JP2007206143A

JP2007206143A - 投写型表示装置

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Publication number: JP2007206143A
Application number: JP2006022027A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Tanabe; 和紀田辺; Narumasa Yamagishi; 成多山岸; Osamu Nanba; 修難波
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】映像表示に使用される平面状のライトバルブを使用するプロジェクタ等の投写型表示装置において、製造後の輸送や設置時の振動衝撃、その他の経時変化による照明エリアの変化を見込む必要があるという課題を解決し、常に効率良くライトバルブを照明でき、高輝度、高効率の投写型表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ライトバルブの表示エリア１５近傍に照明エリア１６の位置と範囲を検出できる検出装置１７、１８を設置し、検出装置１７、１８からの情報をもとに、照明光学系内のレンズアレイ等の光学素子を光軸方向や面方向に移動、調整させ、照明エリア１６の範囲と位置を常に適正にできる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶パネル（以降ＬＣＤと称す）や微小ミラー平面状に多数配置したマイクロミラーアレイなどのパネル状のライトバルブを使用したプロジェクタ等の投写型表示装置に関するものである。

近年、パソコンや映像機器からの映像信号を外部スクリーンに拡大投影するプロジェクタや、同様の映像信号や放送をスクリーンの裏側から投写するリアプロジェクションテレビ等の投写型表示装置は、より高輝度な投写映像が求められており、光源からの光を効率的に利用できる光学系が要望されている。

以下に従来の投写型表示装置について説明する。

従来、投写型表示装置としては特許文献１に記載されたものが知られている。その投写型表示装置を図１６に示す。図１６は従来の投写型表示装置の光学系の構成を示す断面図である。図において、光源１０１から発せられた光は、放物面鏡１０２によりほぼ平行光に変換され、各々のレンズエレメントが正屈折力を有する第１フライアイレンズ１０３、各々のレンズエレメントが負屈折力を有する第２フライアイレンズ１０４、各々のレンズエレメントが正屈折力を有する第３フライアイレンズ１０５により、前記放物面鏡１０２から発せられたほぼ平行な光を、第３フライアイレンズ１０５の各レンズエレメントのほぼ中心に集光するよう構成されている。各々集光された光源像は偏光変換素子１０６により偏光変換され、ランダムな偏光方向を一方向に揃えた偏光光に変換する。さらに、光源側に凸面を向けた負メニスカスレンズ１０７よりなる第１レンズ群、両凸レンズ１０８よりなる第２レンズ群、正レンズ１０９よりなる第３レンズ群により、フライアイレンズ１０３、１０４、１０５および偏光変換素子１０６より射出される照明光を画像表示素子１１０上に重ね合わせている。また、１１１は色分解のためのクロスダイクロプリズム、１１２は投影レンズ、１１３はスクリーンである。

ここで、正レンズ１０８のみを光軸方向に移動して変倍を行うことにより、ひとつの部材の移動のみで、照明範囲の大きさを可変とすることができる。
特開２００２−２９６５３８号公報（第３頁〜第６頁）

しかしながら、上記の構成の投写型表示装置では、照明エリア範囲と照明エリアの位置は製造段階で調整、固定されるため、その後の輸送や設置時の振動、衝撃による光学素子の微小な移動等に起因する照明エリアのズレの発生に対処できず、そのズレの発生を見込んで、照明エリアの範囲を必要以上の大きさに設定する必要があった。結果として、装置の明るさが低下するという問題点を有していた。また、投写に使用しない光がライトバルブ（特許文献１では画像表示素子１１０に相当）周辺に照射され、ライトバルブやその周辺を加熱させるという問題点も有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、装置の稼働中にライトバルブの画像エリアに対し、必要最小限のオーバースキャンの照明エリアになるよう調整可能で、光利用効率の高い投写型表示装置の提供を目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、光源からの光を前記ライトバルブに導き且つ一様に照明可能な、２枚のレンズアレイを含む照明光学系と、前記レンズアレイの少なくとも１つのレンズアレイを光軸方向へ移動させる光軸方向レンズアレイ移動手段と、前記ライトバルブへの照明光の範囲を検出できる照明範囲検出手段と、前記照明範囲検出手段の出力をもとに、前記光軸方向レンズアレイ移動手段により、前記レンズアレイの光軸方向の位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置としたものであり、ライトバルブの画像表示エリアに対し、必要最小限のオーバースキャンの照明エリアの大きさに、常に制御可能という作用を有する。

