JP2005189893A - Back projection display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画素構造を有するライトバルブを用いた背面投写形ディスプレイ装置に関り、ライトバルブの画素構造と透過式スクリーンのレンチキュラー構造との間の干渉で発生するモアレ妨害の低減及びライトバルブの投写光線とスクリーン中のランダムディフューザ要素との干渉で発生するスペックル妨害の低減に関する。 The present invention relates to a rear projection display device using a light valve having a pixel structure, and to reduce moire interference caused by interference between the pixel structure of the light valve and the lenticular structure of the transmissive screen, and The present invention relates to a reduction in speckle interference caused by interference between a projected light beam and a random diffuser element in a screen.
本発明者による特公平7−19029号公報には一般的なブラックストライプ(以下BSと略記する)式スクリーンの基本形式が提示されており、更に特開平7−034909号公報には、その改良形が提示されている。これらはスクリーンの水平視野角の拡大及びコントラスト比の向上等の画質改善に関して有効である。 Japanese Patent Publication No. 7-19029 by the present inventor presents a basic form of a general black stripe (hereinafter abbreviated as BS) type screen, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-034909 discloses an improved version thereof. Is presented. These are effective in improving image quality such as enlargement of the horizontal viewing angle of the screen and improvement of the contrast ratio.
特公平7−7179号公報には、スクリーンを構成するフレネル要素とレンチキュラー要素との間のモアレ妨害を消去するための手段が提示されている。 Japanese Examined Patent Publication No. 7-7179 proposes means for eliminating the moire interference between the Fresnel element and the lenticular element constituting the screen.
実公平7−43712号公報には、ライトバルブの画素構造とBSスクリーンのレンチキュラー構造との間のモアレ妨害を低減するために、図1に示す構成が提示されている。同図で1は画素構造を有するライトバルブ、2は投写レンズ等の投写結像手段、3はフレネルシート、4はレンチキュラーシート、5は主レンチキュラーレンズ、6はブラックストライプ、7はフレネルレンズ、8はマイクロレンチキュラーレンズであってその配列方向は主レンチキュラーレンズと平行である。 In Japanese Utility Model Publication No. 7-43712, a configuration shown in FIG. 1 is presented in order to reduce the moire interference between the pixel structure of the light valve and the lenticular structure of the BS screen. In the figure, 1 is a light valve having a pixel structure, 2 is a projection imaging means such as a projection lens, 3 is a Fresnel sheet, 4 is a lenticular sheet, 5 is a main lenticular lens, 6 is a black stripe, 7 is a Fresnel lens, 8 Is a micro lenticular lens, and its arrangement direction is parallel to the main lenticular lens.
本構成によれば、マイクロレンチキュラーレンズ(8)によって、水平方向に光を発散させることができ、その結果、モアレ妨害を低減できる。しかし乍ら、上記構成において、下記問題点が残存していた。
(1)マイクロレンチキュラーレンズ(8)によって水平方向に光が発散するためにブラックストライプの面積率を減らさざるを得ない。従ってコントラスト比向上効果が阻害される。
According to this configuration, the micro lenticular lens (8) can diverge light in the horizontal direction, and as a result, moiré interference can be reduced. However, the following problems remain in the above configuration.
(1) Since the light diverges in the horizontal direction by the micro lenticular lens (8), the area ratio of the black stripes must be reduced. Accordingly, the effect of improving the contrast ratio is hindered.
図2にそのことを説明してある。同図は主レンチキュラーシート(4)の水平断面である。実線9は平行光線を示し、点線10は発散光を示す。
This is illustrated in FIG. This figure is a horizontal section of the main lenticular sheet (4). A
この発散光を通過させるために実際上、BSの幅を50%以下に狭めざるを得ないという問題点が残存していた。
(2)投写結像手段のひとみをスクリーン側から見込む角度が小さい場合に、いわゆるスペックル妨害を発生する。スペックル妨害とは、レーザ光で拡散面を照射した場合に典型的に発生するもので、本来一様な白色で再現されるべき画像中に星状にキラキラ光る輝点が発生する障害である。
In order to allow the diverging light to pass through, there remains a problem that the width of the BS must be reduced to 50% or less in practice.
(2) When the angle at which the pupil of the projection imaging means is viewed from the screen side is small, so-called speckle interference occurs. Speckle interference is a failure that typically occurs when a diffused surface is irradiated with laser light, and is an obstacle in which bright spots that shine like stars appear in an image that should originally be reproduced in a uniform white color. .
本発明のひとつの目的は、上記従来技術の問題点を克服し、コントラスト比のより優れた背面投写形ディスプレイを提供するにある。本発明の他の目的は、ライトバルブの画素構造とスクリーンの主レンチキュラー構造との間の干渉で発生するモアレ妨害の低減された背面投写形ディスプレイを提供するにある。本発明の更に他の目的はスペックル妨害の低減された背面投写形ディスプレイを提供するにある。 One object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems of the prior art and provide a rear projection display having a better contrast ratio. Another object of the present invention is to provide a rear projection display with reduced moire interference caused by interference between the pixel structure of the light valve and the main lenticular structure of the screen. It is still another object of the present invention to provide a rear projection display with reduced speckle interference.
本発明の基本思想は、スクリーンを除いた残余の入射側光学系(ライトバルブ、投写結像手段、及び空間フィルタ手段)においてモアレ妨害の原因の大部分を消去し、スクリーンにおいて、スペックル妨害の低減、効率向上、及びコントラスト比向上を図ることにある。 The basic idea of the present invention is to eliminate most of the causes of moire interference in the remaining incident side optical system (light valve, projection imaging means, and spatial filter means) excluding the screen, and to prevent speckle interference in the screen. The purpose is to reduce the efficiency and improve the contrast ratio.
