JP2010156744A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画質を向上させつつ、装置の小型化を図ることが可能な表示装置を提供する。
【解決手段】光源１１からの入射光Ｌ１を任意の反射角で個別に反射して映像用光変調素子１３へ照射することが可能な複数の個別反射素子１２１を有する照明光制御素子１２を設ける。また、映像用光変調素子１３の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように、個別反射素子１２１の反射角を個別に制御する。これにより、従来よりも省スペースな構成によって、表示映像に用いる照射光Ｌ２の強度分布の均一化が実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間光変調素子を用いて映像表示を行う表示装置に関する。

空間光変調素子に印加する電気信号に従い、空間光変調素子への入射光を空間変調して出射すると共に、その出射光をスクリーン上に投影することで映像表示を行う投射型表示装置（例えば、液晶プロジェクタなど）が普及している（例えば、特許文献１，２）。

特開２００７−２５６８２９号公報 特開２００８−１５１１３号公報

このような投射型表示装置では、光源からの照明光のエリア整形を行ったり、その照明光の面内均一化を図ったりするため、例えばライトパイプやフライアイレンズなどの、均一化照明光学系を必要としている。これは、空間光変調素子への照射光が適切な形状や強度分布となっていない場合、表示領域内で輝度むらや色むらなどが生じ、表示画質が低下してしまうからである。

このように従来の投射型表示装置では、表示領域内での輝度むらや色むらなどによる表示画質低下を抑えるため、上記した均一化照明光学系などの光学部品やその配置スペースなどが必要となり、小型化への制約になっていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、表示画質を向上させつつ、装置の小型化を図ることが可能な表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、光源と、入射する光を映像信号に基づいて変調する空間光変調素子と、光源と空間光変調素子との間の光路上に配置されると共に、光源からの入射光を任意の反射角で個別に反射して空間光変調素子へ照射することが可能な複数の反射素子を有する照明光制御素子と、この照明光制御素子から空間光変調素子への照射光の照射領域において、空間光変調素子の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように反射素子の反射角を個別に制御する制御部とを備えたものである。

本発明の表示装置では、光源からの入射光が、照明光制御素子における複数の反射素子によって個別の反射角で反射され、空間光変調素子へ照射される。そして、この照射光が、空間光変調素子において映像信号に基づいて変調されることにより、映像信号に基づく映像表示がなされる。この際、空間光変調素子の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように、反射素子の反射角が個別に制御される。したがって、従来よりも省スペースな構成により、表示映像に用いる照射光の強度分布の均一化が実現される。

本発明の表示装置によれば、光源からの入射光を任意の反射角で個別に反射して空間光変調素子へ照射することが可能な複数の反射素子を有する照明光制御素子を設けると共に、空間光変調素子の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように反射素子の反射角を個別に制御するようにしたので、従来よりも省スペースな構成によって、表示映像に用いる照射光の強度分布の均一化を実現することができる。よって、表示画質を向上させつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（照明光制御素子を用いた表示装置の例）
２．変形例
２−１．変形例１（表示映像の輝度分布に応じて照明光の強度分布を制御する例）
２−２．変形例２（不要光取得部を設けた場合の例）
２−３．変形例３（光源出力制御部を設けた場合の例）

＜１．実施の形態＞
［表示装置の構成例］
図１は、本発明の一実施の形態に係る表示装置（表示装置１）の全体構成を表すものである。表示装置１は、外部から入力される映像信号Ｄinに基づく映像表示をスクリーン２上において行うようになっており、投射型の表示装置として構成されている。この表示装置１は、光源１１と、照明光制御素子１２と、映像用光変調素子（空間光変調素子）１３と、投射レンズ１４（投射部）と、制御部１５と、照明光制御素子制御部１６１と、映像用光変調素子制御部１６２とを備えている。

光源１１は、映像表示のための光源であり、例えば、放電管ランプやＬＥＤ（Light Emitting Diode）、レーザなどを用いて構成されている。

照明光制御素子１２は、光源１１と映像用光変調素子１３との間の光路上に配置されている。この照明光制御素子１２は、例えば図１および図２に示したように、光源１１からの入射光Ｌ１を反射面１２Ａ上で任意の反射角で反射し、その反射光を照射光Ｌ２として、映像用光変調素子１３へ照射することが可能となっている。なお、この照明光制御素子１２の詳細構成については、後述する（図３，４）。

