JP2015001540A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】映像の品質を維持しながら、高い解像度感を有する映像を表示でき、装置の大型化を抑制した投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】光路変更部80は、屈折を利用して映像光の光路を変化させるガラス板82と、ガラス板の縁部を支持するガラス枠181と、ガラス板の配置を変化させる圧電素子84と、ガラス板の配置を基準状態に復元する板バネ182などを有しており、圧電素子と板バネなどは、ガラス枠に対し、投写光学系の光軸と平行な方向に配置される。
【選択図】 図10

Description

本開示は、投写型映像表示装置に関し、映像の品質を維持しながら、解像度感を向上させた投写型映像表示装置に関する。
従来、高解像度で高品質な映像を得るために、表示素子で生成された映像光の光路を制御し、投写面上で表示させる位置を変化させる、所謂、ウォブリング素子を挿入した投写型映像表示装置が知られている。
このウォブリング素子を用いることにより、投写型映像表示装置は、表示素子の解像度よりも高い解像度の映像入力信号が入力された場合でも、高解像度の映像を提供することができる(例えば、特許文献1)。
特開2008-015452号公報
従来の投写型映像表示装置では、光路変更部を構成する光学素子の横方向(面方向)に伸びるヒンジを有しており、さらにヒンジの他端を固定する固定部が外枠に必要となるため、光学素子の面方向に大きなスペースが必要であった。
本開示は、上述した課題を解決するためのものであり、映像の品質を維持しながら、高い解像度感を有する映像を表示でき、装置の大型化を抑制した投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
本開示に係る投写型映像表示装置(例えば、投写型映像表示装置100)は、映像光を生成する映像生成部(例えば、映像生成部20)と、映像光を投写面に投写する投写光学系(例えば、投写光学系60)と、映像光の光路上に設けられ、映像光の投写面上での表示位置を変更する光路変更部(例えば、光路変更部80)と、を備えるものである。この光路変更部は、屈折を利用して前記映像光の光路を変化させる光学素子(例えば、ガラス板82)と、光学素子の縁部を支持する枠体(例えば、ガラス枠181)と、光学素子の配置を変化させる駆動部材(例えば、圧電素子84)と、光学素子の配置を基準状態に復元する弾性部材(例えば、板バネ182、183)と、を有する。そして、この光路変更部は、駆動部材と弾性部材のうち少なくとも一方は、枠体に対し、投写光学系の光軸と平行な方向に配置されることを要旨とする。
本開示によれば、映像の品質を維持しながら、高い解像度感を有する映像を表示でき、装置の大型化を抑制することが可能となる。ここで、上記の投写型映像表示装置において、弾性部材は板バネであり、板バネが、枠体の一方の主面に配置されると良い。
上記の投写型映像表示装置において、光学素子は板状部材(例えば、ガラス板82)であり、配置角度が変化することで、映像光の光路が変化すると良い。あるいは、上記の投写型映像表示装置において、光学素子はレンズ部材(例えば、レンズ86、87)であり、配置位置が変化することで、映像光の光路が変化しても良い。
本開示によれば、映像の品質を維持しながら、高い解像度感を有する映像を表示することができる投写型映像表示装置を提供できる。
本開示に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。 本開示に係る投写型映像表示装置の構成を示すブロック図である。 本開示に係る投写型映像表示装置の光学構成を説明する模式図である。 本開示に係る制御部の構成を示すブロック図である。 映像入力信号と表示素子とが同じ解像度の場合における映像入力信号と映像出力信号の関係を示す説明図である。 映像入力信号が表示素子の4倍の解像度である場合における映像入力信号と映像出力信号の関係を示す説明図である。 映像入力信号が表示素子の4倍の解像度である場合における映像入力信号と映像出力信号の関係を示す説明図である。 光路変更部を介して投写されるときの、複数のサブフレームのスクリーン上での表示位置の関係を示す説明図である。 本開示に係る映像生成部から投写光学系までの光学構成を示す模式図である。 本開示に係るガラスユニットの構成を説明する斜視図である 本開示に係るガラスユニットの状態の変化を説明する側面図である 本開示に係るガラスユニットの他の態様を説明する模式図である 本開示に係るレンズユニットの構成を説明する側面図である
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(投写型映像表示装置の構成)
投写型映像表示装置100の構成について図1および図2を用いて説明する。図1は、投写型映像表示装置100の外観斜視図である。図1に示すように、投写型映像表示装置100は、映像入力信号に応じて生成した映像光をスクリーン500へ投写する。