上記目的を達成するために、本発明の各実施例においては、スクリーン上に投写されたライトバルブの画素の水平配列周期:TPと、スクリーン上のBS配列:TBSとの比の値TP/TBSが1.5以上(水平解像度確保条件)3.5以下(スクリーン 製造 容易化条件)であることが前提される。更にスクリーンのBS部の面積占有率が60%以上となるように形成される。 In order to achieve the above object, in each embodiment of the present invention, a ratio value TP / TBS of a horizontal arrangement period: TP of a light valve pixel projected on a screen and a BS arrangement: TBS on the screen. Is assumed to be 1.5 or more (horizontal resolution securing condition) 3.5 or less (screen manufacturing facilitation condition). Furthermore, it is formed so that the area occupation ratio of the BS portion of the screen is 60% or more.
本発明のいくつかの実施例においては、スクリーンを除いた残余の入射側光学系において、ライトバルブの水平方向画素配列スペクトル中の第2及び第3の内の少なくとも一方の高調波成分を低減するための高調波低減手段を備える。 In some embodiments of the present invention, in the remaining incident-side optical system excluding the screen, at least one of the second and third harmonic components in the horizontal pixel array spectrum of the light valve is reduced. Harmonic reduction means is provided.
本発明のひとつの実施例においては、上記高調波低減手段が、高調波低減形ライトバルブ手段によって形成される。高調波低減形ライトバルブ手段は、その水平方向有効画素配列パタンのスペクトルにおいて零周波スペクトルに対する第2及び第3の内の少なくとも一方の高調波スペクトルの比が0.1以下であることを特徴とする。従って、ライトバルブの水平方向画素配列の高調波成分とスクリーン上のBS配列周期成分との間の干渉に起因するモアレ妨害を20dB以上(0.1倍以下の意)減衰できる。 In one embodiment of the present invention, the harmonic reduction means is formed by harmonic reduction type light valve means. The harmonic reduction type light valve means is characterized in that in the spectrum of the horizontal effective pixel array pattern, the ratio of at least one of the second and third harmonic spectra to the zero frequency spectrum is 0.1 or less. To do. Accordingly, it is possible to attenuate moiré disturbance caused by interference between the harmonic component of the horizontal pixel array of the light valve and the BS array periodic component on the screen by 20 dB or more (0.1 times or less).
本発明の他の一実施例においては、上記高調波低減手段がライトバルブと投写結像手段との間に配置される1/4画素シフト手段によって形成される。該画素シフト手段は、複屈折材から形成され、常光線偏光成分出力と異常光線偏光成分出力との間に少なくとも水平方向にTP(1/3.5〜1/6.5)の間隔を生ずるように作用する。その結果、第2及び第3の内の少なくとも一方の高調波成分が低減され、それに起因するモアレ妨害が低減される。 In another embodiment of the present invention, the harmonic reduction means is formed by a ¼ pixel shift means disposed between the light valve and the projection imaging means. The pixel shift means is formed of a birefringent material, and acts to generate an interval of TP (1 / 3.5 to 1 / 6.5) at least in the horizontal direction between the ordinary light polarization component output and the extraordinary light polarization component output. . As a result, at least one of the second and third harmonic components is reduced, and moire interference resulting therefrom is reduced.
本発明の他の一実施例においては、スクリーンを除く残余の投写光学系に、ライトバルブの水平方向画素配列の第2及び第3の内の少なくとも一方の高調波成分を20dB以上減衰させる高調波減衰手段を備え、かつ、BS率が60%以上の透過式スクリーン手段を備える。該透過式スクリーンは、少なくとも光入射側のフレネルシートと光出射側のレンチキュラーシートから形成される。 In another embodiment of the present invention, the remaining projection optical system other than the screen has a harmonic that attenuates at least one of the second and third harmonic components of the horizontal pixel array of the light valve by 20 dB or more. Attenuating means and a transmissive screen means having a BS ratio of 60% or more are provided. The transmissive screen is formed of at least a light incident side Fresnel sheet and a light emission side lenticular sheet.
該フレネルシートは、その入射面に光を垂直方向に発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素と光拡散要素とを備え、その出射面にフレネルレンズを備える。該フレネルシートの垂直方向光発散半値角は10度PP以上に、かつ、水平方向光発散半値角は5度PP以下に限定される。該レンチキュラーシートは入射面に水平方向に光を発散する主レンチキュラーレンズを備え、該主レンチキュラーレンズの焦平面にはその光発散半値角10度PP以上の光拡散層とブラックストライプ層とが形成され、更にその出射側に光透過層が形成される。該レンチキュラーシートのブラックストライプ層の面積率は60%以上に限定されることによってコントラスト比の向上が達成される。また、該フレネルシートにマイクロレンチキュラーレンズ要素及び光拡散要素を設けたことによって、スペックル妨害を低減できる。またフレネルシートの水平方向光発散半値角を5度PP以下に限定したことにより、後続ブラックストライプ層での光のケラレ損失を回避して光伝送効率を向上できる。 The Fresnel sheet includes a micro lenticular lens element that diverges light in the vertical direction on the incident surface and a light diffusing element, and a Fresnel lens on the output surface. The vertical light divergence half-value angle of the Fresnel sheet is limited to 10 degrees PP or more, and the horizontal light divergence half-value angle is limited to 5 degrees PP or less. The lenticular sheet includes a main lenticular lens that diverges light in a horizontal direction on an incident surface, and a light diffusion layer having a light divergence half-value angle of 10 degrees PP or more and a black stripe layer are formed on a focal plane of the main lenticular lens. Further, a light transmission layer is formed on the emission side. The contrast ratio is improved by limiting the area ratio of the black stripe layer of the lenticular sheet to 60% or more. Moreover, speckle interference can be reduced by providing the Fresnel sheet with a micro lenticular lens element and a light diffusing element. Further, by limiting the horizontal light divergence half-value angle of the Fresnel sheet to 5 degrees PP or less, it is possible to avoid light vignetting loss in the subsequent black stripe layer and improve the light transmission efficiency.