請求項２に記載の発明は、外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、光源からの光を前記ライトバルブに導き且つ一様に照明可能な、２枚のレンズアレイを含む照明光学系と、前記レンズアレイの少なくとも１つのレンズアレイを光軸方向と直交するレンズアレイの面方向へ移動させる面方向レンズアレイ移動手段と、前記ライトバルブへの照明光の位置を検出できる照明位置検出手段と、前記照明位置検出手段の出力をもとに、前記面方向レンズアレイ移動手段により前記レンズアレイの面方向の位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置としたものであり、光学素子の微小な移動による照明エリアのズレが発生した場合でも、ライトバルブの画像表示エリアに最適な位置に照明エリアの位置を補正できるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、光源からの光が入射する入射面と前記ライトバルブの表示エリアの形状と略々相似形をなす出射面をもち、前記入射面と前記出射面とを接続し内面で反射可能な角柱状のロッドと、前記ロッドの出射面を前記ライトバルブの表示エリアに投影する複数の光学素子からなるリレーレンズ光学系と、前記ロッドを光軸方向へ移動させる光軸方向ロッド移動手段と、前記ライトバルブへの照明光の範囲を検出できる照明範囲検出手段と、前記照明範囲検出手段の出力をもとに、前記光軸方向ロッド移動手段により、前記ロッドの光軸方向の位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置としたものであり、ライトバルブの画像表示エリアに対し、必要最小限のオーバースキャンの照明エリアの大きさに常に制御可能という作用を有する。

請求項４に記載の発明は、外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、光源からの光が入射する入射面と前記ライトバルブの表示エリアの形状と略々相似形をなす出射面をもち、前記入射面と前記出射面とを接続し内面で反射可能な角柱状のロッドと、前記ロッドの前記出射面を前記ライトバルブの表示エリアに投影するとともに、光軸方向に移動させることで前記ライトバルブに投影される前記ロッドの出射面の像の大きさを変化させることが可能な複数の光学素子からなるリレーレンズ光学系と、前記リレーレンズ光学系のうち、少なくとも１つの光学素子を光軸方向に移動させる光軸方向光学素子移動手段と、前記ライトバルブへの照明光の範囲を検出できる照明範囲検出手段と、前記照明範囲検出手段の出力をもとに、前記光軸方向光学素子移動手段により、前記リレーレンズ光学系の光学素子の光軸方向の位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置としたものであり、ライトバルブの画像表示エリアに対し、必要最小限のオーバースキャンの照明エリアの大きさに常に制御可能という作用を有する。

請求項５に記載の発明は、外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、光源からの光が入射する入射面と前記ライトバルブの表示エリアの形状と略々相似形をなす出射面をもち、前記入射面と前記出射面とを接続し内面で反射可能な角柱状のロッドと、前記ロッドの前記出射面を前記ライトバルブの表示エリアに投影するとともに、光軸に直交する方向に移動させることで前記ライトバルブに投影される前記ロッドの出射面の像の大きさを変化させることが可能な複数の光学素子からなるリレーレンズ光学系と、前記リレーレンズ光学系のうち、少なくとも１つの光学素子を光軸に直交する方向に移動させる直交方向光学素子移動手段と、前記ライトバルブへの照明光の位置を検出できる照明位置検出手段と、前記照明範囲検出手段の出力をもとに、前記直交方向光学素子移動手段により、前記リレーレンズ光学系の光学素子の光軸に直交する位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置としたものであり、光学素子の微小な移動による照明エリアのズレが発生した場合でも、ライトバルブの画像表示エリアに最適な位置に照明エリアの位置を補正できるという作用を有する。

請求項６に記載の発明は、前記角柱状のロッドは、入射面と出射面が開口し、内面が反射面のミラーをトンネル状に組み合わせたものであることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の投写型表示装置としたものであり、請求項３乃至請求項５記載の投写型表示装置のそれぞれと同様の作用を有する。

請求項７に記載の発明は、外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、光源からの光を前記ライトバルブに導き且つ一様に照明可能で、光路を反射し所定方向に光路を折り曲げる反射鏡を含む照明光学系と、前記反射鏡の傾きを変化させることができる反射鏡駆動手段と、前記ライトバルブへの照明光の位置を検出できる照明位置検出手段と、前記照明位置検出手段の出力をもとに、前記反射鏡駆動手段により、反射鏡の傾きを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置としたものであり、光学素子の微小な移動による照明エリアのズレが発生した場合でも、ライトバルブの画像表示エリアに最適な位置に照明エリアの位置を補正できるという作用を有する。

