反射特性を有する。クロスダイクロイックミラー１０２は、入射されたＳ偏光を入射光軸に垂直で互いに反対方向に進行するＢ光と、Ｒ光およびＧ光の混合光とに色分解する。ここで、光軸とは、光束の中心軸をいう。

色分解されたＢ光は、偏向ミラー１０３によって進行方向を変えて進み、Ｂ光用に配設されている偏光ビームスプリッタ１０６Ｂに入射される。偏光ビームスプリッタ１０６Ｂは、入射された光（Ｓ偏光）を偏光分離部１０６ＢＰで反射して反射型ライトバルブ１０７Ｂに向けて射出する。

一方、色分解されたＲ光およびＧ光の混合光は、偏向ミラー１０４によって進行方向を変えて進み、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０５に入射される。Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０５は、入射された混合光を、当該ミラー１０５を反射して進行するＧ光と、当該ミラー１０５を透過して進行するＲ光とに色分解する。

色分解されたＧ光は、Ｇ光用に配設されている偏光ビームスプリッタ１０６Ｇに入射される。偏光ビームスプリッタ１０６Ｇは、入射された光（Ｓ偏光）を偏光分離部１０６ＧＰで反射して反射型ライトバルブ１０７Ｇに向けて射出する。

色分解されたＲ光は、Ｒ光用に配設されている偏光ビームスプリッタ１０６Ｒに入射される。偏光ビームスプリッタ１０６Ｒは、入射された光（Ｓ偏光）を偏光分離部１０６ＲＰで反射して反射型ライトバルブ１０７Ｒに向けて射出する。

反射型ライトバルブ１０７Ｂ、１０７Ｇおよび１０７Ｒは、それぞれ入射された各色光を各色に対応する画像信号に基づいて変調する。これにより、各反射型ライトバルブは、入射されたＳ偏光と振動方向が異なるＰ偏光の変調光、および入射されたＳ偏光と振動方向が同じＳ偏光の非変調光による混合光を、各色用の偏光ビームスプリッタへ向けて反射射出する。

Ｂ光用の反射型ライトバルブ１０７Ｂから偏光ビームスプリッタ１０６Ｂに再び入射されたＢ色光は、偏光分離部１０６ＢＰを透過するＰ偏光の変調光と、偏光分離部１０６ＢＰを反射するＳ偏光の非変調光とに偏光分離される。偏光ビームスプリッタ１０６Ｂで反射される非変調光は、光源１０１の方向に進行して廃棄される。同様に、Ｇ光用の反射型ライトバルブ１０７Ｇから偏光ビームスプリッタ１０６Ｇに再び入射されたＧ色光は、偏光分離部１０６ＧＰを透過するＰ偏光の変調光と、偏光分離部１０６ＧＰを反射するＳ偏光の非変調光とに偏光分離される。偏光ビームスプリッタ１０６Ｇで反射される非変調光は、光源１０１の方向に進行して廃棄される。

また、Ｒ光用の反射型ライトバルブ１０７Ｒから偏光ビームスプリッタ１０６Ｒに再び入射されたＲ色光は、偏光分離部１０６ＲＰを透過するＰ偏光の変調光と、偏光分離部１０６ＲＰを反射するＳ偏光の非変調光とに偏光分離される。偏光ビームスプリッタ１０６Ｒで反射される非変調光は、光源１０１の方向に進行して廃棄される。

Ｂ光用の偏光ビームスプリッタ１０６Ｂを透過した変調光、すなわち、検光光は、クロスダイクロイックプリズム１０８に入射される。同様に、Ｇ光用の偏光ビームスプリッタ１０６Ｇを透過した変調光である検光光、ならびにＲ光用の偏光ビームスプリッタ１０６Ｒを透過した変調光である検光光は、それぞれクロスダイクロイックプリズム１０８に入射される。