本発明の他のひとつの実施例においては、透過式スクリーンが少なくとも、光入射側のフレネルシートと光出射側のレンチキュラーシートから形成される。該フレネルシートはその出射面にフレネルレンズを備える。該レンチキュラーシートは入射面に水平方向に光を発散する主レンチキュラーレンズを備え、該主レンチキュラーレンズの焦平面には、光発散半値角10度PP以上の光拡散層及び面積率60%以上のブラックストライプ層が形成され、更にその出射側に光透過層が形成され、更にその出射面にマット状光拡散要素が形成される。該光拡散要素の光発散半値角θDと該光透過層の厚みTDとの積で与えられる光拡がり幅θDTDを、投写結像手段のF値と投写倍率Mと光の波長λとの積で与えられる回折相関距離λFMより大ならしめるように形成されることによって、スペックル妨害の低減が図られる。同時にマット状光拡散要素によって周囲外光の映り込み妨害が解消され、コントラスト比の向上が達成される。 In another embodiment of the present invention, the transmission screen is formed of at least a light incident side Fresnel sheet and a light emission side lenticular sheet. The Fresnel sheet has a Fresnel lens on its exit surface. The lenticular sheet includes a main lenticular lens that diverges light in a horizontal direction on an incident surface, and a light diffusion layer having a light divergence half-value angle of 10 degrees PP or more and a black having an area ratio of 60% or more are disposed on a focal plane of the main lenticular lens. A stripe layer is formed, a light transmission layer is further formed on the emission side, and a mat-like light diffusion element is formed on the emission surface. The light spread width θDTD given by the product of the light divergence half-value angle θD of the light diffusing element and the thickness TD of the light transmission layer is the product of the F value of the projection imaging means, the projection magnification M, and the light wavelength λ. Speckle interference can be reduced by forming the diffraction correlation distance λFM larger than a given diffraction correlation distance λFM. At the same time, the matte light diffusing element eliminates the disturbance of reflection of ambient light, and the contrast ratio is improved.
本発明によれば、ライトバルブ式背面投写形ディスプレイに固有のスペックル妨害を低減することができる。またブラックストライプによる光のケラレを防止できるため、光伝送効率に優れ、かつ、コントラスト比の高い良質の画像を提供できる。 According to the present invention, it is possible to reduce speckle interference inherent in the light valve type rear projection display. Further, since vignetting of light due to black stripes can be prevented, a high-quality image with excellent light transmission efficiency and a high contrast ratio can be provided.
まず始めに本発明において採用されるモアレ妨害低減原理を概念的に説明する。図3にモアレ妨害説明用ブロック図を示す。同図で、11はライトバルブ、12は空間フィルタ、13は投写結像手段、14はスクリーンを構成する主レンチキュラーシート(図2の4)の中に形成される光拡散層、15は主レンチキュラーレンズ(図2の5)を表わす。 First, the moire interference reduction principle employed in the present invention will be conceptually described. FIG. 3 is a block diagram for explaining moire interference. In the figure, 11 is a light valve, 12 is a spatial filter, 13 is a projection imaging means, 14 is a light diffusion layer formed in a main lenticular sheet (4 in FIG. 2) constituting the screen, and 15 is a main lenticular. Represents a lens (5 in FIG. 2).
モアレ妨害は一般にスクリーン全面に白色を映し出した状態において顕著に発生する。即ち、ライトバルブの有効画素領域の水平方向分布T1(x)と、主レンチキュラーレンズの水平周期構造との間の干渉(乗算)によって発生する。何故なら、特公平7−7179号公報に記されている通り、例えばスクリーンの正面法線方向に位置する観視者は、主レンチキュラーレンズの各山頂付近へ入射する光のみを見ることになるからである。換言すれば、主レンチキュラーレンズは、その配列周期TBS毎に情報をサンプリングする“サンプラ”と見なすことができる。 In general, moiré interference is noticeably generated when white is projected on the entire screen. That is, it occurs due to interference (multiplication) between the horizontal distribution T1 (x) of the effective pixel area of the light valve and the horizontal periodic structure of the main lenticular lens. This is because, as described in Japanese Patent Publication No. 7-7179, for example, a viewer located in the normal direction of the front of the screen sees only light incident on the top of each mountain of the main lenticular lens. It is. In other words, the main lenticular lens can be regarded as a “sampler” that samples information for each array period TBS.
図4に原理説明波形図、図5に原理説明用スペクトル図を示す。xは水平方向位置座標を表わし、fは空間周波数[cycle/min]を表わす。ライトバルブ上での水平座標とスクリーン上での水平座標とは、投写倍率の比を有するが、説明の簡潔化のため、倍率を1に等しいと仮定して以下記す。T2(x)〜T5(x)は各々12〜15のインパルスレスポンスであり、G2(f)〜G5(f)は各々のフーリエスペクトルである。T6(x)はスクリーン出力分布、G6(f)はそのフーリエスペクトルである。これらの間には次式(1)〜(5)の関係がある。 FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the principle, and FIG. 5 is a spectrum diagram for explaining the principle. x represents a horizontal position coordinate, and f represents a spatial frequency [cycle / min]. The horizontal coordinate on the light valve and the horizontal coordinate on the screen have a ratio of projection magnification, but for the sake of simplicity of explanation, the following description will be made assuming that the magnification is equal to 1. T2 (x) to T5 (x) are impulse responses of 12 to 15 respectively, and G2 (f) to G5 (f) are respective Fourier spectra. T6 (x) is the screen output distribution, and G6 (f) is the Fourier spectrum. There is a relationship of the following formulas (1) to (5) between them.