以上のように本発明は、ライトバルブの画像表示エリアに対する照明光の位置と照明範囲の大きさを検出でき、それに応じて照明範囲の大きさと、位置を調整制御でき、ライトバルブの画像表示エリアに対し照明光のオーバースキャンを必要最小限にすることが可能で、光源からの光の利用効率を向上させることができるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１５を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における投写型表示装置の全体の構成を示す斜視図、図２は第１レンズアレイホルダ部の構成を示す斜視図、図３はライトバルブ周辺の平面図、図４は照明エリア調整の制御のブロック図で、これら図１から図４を用いて投写型表示装置の構成を説明する。

図において、本実施の形態の投写型表示装置は、所定位置に光を集光できる反射鏡を備えた光源としてのランプ１と、そのランプ１から光の集光位置に設置され、白色光を時分割で特定の色の光だけを透過させるカラーホィール２と、カラーホィール２を透過後再び広がった光束を平行光にするコンデンサーレンズ３と、その平行光束をライトバルブ（後述）上に導き、ライトバルブの形状と略々相似形の多数のレンズの集合体である第１レンズアレイ４と、その第１レンズアレイ４が取り付けられ、モータ５により矢印Ｚ１方向に移動調整可能な光軸方向移動手段８ａと、モータ６により矢印Ｘ１方向に、モータ７により矢印Ｙ１方向それぞれに移動調整可能な面方向移動手段８ｂとを含む第１レンズアレイホルダ８と、第１レンズアレイのそれぞれのレンズの像をライトバルブ上に投影する第２レンズアレイ９と、第２レンズアレイ９からの光束を所定方向に反射させる折り返しミラー１０とから構成される照明光学系と、光束をライトバルブ上に集光するフィールドレンズ１１と、光源からの光束はライトバルブ側に全反射させ、ライトバルブで反射した光はそのまま透過するＴＩＲプリズム１２と、多数の微小ミラーを配列させ、信号に応じて個々のミラーの角度を変化させることが可能なライトバルブとしての米国ＴＩ社のＤＭＤに代表されるマイクロミラーアレイ１３と、そのライトバルブの像を装置外に拡大投写できる投写レンズ１４と、ライトバルブであるマイクロミラーアレイ１３の表示エリア１５の外側に設置され、照明エリア１６の２ヶ所の角部を検出する、照明範囲、照明位置検出手段としての複数の光センサーから構成された検出装置１７、１８と、それら検出装置１７、１８からの情報を利用し、モータ５、６、７をそれぞれ駆動し、第１レンズアレイ４の位置を矢印Ｚ１、Ｘ１、Ｙ１方向に移動調整可能な制御手段１９とから構成されている。

次に、本実施の形態の投写型表示装置であるプロジェクタの動作を説明する。

まず、投写型表示装置の基本機能の動作を簡単に説明する。ランプ１からの集光された白色光がカラーホイール２によりＲＧＢ各色に時分割され、再度広がりながらコンデンサーレンズ３を透過することで平行光となって第１レンズアレイ４に入射する。この第１レンズアレイ４と第２レンズアレイ９との作用により、マイクロミラーアレイ１３の表示エリア１５に一様な光強度で、表示エリア１５と同様の形状の照明エリア１６をなす照明光を照射することができる。マイクロミラーアレイ１３は多数の微小なミラーが任意に角度を変化させることができる構造となっており、信号に応じ照明光学系からの光を投写レンズ１４に入射する方向と、それ以外の方向に反射させることができ、カラーホィール２の透過光の色に応じそれぞれの微小ミラーの角度を変化させることで、該当する色の映像を投写レンズ１４により装置外に拡大投写でき、この動作をカラーホィール２の透過光の色に合わせ高速に行うことで、フルカラーの映像を投写することが可能になる。