クロスダイクロイックプリズム１０８は、その内部に、Ｒ光反射ダイクロイック膜１０８ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１０８Ｂとが互いに直交するように配置された複合プリズムである。クロスダイクロイックプリズム１０８に入射したＲ色の検光光は、Ｒ光反射ダイクロイック膜１０８Ｒによって投射レンズ１０９側に反射される。また、クロスダイクロイックプリズム１０８に入射したＢ色の検光光は、Ｂ光反射ダイクロイック膜１０８Ｂによって投射レンズ１０９側に反射される。さらに、クロスダイクロイックプリズム１０８に入射したＧ色の検光光は、両ダイクロイック膜１０８Ｒ、１０８Ｂをそれぞれ透過して投射レンズ１０９側へ進む。これにより、Ｒ色、Ｇ色およびＢ色の検光光は、クロスダイクロイックプリズム１０８の同一面から色合成された光として射出される。色合成光は、投射レンズ１０９に入射され、スクリーン（不図示）上にフルカラー像が拡大投射される。

本発明は、上述した反射型ライトバルブ１０７Ｒ、１０７Ｇ、および１０７Ｂの画素ピッチおよび画素数に特徴を有する。本実施の形態では、反射型ライトバルブ１０７Ｒ、１０７Ｇおよび１０７Ｂを反射型のアクティブマトリクス液晶パネルで構成し、Ｒ光用およびＧ光用の液晶パネルを同一画面形状および同一画素ピッチで構成するとともに、Ｂ光用の液晶パネルと異なる画面形状にする。さらに、Ｂ光用の液晶パネルの画素ピッチをＲ光用（Ｇ光用）の液晶パネルの画素ピッチより大きくする。

図２は、反射型のアクティブマトリクス液晶パネルの画面形状を説明する図である。図２において、画面２１は、反射型ライトバルブ１０７Ｒを構成するＲ光用液晶パネル、および反射型ライトバルブ１０７Ｇを構成するＧ光用液晶パネルの画素領域に対応する。画面２２は、反射型ライトバルブ１０７Ｂを構成するＢ光用液晶パネルの画素領域に対応する。画面２１の横方向の長さは、画面２２の横方向の長さより長く構成され、画面２２の縦方向の長さは、画面２１の縦方向の長さより長く構成されている。

Ｒ光用液晶パネルおよびＧ光用液晶パネルは、それぞれ８．１ミクロン（横方向）×８．１ミクロン（縦方向）の画素ピッチを有し、その有効画素数は１９２０画素（横方向）×１０８０画素（縦方向）である。一方、Ｂ光用液晶パネルは、１０．４ミクロン（横方向）×１０．４ミクロン（縦方向）の画素ピッチを有し、その有効画素数は１４００画素（横方向）×１０５０画素（縦方向）である。

実際の投射像において、画面２１および画面２２が光学的に重なる領域がＲ光、Ｇ光およびＢ光によるカラー投射像が得られる領域（以後、有効エリアという）に対応する。つまり、クロスダイクロイックプリズム１０８によって色合成される光束は、各液晶パネルにおいて有効エリアに対応する光である。なお、各色の光に対応する反射型ライトバルブ（液晶パネル）から射出される各色の光束は、それぞれ同じ倍率の像を投射するように構成されている。

図３は、各液晶パネルの画素ピッチ、有効画素数、画面サイズ、および有効エリア内の画素数を表にしたものである。画面サイズは、（画素ピッチ）×（有効画素数）によって算出され、液晶パネル上に形成されている画素領域の大きさに対応する。有効エリアのサイズは、横方向について、Ｂ光用液晶パネルおよびＲ光用（Ｇ光用）液晶パネルの横サイズのうち小さい方（１４．５６(mm)）によって決定される。縦方向については、Ｂ光用液晶パネルおよびＲ光用（Ｇ光用）液晶パネルの縦サイズのうち小さい方（８．７４８(mm)）によって決定される。したがって、有効エリア内の画素数は、横方向が１４．５６(mm)／（画素ピッチ）で算出され、縦方向が８．４７８(mm)／（画素ピッチ）で算出される。

