JP2008026616A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光を射出する光源装置21Rと、該光源装置21Rから射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置24Rと、該空間光変調装置24Rにより変調された光を被投射面に投射する投射装置と、光源装置21Rから射出され空間光変調装置24Rに入射する光を偏向させる偏向手段32とを備え、光源装置21Rから射出された光が、空間光変調装置24Rの表示領域の一部を照明するとともに、光が偏向手段32によって偏向されることにより、光によって照明される照明領域が被投射面上を移動可能とされたことを特徴とする。
【選択図】図3
Description
図15に示すように、光源101から照射された光が液晶ライトバルブ102を透過して投射レンズ103によりスクリーン104へと投射される。スクリーン104に投射された投射光は、スクリーン104の散乱構造により回折し、それらが二次波源のように振舞うことによって拡散される。二次波源による2つの球面波が、互いの位相関係に応じて光の強めあいや弱めあいを起こすことによって、スクリーン104と鑑賞者との間に明暗の縞模様(干渉縞)となって現れる。この干渉縞が発生する像面105に鑑賞者の焦点が合わせられると、鑑賞者は干渉縞をスクリーンをぎらつかせるシンチレーションとして認識する。
よって、特にレーザ光源を用いたプロジェクタの製品化においてシンチレーションの低減は必須技術となっている。
この特許文献1は、スクリーンの拡散性を最適化したもので、拡散層、透明層(レンチキュラーレンズ)、拡散層の3層構造からなるスクリーンが記載されている。このように、散乱層が複雑化することによって干渉斑のランダム性は大きくなる。そのため、斑のうち細かい成分(空間周波数が小さい干渉縞)が多くなると、何らかの視線移動が起きたときに人間の眼の残像特性により光が積分平均化されるという効果が生じ得る。特に、動画鑑賞の場合は頻繁に視線移動が行われるため、シンチレーションの低減が期待できる。
このように、偏光制御ユニットとして、レーザ光源から射出されたレーザビームをウォブリングさせたり、1/2波長板を回転し偏光を変化させることにより、スクリーンから射出される光のスペックルは低減される。
本発明の画像表示装置は、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、該空間光変調装置により変調された光を被投射面に投射する投射装置と、前記光源装置から射出され前記空間光変調装置に入射する光を偏向させる偏向手段とを備え、前記光源装置から射出された光が、前記空間光変調装置の表示領域の一部を照明するとともに、前記光が前記偏向手段によって偏向されることにより、前記光によって照明される照明領域が前記被投射面上を移動可能とされたことを特徴とする。
このように、被投射面上の照明領域が移動するため、照明領域に応じて、被投射面における散乱中心が異なることになる。これにより、被投射面から射出される光の散乱状態が時間的に様々に変化し、視認されていた干渉縞が動き、干渉縞のパターンがより複雑に変化することになる。その結果、被投射面から射出された光が人間の眼の残像特性によって積分平均化され、干渉縞が視認されなくなる。つまり、人間の眼には、残像により画像がある一定時間保持された状態となるので画像が均一に表示されて見えるという特性がある。これにより、被投射面と鑑賞者との間に生じていた干渉縞が解消されてシンチレーションが低減する。よって、シンチレーションによる不快感(表示ムラやぎらつき感)もなくなり鑑賞者の疲労も軽減される。また、本発明は、従来のように拡散層が焦点方向に動くものではないので、光の散乱に伴う画像ボケが生じることもないため、画像が良好に視認される。以上のことから、高輝度、高解像度、高品位な画像を得ることができるようになる。
また、光源装置から射出された光は、偏向手段により、被投射面上を移動しているため、人間の眼の網膜上の1点に静止することはない。すなわち、本発明の画像表示装置は、快適性と言ったユーザビリティの点で優れている。
このように、本発明の画像表示装置は、電圧による液晶素子の駆動のみで、光学部材から射出された光を偏向させることができるので、装置全体として簡易な構成にすることができる。
さらに、光源装置から射出された光は、偏向手段により、被投射面上を移動しているため、人間の眼の網膜上の1点に静止することはない。すなわち、快適性と言ったユーザビリティの点で優れている。
このように、本発明の画像表示装置は、電圧による液晶素子の駆動のみで、空間光変調装置から射出された光を偏向させることができるので、装置全体として簡易な構成にすることができる。
図1(a)は本実施形態に係るリアプロジェクタ(画像表示装置)1の概略構成を示す斜視図であり、図1(b)は、図1(a)に示すリアプロジェクタ1の側面断面図である。本実施形態に係るリアプロジェクタ1は、光源装置から射出された光を光変調手段により変調し、この変調した光をスクリーン10に拡大投射するものである。