図2は、投写型映像表示装置100の構成を示すブロック図である。投写型映像表示装置100は、光源部10と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部20と、光源部10からの光を映像生成部20へ導く導光光学系50と、生成された映像光をスクリーン500へ投写する投写光学系60と、光源部10や映像生成部20などの制御を行う制御部70とを有する。
詳細は後述するが、投写型映像表示装置100は、映像生成部20にて生成された映像光を、スクリーン500上において、画素ピッチ以下の範囲で表示位置をずらすための光路変更部80をさらに備える。投写型映像表示装置100は、光路変更部80によって、映像生成部20にて生成された映像光の、スクリーン500上での表示位置を、例えば、1/2画素ずらすことにより、投写型映像表示装置100は解像度感の高い映像を提供することができる。
(投写型映像表示装置の光学構成)
投写型映像表示装置100の光学構成について図3を用いて説明する。図3は、投写型映像表示装置100の光学構成を示す模式図である。
光源部10から出射した白色光は、レンズ52に入射し、ロッド54の入射面近傍で集光する。ロッド54に入射した光は、ロッド内部で複数回反射することによって、光強度分布が実質的に均一化されて出射する。ロッド54から出射した光は、レンズ56によって集光される。レンズ56は、ロッド54の出射面の像を後述するDMDに結像させるリレー系のレンズである。ミラー58で反射した後、レンズ22を介して全反射プリズム24に入射する。レンズ22は、入射した光を略平行に集光するレンズである。
全反射プリズム24は2つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層26が介在している。空気層26は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。レンズ22を介して、全反射プリズム24に入射した光は、全反射面で反射されて、カラープリズム28に入射する。
カラープリズム28は3つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には、青反射のダイクロイック膜30と赤反射のダイクロイック膜32が形成されている。カラープリズム28に入射した光は、青反射のダイクロイック膜30と赤反射のダイクロイック膜32とによって、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれDMD34、36、38に入射する。DMD34、36、38は、映像入力信号に応じて、投写光学系60を構成する投写レンズに入射する光と、投写レンズの有効外へ進む光とにマイクロミラーを偏向させて分離する。
DMD34、36、38によって反射された光は、再度、カラープリズム28を透過する。カラープリズム28を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム24に入射する。全反射プリズム24に入射した光は空気層26に臨界角以下で入射するため、透過して、投写光学系60に入射する。このようにして、DMD34、36、38によって形成された映像光が、スクリーン上に投写される。
映像生成部20にはDMD34、36、38を用いているため、液晶パネルに比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型映像表示装置100が構成できる。さらに、3つDMDを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写映像を得ることができる。
(投写型映像表示装置の動作)
制御部70による制御について図4〜図8を用いて説明する。図4は、制御部70の構成を説明するブロック図である。制御部70は、映像信号生成部74と表示素子駆動部76と圧電素子駆動部72とから構成される。
制御部70に入力された映像入力信号は、映像信号生成部74において、DMD34、36、38へ出力される映像出力信号に変換される共に、DMD34、36、38で生成される映像光と同期を取るための同期信号とに変換される。すなわち、映像信号生成部74は、映像入力信号に基いて、映像出力信号と同期信号とを生成する。
図5に示すように、DMD34、36、38と同じ解像度の映像入力信号が入力されたとき、映像信号生成部74は、DMD34、36、38の各画素に対応している映像入力信号を、そのまま映像出力信号として表示素子駆動部76へ出力する。DMD34、36、38の解像度の4倍の解像度の映像入力信号が入力されたとき、映像信号生成部74は、従来手法では、例えば、2×2の4つ分の信号から補間画素の信号(4つの画素の平均値)を算出して、DMD34、36、38の各画素への映像出力信号として出力するか、または、図6に示すように、例えば、2×2の4つ分の信号のうち、左上の信号(○を付した信号)を映像出力信号として表示素子駆動部76へ出力する。