図３に示すように、有効エリアにおけるＲ光用およびＧ光用の液晶パネルの画素数は、それぞれ１７９８画素（横方向）×１０８０画素（縦方向）であり、Ｂ光用の液晶パネルの画素数は、１４００画素（横方向）×８４１画素（縦方向）である。このように、Ｂ光用の液晶パネルの画素数をＲ光用およびＧ光用の液晶パネルの画素数に比べて少なくするとともに、Ｂ光用の液晶パネルの画素ピッチをＲ光用およびＧ光用の液晶パネルの画素ピッチに比べて大きくする。

一般に、人の眼のＢ色に対する視感度はＲ色およびＧ色に対する視感度に比べて低い。したがって、Ｂ色の投射像の解像度をＲ色およびＧ色の投射像の解像度に比べて低下させる（すなわち、画素ピッチを大きくして画素数を少なくする）場合でも、人は投射画像の解像度低下に気づきにくい。そこで、投射画像の解像度の低下を気づかない程度にＢ色の投射像の解像度を下げるべく、Ｂ光用の液晶パネルの画素数を少なくするとともに画素ピッチを大きくする。

上述した投射型表示装置で像を投射するとき、各液晶パネルは、上記有効エリア内の画素に対応する素子が画像信号に対応して選択的に駆動される。アクティブマトリクス液晶パネルは、たとえば、シリコン基板上にＴＦＴ等の複数の非線形スイッチング素子が画素に対応して設けられたものである。各ＴＦＴ上には、画素の形状を定義し、かつ、液晶層に電圧を印加する電極がそれぞれ接続され、さらに各電極の上に液晶層が形成されている。これらのＴＦＴは、それぞれ画像信号に応じた電圧を液晶層に対して選択的に印加するように構成されている。つまり、液晶パネルの有効エリア内において使用される画素（スイッチング素子）領域に応じて、投射像の大きさやアスペクト比が変化する。

各液晶パネルは、不図示のドライバ回路からの駆動信号によって駆動される。ドライバ回路は、投射型表示装置に外部機器（たとえば、ハイビジョンカメラ）から入力される画像信号（以後HDTV(high-definition television)信号という）をプログレシブ画像信号に変換し、変換後の信号を駆動信号として各液晶パネルへ送出する。

たとえば、ドライバ回路に入射されるHDTV信号が１９２０画素（横方向）×１０８０画素（縦方向）のインターレス画像に対応する信号であって、この信号に基づいて上記有効エリアの全てを用いて像を投射する場合は、ドライバ回路は以下のように駆動信号を生成する。すなわち、ドライバ回路は、スケーリング処理を行うことによってＲ光用およびＧ光用の液晶パネル用の駆動信号として１７９８画素（横方向）×１０８０画素（縦方向）のプログレシブ画像に対応する信号に変換する。ドライバ回路はさらに、スケーリング処理によってＢ光用の液晶パネル用の駆動信号として１４００画素（横方向）×８４１画素（縦方向）のプログレシブ画像に対応する信号に変換する。

また、上記HDTV信号に基づいて上記有効エリア内にアスペクト比１６：９のＴＶ画像を投射する場合は、ドライバ回路は以下のように駆動信号を生成する。すなわち、ドライバ回路は、スケーリング処理を行うことによってＲ光用およびＧ光用の液晶パネル用の駆動信号として１７９８画素（横方向）×１０１１画素（縦方向）のプログレシブ画像に対応する信号に変換する。ドライバ回路はさらに、スケーリング処理によってＢ光用の液晶パネル用の駆動信号として１４００画素（横方向）×７８８画素（縦方向）のプログレシブ画像に対応する信号に変換する。

一般に、ＴＶ画像の場合は、実際の投射像より大きな画素構成の画像を生成するようにオーバースキャンが行われる。オーバースキャンで得られる画像の左右上下の一部を切り取って表示することにより、切り取り部分に含まれているノイズやスクランブル解除用信号などが投射像から削除される。