図1(b)に示すように、リアプロジェクタ1の筐体2内部の下方には投射光学系20が配設されている。投射光学系20とスクリーン10との間には反射ミラー5,6が設けられており、投射光学系20から出射された光が反射ミラー5,6によって反射され、スクリーン10に拡大投影されるようになっている。
図2は、リアプロジェクタ1の投射光学系20の構成を示す概略図である。なお、図2中においては、簡略化のためリアプロジェクタ1を構成する筐体2は省略している。
照明光学系22Rは、図3に示すように、レーザ光源21Rから射出され、平行化手段(図示略)により平行化された光を集光するレンチキュラレンズアレイ(集光手段)31と、レンチキュラレンズアレイ31から射出された光を偏向する偏向素子(偏光手段)32とを備えている。
レンチキュラレンズアレイ31の射出端面31bには、複数の湾曲面が形成されているため、レンチキュラレンズアレイ31の入射端面31aより入射した平行光は、各湾曲面において複数のライン状の光線、すなわち、マルチビームとして集光されるようになっている。
また、レンチキュラレンズアレイ31により集光された光の垂直方向の幅は小さいほど好ましいが、光の回折限界とレンズの設計条件(ε=0.61λ/NA、ε:レンチキュラレンズアレイの集光径の半径、λ:入射する光の波長、NA=n・sin(θ/2))との制約を受けるため限界がある。よって、例えば、レンチキュラレンズアレイ31により集光される光の幅は、液晶ライトバルブ24R上で数μm程度に絞られている状態が好ましい。
まず、図4に示すように、レンチキュラレンズアレイ31から射出されたライン状の光Nは、具体的に、液晶ライトバルブ24Rの表示領域Kの1画素24aの大きさより十分小さい光となっている。つまり、ライン状の光Nは、1画素24aの狭い領域を照明している。ライン状の光Nは、偏向素子32によって偏向されることにより、液晶ライトバルブ24Rの画素24a上を移動する。
ここで、1画素24aの大きさに対するライン状の光Nの照明領域Lの大きさは、スクリーン10から射出される光の干渉縞が十分に大きく変化し、かつ、積分平均化されることが可能な大きさとなっている。すなわち、この条件を満たすようなレンチキュラレンズアレイ31を用いている。
また、図4に示すように、隣接するライン状の光Nの間隔Pは、隣接するライン状の光同士が干渉を起こさない距離となっている。
偏向素子32は、入射した光の偏光面を回転させる液晶素子33と、複屈折性を有する位相板(光学部材)34とを備えている。
液晶素子33は、図3に示すように、第1電極33a及び第2電極33bに液晶層33cが挟持された構成となっており、第1,第2電極33a,33bは駆動回路(図示略)に接続されている。この駆動回路は、液晶素子33に印加する電圧を制御し、液晶素子33から射出される光の偏光面を時間的に変化させるものである。具体的には、液晶素子33としては、TN(Twisted Nematic)モードの液晶が封入された液晶素子33を用いる。そして、駆動回路からの出力が20Vのときは、液晶素子31に入射した光の偏光面は射出後も変化しない。すなわち、液晶素子33に入射したときの光の偏光面が保持された状態で、液晶素子33から光が射出され、位相板34に入射する。
このような液晶素子33の特性により、液晶素子33に印加する電圧を0V、20Vと変化させると、液晶素子33から射出される光は、液晶素子33の内部の液晶分子の状態に応じた偏光面を有する光となって位相板34に入射する。
例えば、液晶素子33の印加電圧0Vと20Vとの切り替え周波数は、人間が感知可能なフリッカの周波数よりも高い周波数、例えば、30Hz以上、好ましくは60Hz以上に設定されている。
また、位相板34として、具体的には、カルサイト(方解石、成分は炭酸カルシウム)や水晶(石英、成分は二酸化珪素)等の異方性屈折素子を用いることが可能である。
さらに、液晶ライトバルブ24R,24G,24Bに入射する光がマルチビームであるため、一つの光線、すなちち、シングルビームである場合の光強度に比べて、各々の光の強度は弱くなる。これにより、高出力な光を照射した場合に生じる液晶ライトバルブ24R,24G,24Bの損傷を防止することができるため、液晶ライトバルブ24R,24G,24Bが信頼性の高いものとなる。さらには、マルチビームを射出する光源装置は、シングルビームを射出する光源装置に比べて液晶ライトバルブ24R,24G,24Bに照射される光の強度が弱いため、被投射面から射出される光のちらつきも少なく疲労を招きにくくなる。
以上より、本発明のリアプロジェクタ1は、液晶ライトバルブ24R,24G,24Bを備えた画像表示装置に適用可能であり、シンチレーションを確実に防止し、かつ、高画質化を図ることが可能である。
また、偏向素子32としては、液晶素子33及び位相板34に代えて、ホログラム素子や回転プリズム、ミラースキャン等を用いても良い。ホログラム素子としては、例えば、ホログラム原板に計算機で計算して人工的に作成した干渉縞が形成された計算機ホログラム(CGH :Computer Generated Hologram)である。計算機ホログラムは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
