JP2007272234A - 単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射系の後に歪曲補正手段を備えて画像歪曲を補正することで、スクリーンに歪曲画像が形成されないようにする単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】相異なる波長を有する光を出射する複数の光源からなる光源系、前記光源系の複数の光源から出射する複数の光に対して同一の光経路を与える集光部、前記光源系の光源から出射する光を線形光に変化させる照明系、前記照明系から線形光が入射すれば、変造を行って、応用に用いられる回折次数の回折光が線形の各地点で応用に適した光強度を有するようにする複数の回折次数の回折光を形成する回折型光変調器、前記回折型光変調器から出射する回折光をスクリーンに投射して映像を生成する投射系、前記回折型光変調器で生成した複数の回折次数の回折光のうち、応用に用いられる回折次数の回折光を通過させるフィルター系、および前記投射系から前記スクリーンに投射される回折光の画像歪曲を補正するための歪曲補正手段を含んでなる。
【選択図】図３

Description

本発明は単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置に関するものである。特に、本発明は、投射系の後に歪曲補正手段を備えて画像歪曲を補正する単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置に関するものである。

微細技術の進展につれて、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ、マイクロ電気的・機械的複合体）素子およびＭＥＭＳ素子を組立てた小型器機が注目されている。

ＭＥＭＳ素子は、シリコン基板、ガラス基板などの基板上に微細構造体として形成され、機械的駆動力を出力する駆動体と、駆動体を制御する半導体集積回路などを電気的でかつ機械的に結合させた素子である。

最近、このようなＭＥＭＳ素子を使用する空間光変調器が開発された。そのような空間光変調器の一例としては、ブルーム（Ｂｌｏｏｍ）などの格子光バルブ（ＧＬＶ：ｇｒａｔｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ）があり（特許文献１参照）、他の光変調器の一例としては、ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社が開発したレーザーディスプレイ用光強度変換素子があり、さらに他の空間光変調器の一例としては、三星電気が開発した回折型光変調器がある。このような空間光変調器を利用したディスプレイ装置はよく知られており、その一例として回折型光変調器を利用したディスプレイ装置が図１に示されている。

図１は従来技術による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置の構成図である。

同図を参照すれば、従来技術による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置は、光源系１０、集光部１２、照明系１４、回折型光変調器１８、フーリエフィルター系２０、投射系２４、およびスクリーン２８を含んでいる。

ここで、光源系１０は、複数の光源１１ａ〜１１ｃからなり、一応用例において、複数の光源１１ａ〜１１ｃは順次点灯できる。そして、集光部１２は、ミラー１３ａと複数の色選別ミラー１３ｂ、１３ｃからなり、複数の光源１１ａ〜１１ｃから出射する光を合成して一つの光経路に作る。

照明系１４は、集光部１２を通過した光を線形の平行光に変化させて回折型光変調器１８に入射させる。そして、回折型光変調器１８は、入射する線形の平行光を変調して多数の回折次数を有する線形の回折光を生成して出射することになる。この際、多数の回折次数のうち、応用に使用しようとする回折次数の回折光は、スクリーン２８に映像を生成するように、その光強度が線形の各地点で相異であるようにすることができる。すなわち、回折型光変調器１８で生成した回折光は線形であり、線形の回折光は各地点で相異なる光強度を有することができるから、スクリーン２８にスキャニングされるとき、２次元映像を生成し得る。

そして、回折型光変調器１８で生成した回折光はフーリエフィルター系２０に入射する。フーリエフィルター系２０は、フーリエレンズ２１と色選別フィルター２２から構成され、回折光を次数別に分離し、分離された次数の回折光のなかで所望次数の回折光のみを通過させる。

投射系２４はプロジェクションレンズ２５とスキャナ２６からなり、プロジェクションレンズ２５は入射した回折光を拡大し、スキャナ２６は入射した回折光をスクリーン２８に投射して映像を生成する。