光拡散層(図2の4')のインパルスレスポンスT4(x)は、光拡散層の水平指向性分布P(θ)においてθをx/f0(ここにf0は主レンチキュラーレンズの焦点距離)に置換することによって近似的に得られる。このことの詳細原理は、本発明者による特公平7−7179号公報に記されている。図4は、画素配列周期TPが主レンチキュラーレンズ配列周期TBSの2倍である場合を示している。図3において、fPはTPの逆数、fBSはTBSの逆数である。従って、fBSは同図では2fPに等しい。
The impulse response T4 (x) of the light diffusing layer (4 ′ in FIG. 2) indicates that θ is x / f0 (where f0 is the focal length of the main lenticular lens) in the horizontal directivity distribution P (θ) of the light diffusing layer. It is obtained approximately by replacing. The detailed principle of this is described in Japanese Patent Publication No. 7-7179 by the present inventor. FIG. 4 shows a case where the pixel array period TP is twice the main lenticular lens array period TBS. In FIG. 3, fP is the reciprocal of TP, and fBS is the reciprocal of TBS. Therefore, fBS is equal to 2fP in the figure.
本発明においては、TPを(1.5〜3.5)TBSの範囲に限定する。従ってfBSは(1.5〜3.5)fPの範囲内にある。従ってモアレ妨害の主要因は、G5(±fBS)成分とG14(±2fP)成分(第2高調波成分)またはG14(±3fP)成分(第3高調波成分)との間のビート干渉である。スクリーン上では各々fBS−2fP,3fP−fBSの低周波模様の妨害となる。両ビート周波数の和は、fPに等しいので、少なくとも一方のビート周波数は0.5fP以下となる。これは、サンプリング周波数fPのライトバルブによって表現できる上限周波数に一致する。従って有害な妨害模様となる。図5の31’は、ライトバルブによって表現可能な周波数領域が0.5fPであることを示す。モアレ妨害の検知限界変調度は、低周波数ビートの場合約1.6%PP(peak to peak)であり、実用限界は高周波数ビートの場合約10%PPである。4G(2fP)及び4G(3fP)の各値がPP変調度に対応することがフーリエ解析から結論される(特公平7−7179号参照)。
In the present invention, TP is limited to the range of (1.5 to 3.5) TBS. Therefore, fBS is in the range of (1.5 to 3.5) fP. Therefore, the main cause of moire interference is beat interference between the G5 (± fBS) component and the G14 (± 2 fP) component (second harmonic component) or G14 (± 3 fP) component (third harmonic component). . On the screen, fBS-2fP and 3fP-fBS low frequency patterns are disturbed. Since the sum of both beat frequencies is equal to fP, at least one beat frequency is 0.5 fP or less. This coincides with the upper limit frequency that can be expressed by the light valve having the sampling frequency fP. Therefore, it becomes a harmful interference pattern.
図5において、33’は投写結像手段の帯域外特性を示す。この領域でのG3(f)の値は、約0.3〜0.2以下である。この値を更に小さくすることが、モアレ妨害低減に有効である。しかし投写結像手段の原価上昇との兼ね合いとなる。 In FIG. 5, 33 'indicates the out-of-band characteristic of the projection imaging means. The value of G3 (f) in this region is about 0.3 to 0.2 or less. Making this value even smaller is effective in reducing moire interference. However, this increases the cost of the projection imaging means.
本発明はG1(2fP),G1(3fP),G2(2fP),G2(3fP)の値を0.1以下に低減するための新規な手段を提供しようとするものである。図6に本発明に係る第1の実施例の要部を示す。同図で41は高調波スペクトル低減形ライトバルブ手段、42は有効画素領域、43は非有効画素領域、TPは水平方向画素配列周期、d1は水平方向有効画素幅率で有効画素領域の幅を画素配列周期で除した値に等しい。一般に、ライトバルブは約500×500以上のマトリクス状に配置された画素からなるが、本例では3×3の部分のみを示す。 The present invention seeks to provide a novel means for reducing the values of G1 (2fP), G1 (3fP), G2 (2fP), and G2 (3fP) to 0.1 or less. FIG. 6 shows a main part of the first embodiment according to the present invention. In the figure, 41 is a harmonic spectrum reduction type light valve means, 42 is an effective pixel area, 43 is a non-effective pixel area, TP is a horizontal pixel arrangement period, d1 is a horizontal effective pixel width ratio, and the width of the effective pixel area. Equal to the value divided by the pixel array period. In general, the light valve is composed of pixels arranged in a matrix of about 500 × 500 or more, but in this example, only a 3 × 3 portion is shown.
本例の構成要件は、TP/TBS比が1.5〜3.5であってかつ、ライトバルブの水平方向有効画素配列パタンの第2及び第3の内、少なくとも一方の高周波スペクトルの零周波スペクトルに対する比を0.1以下としたことである。図7に図6のパタンのスペクトル図を示す。同図はd1値0.5に対応する。点線44は、有効画素1個分のスペクトルであり、矢印付実線はライトバルブ全体のスペクトルである。点線47は次式のF1(f)で与えられる。 The configuration requirement of this example is that the TP / TBS ratio is 1.5 to 3.5 and the zero frequency of the high frequency spectrum of at least one of the second and third effective pixel array patterns of the light valve. The ratio to the spectrum is 0.1 or less. FIG. 7 shows a spectrum diagram of the pattern of FIG. The figure corresponds to a d1 value of 0.5. A dotted line 44 is a spectrum for one effective pixel, and a solid line with an arrow is a spectrum of the entire light valve. The dotted line 47 is given by F1 (f) of the following equation.
