JP2013011648A - Image display device - Google Patents

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小出  純
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image display device capable of uniformly illuminating an image display element by using a surface emission light source and without using an optical integrator being a complicated optical system.SOLUTION: An image display device includes: light quantity detection means that detects light quantity of a light beam modulated and emitted by an image display element on which an image of a surface emission light source is formed; and control means that detects light quantities of light beams emitted from a first region and a second region of the image display element, and when the light quantities of the light beams emitted from the first region and the second regions are different, controls a modulation amount of the image display element or a light emission amount of the surface emission light source.

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に、画像を被投射面に拡大投影するプロジェクタに利用できる画像表示装置に関するものである。   The present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device that can be used for a projector that enlarges and projects an image on a projection surface.

従来、プロジェクタに用いられる画像表示素子として、液晶パネルやマイクロミラーアレイデバイスがある。これらは、光束の透過と遮断を制御する、あるいは、偏向を制御して、所望の画像を形成する。プロジェクタでは、投射レンズを用いてその画像をスクリーンに投射する。   Conventionally, there are liquid crystal panels and micromirror array devices as image display elements used in projectors. These control the transmission and blocking of the light beam, or control the deflection to form a desired image. In a projector, the image is projected on a screen using a projection lens.

ここで、スクリーン上での照度ムラを低減するために、ケーラー照明として、2枚の2次元配列されたレンズアレイを有するオプティカルインテグレータを用いることが知られている。即ち、光源からの光束を第1のレンズアレイによって複数の光束に分割し、第2レンズアレイによりこれらの分割された複数の光束を画像表示素子の表示領域に重ね合わせるものである。この方法においては、分割した複数の光束を重ね合わせるため、均一性の高い照射光束が得られ、スクリーン上での照度むらが大幅に改善される。   Here, in order to reduce illuminance unevenness on a screen, it is known to use an optical integrator having two two-dimensionally arranged lens arrays as Koehler illumination. That is, the light flux from the light source is divided into a plurality of light fluxes by the first lens array, and the plurality of the divided light fluxes are superimposed on the display area of the image display element by the second lens array. In this method, since a plurality of divided light beams are superposed, a highly uniform irradiation light beam is obtained, and the illuminance unevenness on the screen is greatly improved.

なお、ケーラー照明として、光源からの光束をロッド型のオプティカルインテグレータであるカライドスコープを通過させることによって、光源像を均一化させる方法もある。即ち、均一化されたカライドスコープの光出射側の端面の光束を用いて、画像表示素子を照明する方法である。この方法は、DMDと称されているデジタルミラーデバイス方式の画像表示素子の照明に一般的に使用されているものである。   As Koehler illumination, there is a method of making a light source image uniform by passing a light beam from a light source through a kaleidoscope which is a rod-type optical integrator. That is, this is a method of illuminating the image display element by using the light flux on the end face on the light emission side of the uniformed kaleidoscope. This method is generally used to illuminate a digital mirror device type image display element called DMD.

これらケーラー照明に対し、LEDの矩形発光領域と、画像表示素子と、を照明光学系に関して光学的に共役とするクリティカル照明の投射型液晶表示装置が知られる(特許文献1)。しかしながら、画像表示素子である液晶パネルの照明均一性に関しては言及がされていない。   A projection type liquid crystal display device for critical illumination in which a rectangular light emitting region of an LED and an image display element are optically conjugate with respect to an illumination optical system is known (Patent Document 1). However, no mention is made regarding the illumination uniformity of a liquid crystal panel as an image display element.

特開2006−350171号公報JP 2006-350171 A

上述じたように2次元配列されたレンズアレイである通称フライアイレンズや、ロッド型インテグレータであるカライドスコープが、オプティカルインテグレータとして用いられるが、このようなオプティカルインテグレータは一般に複雑な光学系となる。これは、明るい輝度放射の面発光光源が無く、従来プロジェクタ用の光源として発光効率が高い高圧水銀ランプやキセノンランプやメタルハライドランプが使用されてきたためである。   As described above, a so-called fly-eye lens that is a two-dimensionally arranged lens array and a kaleidoscope that is a rod-type integrator are used as an optical integrator. Such an optical integrator is generally a complicated optical system. . This is because a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, or a metal halide lamp having high luminous efficiency has been used as a light source for a projector without a surface light source that emits bright luminance.

そこで、本発明の目的は、面発光光源を用いて、複雑な光学系であるオプティカルインテグレータを用いずに、画像表示素子の各部分域から出射する光照度を均一化できる画像表示装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an image display device that can use a surface-emitting light source and uniformize the illuminance emitted from each partial area of the image display element without using an optical integrator that is a complex optical system. It is in.

