JP2015102614A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】表示される画像における端部の明るさの低下を抑制した表示装置を提供する。【解決手段】複数の画素が配列された画像形成領域40Aを有し、入射する光を変調する光変調装置と、画像形成領域40Aを照明する照明装置と、を備え、照明装置は、画像形成領域40Aを照明する光の光量を個別に調整可能な複数の調光部30aが配列された有効調光領域30Aを有し、複数の調光部30aのうち、隣り合う調光部30aから射出される光によって照明される照明領域40Lが部分的に重なって光が光変調装置に入射し、有効調光領域30Aの最も外側に位置する調光部30aから射出された光の強度分布のピークLp1の位置が、画像形成領域40Aの外縁上または画像形成領域40Aの外側にある。【選択図】図4

Description

本発明は、表示装置に関する。
従来、光源から射出された光を光変調装置によって変調し、画像を表示させる表示装置が知られている。ところで、近年、表示される画像の高コントラスト化や、表示できる画像の明るさの範囲(ダイナミックレンジ)の拡大化等による高画質化が求められており、この高画質化のために、光変調装置の光路前段側に光源からの光の光量を画像情報に応じて調整する調光手段を備えた表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の表示装置は、光源、第1の光変調器(調光手段)、光学系、および透過投影スクリーンを備え、透過投影スクリーンは、第2の光変調器(光変調装置)および拡散器を備えている。
第1の光変調器は、個々にアドレス可能な複数の画素を備え、光源からの光を変調することにより光量を調整する機能を有している。
第2の光変調器は、第1の光変調器より高解像度に形成され、第1の光変調器の1つの画素は、第2の光変調器の複数の画素に対応している。
そして、光源からの光は、第1の光変調器にて画像の近似となる画素から光が射出され、光学系を介して第2の光変調器上に結像される。そして、第2の光変調器にて表示させる画像に対応する画素から光が射出され、拡散器を介して画像が表示される。
特許第4348409号公報
しかしながら、特許文献1に記載の表示装置は、第1の光変調器における複数の画素のうち、隣り合う画素から射出される光は、第2の光変調器において、一部が重なるが、この複数の画素が配列された領域の最も外側の画素から射出される光は、第2の光変調器において外側が重ならないこととなる。つまり、第2の光変調器における複数の画素が配列された領域における端部に照射される光の強度が弱くなる。すなわち、特許文献1に記載の表示装置では、表示される画像の端部が暗くなるという課題がある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る表示装置は、複数の画素が配列された画像形成領域を有し、入射する光を変調する光変調装置と、前記画像形成領域を照明する照明装置と、を備えた表示装置であって、前記照明装置は、前記画像形成領域を照明する光の光量を個別に調整可能な複数の調光部が配列された有効調光領域を有し、前記複数の調光部のうち、隣り合う調光部から射出される光によって照明される照明領域が部分的に重なって当該光が前記光変調装置に入射し、前記有効調光領域の最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、前記画像形成領域の外縁上または前記画像形成領域の外側にあることを特徴とする。
この構成によれば、光変調装置の画像形成領域は、複数の調光部によって光量が調整された光によって照明されるので、表示装置は、コントラスト比の向上や、ダイナミックレンジを広げて画像を表示することが可能となる。
さらに、最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、画像形成領域の外縁上または画像形成領域の外側にあるので、画像形成領域の端部を含めて画像形成領域を均一の明るさで照明することが可能となる。よって、表示される画像における端部の明るさの低下を抑制することができる。
したがって、高画質の画像を表示できる表示装置を提供することが可能となる。
[適用例2]上記適用例に係る表示装置において、前記複数の調光部はそれぞれが同一形状で構成され、前記画像形成領域の第1方向における長さをL1、前記複数の調光部から射出された光の前記第1方向における強度分布のピークの間隔をp1、前記有効調光領域の前記第1方向における前記調光部の数をn1とする場合、p1×(n1−1)≧L1、であることが好ましい。