映像用光変調素子１３は、照明光制御素子１２からの入射光である照射光Ｌ２を、映像信号Ｄinに基づく制御信号Ｓ３に従って変調するものであり、例えば、液晶素子などを用いて構成されている。

投射レンズ１４は、映像用光変調素子１３とスクリーン２との間の光路上に配置されており、映像用光変調素子１３による変調後の光Ｌ３を、表示光Ｌoutとしてスクリーン２上へ投射させるためのレンズである。

制御部１５は、映像信号Ｄinに基づいて、以下説明する照明光制御素子制御部１６２および映像用光変調素子制御部１６３の動作を制御するものである。

照明光制御素子制御部１６２は、制御部１５による制御に従って、照明光制御素子１２の動作を制御するものである。このような制御は、照明光制御素子１２に対して制御信号Ｓ２を出力することにより行われる。具体的には、照明光制御素子制御部１６２は、詳細は後述するが、映像用光変調素子１３への照射光Ｌ２の照射領域において、この映像用光変調素子１３の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように、照明光制御素子１２を制御するようになっている。

映像用光変調素子制御部１６３は、制御部１５による制御に従って、映像用光変調素子１３の動作（光変調動作）を制御するものである。このような制御は、映像用光変調素子１３に対して制御信号Ｓ３を出力することにより行われる。

次に、図３および図４を参照して、照明光制御素子１２の詳細構成について説明する。

この照明光制御素子１２は、例えば図３に示したように、反射面１２Ａ上においてマトリクス状に２次元配置された微小な複数の個別反射素子１２１（反射素子）を有している。各個別反射素子１２１は、例えば図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、制御信号Ｓ２に従って、光源からの入射光Ｌ１を任意の反射角で個別に反射し、照射光Ｌ２として映像用光変調素子１３へ照射することが可能となっている。すなわち、各個別反射素子１２１の反射角は、図３中の矢印Ｐｘ，Ｐｙでそれぞれ示したように、反射面１２Ａ内の２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に沿って、アナログ的な任意の角度に設定できるようになっている。

［表示装置１の動作］
次に、本実施の形態の表示装置１の動作について説明する。

この表示装置１では、光源１１からの入射光Ｌ１が照明光制御素子１２を介し、照射光Ｌ２として映像用光変調素子１３へ照射される。この照射光Ｌ２は、映像用光変調素子１３において、映像信号Ｄinに基づく制御信号Ｓ３に応じて変調される。そして、変調後の光Ｌ３が投射レンズ１４によってスクリーン２上に投射されることにより、映像信号Ｄinに基づく映像表示がなされる。

この際、例えば、光源１１からの入射光Ｌ１をそのまま映像用光変調素子１３へ照射した場合、映像用光変調素子１３における照射光の照射領域（照明エリア）の形状および強度分布は、例えば図５（Ａ）〜（Ｃ）に示したようになる。すなわち、通常は円形状の照明エリアになると共に、円形の中心部が明るく周辺部が暗い強度分布となる。

したがって、ここで、例えば図６に示したように、このような形状および強度分布の照明エリアを、矩形状(Ｘ軸方向の幅ＩＬＬ＿Ｈ×Ｙ軸方向の幅ＩＩＬ＿Ｗ)かつ均一な強度分布とする場合について考える。まず、Ｘ軸方向の強度分布の断面は、Ｙ軸方向の位置に依存した山形の形状（関数ｉｙ（ｘ））となる。そして、この断面形状を、Ｘ軸方向の所望の幅ＩＬＬ＿Ｗへ均一化した場合、その平均強度はＩave（ｙ）（＝Ｉ（ｙ）／ＩＬＬ＿Ｗ）となる。なお、Ｉ（ｙ）（＝∫ｉｙ（ｘ））は、強度分布の断面の面積である。

このような照明エリアの形状および強度分布の調整は、従来のフロントプロジェクタまたはリアプロジェクタなどの投射型表示装置では、例えばライトパイプやフライアイレンズなど均一化照明光学系を設けることにより実現されている。