上記目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置の代表的な構成は、面発光光源と、前記面発光光源を所定面に結像させる結像光学系と、前記所定面に設けられる画像表示素子と、前記画像表示素子により変調され、射出された光束の光量を検出する光量検出手段であって、前記画像表示素子の第1領域と第2領域から射出される光束の光量をそれぞれ検出する光量検出手段と、前記第1領域から射出された光束の光量と前記第2領域から射出された光束の光量とが異なる場合、前記第1領域と前記第2領域から射出される光束の光量が近づくように、前記画像表示素子の変調量もしくは前記面発光光源の発光量を制御する制御手段、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a typical configuration of an image display device according to the present invention is provided on a surface emitting light source, an imaging optical system that forms an image of the surface emitting light source on a predetermined surface, and the predetermined surface. An image display element and a light amount detecting means for detecting the light amount of the light beam modulated and emitted by the image display element, wherein the light amount of the light beam emitted from the first area and the second area of the image display element is When the light amount detecting means to detect and the light amount of the light beam emitted from the first region and the light amount of the light beam emitted from the second region are different, the light amount of the light beam emitted from the first region and the second region Control means for controlling the modulation amount of the image display element or the light emission amount of the surface-emitting light source so that the amount of light approaches.

本発明によれば、複雑な光学系であるオプティカルインテグレータを用いずに、画像表示素子の各部分域から出射する光照度を均一化できる 画像表示装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the image display apparatus which can make uniform the illumination intensity emitted from each partial area of an image display element, without using the optical integrator which is a complicated optical system can be provided.

本発明の実施形態である投写型画像表示装置の構成斜視図である。1 is a configuration perspective view of a projection type image display apparatus according to an embodiment of the present invention. (A)、(B)は本発明の実施形態に用いる液晶変調パネルの概略構成図である。(A), (B) is a schematic block diagram of the liquid crystal modulation panel used for embodiment of this invention. (A)、(B)は本発明の実施形態に用いるLED光源の概略構成図である。(A), (B) is a schematic block diagram of the LED light source used for embodiment of this invention. 本発明の実施形態に用いる制御ドライバーのブロック構成図である。It is a block block diagram of the control driver used for embodiment of this invention. フィールドシーケンシャル表示を説明する図である。It is a figure explaining a field sequential display. 本発明の実施形態における均一性制御用センサーを配置した投写型画像表示装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the projection type image display apparatus which has arrange | positioned the sensor for uniformity control in embodiment of this invention. 均一性制御の方法を説明するための液晶変調パネルの表示領域説明図である。It is a display area explanatory drawing of the liquid crystal modulation panel for demonstrating the method of uniformity control. 均一性制御の制御工程を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the control process of uniformity control.

以下に、本発明の好ましい実施形態として、小型であって低価格化が可能な画像表示装置につき、図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, as a preferred embodiment of the present invention, an image display device that is small and can be reduced in price will be described in detail with reference to the drawings.

《第1の実施形態》
(照明光学系)
先ず、本実施形態に用いられる照明光学系について図1に基づき説明する。図1は投写型画像表示装置を構成する主要な構成斜視図である。光源となるLEDは、赤緑青の色の3原色に相当する3個のRGB色LEDを用いており、1RはR色(レッド色)用LED光源、1GはG色(グリーン色)用LED光源、1BはB色(ブルー色)用LED光源である。RGB色それぞれの各色のLEDからの放射光束は、R色用のコリメータレンズ2R、G色用のコリメータレンズ2G、B色用のコリメータレンズ2Bによって略平行光束に変換され、ダイクロイックフィルターであるクロスダイクロイックプリズム3に入射する。
<< First Embodiment >>
(Illumination optics)
First, the illumination optical system used in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of main components constituting a projection type image display apparatus. The LED used as the light source uses three RGB color LEDs corresponding to the three primary colors of red, green and blue. 1R is an LED light source for R color (red color), and 1G is an LED light source for G color (green color). Reference numeral 1B denotes a B (blue) LED light source. The radiated light beams from the LEDs of each of the RGB colors are converted into substantially parallel light beams by the R color collimator lens 2R, the G color collimator lens 2G, and the B color collimator lens 2B, and the cross dichroic is a dichroic filter. Incident on the prism 3.

色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム3は、G色光束に関しては透過する特性を有しており、R色とB色に関しては、クロス状に配されたダイクロイック膜によって反射する特性を有している。RGBそれぞれの光束を図中右奥側に導光するように配されている。RGBの3色が同じ光路を通過するように、クロスダイクロイックプリズム3は配置されている。次にクロスダイクロイックプリズム3から出射した光束は偏光板4によって図中上下方向の偏光成分のみを通過させる。   The cross dichroic prism 3 as a color synthesis optical system has a characteristic of transmitting a G color light beam, and has a characteristic of reflecting an R color and a B color by a dichroic film arranged in a cross shape. Yes. It arrange | positions so that each RGB light beam may be guided to the right back side in the figure. The cross dichroic prism 3 is arranged so that the three colors of RGB pass through the same optical path. Next, the light beam emitted from the cross dichroic prism 3 passes only the polarization component in the vertical direction in the figure by the polarizing plate 4.