一方、前記のような従来技術によれば、投射系２４によって直接スクリーン２８に回折光が投射されるので、左右方向−スキャニング方向−における中心地点Ａと左右両側の外縁地点Ａ’で、スキャナ２６からスクリーン２８に至る投射距離が互いに違うことになり、それにより、図２Ａに示すように、スクリーン２８に歪曲像が形成される。すなわち、図１において、スクリーン２８の左右方向の中心Ａ地点で、スキャナ２６からスクリーン２８に至る投射距離と、スクリーン２８の左右両側の外縁Ａ’地点で、スキャナ２６からスクリーン２８に至る投射距離を比較すると、左右両側の外縁Ａ’地点での投射距離がａだけ長くなり、それにより、図２Ａに示す歪曲が発生する。これをより理解し易くするため、図２Ｂに示すように、スクリーン２８を正面から見て、同一投射距離を有する仮想平面２８’を想定すれば、スキャナ２６からスクリーン２８に映像が至るためには、中心地点Ａでよりは左右両側の外縁Ａ’の地点でより長い投射距離が要求されることが分かり、よってもっと長い投射距離を光が進行して、上下に映像が拡がることになり、図２Ｂに示すような歪曲が発生する。
米国特許第５，３１１，３６０号明細書

したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、回折型光変調器を利用して、入射した光を変調して回折光を形成し、形成された回折光をスクリーンに投射して２次元映像を生成するとき、画像歪曲が発生しないようにした単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置を提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するための本発明は、相異なる波長を有する光を出射する複数の光源からなる光源系と、前記光源系の複数の光源から出射する複数の光に対して同一の光経路を与える集光部と、前記光源系の光源から出射する光を線形光に変化させる照明系と、前記照明系から線形光が入射すれば、変造を行って、応用に用いられる回折次数の回折光が線形の各地点で応用に適した光強度を有するようにする複数の回折次数の回折光を形成する回折型光変調器と、前記回折型光変調器から出射する回折光をスクリーンに投射して映像を生成する投射系と、前記回折型光変調器で生成した複数の回折次数の回折光のうち、応用に用いられる回折次数の回折光を通過させるフィルター系と、前記投射系から前記スクリーンに投射される回折光の画像歪曲を補正するための歪曲補正手段と、を含んでなる単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置を提供する。

このような本発明によれば、回折型光変調器で生成した線形の回折光をスキャナでスクリーンに投射するとき、中心と左右両側縁で発生する画像歪曲を減らす効果がある。

以下、図３以下の図面に基づいて、本発明による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置を詳細に説明する。

図３は本発明の一実施例による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置の構成図である。

同図を参照すれば、本発明の一実施例による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置は、複数の光を生成して出射する光源系１１０、光源系１１０から出射する複数の光に対する光経路を同一にする集光部１１２、集光部１１２から出射する光を線形の平行光に作り、回折型光変調器１１８に入射させる照明系１１４、照明系１１４から入射した光を回折させ、複数の回折次数を有する回折光を生成して出射させ、生成した複数の回折次数の回折光のなかで少なくとも一つの回折次数の回折光が所望映像を生成し得る回折光を生成して出射する回折型光変調器１１８、回折型光変調器１１８で生成した複収差数の回折光をスクリーン１２６に投射する投射系１２０、投射系１２０とスクリーン１２６との間に位置し、所望回折次数の回折光を通過させるフィルター系１２４、および投射系１２０からスクリーン１２６に回折光が投射されるとき、画像歪曲を補正する歪曲補正手段１２５を含む。

光源系１１０は、複数の光源からなるもので、一例として、Ｒｅｄ光源１１１ａ、Ｇｒｅｅｎ光源１１１ｂ、Ｂｌｕｅ光源１１１ｃからなっている。各光源１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃとしては、レーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）または発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）などが使用可能である。この際、本発明の一実施例のような単板式の場合、つまり、回折型光変調器１１８を一つだけ使用した場合は、光源系１１０がＲｅｄ光、Ｇｒｅｅｎ光、Ｂｌｕｅ光を時分割して出射すれば、回折型光変調器１１８の前段または後段に別のカラーホイール（多重ビームを色別に時間的に分割することができる装置、図示せず）などを備える必要がない。もちろん、光源系１１０が複数の光を同時に出射すれば、つまり、時分割せずに出射すれば、回折型光変調器１１８の前段または後段に別のカラーホイールを備えて、複数の光が同時に回折型光変調器１１８に入射するものでなく、相異なる時間に入射するようにすることができる。