具体的には、例えば図７（Ａ）に示した比較例１に係る表示装置では、Ｘ軸方向に沿って山形の形状の強度分布Ｉ１０１を、Ｘ軸方向に均一な強度分布Ｉ１０２へと調整するため、映像用光変調素子１０５の前段にフライアイ照明系１００が設けられている。このフライ照明系１００は、ここでは複数のレンズ系１０１〜１０４から構成されている。

また、例えば図７（Ｂ）に示した比較例２に係る表示装置では、Ｘ軸方向に沿って山形の形状の強度分布Ｉ２０１を、Ｘ軸方向に均一な強度分布Ｉ２０２へと調整するため、映像用光変調素子２０５の前段にライトパイプ照明系２００が設けられている。このライトパイプ照明系２００は、ここでは複数のレンズ系２０１〜２０３から構成されている。

このように、比較例１，２に係る従来の表示装置では、表示領域内での輝度むらや色むらなどによる表示画質低下を抑えるため、上記したフライアイ照明系１００やライトパイプ照明系２００などの均一化照明光学系が設けられている。したがって、そのような均一化照明光学系などの光学部品やその配置スペースなどが必要となり、小型化への制約となってしまう。

これらに対し、本実施の形態の表示装置１では、光源１１からの入射光Ｌ１が、照明光制御素子１２における複数の個別反射素子１２１によって個別の反射角で反射され、映像用光変調素子１３へ照射される。そして、この映像用光変調素子１３の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように、個別反射素子１２１の反射角が個別に制御される。これにより、従来必要とされた、均一化のための照明系１００，２００等を省くことができ、部品点数の削減とフットプリントの縮小とにより、装置の小型化が実現される。したがって、従来よりも省スペースな構成により、表示映像に用いる照射光Ｌ２の強度分布の均一化が実現される。

具体的には、このような照射光Ｌ２の強度分布の制御処理は、例えば図８（Ａ），（Ｂ）に示したようにして行われる。ここで、１つの個別反射素子１２１によって照明される照射光Ｌ２の幅を、Ｓ＿Ｗとする。また、その幅Ｓ＿Ｗ内の照射光Ｌ２の強度をＩｉとする。ここで、この強度Ｉｉを前述の平均強度Ｉave（ｙ）によって除算することにより、Ｗｉ（＝Ｉｉ／Ｉave（ｙ））が求められる。このＷｉは、図中の符号Ｐ１，Ｐ２で示したように、Ｉｉの強度を所望の照明幅に変更した後の照明幅相当になる。したがって、それぞれのＩｉの強度を持つ照明をＷｉだけ離れた距離で照明していけば、均一かつ矩形状の照明エリアが得られることになる。このような制御処理（演算処理）を、まずはＸ軸方向に沿って行い、その後にＹ軸方向に沿って行うことにより、２次元的な所望の照明エリアを得ることができる。

以上のように本実施の形態では、光源１１からの入射光Ｌ１を任意の反射角で個別に反射して映像用光変調素子１３へ照射することが可能な複数の個別反射素子１２１を有する照明光制御素子１２を設けると共に、映像用光変調素子１３の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように個別反射素子１２１の反射角を個別に制御するようにしたので、従来よりも省スペースな構成によって、表示映像に用いる照射光Ｌ２の強度分布の均一化を実現することができる（任意の強度分布を形成することができる）。よって、表示画質を向上させつつ、装置の小型化を図ることが可能となる。

＜２．変形例＞
以下、本発明の変形例をいくつか挙げて説明する。なお、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

（変形例１）
変形例１に係る表示装置は、図１に示した表示装置１において、照明光制御素子制御部１６２が、映像信号Ｄinにより表現される表示映像の輝度分布に応じて照明エリア内の強度分布が変化するように、個別反射素子１２１を制御するようにしたものである。すなわち、映像のシーン内の輝度分布に応じて照射光Ｌ２の輝度分布を変更することにより、表示映像のコントラストおよびダイナミックレンジを広げるようにしたものである。

ここで、まず、図９を参照して、本変形例に対する比較例３に係る表示装置について説明する。図９は、比較例３に係る従来の表示装置（表示装置３００）の全体構成を表すものである。