この構成によれば、第1方向において、有効調光領域の最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、画像形成領域の外縁上または画像形成領域の外側に位置するように構成できる。これによって、画像形成領域の第1方向における端部を確実にピークの強度で照明することができる。よって、画像を観察する観察者から見て例えば、左右方向、あるいは上下方向における画像の端部の明るさの低下を抑制した画像の表示が可能となる。
[適用例3]上記適用例に係る表示装置において、前記画像形成領域の前記第1方向に直交する第2方向における長さをL2、前記複数の調光部から射出された光の前記第2方向における強度分布のピークの間隔をp2、前記有効調光領域の前記第2方向における前記調光部の数をn2とする場合、p2×(n2−1)≧L2、であることが好ましい。
この構成によれば、第1方向に加え、第2方向においても、有効調光領域の最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、画像形成領域の外縁上または画像形成領域の外側に位置するように構成できる。これによって、画像を観察する観察者から見て例えば、左右方向および上下方向における画像の端部の明るさの低下を抑制した画像の表示が可能となる。
[適用例4]上記適用例に係る表示装置において、前記複数の調光部の光射出側と前記画像形成領域の光入射側とは対向して配置され、前記有効調光領域は、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向において、前記画像形成領域より大きいことが好ましい。
この構成によれば、有効調光領域を画像形成領域より大きく形成し、複数の調光部と画像形成領域とを対向して配置するという簡単な構成で、有効調光領域の最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、画像形成領域の外縁上または画像形成領域の外側に位置するように構成することができる。これによって、表示装置の複雑な構造や大型化を抑制しつつ、画像形成領域の端部を含めて画像形成領域を均一の明るさで照明できる照明装置を備えた表示装置が可能となる。
[適用例5]上記適用例に係る表示装置において、前記照明装置は、前記有効調光領域から射出される光を、当該光の光軸に沿う方向において、前記光変調装置からずれた位置に結像させる結像光学系を備えることが好ましい。
複数の調光部と光変調装置とを近づけることには、限界があり、また、複数の調光部や光変調装置の冷却が必要となる構成においては、複数の調光部と光変調装置との間を冷却空気が流通できるスペースが必要となる。その結果、有効調光領域から射出された光の拡散が大きくなり、画像形成領域のうち、照明したい所望の画素の周辺も照明することになって表示される画像がぼやけたものとなる。一方、有効調光領域から射出される光を、画像形成領域に結像させる構成においては、複数の調光部のうち、光を射出する調光部の形状がそのまま画像形成領域に表れるので、この形状が画像形成領域で構成される画像と重なり、表示される画像が鮮明さに欠けたものとなる。
この構成によれば、照明装置は、上述した結像光学系を備えるので、有効調光領域から射出される光をデフォーカス状態で画像形成領域に入射させる。これによって、有効調光領域から射出される光を適切に拡散させて画像形成領域を照明することができるので、上述した画像のぼやけや、不鮮明さを抑制した画像を表示させることが可能となる。特に、画像形成領域が高解像度で形成される構成において、顕著な効果を奏する。
[適用例6]上記適用例に係る表示装置において、前記光変調装置で変調された光を投写する投写光学装置を備え、前記複数の調光部は、光を射出する光源と、前記光源から射出された光を変調する調光装置と、を備えることが好ましい。
この構成によれば、表示装置は、光源から射出された光を調光装置で変調することによって光量を調整して画像形成領域を照明し、光変調装置で変調された光を投写光学装置で投写する。これによって、コントラスト比の向上や、表示される画像における端部の明るさの低下を抑制し、高画質の画像をスクリーン等の投写面に表示させる表示装置が可能となる。
[適用例7]上記適用例に係る表示装置において、前記調光部は、光量を調整可能に光を射出する固体光源であり、前記照明装置は、前記固体光源が複数配列された固体光源アレイを備えることが好ましい。