そして、集光部１１２は、一実施例として、一つの反射ミラー１１３ａと二つの色選別ミラー１１３ｂ、１１３ｃを含んでおり、複数の光源１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃから出射する光が同一の光経路を有するようにする。すなわち、反射ミラー１１３ａは、Ｒ光源１１１ａから出射する光の経路を変化させて、所望光経路にＲ光を位置させ、次段に位置する色選別ミラー１１３ｂは、Ｒ光を通過させ、Ｇ光源１１１ｂから出射したＧ光を反射させて、Ｒ光とＧ光が同一の光経路に位置するようにし、その次段に位置する色選別ミラー１１３ｃは、Ｒ光とＧ光を通過させ、Ｇ光源１１１ｃから出射するＢ光を反射させ、Ｒ光とＧ光およびＢ光が同一の光経路に位置するようにする。

一方、前記光源系１１０と集光部１１２との間には、照明系１１４のコリメータレンズ系１１５が位置している。この際、コリメータレンズ系１１５は複数のコリメータレンズ１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃからなり、それぞれのコリメータレンズ１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃは光源系１１０の各光源１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに対応して位置し、それぞれの光源１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃから出射する発散光を平行光に作る。

そして、集光部１１２の後段には照明系１１４のシリンダーレンズ１１６が位置し、シリンダーレンズ１１６は集光部１１２から出射する平行光を線形光に作って回折型光変調器１１８に入射させる。

もちろん、本発明の一実施例においては、照明系１１４のコリメータレンズ系１１５が光源系１１０と集光部１１２との間に位置し、シリンダーレンズ１１６が集光部１１２の次段に位置するように構成したが、図４に示すように、他の実施例においては、照明系１１４のコリメータレンズ１１５’を集光部１１２の後段に位置させることができる。このようにすれば、図３に示すように、三つのコリメータレンズ１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃよりなるコリメータレンズ系１１５とは異なり、一つのコリメータレンズ１１５’のみで所望の平行光を作ることができるから、コスト面で費用節減をもたらすことができる。

次に、回折型光変調器１１８は、照明系１１４から線形の平行光が入射すれば、光変調を行って、複数の回折次数を有する回折光を形成して出射する。この際、回折型光変調器１１８から出射する複数の回折次数を有する回折光は各回折次数別に見れば、線形光である。

そして、回折型光変調器１１８から出射する複数の回折次数の回折光のうち、スクリーン１２６に投射して映像を生成しようとする回折次数の回折光は線形の各地点で光強度が異なるようにすることができ、その結果、スクリーン１２６に該当の回折次数の回折光を投射して所望映像を作ることができる。また、回折型光変調器１１８から出射する複数の回折次数の回折光は互いに異なる回折角を持って進行することになる。

次に、投射系１２０は、投射レンズ１２１とスキャナ１２２からなり、回折型光変調器１１８から出射する線形の回折光を拡大し、スクリーン１２６にスキャニングして２次元映像を生成する。

このような投射系１２０の投射レンズ１２０は、回折型光変調器１１８から出射した複数の回折次数の回折光を拡大する。

そして、投射系１２０のスキャナ１２２は、投射レンズ１２１を通じて拡大された複数の回折次数を有する線形の回折光をスクリーン１２６にスキャニングして２次元映像を生成する。

ここで、スキャナ１２２としては、ガルバノメーターミラーを使用することもでき、ポリミラーを使用することもできる。

次に、フィルター系１２４は、スロットまたは色選別フィルターが使用可能であり、投射系１２０から投射される複数の回折次数の回折光のうち、所望回折次数の回折光を通過させ、望まない回折次数の回折光は遮断させ、別のフーリエレンズを備えなくても良い。

すなわち、前述したように、回折型光変調器１１８から出射する複数の回折次数の回折光は互いに異なる回折角を持って進行することになる。この際、フィルター系１２４が回折型光変調器１１８から充分に遠く離れた所に位置すれば、回折次数間に最近接距離がスロットまたは色選別フィルターを使用して分離するのに十分に確保された状態で複数の回折次数を有する回折光がフィルター系１２４に入射するから、別のフーリエレンズを必要としない。