本実施形態において、光路変更部80を駆動して、DMD34、36、38の解像度の2倍密の映像を表示する場合、映像信号生成部74は、1フレーム分(例えば、Nフレーム目)の映像入力信号を2つのサブフレームに時間的に分割する。具体的には、図7に示すように、例えば、隣接する2×2の4つの画素の信号を1セットとし、そのうち、左上の信号(○を付した信号)を第1サブフレーム、右下の信号(△を付した信号)を第2サブフレームの映像出力信号として、この順に表示素子駆動部76へ出力する。一方、圧電素子駆動部72へは、DMD34、36、38において第1サブフレームと第2サブフレームとが切り替わるタイミングと、光路変更部80がスクリーン500上の表示位置をずらす(映像光の光路を変更する)タイミングとが一致するように、同期信号を出力する。
図8に示すように、光路変更部80は、DMD34、36、38において第1サブフレームの映像を表示している間、スクリーン500上の点線で示す位置に映像光を投写し、DMD34、36、38において第2サブフレームの映像を表示している間、スクリーン500上の実線で示す位置、詳細には、縦横の両方向に1/2画素移動した位置に映像光を投写するように、光路を変更する。これにより、元の映像入力信号の画素位置との整合が取れると共に、DMD34、36、38の解像度の2倍の解像度感のある映像を表示することができる。
(光路変更部の構成)
〔第1実施形態〕
光路変更部80の構成について図9を用いて説明する。図9は、映像生成部20から投写光学系60までの光学構成を示す模式図である。
光路変更部80は、屈折を利用して映像生成部20からの映像光の光路を屈折させるガラス板82と、ガラス板82の配置角度を変化させる圧電素子84とから構成される。圧電素子84には、圧電素子84に電力を供給し、圧電素子84の伸縮を制御する圧電素子駆動部72が接続されている。
圧電素子84は、所定の電圧を加えられると伸長し、ガラス板82(ガラス枠182)を押圧する。圧電素子84から押圧されたガラス板82は、映像光の光軸に直交する軸を中心に配置角度が変化し、ガラス板82へ入射する映像光の入射角度が変化する。結果、映像光の進行方向が微小に変化し、スクリーン500上での映像光の表示位置が移動する。
ガラス板82を含むガラスユニット180の構成について図10を用いて説明する。図10は、ガラスユニット180の構成を示す斜視図である。
ガラスユニット180は、ガラス板82の外周を保持するガラス枠181を有する。ガラス枠181の投写光学系60側の面には、板バネ182、183が設けられている。すなわち、板バネ182、183は、ガラス枠181に対し、投写光学系60の光軸と平行な方向に配置される。ガラスユニット180は、ベース184に建てられた支柱185、186に対し、板バネ182、183を介して支持される。
圧電素子84は、電圧を印加することで長さが変動する素子である。圧電素子84は、支柱185側に固定され、ガラス枠181に対して接するように配置される。すなわち、圧電素子84は、ガラス枠181に対し、投写光学系60の光軸と平行な方向に配置されている。圧電素子84には圧電素子駆動部72が接続されており、圧電素子駆動部72から所定の電圧が印加されると、圧電素子84は伸長する。バネ187は、ガラス枠181と支柱185との間に挿入され、両端がそれぞれガラス枠181および支柱185に固定されている。バネ187は、ガラス枠181と支柱185とが互いに引き合うように力を加えている。
板バネ182、183は、ガラス板82に対し垂直(投写光学系60の光軸に平行)に取付けられる。板バネ182、183は、ガラス板82が投写光学系60の光軸に対する垂線を中心とする回動往復運動をするように、取り付けられると良い。支柱185、186は、ガラス板82に対し平行に設けられ、端部で板バネ182、183を支持している。支柱185は、圧電素子84およびバネ187も支持している。
図11(a)は、ガラスユニット180(光路変更部80)が基準状態にあるときの側面図であり、図11(b)は、ガラス板82の屈折率を利用して、映像光の光路(図中の実線矢印)をずらしている状態の側面図である。
圧電素子84に所定の電圧が印加されると、圧電素子84が伸長し、半球形の接触部188を介して、ガラス枠181を反時計回り方向へ押す。結果、板バネ182(183)は反り返ると共に、バネ187は引き伸ばされる。一方、圧電素子84にかかっていた電圧が解放されると、圧電素子84は収縮する。結果、板バネ182(183)およびバネ187の復元力によって、ガラス枠181は時計回り方向へ引き戻され、図11(a)のような基準状態に戻る。
図11に示すように、支柱185に支持される板バネ182、圧電素子84およびバネ187は、ガラス板82が、圧電素子84の伸縮に応じて、投写光学系60の光軸(一点鎖線)に対する垂線を中心として、微小な角度で回動往復運動をするように、取り付けられると良い。
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
本実施形態の光路変更部80の構成について図12を用いて説明する。図12(a)はガラスユニット280の正面図であり、図12(b)はガラスユニット280のシャフト282の部分を拡大した拡大側面図である。