ここで、偏光板4を通過した光束はリレーレンズ5によって、液晶変調パネル8の有効表示領域に、各LED光源の発光領域の像(LEDの発光光束のニアフィールドパターン)を投影する。即ち、コリメータレンズ2とリレーレンズ5の組合せ光学系により、LED光源は液晶変調パネルが設けられる所定面に結像され、LED光源と液晶変調パネルは光学的に共役となる。   Here, the light flux that has passed through the polarizing plate 4 is projected on the effective display area of the liquid crystal modulation panel 8 by the relay lens 5 as an image of the light emission area of each LED light source (near field pattern of the light emission light flux of the LED). That is, the combined optical system of the collimator lens 2 and the relay lens 5 forms an image of the LED light source on a predetermined surface on which the liquid crystal modulation panel is provided, and the LED light source and the liquid crystal modulation panel are optically conjugate.

この略結像投影の光路において、偏光ビームスプリッタ6によって、図中上下方向の偏光成分を反射し、液晶変調パネル8が配されている方向へ光束を導く。また、波長板7を通過させることにより、光束の偏光方向が液晶変調パネル8の黒表示状態のリタデーションにマッチングするように微調整される。液晶変調パネル8に到達した光束は、液晶変調パネルの表示領域に配された複数の画素の変調状態に応じて、各画素領域で位相差を与えられ反射する。   In the optical path of this substantially image projection, the polarization beam splitter 6 reflects the polarization component in the vertical direction in the figure, and guides the light beam in the direction in which the liquid crystal modulation panel 8 is disposed. Further, by passing through the wave plate 7, the polarization direction of the light beam is finely adjusted so as to match the black display retardation of the liquid crystal modulation panel 8. The light beam reaching the liquid crystal modulation panel 8 is reflected with a phase difference in each pixel area according to the modulation state of a plurality of pixels arranged in the display area of the liquid crystal modulation panel.

ここで液晶の表示される画像情報や、RGBの表示フレームの制御に関しては、制御ドライバー200がLED光源のRGB発光色を選択し、発光色に合わせた液晶変調パネルの表示画像を決定し時系列に制御している。また、制御ドライバー200は、液晶変調パネルへの光照度の均一化の制御を行なうが、光照度の均一化制御に関しては、後に詳細に述べる。   Here, regarding the image information displayed on the liquid crystal and the control of the RGB display frame, the control driver 200 selects the RGB light emission color of the LED light source, determines the display image of the liquid crystal modulation panel according to the light emission color, and time-series. Is controlling. Further, the control driver 200 controls the uniform light illuminance to the liquid crystal modulation panel. The uniform light intensity control will be described later in detail.

液晶変調パネル8によって画像の位相差変調を受けた光束は反射し、再度液晶のリタデーションを補正する波長板7を通過し、偏光ビームスプリッタ6に入射する。偏光ビームスプリッタ6に入射した光束は、図中上下方向の偏光成分は反射され光源側へ戻り、図中左右方向の偏光成分は偏光分離膜を通過し、投射レンズ9側へ導かれる。つまり、液晶変調パネル8によって各画素に位相差変調を与えた状態が光画像として情報化され、位相差を与えられた部分が光画像として投射レンズ9へ転送される。   The light beam that has undergone the phase difference modulation of the image by the liquid crystal modulation panel 8 is reflected, passes through the wave plate 7 that corrects the retardation of the liquid crystal again, and enters the polarization beam splitter 6. The light beam incident on the polarization beam splitter 6 is reflected in the vertical polarization component in the figure and returned to the light source side, and the polarization component in the horizontal direction in the figure passes through the polarization separation film and is guided to the projection lens 9 side. That is, the state in which the phase difference modulation is applied to each pixel by the liquid crystal modulation panel 8 is converted into an optical image, and the portion to which the phase difference is applied is transferred to the projection lens 9 as an optical image.

投射光学系である投射レンズ9は、液晶変調パネル8の画像表示領域面を投射面であるスクリーン10に拡大共役投影を行い、スクリーン10に光画像が投影される。スクリーン10は光拡散面で構成されており、照射された光を拡散反射することによって、スクリーンを見ることで画像を視認出来るようになる。   The projection lens 9 that is a projection optical system performs an enlarged conjugate projection on the screen 10 that is the projection surface of the image display area surface of the liquid crystal modulation panel 8, and an optical image is projected onto the screen 10. The screen 10 is composed of a light diffusing surface. By diffusing and reflecting the irradiated light, an image can be visually recognized by looking at the screen.

ここで、R色用、G色用、B色用のLED光源の液晶変調パネルへの結像状態に関して、各色用のコリメータレンズを個別に調整することで、結像状態の差異を無くしたフォーカス調整を行うことができる。    Here, with respect to the imaging state of the LED light source for R color, G color, and B color on the liquid crystal modulation panel, the focus that eliminates the difference in the imaging state by individually adjusting the collimator lens for each color Adjustments can be made.

コリメータレンズを調整すれば、コリメータレンズ以後の光学部品である、クロスダイクロイックプリズム3、リレーレンズ5、偏光ビームスプリッタ6等を介したR色、G色、B色の光束の結像状態の差異が吸収できる。   If the collimator lens is adjusted, the difference in the imaging state of the R, G, and B light fluxes through the cross dichroic prism 3, the relay lens 5, the polarizing beam splitter 6 and the like, which are optical components after the collimator lens, can be obtained. Can absorb.