一方、フィルター系１２４は、図３の一実施例のように、投射系１２０の次に位置するものではなく、図４に示す他の実施例のように、回折型光変調器１１８の次段に位置することもできる。この場合、フィルター系１２４はフーリエレンズ１２４ａとフーリエフィルター１２４ｂを含んでおり、フーリエレンズ１２４ａは、複数の回折次数を有する回折光を次数間に最近接距離が充分に遠くなるように分離し、フーリエフィルター１２４ｂは所望回折次数の回折光を通過させる。

次に、歪曲補正手段１２５は、画像歪曲を補償することで、スクリーン１２６に形成される映像が中心と左右両側の縁部からの垂直距離を同一にして、歪曲がないようにする。

このような歪曲補正手段１２５としては、光軸に対して一定の屈折率を有し、スキャナ１２２で反射された等角速度の光を主照射方向に偏向させ、収差を補正して照射面上に焦点を合わせるｆ・θスキャンレンズを使用することができ、スキャン角度をｎ等分し、角度によって焦点距離を違えて設計することにより、歪曲を補正することができる。

また、ここでは、歪曲補正手段１２５は、スクリーン１２６として高輝度スクリーンを使えば画像歪曲を補正することができる。

本発明は、投射系の後に歪曲補正手段を備えて画像歪曲を補正する単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置に適用可能である。

従来技術による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置の構成図である。 図１のスクリーンに生成した画像歪曲を示す図である。 図１のスクリーンを正面かで見たとき、同一投射距離を有する仮想平面を示すための図である。 本発明の一実施例による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置の構成図である。 本発明の他の実施例による単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置の構成図である。

符号の説明

１１０ 光源系
１１２ 集光部
１１４ 照明系
１１８ 回折型光変調器
１２０ 投射系
１２４ フィルター系
１２５ 歪曲補正手段
１２６ スクリーン

Claims (8)

1. 相異なる波長を有する光を出射する複数の光源からなる光源系と、
   前記光源系の複数の光源から出射する複数の光に対して同一の光経路を与える集光部と、
   前記光源系の光源から出射する光を線形光に変化させる照明系と、
   前記照明系から線形光が入射すれば、変造を行って、応用に用いられる回折次数の回折光が線形の各地点で応用に適した光強度を有するようにする複数の回折次数の回折光を形成する回折型光変調器と、
   前記回折型光変調器から出射する回折光をスクリーンに投射して映像を生成する投射系と、
   前記回折型光変調器で生成した複数の回折次数の回折光のうち、応用に用いられる回折次数の回折光を通過させるフィルター系と、
   前記投射系から前記スクリーンに投射される回折光の画像歪曲を補正するための歪曲補正手段と、を含んでなる、単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。
2. 前記投射系は、
   前記回折型光変調器から出射する複数の回折次数を有する回折光を拡大する投射レンズと、
   前記投射レンズから入射する回折光を前記スクリーンにスキャニングするスキャナと、を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。
3. 前記スキャナはガルバノメーターミラーであることを特徴とする、請求項２に記載の単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。
4. 前記スキャナはポリゴンミラーであることを特徴とする、請求項２に記載の単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。
5. 前記フィルター系は、
   前記投射系と前記スクリーンとの間に位置し、前記投射系から投射される複数の回折次数の回折光のうち、所定の回折次数の回折光を通過させることを特徴とする、請求項１に記載の単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。
6. 前記フィルター系は、
   前記回折型光変調器の後段に位置し、前記回折型光変調器から出射する複数の回折次数の回折光のうち、所定の回折次数の回折光を通過させることを特徴とする、請求項１に記載の単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。
7. 前記歪曲補正手段は、光軸に対して一定の屈折率を有し、前記投射系から投射される等角速の光を主照射方向に偏向させ、収差を補正して前記スクリーンに焦点を合わせるｆ・θスキャンレンズであることを特徴とする、請求項１に記載の単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。
8. 前記歪曲補正手段は、前記スクリーンを高輝度スクリーンにすることで前記スクリーンに含まれることを特徴とする、請求項１に記載の単板式回折型光変調器を利用したディスプレイ装置。

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