この構成によれば、表示装置は、固体光源アレイが射出する光量が調整された光で画像形成領域を照明する。これによって、コントラスト比の向上や、表示される画像における端部の明るさの低下を抑制し、高画質の画像を光変調装置に表示させる表示装置が可能となる。
第1実施形態のプロジェクターが備える光学系の概略構成を示す模式図。 第1実施形態の調光装置における有効調光領域、および光変調装置における画像形成領域を模式的に示す図。 第1実施形態の調光部から射出された光の画像形成領域上における強度を説明するための図。 第1実施形態における有効調光領域の端部近傍の調光部から射出された光の画像形成領域上における強度を説明するための模式図。 第1実施形態のプロジェクターと比較するための図。 第1実施形態における最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置と画像形成領域との関係を説明するための模式図。 第2実施形態のプロジェクターが備える光学系の概略構成を示す模式図。 第2実施形態の結像光学系の光路を説明するための模式図。 モアレを説明するための模式図。 第2実施形態のプロジェクターと比較するための図。 第2実施形態のプロジェクターから投写された投写画像を説明するための模式図。 第2実施形態のプロジェクターとは構成が異なる場合にハローが発生することを説明するための模式図であり、デフォーカス量が大き過ぎる場合の図。 第2実施形態のプロジェクターとは構成が異なる場合にハローが発生することを説明するための模式図であり、有効調光領域から射出された光が画像形成領域に結像されるように構成された場合の図。 第2実施形態のプロジェクターから投写された投写画像を説明するための模式図。 変形例の照明装置を示す模式図。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態に係る表示装置としてのプロジェクターについて、図面を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光源から射出された光を画像情報に応じて変調し、変調した光をスクリーン等の投写面に投写する。
〔プロジェクターの光学系の構成〕
図1は、本実施形態のプロジェクター1が備える光学系の概略構成を示す模式図である。
プロジェクター1は、図1に示すように、照明装置10、光変調装置40、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム50、および投写光学装置としての投写レンズ60を備え、これらの光学部品は、図示しない光学部品用筐体に保持されている。なお、図示は省略するが、プロジェクター1は、上述した光学系に加え、プロジェクター1の動作を制御する制御部、各装置に電力を供給する電源装置、光学系や電源装置を冷却する冷却装置、およびこれらの装置を内部に収納する外装筐体を備えている。
照明装置10は、インテグレーター照明光学系100、インテグレーター照明光学系100から射出された光を赤色光(以下「R光」という)、緑色光(以下「G光」という)、および青色光(以下「B光」という)に分離する色分離光学系200、および調光装置300を備える。調光装置300は、R光、G光、B光用にそれぞれ設けられている。R光、G光、B光用にそれぞれ設けられた調光装置300を調光装置300R、調光装置300G、調光装置300Bとする。
インテグレーター照明光学系100は、光源装置110、第1のレンズアレイ120、第2のレンズアレイ130、偏光変換手段としての偏光変換素子140、および重畳レンズ150を備える。
光源装置110は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等からなる放電型の光源111、およびリフレクター112等を備え、第1のレンズアレイ120に向けて光を射出する。第1のレンズアレイ120は複数の小レンズを備え、光源装置110からの光を複数の部分光束に分割する。第2のレンズアレイ130および重畳レンズ150は、第1のレンズアレイ120からの複数の部分光束を集光し、光変調装置40の後述する画像形成領域上に重ねあわせる。第2のレンズアレイ130と重畳レンズ150の間に配置された偏光変換素子140は、偏光分離膜と位相差板とを備え、光源装置110から射出されたランダムな偏光方向の光を、所定の方向の偏光光に揃えて射出する。