このような投写型表示装置において、第１レンズアレイ４を第１レンズアレイホルダ８により矢印Ｚ１方向に移動させると、照明エリア１６は図３の矢印Ｚａで示すように照明エリア１６の範囲が拡大、縮小する。また、第１レンズアレイ４を第１レンズアレイホルダ８により矢印Ｘ１、Ｙ１方向に移動させると、照明エリア１６は図３の矢印Ｘａ、Ｙａ方向にそれぞれ移動する。検出装置１７、１８で複数の光センサーを組み合わすことで照明エリア１６の２ヶ所の角の位置を検出できる。制御手段１９はこれら検出装置１７、１８からの情報をもとに、検出装置１７、１８の中央に照明エリア１６の角がそれぞれ一致するよう、第１レンズアレイホルダ８に取り付けられたモータ５、６、７をそれぞれ駆動、制御する。

以上のように本実施の形態によれば、ライトバルブを照明する照明光学系内のレンズアレイを移動可能にする移動手段と、ライトバルブ上の照明光の範囲と位置を検出する検出手段と、その検出手段の出力をもとに移動手段を制御する制御手段とを設けることにより、常にライトバルブの表示エリアに対し、照明エリアを所定量だけ大きく照明する、所謂オーバースキャンを必要最小限にすることが可能になり、光源からの光利用効率を向上させることができる。

なお、以上の説明ではライトバルブとしてマイクロミラーアレイを１個使用したものを示したが、マイクロミラーアレイ以外にも液晶パネルを用いることも可能で、さらにＲＧＢ各色それぞれに対応したライトバルブを３個使用したものでも同様の効果を得ることができる。

また、光源としてランプを使用したものを示したが、ＬＥＤやレーザーダイオード等の半導体光源を用いることも可能である。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における投写型表示装置の全体の構成を示す斜視図、図６はロッドホルダ部の構成を示す斜視図、図７はライトバルブ周辺の平面図、図８は照明エリア調整の制御手段のブロック図で、これら図５から図８を用いて投写型表示装置の構成を説明する。

図において、本実施の形態の投写型表示装置は、所定位置に光を集光できる反射鏡を備えた光源としてのランプ２１と、そのランプ２１から光の集光位置に設置され、白色光を時分割で特定の色の光だけを透過させるカラーホィール２２と、カラーホィール２２を透過後、その透過光をライトバルブ上に導き、出射面２３ａがライトバルブの形状と略々相似形の形状を持ち、入射面２３ｂと出射面２３ａ以外の４面で内面反射し、照明光の強度を一様にするロッド２３と、そのロッド２３が取り付けられ、モータ２４により矢印Ｚ２方向に移動可能な光軸方向移動手段を含むロッドホルダ２５と、そのロッド２３の出射面２３ａの像をライトバルブ上に投影するレンズ２６、２７、２８と、それらレンズを透過した光束を所定方向に反射させる折り返しミラー２９とから構成される照明光学系と、その光束をライトバルブ上に集光するフィールドレンズ３０と、光源からの光束はライトバルブ側に全反射させ、ライトバルブで反射した光はそのまま透過するＴＩＲプリズム３１と、多数の微小ミラーを配列させ、信号に応じて個々のミラーの角度を変化させることが可能なライトバルブとしてのマイクロミラーアレイ３２と、そのライトバルブの像を装置外に拡大投写できる投写レンズ３３と、ライトバルブであるマイクロミラーアレイ３２の表示エリア３４の外側に設置され、照明エリア３５の端を検出する照明範囲検出手段としての複数の光センサーから構成された検出装置３６と、その検出装置３６からの情報を利用し、モータ２４を駆動し、ロッド２３の光軸方向の位置を矢印Ｚ２方向に移動調整可能な制御手段３７とから構成されている。

まず、投写型表示装置の基本機能の動作を簡単に説明する。ランプ２１からの集光された白色光がカラーホイール２２によりＲＧＢ各色に時分割され、ロッド２３に入射する。入射した光はロッド２３の入射面２３ｂと出射面２３ａ以外の面で複数回反射を繰り返し出射面２３ａから出射され、レンズ２６、２７、２８を透過することで、マイクロミラーアレイ３２の表示エリア３４に一様な光強度で、表示エリア３４と同様の形状の照明エリア３５をなす照明光を照射することができる。マイクロミラーアレイ３２は多数の微小なミラーが任意に角度を変化させることができる構造となっており、信号に応じ照明光学系からの光を投写レンズ３３に入射する方向と、それ以外の方向に反射させることができ、カラーホィール２２の透過光の色に応じそれぞれの微小ミラーの角度を変化させることで、該当する色の映像を投写レンズ３３により装置外に拡大投写でき、この動作をカラーホィール２２の透過光の色に合わせ高速に行うことで、フルカラーの映像を投写することが可能になる。