本実施の形態では、Ｂ光用液晶パネルの横サイズ（１４．５６(mm)）がＲ光用およびＧ光用の液晶パネルの横サイズ（１５．５５２(mm)）より小さいので、Ｒ光用およびＧ光用の液晶パネルにおいては横方向に少なくとも｛１−（１４．５６／１５．５５２）｝＝６．３８(％)のオーバースキャンを設けないと、Ｂ色成分が存在しない黄色画像が投射画像の左右に生じてしまう。そこで、Ｒ光用およびＧ光用の液晶パネルの横サイズについて、余裕度を考慮して７(％)のオーバースキャンを設けることにする。オーバースキャンを７(％)にする場合の液晶パネル横サイズは、１４．４６３３６(mm)となる。この横サイズは、Ｒ光用およびＧ光用の液晶パネルにおいて１７８５画素に対応する。

一方、Ｂ光用液晶パネルにおいて、１４．４６３３６(mm)の横サイズは１３９０画素に対応する。この場合のＢ光用液晶パネルのオーバースキャンは、｛１−（１４．４６３３６／１４．５６）｝＝０．６６(％)となる。

同様に、縦方向のオーバースキャンは以下のように決定する。Ｂ光用液晶パネルの縦サイズ（１０．９２(mm)）よりＲ光用およびＧ光用の液晶パネルの縦サイズ（８．７４８(mm)）が小さいので、Ｂ光用液晶パネルにおいては縦方向に少なくとも｛１−（８．７４８／１０．９２）｝＝１９．９(％)のオーバースキャンを設けないと、Ｒ色、Ｇ色成分が存在しない青色画像が投射画像の上下に生じてしまう。このため、Ｂ光用の液晶パネルの縦サイズについて、少なくとも２０(％)のオーバースキャンが必要である。アスペクト比１６：９の画像では、液晶パネル縦サイズは１４．４６３３６×９／１６＝８．１３５６(mm)あればよい。この縦サイズは、Ｂ光用の液晶パネルにおいて７８２画素に対応する。したがって、Ｂ光用液晶パネルのオーバースキャンは、｛１−（８．１３５６／１０．９２）｝＝２５．５(％)となり、２０(％)以上が確保できる。

一方、縦サイズを８．１３５６(mm)にする場合のＲ光およびＧ光用液晶パネルのオーバースキャンは、１−（８．１３５６／８．７４８）＝７(％)となる。

オーバースキャンを行う場合のドライバ回路は、以下のように駆動信号を生成する。すなわち、ドライバ回路は、スケーリング処理を行うことによってＲ光用およびＧ光用の液晶パネル用の駆動信号として１９２０画素（横方向）×１０８０画素（縦方向）のプログレシブ画像に対応する信号に変換する。ドライバ回路はさらに、スケーリング処理によってＢ光用の液晶パネル用の駆動信号として１４００画素（横方向）×７８８画素（縦方向）のプログレシブ画像に対応する信号に変換する。

各液晶パネルには上記オーバースキャン信号がそれぞれ供給されるが、実際の投射像に対応するのは、Ｂ光用液晶パネルについて、１３９０画素（横方向）×７８２画素（縦方向）であり、Ｒ光用およびＧ光用の液晶パネルについて、１７８５画素（横方向）×１００４画素（縦方向）である。

以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光源からの光をＲ光、Ｇ光およびＢ光に色分解し、色分解後の各光に対応してＲ光用およびＧ光用のライトバルブ（液晶パネル）１０７Ｒ、１０７Ｇ、およびＢ光用のライトバルブ（液晶パネル）１０７Ｂを配設する。Ｂ光用の液晶パネルの画素数をＲ光用およびＧ光用の液晶パネルの画素数に比べて少なくするとともに、Ｂ光用の液晶パネルの画素ピッチをＲ光用およびＧ光用の液晶パネルの画素ピッチに比べて大きくするようにした。Ｂ光用に解像度が低い液晶パネルを用いることで、Ｒ光用、Ｇ光用、およびＢ光用の全てに解像度が高い液晶パネルを使用する場合に比べて、装置を安価に構成することが可能になる。なお、Ｂ色の光に対する人の視感度は他色の光に対する視感度に比べて低いので、投射像の高精細感が損なわれることがない。