ガラスユニット280は、ガラス板82の2辺を保持するガラス枠281を有する。ガラス枠281の両側面には、棒状のシャフト282、283が設けられている。ガラスユニット280は、ベース284に建てられた支柱285、286に対し、シャフト282、283を介して支持される。
シャフト282、283は、ガラス板82に対し平行(投写光学系60の光軸に垂直)に取付けられる。シャフト282、283は、ガラス板82が投写光学系60の光軸に対する垂線を中心とする回動往復運動をするように取付けられると良い。支柱285、286は、ガラス板82に対し平行に設けられ、端部にはシャフト282、283を支持する受け穴287、288が設けられている。
図12(b)に示すように、受け穴287(288)には、シャフト282(283)との隙間に弾性を有するゴム材289が充填されている。このゴム材289の復元力によって、第1実施形態と同様に、圧電素子が収縮したときに、基準状態に戻ることができる。
シャフト282、283は、円柱ではない形状であることが望ましい。シャフト282、283が円柱状である場合、ゴム材289と、シャフト282、283との接触部分が滑りやすく、磨耗しやすくなる。同様に、受け穴287、288もまた円柱ではない形状が望ましい。本実施形態では十字型としたが、多角柱など他の形状であってもよい。
また、本実施形態では、八角形のガラス板82を用いた。これにより、ガラス板82およびガラス枠281の部分の回転モーメントが小さくなる。また、ガラス板82およびガラス枠281の大きさ(形状)、重量を適宜変更することにおり、この部分の固有振動数を圧電素子の駆動周波数から遠ざけ、共振が起こりにくい構造とすることは重要である。なお、ガラス板82の形状は八角形に限らず、他の多角形や円形でもよい。
〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態について、上記の実施形態との相違点を中心に説明する。
本実施形態の光路変更部80の構成について図13を用いて説明する。図13(a)は、レンズユニット380(光路変更部80)が基準状態にあるときの側面図であり、図13(b)は、レンズ86、87の屈折を利用して、映像光の光路(図中の実線矢印)をずらしている状態の側面図である。
レンズユニット380(光路変更部80)は、屈折を利用して映像生成部20からの映像光の光路を屈折させるレンズ86、87と、レンズ86、87の配置位置を変化させる圧電素子84とから構成される。圧電素子84には、圧電素子84に電力を供給し、圧電素子84の伸縮を制御する圧電素子駆動部72(不図示)が接続されている。
レンズユニット380は、凸面のレンズ86の外周を保持するレンズ枠381と、凹面のレンズ87の外周を保持するレンズ枠382を有する。レンズ枠381とレンズ枠382の間には、板バネ383、384が設けられている。すなわち、板バネ383、384は、レンズ枠381、382に対し、投写光学系60の光軸と平行な方向に配置されている。レンズ枠382はベース385に取付けられ、レンズ枠381は、圧電素子84を介してベース385に支持されると共に、板バネ383、384を介してレンズ枠382に支持される。
圧電素子84は、ベース385に固定され、レンズ枠381に対して接するように配置される。圧電素子84には、図示しない圧電素子駆動部72が接続されており、圧電素子駆動部72から印加されると、圧電素子84は伸長する。図示しないが、圧電素子84と並行するようにバネを配置し、圧電素子84が伸長すると、レンズ枠381とベース385との間で引き合う力が加わるように構成してもよい。
板バネ383、384は、レンズ86、87に対し垂直(投写光学系60の光軸に平行)に取付けられる。板バネ383、384は、レンズ86、87が投写光学系60の光軸に対して垂線な方向に往復運動をするように、取り付けられると良い。
圧電素子84に所定の電圧が印加されると、圧電素子84が伸長し、レンズ枠381を紙面上方向へ押す(図13(b))。結果、板バネ383、384は反り返る。一方、圧電素子84にかかっていた電圧が解放されると、圧電素子84は収縮する。結果、板バネ383、384の復元力によって、レンズ枠381は紙面下方向へ引き戻され、図13(a)のような基準状態に戻る。
ここで、圧電素子84は、レンズ枠381の中心付近を押すように配置するのが望ましい。具体的には、圧電素子84の駆動軸がレンズ86およびレンズ枠381からなる可動部の重心を通るように、圧電素子84を配置する。これにより、レンズ枠381にかかる力が片寄らず、往復の動作が安定する。
また、図示しなかったが、圧電素子84と並行するようにバネを配置した場合は、可動部の重心が、圧電素子84の駆動軸とバネの伸縮方向軸の中間に位置するように配置することは望ましい。あるいは、押しバネを、可動部に対して圧電素子84と反対側に設置し、圧電素子84の駆動軸と押しバネの伸縮方向軸とが一直線上に並ぶように配置してもよい。さらには、複数のバネを配置する場合も、各バネの伸縮方向の軸、圧電素子の駆動軸および可動部の重心を考慮することが重要である。
〔その他の実施形態〕