従って上記構成要件は有効画素領域の形状を実質的に長方形状とし、水平方向有効画素幅率d1を0.45〜0.55,0.60〜0.73,及び0.90〜1.0の範囲中の少なくともひとつの範囲に限定することと等価である。第6の非有効画素領域43は、電気信号の配線用及び電気回路素子(例えば、トランジスタ、キャパシタ)の配置用に活用される。
Accordingly, the above-described configuration requirement is that the effective pixel region has a substantially rectangular shape, and the horizontal effective pixel width ratio d1 is 0.45 to 0.55, 0.60 to 0.73, and 0.90 to 1.0. Is equivalent to limiting to at least one of the ranges. The sixth
本発明の第2実施例の要部を図8に示す。同図で1はライトバルブ、2は投写結像手段、50は透過式スクリーンであって、既述のレンチキュラーシートを含み、TP/TBS比は1.5〜3.5の範囲内に構成される。51は、画素シフト手段の水平断面図であって、常光線出力と異常光線出力との水平方向の間隔:△を発生させる作用を有する。 The main part of the second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the figure, 1 is a light valve, 2 is a projection imaging means, 50 is a transmission screen, and includes the lenticular sheet described above, and the TP / TBS ratio is configured within the range of 1.5 to 3.5. The 51 is a horizontal sectional view of the pixel shift means, and has a function of generating a horizontal interval: Δ between the ordinary ray output and the extraordinary ray output.
以下その原理を説明する。同図に座標系を示す通り、投写光学系の光軸方向をZ軸とし、水平方向をX軸とし、紙面の法線方向をY軸とする。画素シフト手段は、複屈折現象を有する材質、例えば水晶、方解石等からなり、その複屈折材の対称光軸の方向(同図では、0で示す。)をZ軸から角αだけ傾けて形成する。材質として水晶を用いた場合について以下に数値例を示す。水晶の常光線屈折率n0は、1.544,異常光線屈折率neは1.553である。 The principle will be described below. As shown in the figure, the optical axis direction of the projection optical system is the Z axis, the horizontal direction is the X axis, and the normal direction of the paper surface is the Y axis. The pixel shift means is made of a material having a birefringence phenomenon, such as quartz, calcite, etc., and is formed by inclining the direction of the symmetric optical axis of the birefringent material (indicated by 0 in the figure) by an angle α from the Z axis. To do. Numerical examples are given below for the case where quartz is used as the material. The ordinary ray refractive index n0 of quartz is 1.544, and the extraordinary ray refractive index ne is 1.553.
従ってne/n0比は約1.006である。図8において、実線矢印52は常光線(電界の方向がY軸と平行である光線)、点線矢印53は異常光線(電界の
方向がX軸と平行である光線)を示す。複屈折媒質内における分離角θは複屈折材の対称光軸の傾斜角αを約45°とした場合、最大となり、θ値は前記比1.006から1を減じた値となる。即ち6mradとなる。従って画素シフト量△は次式で求まる。
Therefore, the ne / n0 ratio is about 1.006. In FIG. 8, a
従って厚みtを1.7mmとすると、△は約10μmとなる。ライトバルブの画素配列周期TPは約40μmのオーダである。上記画素シフト手段のスペクトル(フーリエ変換)G2(f)は次式で与えられる。
Therefore, if the thickness t is 1.7 mm, Δ is about 10 μm. The pixel array period TP of the light valve is on the order of about 40 μm. The spectrum (Fourier transform) G2 (f) of the pixel shift means is given by the following equation.
図9に上式をグラフ化して示す。△/TP比を上記の通り1/4とすると、62に示す特性となり、従って、第2高調波成分を低減できる。△/TP比を1/6(厚さ1.11mmに対応する)とすると、63に示す特性となり、第3高調波成分を低減できる。
FIG. 9 is a graph showing the above equation. When the Δ / TP ratio is 1/4 as described above, the characteristic shown in 62 is obtained, and therefore the second harmonic component can be reduced. If the Δ / TP ratio is 1/6 (corresponding to a thickness of 1.11 mm), the characteristic shown in 63 is obtained, and the third harmonic component can be reduced.
本実施例の構成要件は、TP/TBS比が1.5〜3.5であってかつ、画素シフト手段の画素シフト量△をTPの1/3.5〜1/6.5とすることである。そうすることによって第2、第3の内の少なくとも一方の高調波成分を16dB以上低減することができ、従ってモアレ妨害の低減に有効である。 The structural requirements of the present embodiment are that the TP / TBS ratio is 1.5 to 3.5 and the pixel shift amount Δ of the pixel shift means is 1 / 3.5 to 1 / 6.5 of TP. By doing so, at least one of the second and third harmonic components can be reduced by 16 dB or more, which is effective in reducing moire interference.
尚、上記第2実施例は、画像シフト手段51への入射光中に、常光線と異常光線とが等量含まれていることを前提条件としている。このような前提条件を満たす例として円偏波光及びXY平面内で45°方向の直線偏波光がある。Y軸方向の直線偏波光は上記条件を満たさない。従って、変換器を前置する必要がある。図10に対応策を示す。同図で1,2,50,51は前述のものと同一である。 The second embodiment is based on the precondition that the incident light to the image shift means 51 includes equal amounts of ordinary rays and extraordinary rays. Examples of satisfying such preconditions include circularly polarized light and linearly polarized light in the 45 ° direction in the XY plane. The linearly polarized light in the Y-axis direction does not satisfy the above conditions. Therefore, it is necessary to put a converter in front. FIG. 10 shows a countermeasure. In the figure, 1, 2, 50 and 51 are the same as those described above.