このような投写型表示装置において、ロッド２３をロッドホルダ２５により矢印Ｚ２方向に移動させると、照明エリア３５は図７の矢印Ｚｂで示すように照明エリア１６の範囲が拡大、縮小する。検出装置３６は複数の光センサーを組み合わすことで照明エリア３５の端位置を検出できる。制御手段３７はこれら検出装置３６からの情報をもとに、検出装置３６の中央に照明エリア３５の端が一致するよう、ロッドホルダ２５に取り付けられたモータ２４を駆動し、制御する。

以上のように本実施の形態によれば、ライトバルブを照明する照明光学系内のロッドを移動可能にする移動手段と、ライトバルブ上の照明光の範囲を検出する検出手段と、その検出手段の出力をもとに移動手段を制御する制御手段とを設けることにより、常にライトバルブの表示エリアに対し、照明エリアを所定量だけ大きく照明する、所謂オーバースキャンを必要最小限にすることが可能になり、光源からの光利用効率を向上させることができる。

また、ロッドに関しても、入出射面が開口し、内面を反射面にしたミラーを組み合わせたミラーロッドを使用することも可能である。

さらに、光源としてランプを使用したものを示したが、ＬＥＤやレーザーダイオード等の半導体光源を用いることも可能である。

（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３における投写型表示装置の全体の構成を示す斜視図、図１０はレンズホルダ部の構成を示す斜視図、図１１はライトバルブ周辺の平面図、図１２は照明エリア調整の制御手段のブロック図で、これら図９から図１２を用いて投写型表示装置の構成を説明する。

図において、本実施の形態の投写型表示装置は、所定位置に光を集光できる反射鏡を備えた光源としてのランプ４１と、そのランプ４１から光の集光位置に設置され、白色光を時分割で特定の色の光だけを透過させるカラーホィール４２と、カラーホィール４２を透過後、その透過光をライトバルブ上に導き、出射面４３ａがライトバルブの形状と略々相似形の形状を持ち、入射面４３ｂと出射面４３ａ以外の４面で内面反射し、照明光の強度を一様にするロッド４３と、そのロッド４３の出射面４３ａの像をライトバルブ上に投影するレンズ４４、４５、４６と、そのレンズ４４が取り付けられモータ４７により矢印Ｚ３方向に移動調整可能な光軸方向移動手段５０ａと、モータ４８により矢印Ｘ３方向に、モータ４９により矢印Ｙ３方向それぞれに移動調整可能な面方向移動手段５０ｂを含むレンズホルダ５０と、それらレンズを透過した光束を所定方向に反射させる折り返しミラー５１とから構成される照明光学系と、その光束をライトバルブ上に集光するフィールドレンズ５２と、光源からの光束はライトバルブ側に全反射させ、ライトバルブで反射した光はそのまま透過するＴＩＲプリズム５３と、多数の微小ミラーを配列させ、信号に応じて個々のミラーの角度を変化させることが可能なライトバルブとしてのマイクロミラーアレイ５４と、そのライトバルブの像を装置外に拡大投写できる投写レンズ５５と、ライトバルブであるマイクロミラーアレイ５４の表示エリア５６の外側に設置され、照明エリア５７の２ヶ所の角部を検出する、照明範囲、照明位置検出手段としての複数の光センサーから構成された検出装置５８、５９と、それら検出装置５８、５９からの情報を利用し、モータ４７、４８、４９をそれぞれ駆動し、レンズ４４の位置を矢印Ｚ３、Ｘ３、Ｙ３方向に移動調整可能な制御手段６０とから構成されている。

まず、投写型表示装置の基本機能の動作を簡単に説明する。ランプ４１からの集光された白色光がカラーホイール４２によりＲＧＢ各色に時分割され、ロッド４３に入射する。入射した光はロッド４３の入出射面以外の面で複数回反射を繰り返し出射面４３ａから出射され、レンズ４４、４５、４６を透過することで、マイクロミラーアレイ５４の表示エリア５６に一様な光強度で、表示エリア５６と同様の形状の照明エリア５７をなす照明光を照射することができる。マイクロミラーアレイ５４は多数の微小なミラーが任意に角度を変化させることができる構造となっており、信号に応じ照明光学系からの光を投写レンズ５５に入射する方向と、それ以外の方向に反射させることができ、カラーホィール４２の透過光の色に応じそれぞれの微小ミラーの角度を変化させることで、該当する色の映像を投写レンズ５５により装置外に拡大投写でき、この動作をカラーホィール４２の透過光の色に合わせ高速に行うことで、フルカラーの映像を投写することが可能になる。