本実施形態で説明している投写型画像表示装置は、液晶変調パネル8が1個配置された系で説明を行っているが、液晶表示パネルをR色用、G色用、B色用と3個使用した一般に呼ばれている3板色液晶プロジェクターの系にて用いることも可能である。   The projection type image display apparatus described in the present embodiment is described in a system in which one liquid crystal modulation panel 8 is arranged. However, the liquid crystal display panels are for R color, G color, and B color. It can also be used in a system of three commonly called three-plate color liquid crystal projectors using three.

また、本実施形態で説明している投写型画像表示装置は画像変調に液晶変調パネルを使用したものであるが、画像変調デバイスとしてデジタルミラーデバイス等の画素を構成する複数のマイクロミラーが個別に偏向変調するデバイスを用いても構わない。この場合には、偏光板4、波長板7は不要となり、偏光ビームスプリッタの代りに全反射チルトプリズムと呼ばれる照明光がデジタルミラーデバイスに斜入射し、変調反射方向がデジタルミラーデバイスの表示面に対して垂直に反射する構成の光学系に代えれば良い。   The projection type image display apparatus described in this embodiment uses a liquid crystal modulation panel for image modulation, but a plurality of micromirrors constituting pixels such as a digital mirror device are individually provided as image modulation devices. A device that performs deflection modulation may be used. In this case, the polarizing plate 4 and the wave plate 7 are unnecessary, and illumination light called a total reflection tilt prism is obliquely incident on the digital mirror device instead of the polarizing beam splitter, and the modulation reflection direction is on the display surface of the digital mirror device. The optical system may be replaced with an optical system configured to reflect vertically.

(液晶変調パネル)
次に、この投写型画像表示装置の構成に用いられている液晶変調パネルについて、図2を用いて説明する。図2は液晶変調パネルの概略構成図であって、(A)は斜視図(B)は上面図である。液晶表示パネルの画像表示領域は804に示す領域であって、液晶は、液晶回路基板801と対向ガラス基板802に挟まれた領域に配されている。液晶層はギャップ約3μmの厚さを維持して、ビーズ等のギャップ維持材料を混入したシール材で画像表示領域外周でシーリングして維持されている。
(LCD modulation panel)
Next, a liquid crystal modulation panel used in the configuration of the projection type image display apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the liquid crystal modulation panel, where (A) is a perspective view and (B) is a top view. An image display area of the liquid crystal display panel is an area indicated by reference numeral 804, and the liquid crystal is disposed in an area sandwiched between the liquid crystal circuit substrate 801 and the counter glass substrate 802. The liquid crystal layer maintains a thickness of about 3 μm and is maintained by sealing on the outer periphery of the image display region with a sealing material mixed with a gap maintaining material such as beads.

画像表示領域804は、複数のマトリックス状に配された画素によって構成されており、各画素はフレキ端子803から入力された画像信号と制御信号によって、電気的にコントロールされる。電気的にコントロールされた各画素は、画像に応じた所定電圧が印加され、対向するガラス基板はITO全面電極が配されており、ITO電極には所定一定電圧が印加されている。この状態によって、液晶回路基板801と対向ガラス基板802とに挟まれた液晶には各画素の位置で、画像情報に応じた電圧が印加される。   The image display area 804 is composed of a plurality of pixels arranged in a matrix, and each pixel is electrically controlled by an image signal and a control signal input from the flexible terminal 803. A predetermined voltage corresponding to an image is applied to each electrically controlled pixel, an ITO full-surface electrode is disposed on the opposing glass substrate, and a predetermined constant voltage is applied to the ITO electrode. In this state, a voltage corresponding to image information is applied to the liquid crystal sandwiched between the liquid crystal circuit substrate 801 and the counter glass substrate 802 at the position of each pixel.

この電圧によって液晶は分子配列の方向を変位させ、複屈折を有している液晶が方向を変えることによって、通過する光に位相差を与えて、画像を表示するものである。ここで、画像表示領域804は複数の画像が配列された長方形形状の形をしたものになっている。   By this voltage, the liquid crystal displaces the direction of the molecular arrangement, and the liquid crystal having birefringence changes the direction, thereby giving a phase difference to the passing light and displaying an image. Here, the image display area 804 has a rectangular shape in which a plurality of images are arranged.

(LED光源)
次に、この投写型表示装置の構成に用いられている、1チップ構成の面発光光源であるLED光源について、図3を用いて説明する。図3はLED光源の概略構成図であって、(A)は斜視図(B)は上面図である。LED光源の構成はR色用、G色用、B色用それぞれ同等の構成となっている。LED光源の光放射領域はLED素子101の表面領域であって、LED素子101は内部に発光層を有し、発光層は、電子を発光層に注入する電極とホールを発光層に注入する電極で挟まれた構造である。
(LED light source)
Next, an LED light source which is a one-chip surface emitting light source used in the configuration of the projection display device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the LED light source, where (A) is a perspective view and (B) is a top view. The configuration of the LED light source is the same for each of the R color, G color, and B color. The light emission region of the LED light source is a surface region of the LED element 101, and the LED element 101 has a light emitting layer inside, and the light emitting layer is an electrode that injects electrons into the light emitting layer and an electrode that injects holes into the light emitting layer. It is a structure sandwiched between.