この表示装置３００は、光源１１と映像用光変調素子１２との間の光路上に、映像用光変調素子１２への照射光Ｌ３０３を調整してコントラストを向上させるための透過型の光変調素子３０３が設けられている。このような表示装置３００では、表示映像のコントラストは、映像用光変調素子１２の性能によって決まることになる。

すなわち、この表示装置３００では、例えば図１０（Ａ）中の符号Ｐ３０１Ｂ，Ｐ３０２Ｂに示したように、光源１１からの入射光Ｌ１の照明分布において、入力映像の暗部の部分をより暗くすることにより、最終画像におけるダイナミックレンジを広げている。具体的には、例えば図１１（Ａ）に示したように、黒レベルの輝度Ｂ３０１〜白レベルの輝度Ｗ３０１からなるダイナミックレンジにおいて、黒レベルの輝度をＢ３０１からＢ３０２へと下げることにより、最終映像のコントラストおよびダイナミックレンジを広げている（暗部のみの引き締め）。したがって、明部の透過率は、（照明用の光変調素子３０３の透過率×映像用光変調素子１２の透過率）となるため、映像用光変調素子１２のみの構成と比べて低下してしまうことになる。また、この場合、明部は元の明るさのままであるため、コントラスト向上およびダイナミックレンジ拡大の効果は、暗い暗室でしか感じることができない。

これに対して、本変形例に係る表示装置では、例えば図１０（Ｂ）中の符号Ｐ３１Ｂ，Ｐ３１Ｗ，Ｐ３２Ｂ，Ｐ３２Ｗにそれぞれ示したように、光源１１からの入射光Ｌ１の照明分布において、暗部の引き締めと同時に明部の明るさを上げている。具体的には、照明光制御素子制御部１６２は、表示映像の輝度分布に基づいて、明部（表示映像のうちの相対的に明るい映像領域）では、照射光Ｌ２の輝度が元の輝度と比べてより明るくなるように、強度分布を変化させている（符号Ｐ３１Ｗ，Ｐ３２Ｗ参照）。一方、暗部（表示映像のうちの相対的に暗い映像領域）では、照射光Ｌ２の輝度が元の輝度と比べてより暗くなるように、強度分布を変化させている（符号Ｐ３１Ｂ，Ｐ３２Ｂ参照）。

つまり、例えば図１１（Ｂ）に示したように、黒レベルの輝度Ｂ１〜白レベルの輝度Ｗ１からなるダイナミックレンジにおいて、黒レベルの輝度をＢ１からＢ２へと下げている（暗部のみの引き締め）。また、それと同時に、白レベルの輝度をＷ１からＷ２へと挙げている（明部に光を集めることによる白の突き上げ）。その結果、図１１（Ａ）に示した比較例３の場合と比べ、コントラストの向上効果およびダイナミックレンジの拡大効果をより強めることができる。

以上のように本変形例では、照明光制御素子制御部１６２が、映像信号Ｄinにより表現される表示映像の輝度分布に応じて照明エリア内の強度分布が変化するように、個別反射素子１２１を制御するようにしたので、従来よりもコントラストの向上効果およびダイナミックレンジの拡大効果をより強めることができる。

具体的には、上記のように暗部の引き締めと同時に白の突き上げをも行うようにしたので、上記のような効果を得ることができる。

（変形例２）
図１２は、本発明の変形例２に係る表示装置（表示装置１Ａ）の全体構成を表すものである。本変形例の表示装置１Ａは、図１に示した表示装置１において、不要光取得部１７をさらに設けるようにしたものである。

この不要光取得部１７は、表示映像の輝度分布に基づいて、照明光制御素子制御部１６２によって照射光Ｌ２から取り除くべきと判断された強度の不要光Ｌ２０を、取得して廃棄するためのものである。そのような取り除くべきとの判断としては、例えば、画面全体が明るくない場合において、必要以上の照射光ｌ２を映像用光変調素子１３へ入射させないようにする場合などが挙げられる。

このようにして、本変形例では、そのような不要光Ｌ２０を廃棄するための不要光取得部１７を設けるようにしたので、全体が暗い映像などにおいて、必要以上に映像用光変調素子１３へ照明することを避けることができる。