このような投写型表示装置において、レンズ４４をレンズホルダ５０により矢印Ｚ３方向に移動させると、照明エリア５７は図１１の矢印Ｚｃで示すように照明エリア５７の範囲が拡大、縮小する。また、レンズ４４をレンズホルダ５０により矢印Ｘ３、Ｙ３方向に移動させると、照明エリア５７は図１１の矢印Ｘｃ、Ｙｃ方向に移動する。検出装置５８、５９は複数の光センサーを組み合わすことで照明エリア５７の２ヶ所の角の位置を検出でき、制御手段６０はこれら検出装置５８、５９からの情報をもとに、検出装置５８、５９の中央に照明エリア５７の角がそれぞれ一致するよう、レンズホルダ５０に取り付けられたモータ４７、４８、４９をそれぞれ駆動、制御する。

以上のように本実施の形態によれば、ライトバルブを照明する照明光学系内のロッドの出射面をライトバルブ上に投影するレンズを移動可能にする移動手段と、ライトバルブ上の照明光の範囲と位置を検出する検出手段と、その検出手段の出力をもとに移動手段を制御する制御手段とを設けることにより、常にライトバルブの表示エリアに対し、照明エリアの位置と所定量だけ大きく照明する、所謂オーバースキャンを必要最小限にすることが可能になり、光源からの光利用効率を向上させることができる。

（実施の形態４）
図１３は本発明の実施の形態４における投写型表示装置の全体の構成を示す斜視図、図１４はライトバルブ周辺の平面図、図１５は照明エリア調整の制御手段のブロック図で、これら図１３から図１５を用いて投写型表示装置の構成を説明する。

図において、本実施の形態の投写型表示装置は、所定位置に光を集光できる反射鏡を備えた光源としてのランプ６１と、そのランプ６１から光の集光位置に設置され、白色光を時分割で特定の色の光だけを透過させるカラーホィール６２と、カラーホィール６２を透過後、その透過光をライトバルブ上に導き、出射面６３ａがライトバルブの形状と略々相似形の形状を持ち、入射面６３ｂと出射面６３ａ以外の４面で内面反射し、照明光の強度を一様にするロッド６３と、そのロッド６３の出射面の像をライトバルブ上に投影するレンズ６４、６５、６６と、それらレンズを透過した光束を所定方向に反射させる折り返しミラー６７と、その折り返しミラー６７が取り付けられ、図示しないモータにより矢印Ｘ４方向と、矢印Ｙ４方向それぞれに傾き調整可能な反射鏡駆動手段を含むミラーホルダ（図示せず）とから構成される照明光学系と、その照明光学系からの光束をライトバルブ上に集光するフィールドレンズ７１と、光源からの光束はライトバルブ側に全反射させ、ライトバルブで反射した光はそのまま透過するＴＩＲプリズム７２と、多数の微小ミラーを配列させ、信号に応じて個々のミラーの角度を変化させることが可能なライトバルブとしてのマイクロミラーアレイ７３と、そのライトバルブの像を装置外に拡大投写できる投写レンズ７４と、ライトバルブであるマイクロミラーアレイ７３の表示エリア７５の外側に設置され、照明エリア７６の２辺の位置を検出する照明位置検出手段としての複数の光センサーから構成された検出装置７７、７８と、それら検出装置７７、７８からの情報を利用し、図示しない２個のモータをそれぞれ駆動し、折り返しミラー６７の角度を矢印Ｘ４、Ｙ４方向に移動調整可能な制御手段７９とから構成されている。