54は1/4波長板または1/2波長板である。1/4波長板を用いればY軸方向の直線偏波光入力を円偏波光出力に変換できる。1/2波長板を用いれば45°方向の直線偏波に変換できる。以上で本実施例の説明を終わる。
尚、本発明における高調波低減手段は、必ずしも上記したものに限定されることなく、他のもので代用することができる。例えば、PCT/JP95/02123号に示されている通り、少なくとも水平方向に光を発散する光発散手段をライトバルブに近接配置することで代用することができる。 It should be noted that the harmonic reduction means in the present invention is not necessarily limited to the above-described one, and other means can be substituted. For example, as shown in PCT / JP95 / 02123, a light diffusing means that diverges light at least in the horizontal direction can be substituted by being disposed close to the light valve.
図11に本発明の第3実施例の要部を斜視図にて示す。同図で61はフレネルシート、62はレンチキュラーシート、63は主レンチキュラーレンズ、64はブラックストライプ、65は光拡散層、66はフレネルレンズ、67は垂直方向に光を発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素、68は光拡散要素、67,68はスペックル妨害低減用である。63は主レンチキュラーレンズ、65は光拡散層、64はブラックストライプ層である。フレネルレンズ66は出射光を平行光化するように作用する。主レンチキュラーレンズの焦平面は、ブラックストライプ層の位置に形成され、BS率60%以上のブラックストライプ層相互間の光透過部から投写光が出射される。光拡散層65の光発散半値角は、10度以上に限定される。
FIG. 11 is a perspective view showing the main part of the third embodiment of the present invention. In the figure, 61 is a Fresnel sheet, 62 is a lenticular sheet, 63 is a main lenticular lens, 64 is a black stripe, 65 is a light diffusion layer, 66 is a Fresnel lens, 67 is a micro lenticular lens element that emits light in the vertical direction, 68 Is a light diffusing element, and 67 and 68 are for speckle interference reduction. 63 is a main lenticular lens, 65 is a light diffusion layer, and 64 is a black stripe layer. The
フレネルシート61の垂直方向光発散半値角は10度PP以上に、かつ、水平方向光発散半値角は5度PP以下に限定される。10度PP以上の限定は後述の通りスペックル妨害低減用及び垂直視野角付与用であり、5度PP以下の限定は、後述の通りブラックストライプ層における光のケラレ損失回避用である。
The vertical light divergence half-value angle of the
次にスペックル妨害発生原理と低減原理について記す。周知の通りレーザ光でスリガラス面を照射すると星がキラキラ光って見えるいわゆるシンチレーション妨害を発生する。ライトバルブの光学系は、スクリーンから投写結像手段のひとみを見込む角θが小さいために、同様の現象を発生する。図12において、2は投写結像手段であり、65は拡散層である。 Next, the principle of speckle interference generation and the principle of reduction will be described. As is well known, when the surface of the ground glass is irradiated with laser light, so-called scintillation interference occurs in which stars appear to glitter. In the optical system of the light valve, the same phenomenon occurs because the angle θ at which the pupil of the projection imaging means is viewed from the screen is small. In FIG. 12, 2 is a projection imaging means, and 65 is a diffusion layer.
角θ〔rad〕の値は投写結像手段のF値及び倍率Mの積の逆数に等しい。像面における光の位相の相互干渉の及ぶ回折相関距離をDとすると、これはほぼλ/θのオーダーである。波長λを0.5μmとし、実際なF値2.4、倍率M:50倍を代入すると、相関距離Dは約60μmのオーダーとなる。拡散層を形成する粒子径は通常60μmより十分小さい。この場合、拡散層を一層のランダム位相変調粒子層と仮定すると、像面における輝度のゆらぎ(スペックル)の標準偏差σと平均輝度B0との比は1に等しいことが知られている。スクリーン上の画素サイズ(TP)を1mmとし、適視距離から観察する場合、人間の目によって、約(1mm)2の面積での積分平均値が検出されると考えられる。平均値の標準偏差をσ0と記すと次式が成立する。 The value of the angle θ [rad] is equal to the reciprocal of the product of the F value and the magnification M of the projection imaging means. If the diffraction correlation distance that the mutual interference of the phase of the light on the image plane reaches is D, this is on the order of λ / θ. When the wavelength λ is 0.5 μm, and an actual F value of 2.4 and a magnification M: 50 times are substituted, the correlation distance D is on the order of about 60 μm. The particle diameter for forming the diffusion layer is usually sufficiently smaller than 60 μm. In this case, assuming that the diffusion layer is one random phase modulation particle layer, it is known that the ratio of the standard deviation σ of luminance fluctuation (speckle) on the image plane and the average luminance B0 is equal to 1. When the pixel size (TP) on the screen is set to 1 mm and observation is performed from an appropriate viewing distance, it is considered that an integrated average value in an area of about (1 mm) 2 is detected by human eyes. When the standard deviation of the average value is denoted as σ0, the following equation is established.
スペックル妨害の検知限界はσ0/B0比、約0.02故、約1/3倍に低減する必要がある。1/3倍に低減するには、回折相関距離Dに相当する面積D2の32倍の面積にわたって像を平均化するための空間フィルタ作用が必要とされる。
The detection limit of speckle interference needs to be reduced to about 1/3 times, since the σ0 / B0 ratio is about 0.02. In order to reduce to 1/3 times, a spatial filter action is required to average the image over an
この空間フィルタ作用は、図11において、垂直方向光発散用マイクロレンズ要素67と光拡散要素68によって提供される。その空間フィルタ作用を図13、図14によって説明する。
This spatial filtering action is provided in FIG. 11 by a vertical light
図13は、垂直断面図であって垂直方向の平均化作用を説明する。同図でt0は、フレネルシートの入射面からレンチキュラーシートの光拡散層までの距離であって、フレネルシートの厚み(通常約3mm)とレンチキュラーレンズの焦点距離(通常約0.7mm)の和に等しい。θvはフレネルシートの媒質内での垂直方向光発散半値角〔rad〕である。TDVは垂直方向の平均化区間長であってθvt0積に等しい。既述の(空中での)「発散半値角10度pp以上」は媒質内では屈折率値約1.5で除して約6.7度pp故θv値は約0.12radとなる。 FIG. 13 is a vertical cross-sectional view illustrating the vertical averaging function. In the figure, t0 is the distance from the incident surface of the Fresnel sheet to the light diffusion layer of the lenticular sheet, and is the sum of the thickness of the Fresnel sheet (usually about 3 mm) and the focal length of the lenticular lens (usually about 0.7 mm). equal. θv is a vertical light divergence half-value angle [rad] in the medium of the Fresnel sheet. TDV is the vertical averaging interval length and is equal to the θvt0 product. The above-mentioned (in the air) “divergence half-value angle of 10 degrees pp or more” is about 6.7 degrees pp divided by a refractive index value of about 1.5 in the medium, so that the θv value is about 0.12 rad.