（変形例３）
図１３は、本発明の変形例３に係る表示装置（表示装置１Ｂ）の全体構成を表すものである。本変形例の表示装置１Ｂは、図１２に示した表示装置１Ａにおいて、さらに、光源出力制御部１６１を設けるようにしたものである。

この光源出力制御部１６１は、制御部１５から供給される表示映像の輝度分布に応じて、制御信号Ｓ１に従って光源１１の出力制御を行うものである。すなわち、表示映像に応じた光源１１の出力調整機構を持つものとなっている。

このようにして、本変形例では、光源１１の出力調整機能を持つ光源出力制御部１６１を設けるようにしたので、出力をあまり必要としない映像などにおいて迷光を抑え、消費電力を抑えることが可能となる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、表示装置の一例として投射型の表示装置を挙げて説明したが、そのような投射型の表示装置としては、フロント型およびリア型のいずれを用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、映像用光変調素子１３により変調された光Ｌ３をスクリーン２上に投射する投射レンズ１４を備えた投射型の表示装置について説明したが、本発明は、そのような投射部を有しない直視型の表示装置に適用することも可能である。

本発明の一実施の形態に係る表示装置の全体構成を表す図である。 図１に示した照明光制御素子の概略構成例を表す斜視図である。 図１に示した照明光制御素子の詳細構成例を表す平面図である。 照明光制御素子の基本的な作用について説明するための図である。 従来の一般的な照明光の強度分布の一例を表す特性図である。 照明光の強度分布を均一化させる処理の概要について説明するための特性図である。 比較例１，２に係る従来の表示装置の構成を表す図である。 実施の形態における照明光の強度分布を均一化させる処理の詳細について説明するための特性図である。 比較例３に係る従来の表示装置の構成を表す図である。 本発明の変形例１に係る照明光の強度分布の制御処理を比較例３と比較しつつ説明するための模式図である。 本発明の変形例１に係る照明光の強度分布の制御処理を比較例３と比較しつつ説明するための別の模式図である。 本発明の変形例２に係る表示装置の全体構成を表す図である。 本発明の変形例３に係る表示装置の全体構成を表す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…表示装置、１１…光源、１２…照明光制御素子、１２Ａ…反射面、１２１…個別反射素子、１３…映像用光変調素子（空間光変調素子）、１４…投射レンズ、１５…制御部、１６１…光源出力制御部、１６２…照明光制御素子制御部、１６３…映像用光変調素子制御部、１７…不要攻取得部、２…スクリーン、Ｄin…映像信号、Ｓ１〜Ｓ３…制御信号、Ｂ１，Ｂ２…黒レベルの輝度、Ｗ１，Ｗ２…白レベルの輝度。

Claims (6)

1. 光源と、
   入射する光を映像信号に基づいて変調する空間光変調素子と、
   前記光源と前記空間光変調素子との間の光路上に配置されると共に、前記光源からの入射光を任意の反射角で個別に反射して前記空間光変調素子へ照射することが可能な複数の反射素子を有する照明光制御素子と、
   前記照明光制御素子から前記空間光変調素子への照射光の照射領域において、前記空間光変調素子の形状に応じた均一の強度分布が形成されるように、前記反射素子の反射角を個別に制御する制御部と
   を備えた表示装置。
2. 前記制御部は、前記映像信号により表現される表示映像の輝度分布に応じて前記照射領域内の強度分布が変化するように、前記反射素子を制御する
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記制御部は、前記表示映像の輝度分布に基づいて、
   前記表示映像のうちの相対的に明るい映像領域では、前記照射光の輝度が元の輝度と比べてより明るくなるように前記強度分布を変化させ、
   前記表示映像のうちの相対的に暗い映像領域では、前記照射光の輝度が元の輝度と比べてより暗くなるように前記強度分布を変化させる
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記表示映像の輝度分布に基づいて前記照射光から取り除くべきと判断された強度の不要光を廃棄するための不要光取得部を備えた
   請求項２または請求項３に記載の表示装置。
5. 前記制御部は、さらに、前記表示映像の輝度分布に応じて前記光源の出力制御を行う
   請求項２または請求項３に記載の表示装置。
6. 前記空間光変調素子により変調された光をスクリーンに投射する投射部を備えた
   請求項１に記載の表示装置。

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