色分離光学系200は、ダイクロイックミラー210、220、反射ミラー230、240、250、リレーレンズ260、270、およびフィールドレンズ280R、280G、280Bを備え、インテグレーター照明光学系100から射出された白色光をR光、G光、およびB光の3色の色光に分離し、各色光を各色光用の調光装置300に導く。なお、反射ミラー240、250、およびリレーレンズ260、270をリレー光学系とする。
ダイクロイックミラー210は、インテグレーター照明光学系100から射出された白色光のうちR光を反射させるとともに、G光およびB光を透過させる。ダイクロイックミラー220は、ダイクロイックミラー210を透過した光のうち、G光を反射させ、B光を透過させる。
ダイクロイックミラー210によって分離されたR光は、反射ミラー230で反射し、フィールドレンズ280Rを経て、R光用の調光装置300Rに入射する。
ダイクロイックミラー220によって反射したG光は、フィールドレンズ280Gを経て、G光用の調光装置300Gに入射する。
そして、ダイクロイックミラー220を透過したB光は、リレーレンズ260、270および反射ミラー240、250、さらにフィールドレンズ280Bを経て、B光用の調光装置300Bに入射する。
なお、本実施形態の光学系は、B光がリレー光学系で調光装置300Bに導かれる構成としているが、これに限らず、例えば、R光がリレー光学系で調光装置300Rに導かれる構成としてもよい。
調光装置300は、液晶パネルを備え、色分離光学系200で分離された色光を画像情報に応じて変調することにより光変調装置40を照明する光の光量を調整する。
光変調装置40は、R光、G光およびB光用それぞれに設けられ、調光装置300から射出された色光を画像情報に応じて変調し、各色光の表示画像を形成する。R光、G光、B光用にそれぞれ設けられた光変調装置40を光変調装置40R、光変調装置40G、光変調装置40Bとする。
調光装置300および光変調装置40については、後で詳細に説明する。
クロスダイクロイックプリズム50は、図1に示すように、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、2つの誘電体多層膜が形成されている。
クロスダイクロイックプリズム50は、誘電体多層膜が光変調装置40R、40Bにて変調されたR光およびB光を反射し、光変調装置40Gにて変調されたG光を透過して、各色光を合成する。
投写レンズ60は、複数のレンズ(図示省略)を有して構成され、クロスダイクロイックプリズム50にて合成された光をスクリーン等の投写面に拡大投写する。
〔調光装置および光変調装置の構成〕
ここで、調光装置300および光変調装置40について詳細に説明する。
図2は、調光装置300および光変調装置40の一部を示す模式図であり、後述する有効調光領域30A、および画像形成領域40Aを示す図である。
先ず、調光装置300について説明する。
調光装置300は、液晶パネルに加え、液晶パネルの光入射側、光射出側にそれぞれ配置された入射側偏光板、射出側偏光板を備える。
液晶パネルは、ガラス等からなる一対の基板間に液晶が密閉封入された構成を有している。一方の基板には、マトリックス状に配列された複数の画素電極や、画素電極に接続されたスイッチング素子等が設けられ、他方の基板には、共通電極や遮光部材であるブラックマトリックス等が設けられている。
ブラックマトリックスは平面視で画素を区画するように格子状に形成されており、このブラックマトリックスに囲まれている矩形状の領域が光を透過させる透過部になっている。
液晶パネルは、制御部からの駆動信号に応じて、画素電極と共通電極との間に電圧が印加される。そして、液晶パネルは、画素電極毎に印加される電圧の大きさが変更されることにより、画素電極および共通電極間に介在する液晶の配向状態が制御され、入射する光を変調する。
入射側偏光板は、色分離光学系200で分離された色光のうち、偏光変換素子140で揃えられた偏光光を透過し、その偏光光と異なる偏光光を吸収して液晶パネルに射出する。液晶パネルは、入射側偏光板から射出された光を画像情報に応じて変調する。射出側偏光板は、液晶パネルから射出された光のうち一定方向の偏光光を透過し、その偏光光と異なる偏光光を吸収して光変調装置40に射出する。
そして、図2に示すように、調光装置300には、液晶パネルの1つの画素電極に対応し、光量を個別に調整可能な複数の調光部30aがマトリックス状に配列されることとなる。複数の調光部30aはそれぞれが同一形状で構成され、調光装置300は、複数の調光部30aが配列された有効調光領域30Aで入射する色光を変調することによって透過させる光量を調整する。