さらに、液晶ライトバルブ24R,24G,24Bに入射する光は、ライン状の光,点状の光と、シングルビーム,マルチビームとを組み合わせた光であれば良い。
次に、本発明に係る第2実施形態について、図6から図10を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係るリアプロジェクタ1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態は、偏向素子を用いている点で第1実施形態と共通である。すなわち、第1実施形態では、液晶ライトバルブの前段に偏向素子を配置しているが、本実施形態では、液晶ライトバルブ24R、24G,24Bから射出された光を偏向させる点で第1実施形態と異なる。
なお、図6は、クロスダイクロイックプリズム26を省略した図となっている。
画素24aは、遮光膜45により区画されており、区画された領域のほぼ半分の領域に画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、TFTと略記する)46a,配線等が配置されたTFT形成領域46が形成されている。また、画素24aの残りの半分の領域は、透過領域(開口領域)47となっている。
また、液晶ライトバルブ24Rの画素24aの透過領域47の寸法Sが、画素24aのピッチTより小さくなっている。
位相板42から射出され、スクリーン10に投影される光による照明領域M1は、図8に示すように、照明領域M2,M3,M4,M5の順に、スクリーン10の投射領域Mのスクリーン10の左方から右方へ移動する。このとき、スクリーン10の照明領域M1〜照明領域M5における散乱中心の並びは、領域ごとに異なるものになる。図8の照明領域M1〜照明領域M5に描いた模様はスペックルパターンを模式的に表したものであり、図8から、スペックルパターンは、各照明領域M1〜照明領域M5ごとに異なることが分る。
なお、液晶ライトバルブ24RのTFT51が、図9に示すように、右下の角部に形成されている場合、照明領域M10が対角線方向に移動するように、液晶ライトバルブ24Rから射出された光を偏向させれば良い。
また、照明領域を移動させる方向としては、図10(a)に示すように、遮光膜45の分だけ照明領域M11を左右に移動させても良い。このときの1画素の透過領域の形状は、図10(b)に示すようになり、液晶ライトバルブ24Rが動く際、1画素のうちTFT形成領域46が通過しない領域56は、照明領域M11が重なる領域55に比べて明るくなる。
以上の変形例1及び変形例2から、液晶ライトバルブ24RのTFT51が、右下の角部に形成されている場合でも、照明領域M10,M11を移動させることで、スペックルパターンが異なるため、本実施形態と同様に、シンチレーションを抑えることが可能となる。
次に、本発明に係る第3実施形態について、図11から図14を参照して説明する。
本実施形態に係るリアプロジェクタは、液晶ライトバルブから射出した光を偏向させる点で第2実施形態と同様であり、偏向手段が圧電素子を備えた可動部65である点で第2実施形態と異なる。
次に、可動部65の構成について説明する。
可動部65は、第1圧電素子66と、第2圧電素子67と、第1スライダー68と、第2スライダー69とを備えている。
第1スライダー68は、図11(b)に示すように、液晶ライトバルブ24Rを囲む額縁状であり、第1スライダー68の水平方向に延びる両内側面68a,68bが、液晶ライトバルブ24Rの水平方向に延びる両外側面24b,24cに接触している。また、液晶ライトバルブ24Rの垂直方向に延びる両外側面24d,24eと、第1スライダー68の垂直方向に延びる両内側面68c,68dとの間にはそれぞれ隙間が設けられている。これら隙間のうち液晶ライトバルブ24Rの端面24eと第1スライダー68の側面68dとの隙間には、液晶ライトバルブ24Rと第1スライダー68とに接触して、第1圧電素子66が設けられている。
まず、横方向のスライド構造について説明する。
第1スライダー68の両側面68a,68bには、図12に示すように、V溝71が長手方向に沿って形成されている。また、液晶ライトバルブ24Rの両側面24b,24c側の端部は、V溝71内で摺動可能な傾斜面になっている。これらにより、液晶ライトバルブ24Rは横方向にスライド可能となっている。
また、液晶ライトバルブ24Rの端部には、V溝71に嵌合可能な形状である接触部73が設けられている。この接触部73は、耐摩耗性の高いセラミック等の材料で形成されている。さらに、V溝71の表面には、潤滑グリス、あるいはDLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)の膜が成膜されている。これらにより、V溝71内を液晶ライトバルブ24Rが摺動しても、耐摩耗性、低摩擦化された構造であるため、液晶ライトバルブ24Rの端部が磨耗することはない。