図中上面からホールを注入する電極にワイヤーボンディング104が接続されており、図中LED素子の下裏面から電子を注入する電極にLED素子基板102上にパターニングされた配線が接続されている。この2つの配線が端子パッド103に接続されており、端子パッド103に電力を供給することによって、LED素子101が発光層内で電子とホールのエキシトン結合が成され光子が生成され、外部に放出される構造となっている。ここで、LED素子101の上面である発光領域が長方形形状の形をしたものになっている。   Wire bonding 104 is connected to an electrode for injecting holes from the upper surface in the drawing, and wiring patterned on the LED element substrate 102 is connected to an electrode for injecting electrons from the lower and rear surfaces of the LED element in the drawing. These two wirings are connected to the terminal pad 103, and by supplying power to the terminal pad 103, the LED element 101 forms an exciton combination of electrons and holes in the light emitting layer, and photons are generated and emitted to the outside. It has a structure. Here, the light emitting region which is the upper surface of the LED element 101 has a rectangular shape.

本実施形態では面発光光源にLED素子を用いているものであるが、面発光特性を有するものであれば、有機EL(有機材料がエキシトン結合のよって光子放出する素子)やFED(電子のフールドエミッションによって蛍光体を発光させる素子)を用いても良い。   In this embodiment, an LED element is used as a surface emitting light source. However, an organic EL (an element in which an organic material emits photons by exciton coupling) or FED (an electron field) is used as long as it has surface emitting characteristics. An element that emits a phosphor by emission) may be used.

これまで述べてきた液晶変調パネルの画像表示領域804と、LED素子101の発光領域が共に長方形形状をしている。さらに好ましくは液晶変調パネルの画像表示領域804の長方形の長辺と短辺の縦横比であるアスペクト比と、LED素子101の発光領域の長方形のアスペクト比が同一であって相似形に対応しているものが最も好ましいものである。そこで、本実施形態では、投写型表示装置の光学系が、LED素子の発光のニアフィールドパターンを液晶変調パネルの画像表示領域801へ、同一の縦横比となるよう、変倍投影する。   Both the image display area 804 of the liquid crystal modulation panel described so far and the light emitting area of the LED element 101 are rectangular. More preferably, the aspect ratio, which is the aspect ratio of the long side and the short side of the rectangle of the image display area 804 of the liquid crystal modulation panel, is the same as the aspect ratio of the rectangle of the light emitting area of the LED element 101 and corresponds to the similar shape. It is the most preferable one. Therefore, in the present embodiment, the optical system of the projection display apparatus projects the near-field pattern of the light emission of the LED element to the image display area 801 of the liquid crystal modulation panel so as to have the same aspect ratio.

略共役投影とは、LED素子101に電力を供給するワイヤーボンディング104の像が画像表示領域804上にくっきりと投影されることを避けるために、適度にLED発光ニアフィールド像をボケさせることを意味しているものである。   The substantially conjugate projection means that the LED light emitting near-field image is moderately blurred in order to avoid the image of the wire bonding 104 that supplies power to the LED element 101 being projected clearly on the image display area 804. It is what you are doing.

また、複数のLED素子が近接した状態でN個掛けるN個の配列で並べられて一つの色をつかさどる光源として使用する場合には、図3中のLED素子101の上面である光放射面のニアフィールドパターンはN掛けるNの発光領域のパターンになる。この場合には、投写型表示装置の光学系はLED素子の発光のニアフィールドパターンを液晶変調パネルの画像表示領域801へ適度に像をボケさせる。このことによって液晶変調パネルの画像表示領域804はほぼ均等に光照明することもできる。   In addition, when the LED element 101 is used as a light source for controlling one color by arranging N LED elements in a state where N LED elements are close to each other, the light emitting surface of the LED element 101 in FIG. The near field pattern is a pattern of N times N light emitting areas. In this case, the optical system of the projection display apparatus appropriately blurs the image of the near-field pattern of the light emission of the LED element to the image display area 801 of the liquid crystal modulation panel. As a result, the image display area 804 of the liquid crystal modulation panel can be illuminated with light almost evenly.

(画像表示装置の動作過程)
次に、図4、図5を用いて本実施形態の投写型画像表示装置が画像を表示する動作過程を説明する。図1に示されている制御ドライバー200の構成の詳細を図4に示してある。表示しようとしている画像信号は装置の本体または外部のPC装置またはビデオプレイヤー装置からフレームメモリ201に格納される。フレームメモリ201はR色G色B色用の3フレームの画像情報を格納できるようになっている。一方、制御ドライバー200は制御クロック202を有しており、このクロック信号をもとにタイミングを同期させて動作している。制御クロック202から同期基本クロックをタイミング制御部203が受け取る。
(Operation process of image display device)
Next, an operation process in which the projection type image display apparatus according to this embodiment displays an image will be described with reference to FIGS. Details of the configuration of the control driver 200 shown in FIG. 1 are shown in FIG. The image signal to be displayed is stored in the frame memory 201 from the main body of the apparatus or an external PC apparatus or video player apparatus. The frame memory 201 can store image information of three frames for R, G, and B colors. On the other hand, the control driver 200 has a control clock 202 and operates by synchronizing the timing based on this clock signal. The timing control unit 203 receives a synchronous basic clock from the control clock 202.