まず、投写型表示装置の基本機能の動作を簡単に説明する。ランプ６１からの集光された白色光がカラーホイール６２によりＲＧＢ各色に時分割され、ロッド６３に入射する。入射した光はロッド６３の入出射面以外の面で複数回反射を繰り返し出射面６３ａから出射され、レンズ６４、６５、６６を透過することで、マイクロミラーアレイ７３の表示エリア７５に一様な光強度で、表示エリア７５と同様の形状の照明エリア７６をなす照明光を照射することができる。マイクロミラーアレイ７３は多数の微小なミラーが任意に角度を変化させることができる構造となっており、信号に応じ照明光学系からの光を投写レンズ７４に入射する方向と、それ以外の方向に反射させることができ、カラーホィール６２の透過光の色に応じそれぞれの微小ミラーの角度を変化させることで、該当する色の映像を投写レンズ７４により装置外に拡大投写でき、この動作をカラーホィール６２の透過光の色に合わせ高速に行うことで、フルカラーの映像を投写することが可能になる。

このような投写型表示装置において、折り返しミラー６７をミラーホルダにより矢印Ｘ４、Ｙ４方向に移動させると、照明エリア７６は図１４の矢印Ｘｄ、Ｙｄ方向に移動させることが可能で、検出装置７７、７８は複数の光センサーを組み合わすことで照明エリア７６の２辺の位置を検出でき、制御手段７９はこれら検出装置７７、７８からの情報をもとに、検出装置７７、７８の中央に照明エリア７６の２辺の位置がそれぞれ一致するよう、ミラーホルダに取り付けられた２個のモータをそれぞれ駆動、制御する。

以上のように本実施の形態によれば、ライトバルブを照明する照明光学系内の照明光をライトバルブ上に投影させるよう所定方向に反射させる折り返しミラーの傾きを調整可能にする反射鏡駆動手段と、ライトバルブ上の照明光の位置を検出する検出手段と、その検出手段の出力をもとに反射鏡駆動手段を制御する制御手段とを設けることにより、常にライトバルブの表示エリアに対し、照明エリアの位置を最適にすることが可能になり、光源からの光利用効率を向上させることができる。

なお、以上の説明ではライトバルブとしてのマイクロミラーアレイを１個使用したものを示したが、マイクロミラーアレイ以外にも液晶パネルを用いることも可能で、さらにＲＧＢ各色それぞれに対応したライトバルブを３個使用したものでも同様の効果を得ることができる。また、ロッドに関しても、入出射面が開口し、内面を反射面にしたミラーを組み合わせたミラーロッドを使用することも可能である。

本発明にかかる投写型表示装置は、ライトバルブの画像表示エリアに対する照明光の位置と照明範囲の大きさを検出でき、それに応じて照明範囲の大きさと、位置を調整制御でき、ライトバルブの画像表示エリアに対し照明光のオーバースキャンを必要最小限にすることが可能で、光源からの光の利用効率を向上させることができるという効果を有し、プロジェクタ等の投写型表示装置として有用である。

本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成を示す斜視図同実施の形態１の第１レンズアレイホルダ部の構成を示す斜視図同実施の形態１のライトバルブ周辺の平面図同実施の形態１の照明エリア調整の制御手段のブロック図本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成を示す斜視図同実施の形態２のロッドホルダ部の構成を示す斜視図同実施の形態２のライトバルブ周辺の平面図同実施の形態２の照明エリア調整の制御手段のブロック図本発明の実施の形態３における投写型表示装置の構成を示す斜視図同実施の形態３のレンズホルダ部の構成を示す斜視図同実施の形態３のライトバルブ周辺の平面図同実施の形態３の照明エリア調整の制御手段のブロック図本発明の実施の形態４における投写型表示装置の構成を示す斜視図同実施の形態４のライトバルブ周辺の平面図同実施の形態４の照明エリア調整の制御手段のブロック図従来の投写型表示装置の光学系の構成を示す断面図

符号の説明

１、２１、４１、６１ランプ
２、２２、４２、６２カラーホィール
３コンデンサーレンズ
４第１レンズアレイ
５、６、７、２４、４７、４８、４９モータ
８第１レンズアレイホルダ
８ａ、５０ａ光軸方向移動手段
８ｂ、５０ｂ面方向移動手段
９第２レンズアレイ
１０、２９、５１、６７折り返しミラー
１１、３０、５２、７１フィールドレンズ
１２、３１、５３、７２ＴＩＲプリズム
１３、３２、５４、７３マイクロミラーアレイ
１４、３３、５５、７４投写レンズ
１５、３４、５６、７５表示エリア
１６、３５、５７、７６照明エリア
１７、１８、３６、５８、５９、７７、７８検出装置
１９、３７、６０、７９制御手段
２３、４３、６３ロッド
２３ａ、４３ａ、６３ａ出射面
２３ｂ、４３ｂ、６３ｂ入射面
２６、２７、２８、４４、４５、４６、６４、６５、６６レンズ
５０レンズホルダ