前記t0値3.7mmを代入すると、TDV値は約0.43mmとなる。この値は前述のD値60μmの7倍に相当するので、既述の必要倍数9倍に比べ少し不足している。この不足分は、第14図に示す水平方向平均化作用によって充足される。図14は水平断面図であって、水平方向の平均化作用を説明する。既述5度ppの発散角は媒質内でのθH換算0.06radに相当する。従って水平方向の平均化区間TDHはt1値3mmの場合180μmに相当する。この値は、前記D値60μmより大きいので平均化作用によってスペックル妨害を低減するのに有効である。 When the t0 value of 3.7 mm is substituted, the TDV value is about 0.43 mm. Since this value corresponds to 7 times the aforementioned D value of 60 μm, it is a little deficient compared to the required multiple of 9 times. This deficiency is satisfied by the horizontal averaging function shown in FIG. FIG. 14 is a horizontal cross-sectional view illustrating the horizontal averaging operation. The aforementioned divergence angle of 5 degrees pp corresponds to 0.06 rad in terms of θH in the medium. Therefore, the horizontal averaging section TDH corresponds to 180 μm when the t1 value is 3 mm. Since this value is larger than the D value of 60 μm, it is effective for reducing speckle interference by the averaging action.
一方、この発散角θHに起因する、レンチキュラーシート62の焦平面における光の拡がり幅をWとすると、WはθHt2積に等しい。前記0.06rad、0.7mmを代入して拡がり半値幅Wは42μmとなる。主レンチキュラーレンズの配列周期TBSは通常ほぼt2の0.7倍に等しく、0.5mmのオーダーである。上記拡がり半値幅WはTBSの10%以下であるため、BS率の向上と両立させることができる。上記平均化作用によって改善された後のスペックル比は次式で与えられる。
On the other hand, if the light spreading width in the focal plane of the
従って検知限界以下にスペックル妨害を低減することができる。上記実施例の代表的諸元を付記する。マイクロレンズ67のピッチは80μm、フレネルレンズ66のピッチは100μm、これらは、主レンチキュラーレンズのピッチ(TBS)500μmの1/3以下に限定される。これはスクリーン内部での相互間モアレ現象を回避するためである。以上で第3実施例の説明を終わる。
Therefore, speckle interference can be reduced below the detection limit. Representative specifications of the above embodiment will be added. The pitch of the
次に第3実施例の局所改良例を第4実施例として、図15に示す。同図は、図11におけるレンチキュラーシート62の出射部に光透過樹脂層69が付加されていることを示す。即ち、ブラックストライプ層64と光拡散層65とが、光透過樹脂層69の内側にうめこまれた状態にある。
Next, a local improvement example of the third embodiment is shown in FIG. 15 as a fourth embodiment. This figure shows that a light-transmitting
試作実験の結果、この形式は、画像の質感(透明感)を向上する効果大であることが判明した。上記第4実施例の変形例として、光透過樹脂層の出射面(図15の70)に反射防止膜を形成することが有効である。更に、光透過樹脂層に色フィルタを付加することが推奨される。何故なら一般に、ライトバルブ用光源は、所望の3原色スペクトル成分光の他に、寄生的に色純度劣化の原因となる中間色スペクトル成分(例えば水銀に起因する575mmの黄色成分)を有するからである。色フィルタの付加によって、色純度を改善できるのみならず、コントラスト比の向上即ち画質の向上を達成できる。 As a result of the prototype experiment, it was found that this format has a great effect of improving the texture (transparency) of the image. As a modification of the fourth embodiment, it is effective to form an antireflection film on the exit surface (70 in FIG. 15) of the light transmitting resin layer. Furthermore, it is recommended to add a color filter to the light transmitting resin layer. This is because, in general, the light source for the light bulb has an intermediate color spectrum component (for example, a 575 mm yellow component attributed to mercury) that causes parasitic color purity deterioration in addition to the desired three primary color spectrum component light. . By adding a color filter, not only the color purity can be improved, but also an improvement in contrast ratio, that is, an improvement in image quality can be achieved.