タイミング制御部203は、液晶変調パネル8のドライブに関しては、フレームメモリ201からの情報転送、液晶変調パネル8へ画像情報を転送するための画像出力制御部204の動作タイミング制御を行っている。一方、タイミング制御部203は、LED光源1R、1G、1Bに関しては、発光をドライブするRドライバー206R、Gドライバー206G、Bドライバー206Bの動作切換えを行う切替制御部205の動作タイミング制御を行っている。また、液晶変調パネル8への電力供給を司る液晶用電源207、LED光源1R、1G、1Bへ電力供給を司るLED用電源208を備えているものである。   Regarding the drive of the liquid crystal modulation panel 8, the timing control unit 203 performs information transfer from the frame memory 201 and operation timing control of the image output control unit 204 for transferring image information to the liquid crystal modulation panel 8. On the other hand, for the LED light sources 1R, 1G, and 1B, the timing control unit 203 performs operation timing control of the switching control unit 205 that switches the operations of the R driver 206R, G driver 206G, and B driver 206B that drive light emission. . Further, a liquid crystal power source 207 that controls power supply to the liquid crystal modulation panel 8 and an LED power source 208 that controls power supply to the LED light sources 1R, 1G, and 1B are provided.

(画像表示過程)
上記した制御ドライバーによって、画像の表示過程を図5を用いて説明する。液晶変調パネル8に表示される画像情報はR色用G色用B色用を1セットとしてサイクリックに繰り返される。このサイクリックに繰り返される液晶表示画像に同期して、R色用の画像を表示している時間はR色用のLED光源1Rが発光点灯し、G色用の画像を表示している時間はG色用のLED光源1Gが発光点灯する。そして、B色用の画像を表示している時間はB色用のLED光源1Bが発光点灯しする過程が繰り返される。スクリーン10上では、1つの画像フレームに対して、R色成分、G色成分、B色成分が時系列で表示されるものである。
(Image display process)
An image display process using the above-described control driver will be described with reference to FIG. The image information displayed on the liquid crystal modulation panel 8 is cyclically repeated with one set for the R color, the G color, and the B color. In synchronism with the cyclically repeated liquid crystal display image, the R color LED light source 1R emits and lights and the G color image is displayed for the time during which the R color image is displayed. The LED light source 1G for G color emits light. The process in which the LED light source 1B for B color emits light is repeated during the time when the B color image is displayed. On the screen 10, the R color component, the G color component, and the B color component are displayed in time series for one image frame.

一般にフィールドシーケンシャル表示方式と呼ばれているものであって、1つの画像フレームのRGB色画像の表示時間が短ければ、画像を観察しているユーザーはRGB色の混合色を認識することとなって、カラー画像を観察するものである。現在表示するソースである画像情報データは一般的には60Hzの画像信号が広く使用されており、60Hzの画像情報に対してRGBの色表示を180Hzで表示した場合には、通常の視認ではカラー画像を認識できるものである。   This is generally called a field sequential display method. If the display time of an RGB color image of one image frame is short, a user observing the image recognizes a mixed color of RGB colors. A color image is observed. Generally, 60 Hz image signals are widely used as the image information data that is the source to be displayed at present. When the RGB color display is displayed at 180 Hz with respect to the 60 Hz image information, it is a color for normal viewing. It can recognize images.

(光照度の均一化制御)
今、LED光源が、LED光源の個体差により発光面内の発光強度ムラが有った場合、クリティカル照明を行うと光源の発光ムラがそのまま画像表示素子の照明ムラへと転送されてしまう。また、LED光源を長時間発光させた時、計時変化により発光強度ムラの状態が変化した場合にも、スクリーン上に投影される光量にムラが生じ、好ましくない。
また、LED光源自体の発光面の発光強度が均一であっても、光源と画像表示素子の結像関係の波長依存性、角度依存性がある場合にも画像表示素子上の照度ムラが発生する。
(Light illumination uniformity control)
If the LED light source has light emission intensity unevenness in the light emitting surface due to individual differences of the LED light sources, the light emission unevenness of the light source is directly transferred to the illumination unevenness of the image display element when performing critical illumination. In addition, when the LED light source emits light for a long time, even when the state of uneven emission intensity changes due to a change in time, unevenness occurs in the amount of light projected on the screen, which is not preferable.
Even if the light emission intensity of the light emitting surface of the LED light source itself is uniform, the illuminance unevenness on the image display element also occurs when there is a wavelength dependency and an angle dependency of the imaging relationship between the light source and the image display element. .

本発明では、画像表示素子の各部分から射出する光照度を均一化する制御手段を設けているので上記課題を解決できる。   In the present invention, since the control means for equalizing the illuminance emitted from each part of the image display element is provided, the above problem can be solved.