Claims

外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、
光源からの光を前記ライトバルブに導き且つ一様に照明可能な、２枚のレンズアレイを含む照明光学系と、
前記レンズアレイの少なくとも１つのレンズアレイを光軸方向へ移動させる光軸方向レンズアレイ移動手段と、
前記ライトバルブへの照明光の範囲を検出できる照明範囲検出手段と、
前記照明範囲検出手段の出力をもとに、前記光軸方向レンズアレイ移動手段によりレンズアレイの光軸方向の位置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、
光源からの光を前記ライトバルブに導き且つ一様に照明可能な、２枚のレンズアレイを含む照明光学系と、
前記レンズアレイの少なくとも１つのレンズアレイを光軸方向と直交するレンズアレイの面方向へ移動させる面方向レンズアレイ移動手段と、
前記ライトバルブへの照明光の位置を検出できる照明位置検出手段と、
前記照明位置検出手段の出力をもとに前記面方向レンズアレイ移動手段により前記レンズアレイの面方向の位置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、
光源からの光が入射する入射面と前記ライトバルブの表示エリアの形状と略々相似形をなす出射面をもち、前記入射面と前記出射面とを接続し内面で反射可能な角柱状のロッドと、
前記ロッドの出射面を前記ライトバルブの表示エリアに投影する複数の光学素子からなるリレーレンズ光学系と、
前記ロッドを光軸方向へ移動させる光軸方向ロッド移動手段と、
前記ライトバルブへの照明光の範囲を検出できる照明範囲検出手段と、
前記照明範囲検出手段の出力をもとに前記光軸方向ロッド移動手段により、前記ロッドの光軸方向の位置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、
光源からの光が入射する入射面と前記ライトバルブの表示エリアの形状と略々相似形をなす出射面をもち、前記入射面と前記出射面とを接続し内面で反射可能な角柱状のロッドと、
前記ロッドの前記出射面を前記ライトバルブの表示エリアに投影するとともに、光軸方向に移動させることで前記ライトバルブに投影される前記ロッドの出射面の像の大きさを変化させることが可能な複数の光学素子からなるリレーレンズ光学系と、
前記リレーレンズ光学系のうち、少なくとも１つの光学素子を光軸方向に移動させる光軸方向光学素子移動手段と、
前記ライトバルブへの照明光の範囲を検出できる照明範囲検出手段と、
前記照明範囲検出手段の出力をもとに、前記光軸方向光学素子移動手段により、前記リレーレンズ光学系の光学素子の光軸方向の位置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、
光源からの光が入射する入射面と前記ライトバルブの表示エリアの形状と略々相似形をなす出射面をもち、前記入射面と前記出射面とを接続し内面で反射可能な角柱状のロッドと、
前記ロッドの前記出射面を前記ライトバルブの表示エリアに投影するとともに、光軸方向に移動させることで前記ライトバルブに投影される前記ロッドの出射面の像の大きさを変化させることが可能な複数の光学素子からなるリレーレンズ光学系と、
前記リレーレンズ光学系のうち少なくとも１つの光学素子を光軸に直交する方向に移動させる直交方向光学素子移動手段と、
前記ライトバルブへの照明光の位置を検出できる照明位置検出手段と、
前記照明範囲検出手段の出力をもとに、前記直交方向光学素子移動手段により、前記リレーレンズ光学系の光学素子の光軸に直交する位置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
前記角柱状のロッドは、入出射面が開口し、内面が反射面のミラーをトンネル状に組み合わせたものであることを特徴とする請求項３乃至請求項５記載の投写型表示装置。
外部からの信号に応じ、画素ごとに光変調可能なパネル状のライトバルブと、
光源からの光を前記ライトバルブに導き且つ一様に照明可能で、光路を反射し所定方向に光路を折り曲げる反射鏡を含む照明光学系と、
前記反射鏡の傾きを変化させることができる反射鏡駆動手段と、
前記ライトバルブへの照明光の位置を検出できる照明位置検出手段と、
前記照明位置検出手段の出力をもとに、前記反射鏡駆動手段により、反射鏡の傾きを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。