また、調光部30aの数は、光変調装置40の画素数より少なく形成されている。調光部30aは、例えば、第1方向Xに約250個、第1方向Xに直交する第2方向Yに約125個配列される。ここで第1方向Xとは、プロジェクター1から投写される画像を観察する観察者から見て、画像の横方向に対応する方向のことをいい、第2方向Yとは、観察者から見て、画像の縦方向に対応する方向のことをいう。なお、調光部30aを250×125以外の数で構成してもよい。
そして、調光部30aから射出された光は、画像形成領域40Aを照明する。
次に、光変調装置40について説明する。
光変調装置40は、調光装置300と同様に、液晶パネル、および液晶パネルの光入射側、射出側にそれぞれ配置された入射側偏光板、射出側偏光板を備える。ここで、調光装置300と光変調装置40との間の偏光板を兼用することができる。
光変調装置40の解像度は、調光装置300の解像度より高密度に形成されている。光変調装置40の画素40aの数は、例えば、第1方向Xに約4,000個、第2方向Yに約2,000個配列され、この複数の画素40aが配列された画像形成領域40Aで表示画像を形成する。なお、光変調装置40の画素数を4,000×2,000以外の数で構成してもよい。さらに、光変調装置40の液晶パネルと入射側偏光板および射出側偏光板は間隔をおいて配置されており、この場合の画像形成領域40Aは液晶パネルの位置における領域である。また、液晶パネルの外周に配置されるダミー画素や、各色光の光変調装置どうし、あるいは調光装置300との位置ずれを補正する位置補正用の画素は画像が形成されているとは言えず画像形成領域40Aには含まれない。
また、光変調装置40における各色の階調は、例えば256階調が可能に構成されている。なお、調光装置300における各色の階調数は、光変調装置40の階調数と同等にすることも、異なる階調数とすることも可能である。
そして、調光装置300の調光部30aの階調は、プロジェクター1への入力画像信号のうち、照明領域40L(図2参照)に含まれる複数の画素40aに対応した画像データに基づいて生成される。例えば、ある1フレームまたはサブフレームでの照明領域40Lに含まれる画素40aに対応した画像データの最大値に基づいた信号とすることができる。さらに、上記1フレームまたはサブフレームごとの複数の画素に対応した階調を、複数のフレームに渡って、平均化したものとしてもよい。
ここで、調光装置300から射出された光の画像形成領域40A上における強度について説明する。
図2に示すように、複数の調光部30aの光射出側と画像形成領域40Aの光入射側とは対向して配置され、前述したように、調光部30aは、例えば、第1方向Xに約250個、第2方向Yに約125個配列され、光変調装置40の画素40aは、例えば、第1方向Xに約4,000個、第2方向Yに約2,000個配列される。
図2に示すように、有効調光領域30Aは、第1方向Xおよび第2方向Yにおいて、画像形成領域40Aより大きく形成されており、1つの調光部30aから射出された光で複数の画素40aを照明する。例えば、1つの調光部30aは、この調光部30aから射出された光が第1方向Xおよび第2方向Yにそれぞれ約16個配列された画素40aを主に照明する。この1つの調光部30aに対応する複数の画素40aを画素群40bとする。なお、図2においては、画素40aを認識し易くするために、1つの画素群40bにおける画素40aを4×4の数で示している。
また、有効調光領域30Aのうち、最も外側に位置する調光部30aは、画像形成領域40Aの外側に対応するように配置される。具体的に、第1方向Xにおいて有効調光領域30Aの両端部に位置し、第2方向Yに沿ってそれぞれ1列配置される調光部30axは、第1方向Xにおける画像形成領域40Aの外側の領域に主に光が照射されるように配置される。そして、第2方向Yにおいて有効調光領域30Aの両端部に位置し、第1方向Xに沿ってそれぞれ1列配置される調光部30ayは、第2方向Yにおける画像形成領域40Aの外側の領域に主に光が照射されるように配置される。
図2に示すように、1つの調光部30aから射出された光は、この調光部30aに対応する1つの画素群40b、およびこの画素群40bの周囲の領域を照明する。1つの調光部30aから射出された光が照明する1つの画素群40b、およびこの画素群40bの周囲の領域を照明領域40Lとする。
つまり、隣り合う調光部30aから射出される光によって照明される照明領域40Lは、部分的に重なることとなる。
図3は、調光部30aから射出された光の画像形成領域40A上における強度を説明するための模式図である。具体的に、図3は、1つの調光部30aから射出された光の強度を説明する図であり、(a)は、調光部30aから射出された光30Lの光路を説明する図、(b)は、光30Lの強度分布を示す図である。