画像表示素子の各部分域から出射する光照度を均一化する制御方法を、図6乃至図8を用いて説明する。図6は、画像表示素子である液晶変調パネル8の第1領域と第2領域から射出し投射レンズ9に入射する光束の光量を検出する、光量検出手段としての光量センサー300を、投写型画像表示装置に挿入する場合を示す。   A control method for equalizing the illuminance emitted from each partial area of the image display element will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a projection type image of a light quantity sensor 300 as a light quantity detecting means for detecting the quantity of light emitted from the first area and the second area of the liquid crystal modulation panel 8 as an image display element and entering the projection lens 9. The case where it inserts into a display apparatus is shown.

光量センサー300は、光照度を均一化する制御を行なうときのみ、液晶変調パネル8から出射し投射レンズ9に入射する投射レンズの光入射側位置に、光受光面を偏光ビームスプリッタ6側に向けて挿入され、固定される。ここで、光照度を均一化する制御を行なうとき、図7に示すように、液晶変調パネル8の画像表示領域804は、N掛けるM個に分割した領域で、時間順に白(反射率最大状態)を表示してゆく。なお、白を表示していない領域は黒(反射率最小状態)を表示している。   Only when the light intensity sensor 300 performs control to equalize the light illuminance, the light receiving surface is directed to the light incident side position of the projection lens that is emitted from the liquid crystal modulation panel 8 and enters the projection lens 9, and the light receiving surface is directed to the polarization beam splitter 6 side. Inserted and fixed. Here, when performing control to make the light illuminance uniform, as shown in FIG. 7, the image display area 804 of the liquid crystal modulation panel 8 is an area divided into M times N and is white in time order (maximum reflectance). Will be displayed. Note that the area not displaying white displays black (reflectance minimum state).

画像表示素子の各部分域から出射する光照度が均一化された理想状態では、画像表示素子の各部分域から順次出射する光束を受光する光量センサー300の出力が時間的に一定値となる。光量センサー300の出力が時間的に一定値とならない場合は、画像表示素子あるいは面発光光源の各部分域毎に変調して、光量センサー300の出力が時間的に一定値となるようにする。   In an ideal state where the illuminance emitted from each partial area of the image display element is uniform, the output of the light quantity sensor 300 that receives the light beams sequentially emitted from each partial area of the image display element has a constant value over time. When the output of the light quantity sensor 300 does not become a constant value in time, the output of the light quantity sensor 300 becomes a constant value in time by modulating each partial area of the image display element or the surface emitting light source.

図8に、画像表示素子の各部分域から出射する光照度を均一化するシーケンスを説明する。先ず光量センサー300を前述した位置へ挿入し、液晶変調パネルをR色表示時の黒状態として表示する。次にLED光源はR色用を点灯する。液晶変調パネルのN掛けるM分割された領域をiのループjのループで順次白状態に変調してゆき、このループ順と同期して光量センサー300の出力値を順次読み取って、制御ドライバー200内のメモリーにデータをセットしてゆく。   FIG. 8 illustrates a sequence for equalizing the illuminance emitted from each partial area of the image display element. First, the light quantity sensor 300 is inserted into the above-described position, and the liquid crystal modulation panel is displayed as a black state at the time of R color display. Next, the LED light source is turned on for the R color. The N-divided M divided area of the liquid crystal modulation panel is sequentially modulated into a white state by a loop j of i, and the output value of the light quantity sensor 300 is sequentially read in synchronization with the loop order, and the control driver 200 Set the data in the memory.

上述したR色表示を、G色表示、B色表示の順に繰り返す。RGB全色の表示位置の白状態の光量センサー出力値のデータを読み取り、メモリーにデータセットされた後、光量センサー300を光路から退避させる。   The aforementioned R color display is repeated in the order of G color display and B color display. The light amount sensor output value data in the white state at the display positions of all RGB colors is read and set in the memory, and then the light amount sensor 300 is retracted from the optical path.

上記メモリーにセットされた、RGB各色の白状態表示光量データを基に、装置の製造初期の状態(理想状態)となるように、制御ドライバー200は、画像表示素子の変調量あるいは面発光光源の発光量を各部分域毎に制御する。画像表示素子を各部分域毎に変調する場合、各部分域とは画素あるいは画素グループ(隣接する複数個の画素をグループ化したもの)の領域となる。面発光光源を各部分域毎に変調する場合、各部分域とは面発光光源を構成する単位光源の領域となる。   Based on the white state display light quantity data of each color of RGB set in the memory, the control driver 200 controls the modulation amount of the image display element or the surface emitting light source so as to be in the initial manufacturing state (ideal state) of the apparatus. The amount of light emission is controlled for each partial area. When the image display element is modulated for each partial area, each partial area is an area of a pixel or a pixel group (a group of a plurality of adjacent pixels). When the surface emitting light source is modulated for each partial area, each partial area is an area of a unit light source constituting the surface emitting light source.