上述の実施形態では、光源部10は、特に説明しなかったが、ランプ光源や固体光源、特に、レーザ光源と蛍光体とを組み合わせた光源などを用いることができる。映像生成部20は、3枚のDMDによる構成で説明したが、これに限定されるものではなく、1枚のDMDによる構成や、表示素子として透過型および反射型の液晶表示素子を用いる構成でも実施することができる。
上述の実施形態では、2倍密のときの光路変更部の動作について、左上の信号と右下の信号とを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、右上の信号と左下の信号とを用いてもよい。この場合、光路変更部が映像光の光路を変更する方向も、信号の位置に合わせて、映像光の表示位置が右上と左下とを移動するように構成する。
上述の実施形態では、映像信号生成部におけるサブフレームの映像信号の生成について、左上の信号を第1サブフレームとして説明したが、これに限定されるものではない。他の位置の信号を第1サブフレームとして設定してもよく、補間信号を生成して、第1サブフレームとして設定することも可能である。
上述の実施形態では、光路変更部80を振動させる駆動部材として圧電素子を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、ボイスコイルモータなども用いることができる。光路変更部80は、映像生成部20と投写光学系60との間に配置したが、映像生成部20からスクリーン500までの間に配置されればよく、例えば、投写光学系60内のレンズ間に挿入してもよい。
上述の実施形態では、ガラス枠181やレンズ枠381に元に戻す力を加えるために、バネを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、磁石の吸引力や反発力なども用いることができる。
上述の実施形態では、板バネ182、183とバネ187の2種類のバネを用いる構成を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、復元力の大きい板バネのみで構成することも可能である。
上述の実施形態では、レンズユニット380のレンズ86、87は、映像生成部20から平凹レンズ、平凸レンズの順に並んだ構成で説明したが、これに限定されるものではなく、屈折率を打ち消しあうように構成されていればよい。従って、平凸レンズ、平凹レンズの順に並んだ構成であってもよい。
以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態と他の実施の形態とを提供した。これらは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、特許請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、プロジェクタ等の投写型映像表示装置に適用できる。
10 光源部
20 映像生成部
22 レンズ
24 全反射プリズム
26 空気層
28 カラープリズム
30、32 ダイクロイック膜
34、36、38 DMD
50 導光光学系
52、56 レンズ
54 ロッド
58 ミラー
60 投写光学系
70 制御部
72 圧電素子駆動部
74 映像信号生成部
76 表示素子駆動部
80 光路変更部
82 ガラス板
84 圧電素子
86、87 レンズ
100 投写型映像表示装置
180、280 ガラスユニット
181、281 ガラス枠
182、183、383、384 板バネ
184、284、385 ベース
185、186、285、286 支柱
187 バネ
282、283 シャフト
287、288 受け穴
289 ゴム材
380 レンズユニット
381、382 レンズ枠
500 スクリーン

Claims (4)

  1. 映像光を生成する映像生成部と、
    前記映像光を投写面に投写する投写光学系と、
    前記映像光の光路上に設けられ、前記映像光の投写面上での表示位置を変更する光路変更部と、
    を備える投写型映像表示装置において、
    前記光路変更部は、
    屈折を利用して前記映像光の光路を変化させる光学素子と、
    前記光学素子の縁部を支持する枠体と、
    前記光学素子の配置を変化させる駆動部材と、
    前記光学素子の配置を基準状態に復元する弾性部材と、
    を有しており、
    前記駆動部材と前記弾性部材のうち少なくとも一方は、前記枠体に対し、前記投写光学系の光軸と平行な方向に配置されることを特徴とする投写型映像表示装置。
  2. 請求項1記載の投写型映像表示装置において、
    前記弾性部材は板バネであり、
    前記板バネが、前記枠体の一方の主面に配置されることを特徴とする投写型映像表示装置。
  3. 請求項1または2に記載の投写型映像表示装置において、
    前記光学素子は板状部材であり、配置角度が変化することで、前記映像光の光路が変化することを特徴とする投写型映像表示装置。
  4. 請求項1または2に記載の投写型映像表示装置において、
    前記光学素子はレンズ部材であり、配置位置が変化することで、前記映像光の光路が変化することを特徴とする投写型映像表示装置。
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