第2スライダー69の両側面69a,69bには、図12に示すように、横方向のスライド構造と同様の構造,表面加工が施されたV溝72が長手方向に沿って形成されている。そして、第1スライダー68の両側面68e,68f側の端部は、V溝72内で摺動可能な傾斜面になっている。また、第1スライダー68の端部には、上記接触部73と同様の材料からなる接触部74が設けられている。
このような構成で、液晶ライトバルブ24Rは第1スライダー68に支持され、第1スライダー68は第2スライダー69に支持されている。
また、本実施形態では、圧電素子を2つ用いて、液晶ライトバルブ24Rを2軸方向で移動させているため、1軸方向で移動させる場合に比べて、スクリーンから射出される光のスペックルパターンがより異なることになる。したがって、多種のスペックルパターンが、人間の眼の残像特性によって積分平均化されるため、より干渉縞が視認されなくなる。
また、本実施形態では、偏向手段として、第1圧電素子66,第2圧電素子67を用いたが、弾性材で支持しただけの構造であっても良い。
また、第1,第2圧電素子66,67として積層ピエゾ素子を用いたが、変位量が小さくても良い場合は、単層のピエゾアクチュエータであっても良い。
具体的な電磁式のアクチュエータの構成は、固定部83に形成されたコイル82と、電磁力によって振動する磁石81とからなっている。また、磁石81の一端面81aには、液晶ライトバルブ24R、あるいは第1スライダー68が固定され、固定部83の一端面83aには、第1スライダー68、あるいは第2スライダー69が固定されている。この構成では、コイル82に電流を加えることにより、磁石81が直進運動し、本実施形態と同様に液晶ライトバルブ24R及び第1スライダー68を移動させることができる。
例えば、上記各実施形態において、背面投射型のプロジェクタ(リアプロジェクタ)を例に挙げて説明したが、フロント投射型のプロジェクタ(画像表示装置)であっても良い。
また、空間光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブを用いた例を示したが、反射型の液晶ライトバルブ、及び、微小ミラーアレイデバイスを空間光変調装置として用いることもできる。その際には、投射光学系の構成は適宜変更される。
Claims (10)
- 光を射出する光源装置と、
該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
該空間光変調装置により変調された光を被投射面に投射する投射装置と、
前記光源装置から射出され前記空間光変調装置に入射する光を偏向させる偏向手段とを備え、
前記光源装置から射出された光が、前記空間光変調装置の表示領域の一部を照明するとともに、前記光が前記偏向手段によって偏向されることにより、前記光によって照明される照明領域が前記被投射面上を移動可能とされたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記偏向手段が、偏光面を回転させる液晶素子と複屈折性を有する光学部材とを備えることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記偏向手段が、ホログラム素子であることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記光源装置から射出された光をライン状の光に集光する集光手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記光源装置から射出された光を点状の光に集光する集光手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記空間光変調装置に入射する光が一つの光線であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記空間光変調装置に入射する光が複数の光線であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 光を射出する光源装置と、
複数の画素を有するとともに該光源装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
該空間光変調装置により変調された光を被投射面に投射する投射装置と、
前記空間光変調装置から射出する光を偏向させる偏向手段とを備え、
前記空間光変調装置の各画素の開口領域の寸法が前記画素のピッチより小さく、
前記空間光変調装置から射出する光が前記偏向手段によって偏向されることにより、前記空間光変調装置の各画素から射出された光による前記被投射面上の照明領域が、前記空間光変調装置の画素のピッチより小さい範囲内で被投射面上を移動可能とされたことを特徴とする画像表示装置。 - 前記偏向手段が、偏光面を回転させる液晶素子と複屈折性を有する光学部材とを備えることを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
- 前記偏向手段が、前記空間光変調装置を移動させる圧電素子であることを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
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