なお、面発光光源の発光強度が時間的に変動する場合であっても、液晶変調パネル8から出射した各部分域から順次出射する光束を光量センサー300で受光し、上述したものと同様に照度の均一化が図られる。即ち、光量センサー300の出力が時間的に一定値とならない場合、画像表示素子である液晶変調パネル8あるいは面発光光源であるLED光源1の各部分域毎に変調することで、同様の補正が可能となる。   Even when the emission intensity of the surface light source varies with time, the light quantity sensor 300 receives the light beams sequentially emitted from the partial areas emitted from the liquid crystal modulation panel 8, and the illuminance is the same as described above. Can be made uniform. That is, when the output of the light quantity sensor 300 does not become a constant value in time, the same correction can be performed by modulating each partial area of the liquid crystal modulation panel 8 as an image display element or the LED light source 1 as a surface light source. It becomes possible.

(変形例)
上述した実施形態において、液晶変調パネルは反射型を用いたが、透過型であっても良い。更に、結像光学系としては、上述した実施形態以外の任意のレンズ光学系、あるいは任意のミラー光学系を用いることができる。
(Modification)
In the embodiment described above, the liquid crystal modulation panel is a reflection type, but may be a transmission type. Further, as the imaging optical system, any lens optical system other than the above-described embodiment or any mirror optical system can be used.

1・・LED光源、2・・コリメータレンズ、3・・クロスダイクロイックプリズム、4・・偏光板、5・・リレーレンズ、6・・偏光ビームスプリッタ、7・・波長板、8・・液晶変調パネル、9・・投射レンズ、10・・スクリーン、200・・制御ドライバー、300・・光量センサー 1 .... LED light source, 2 .... collimator lens, 3 .... cross dichroic prism, 4 .... polarizing plate, 5 .... relay lens, 6 .... polarizing beam splitter, 7 .... wavelength plate, 8 .... liquid crystal modulation panel 9, Projection lens, 10 ... Screen, 200 ... Control driver, 300 ... Light sensor

Claims (7)

面発光光源と、
前記面発光光源を所定面に結像させる結像光学系と、
前記所定面に設けられる画像表示素子と、
前記画像表示素子により変調され、射出された光束の光量を検出する光量検出手段であって、前記画像表示素子の第1領域と第2領域から射出される光束の光量をそれぞれ検出する光量検出手段と、
前記第1領域から射出された光束の光量と前記第2領域から射出された光束の光量とが異なる場合、前記第1領域と前記第2領域から射出される光束の光量が近づくように、前記画像表示素子の変調量もしくは前記面発光光源の発光量を制御する制御手段、
を有することを特徴とする画像表示装置。
A surface emitting light source;
An imaging optical system for imaging the surface-emitting light source on a predetermined surface;
An image display element provided on the predetermined surface;
Light amount detection means for detecting the light amount of the light beam modulated and emitted by the image display element, the light amount detection means for detecting the light amount of the light beam emitted from the first area and the second area of the image display element, respectively. When,
When the light amount of the light beam emitted from the first region is different from the light amount of the light beam emitted from the second region, the light amount of the light beam emitted from the first region and the second region is made closer to each other. Control means for controlling the modulation amount of the image display element or the light emission amount of the surface-emitting light source;
An image display device comprising:
前記面発光光源は、3原色であるレッド色、グリーン色、ブルー色を夫々放射する複数の光源であり、レッド色、グリーン色、ブルー色のそれぞれの色光を放射する夫々の光源からの放射光束をダイクロイックフィルターを介して合成し、前記画像表示素子を照明することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。   The surface-emitting light sources are a plurality of light sources that respectively emit three primary colors of red, green, and blue. The image display device according to claim 1, wherein the image display element is illuminated by combining the two through a dichroic filter. 前記夫々の面発光光源から放射する光束を夫々平行光束に変換する複数のコリメータレンズを有し、
夫々の前記面発光光源を前記画像表示素子に結像させるフォーカス調整は、夫々の前記コリメータレンズの調整によって行うことを特徴とする請求項2に記載の画像表示装置。
A plurality of collimator lenses for converting light beams emitted from the respective surface-emitting light sources into parallel light beams;
The image display device according to claim 2, wherein the focus adjustment for forming each surface emitting light source on the image display element is performed by adjusting each collimator lens.
前記面発光光源は、LED光源であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 1, wherein the surface-emitting light source is an LED light source. 前記面発光光源は、1チップ構成の面発光光源であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 1, wherein the surface-emitting light source is a one-chip surface-emitting light source. 前記面発光光源の光放射領域の縦横比は、前記画像表示素子の画像表示領域の縦横比と同一であり、
前記面発光光源の光放射領域の長辺と短辺は、前記画像表示素子の画像表示領域の長辺と短辺に対応して変倍投影されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
The aspect ratio of the light emitting area of the surface-emitting light source is the same as the aspect ratio of the image display area of the image display element,
The long side and the short side of the light emitting region of the surface-emitting light source are projected in a variable magnification corresponding to the long side and the short side of the image display region of the image display element. The image display device according to any one of the above.
前記画像表示素子から出射した光束を投射面に投射する投射光学系を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像表示装置。   The image display apparatus according to claim 1, further comprising a projection optical system that projects a light beam emitted from the image display element onto a projection surface.
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