本発明の第5の実施例を図16に示す。同図で61はフレネルシート、66はフレネルレンズ、62はレンチキュラーシート、63は主レンチキュラーレンズ、64はBS率60%以上のブラックストライプ層、65は光拡散層、69は光透過層、71はレンチキュラーシートの出射面に形成されたマット状光拡散要素である。光拡散層65の光発散半値角は10度pp以上に形成される。
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. In the figure, 61 is a Fresnel sheet, 66 is a Fresnel lens, 62 is a lenticular sheet, 63 is a main lenticular lens, 64 is a black stripe layer with a BS ratio of 60% or more, 65 is a light diffusion layer, 69 is a light transmission layer, and 71 is It is a mat-like light diffusing element formed on the exit surface of the lenticular sheet. The light divergence half-value angle of the
マット状光拡散要素71の媒質内光発散半値角をθD、光透過層の厚みをtDとすると、光拡散要素71による光拡散半値幅TDはθDtDで与えられる。この値が既述の回折相関距離Dより大となるように形成される。この条件は次式で表わされる。
Assuming that the in-medium light divergence half-value angle of the mat-like
上式において、λは光の波長で約0.5μm、Fはスクリーンの入射側に配置される投写結像手段のF値、Mは投写倍率である。本実施例によればスペックル妨害を低減できるだけでなく、スクリーン出射側の周囲照明用光源(図16の80)のスクリーンへの映り込みを防止できるという長所を有する。即ち、スクリーン出射面を平滑面とした構成(図15)においては周囲照明用光源の像がスクリーン上に映りこむという欠点を有するが、図16の構成においてはその欠点が克服されている。更に本実施例においては、フレネルシート66の中に光拡散要素を含まないため、BS層における光のケラレ損失を最小化できるという長所を有する。
In the above equation, λ is the wavelength of light of about 0.5 μm, F is the F value of the projection imaging means arranged on the incident side of the screen, and M is the projection magnification. According to this embodiment, not only can speckle interference be reduced, but also the ambient light source (80 in FIG. 16) on the screen emission side can be prevented from being reflected on the screen. That is, the configuration in which the screen exit surface is a smooth surface (FIG. 15) has the disadvantage that the image of the ambient illumination light source is reflected on the screen, but the configuration in FIG. 16 overcomes this disadvantage. Further, in this embodiment, since the light diffusing element is not included in the
第5実施例の変形例として、マット状光拡散要素71の表面に反射防止膜を形成する。そうすることが再生画像のコントラスト比の向上、画質の向上に有効である。
As a modification of the fifth embodiment, an antireflection film is formed on the surface of the mat-like
図17に他のひとつの変形例を示す。同図で67は垂直方向に光を発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素である。その他は、図16と同一である。マイクロレンチキュラーレンズ67の付加によって、スペックル妨害を更に低減できるという効果が得られる。
FIG. 17 shows another modification. In the figure,
図18に他のひとつの変形例を示す。同図で68は、光拡散要素であって、図11で既述したものと同一である。図11〜図18に示した各スクリーンを、図10以前において既述したモアレ妨害低減手段と組み合わせて用いることができる。図19にライトバルブの画素配列の2例を示す。図19(a)はマトリクス状配置と称され、図19(b)はデルタ状配置と称される。両図で42は画素である。本発明における画素配列周期TPは図示の通りに定義される。
FIG. 18 shows another modification. In the figure,
1,11,41,44…ライトバルブ、
2,13…投写結像手段、
3…フレネルシート、
4…レンチキュラーシート、
4’,14…光拡散層、
6…ブラックストライプ、
5,15…主レンチキュラーレンズ、
12…空間フィルタ、
42…有効画素領域、
43…非有効画素領域、
51…画素シフト手段、
50…透過式スクリーン、
61…フレネルシート、
62…レンチキュラーシート、
63…主レンチキュラーレンズ、
64…ブラックストライプ層、
65…光拡散層、
66…フレネルレンズ、
67…垂直発散用マイクロレンチキュラーレンズ要素、
68…光拡散要素、
69…光透過層、
71…マット状光拡散要素。
1, 11, 41, 44 ... Light valve,
2, 13 ... projection imaging means,
3 ... Fresnel sheet,
4 ... Lenticular sheet,
4 ', 14 ... light diffusion layer,
6 ... Black stripe,
5,15 ... Main lenticular lens,
12 ... Spatial filter,
42 ... effective pixel area,
43 ... non-effective pixel area,
51. Pixel shift means,
50 ... Transparent screen,
61 ... Fresnel sheet,
62 ... Lenticular sheet,
63 ... Main lenticular lens,
64 ... Black stripe layer,
65 ... light diffusion layer,
66 ... Fresnel lens,
67 ... Micro lenticular lens element for vertical divergence,
68. Light diffusing element,
69 ... light transmission layer,
71: Matt-like light diffusion element.
Claims (5)
該レンチキュラーシートの入射面には主レンチキュラーレンズが形成され、該主レンチキュラーレンズの焦平面に光発散半値角10度PP以上の光拡散層と面積率60%以上のブラックストライプ層とが形成され、更に両層の出射側に光透過層が形成され、かつ、
スクリーン面上に投写されたライトバルブの画素構造の水平配列周期TPと該主レンチキュラーレンズの配列周期との比が1.5〜3.5の範囲内に構成され、更にスクリーンを除いた残余の入射側光学系において水平方向画素配列スペクトルの第2及び第3高調波成分の内の少なくとも一方を低減させる高調波低減手段を備えてなる背面投写形ディスプレイ装置。
In a rear projection display comprising a light valve having a pixel arrangement structure, a projection imaging means, and a transmission screen, the transmission screen is composed of at least a Fresnel sheet on the light incident side and a lenticular sheet on the light emission side, The Fresnel sheet has a micro lenticular lens element and a light diffusing element that diverges light in the vertical direction on the incident side, a Fresnel lens on the exit surface, and the vertical light divergence half-value angle of the Fresnel sheet is 10 degrees PP or more. And the horizontal light divergence half-value angle is 5 degrees PP or less,
A main lenticular lens is formed on the incident surface of the lenticular sheet, and a light diffusion layer having a light divergence half-value angle of 10 degrees PP or more and a black stripe layer having an area ratio of 60% or more are formed on the focal plane of the main lenticular lens. Furthermore, a light transmission layer is formed on the emission side of both layers, and
The ratio between the horizontal arrangement period TP of the pixel structure of the light valve projected on the screen surface and the arrangement period of the main lenticular lens is configured in the range of 1.5 to 3.5, and the remaining amount excluding the screen A rear projection display device comprising harmonic reduction means for reducing at least one of the second and third harmonic components of the horizontal pixel array spectrum in the incident side optical system.
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