（２）反射型ライトバルブ１０７Ｒを構成するＲ光用液晶パネル、および反射型ライトバルブ１０７Ｇを構成するＧ光用液晶パネルによる画素領域（画面２１）と、反射型ライトバルブ１０７Ｂを構成するＢ光用液晶パネルによる画素領域（画面２２）とにおいて、画面２１の横方向の長さを画面２２の横方向の長さより長く構成し、画面２２の縦方向の長さを画面２１の縦方向の長さより長く構成した。つまり、一方の画面の横方向が他方の画面の横方向より長く、他方の画面の縦方向が上記一方の画面の縦方向より長い。この結果、Ｒ光用（Ｇ光用）液晶パネルおよびＢ光用液晶パネル間の位置合わせが容易になり、位置調整に要する時間を短縮することができる。

上述した反射型ライトバルブ（液晶パネル）の画素数は一例であり、投射像に必要な解像度に応じて適宜変更してよい。

以上の説明では、投射型表示装置について説明したが、投射レンズから射出される投射光をミラーで折り曲げ、当該ミラーで折り曲げられた光による像を投射する画像投射システムにも本発明を適用できる。

特許請求の範囲における各構成要素と、発明を実施するための最良の形態における各構成要素との対応について説明する。色分解光学系は、たとえば、クロスダイクロイックミラー１０２ならびにダイクロイックミラー１０５によって構成される。色合成光学系は、たとえば、クロスダイクロイックプリズム１０８によって構成される。投射光学系は、たとえば、投射レンズ１０９によって構成される。光学的に重なる領域は、たとえば、有効エリアが対応する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明の一実施の形態による投射型表示装置の光学部の基本構成図である。 反射型のアクティブマトリクス液晶パネルの画面形状を説明する図である。 各液晶パネルの画素ピッチ、有効画素数、画面サイズ、および有効エリア内の画素数を示す図である。

符号の説明

１０１…光源
１０２…クロスダイクロイックミラー
１０３、１０４…偏向ミラー
１０５…ダイクロイックミラー
１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂ…偏光ビームスプリッタ
１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ…反射型アクティブマトリックス液晶パネル
１０８…クロスダイクロイックプリズム
１０９…投射レンズ

Claims (5)

1. 光源からの光を複数の色光に色分解する色分解光学系と、
   前記色分解光学系によって色分解された各色光ごとに配設され、前記各色光を画像信号に基づいてそれぞれ変調する複数のライトバルブと、
   前記複数のライトバルブで変調された複数色の変調光を色合成する色合成光学系と、
   前記色合成された光による像を投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、
   前記複数のライトバルブのうち少なくとも１つは、その画素ピッチが他のライトバルブの画素ピッチより大きいことを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型表示装置において、
   前記画素ピッチが大きいライトバルブの画素領域の大きさは、前記他のライトバルブの画素領域の大きさと異なることを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項１または２に記載の投射型表示装置において、
   前記画素ピッチが大きいライトバルブの画素領域、および前記他のライトバルブの画素領域が光学的に重なる領域は、前記色合成光学系により色合成される光束に対応することを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の投射型表示装置において、
   前記色分解光学系は、前記光源からの光を赤色光、緑色光および青色光に色分解し、
   前記複数のライトバルブは、前記赤色光、緑色光および青色光ごとに配設され、
   前記画素ピッチが大きいライトバルブは、前記青色光に対応するライトバルブであることを特徴とする投射型表示装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の投射型表示装置と、
   前記投射型表示装置の投射光学系による投射光をスクリーン方向に折り曲げる反射部材とを備える画像投射システム。

Images