図3(a)に示すように、調光装置300と光変調装置40とは、距離d隔てて配置され、1つの調光部30aから射出された光は、画像形成領域40Aに向かって広がって進む。具体的に、調光部30aは、第2方向Yにおいて長さhを有し、この長さhの領域から射出される光は、主に画素群40bに向かう主光線に加え、主光線に対して角度θを有する範囲の副光線を含んでいる。この副光線は、隣の画素群40bに向かうこととなる。つまり、隣の調光部30aからも光が射出された場合には、この副光線が隣の調光部30aから射出される主光線に重なることとなる。
そして、調光部30aから射出された光30Lの強度分布30dは、図3(b)に示すように、中央がピークLpとなり、中央から離れるほど低くなるカーブを描く。
図4は、有効調光領域30Aにおける端部近傍の調光部30aから射出された光の画像形成領域40A上における強度を説明するための模式図である。具体的に、図4(a)は、第1方向Xにおける有効調光領域30Aの一方(左側)の端部近傍の、有効調光領域30Aと画像形成領域40Aとの位置関係を示す平面図であり、第1方向Xに一列並んだ調光部30aから射出された光による照明領域40Lを示す図である。図4(b)は、図4(a)における調光部30aから射出された光の画像形成領域40A上における強度分布30Tを示す模式図である。なお、図4(a)は、画素40aを省略した図である。また、照明領域40Lは、矩形状の調光部30aから射出されるので、調光部30aより大きなサイズの矩形状の角部が滑らかに繋がるような形状を有するが、図4(a)においては円形で示している。
図4(a)に示すように、第1方向Xにおいて、隣り合う調光部30aからそれぞれ射出される光によって照明される照明領域40Lは、部分的に重なる。そして、各調光部30aから射出された光の強度分布30dは、図4(b)に示すように、ピークLpが略同じ間隔のピッチpを有して並ぶ。
また、図4(b)に示すように、有効調光領域30Aにおける最も外側に位置する調光部30aから射出される光の強度のピークLp1は、画像形成領域40Aの外側に位置している。そして、照明領域40Lにおいて重なった部分の光は、合成され、その結果、画像形成領域40Aは、図4(b)に示すように、画像形成領域40Aの端部(図4(b)の30Te参照)を含め、強度が略均一となる強度分布30Tの光で照明される。
図示は省略するが、第1方向Xにおける画像形成領域40Aの一方(左側)と同様に、第1方向Xにおける画像形成領域40Aの他方(右側)の端部近傍、および第2方向Yにおける画像形成領域40Aの両側の端部近傍も照明される。
図5は、本実施形態のプロジェクター1と比較するための図であり、調光装置が本実施形態の有効調光領域30Aとは異なる有効調光領域91Aを備え、この有効調光領域91Aに画像形成領域40Aの外側に対応する調光部が設けられていない場合(例えば、有効調光領域91Aが画像形成領域40Aと略同じ大きさに形成された場合)の画像形成領域40A上における光の強度を説明するための図である。
具体的に、図5(a)は、第1方向Xにおける有効調光領域91Aの一方(左側)の端部近傍の、有効調光領域91Aと画像形成領域40Aとの位置関係を示す平面図であり、第1方向Xに一列並んだ調光部91aから射出された光による照明領域41Lを示す図である。図5(b)は、図5(a)における調光部91aから射出された光の画像形成領域40A上における強度分布91Tを示す模式図である。
図5に示すように、有効調光領域91Aに画像形成領域40Aの外側に対応する調光部が設けられていない場合、各調光部から射出された光の強度分布91dは、図5(b)に示すように、略同じ間隔で並ぶが、有効調光領域91Aにおける最も外側に位置する調光部91aから射出される光の強度のピーク91Lpは、画像形成領域40Aの内側に位置している。その結果、画像形成領域40Aは、図5(b)に示すように、画像形成領域40Aの端部が弱い光(図5(b)の91Te参照)で照明される。
図示は省略するが、この比較例に示す構成においては、画像形成領域40Aにおける第1方向Xおよび第2方向Yそれぞれの両側の端部が低い強度の光で照明されることとなる。
一方、本実施形態のプロジェクター1は、有効調光領域30Aのうち、最も外側に位置する調光部30aから射出された光の強度分布のピークLpの位置が、画像形成領域40Aの外側に位置するように形成されている。そして、画像形成領域40Aは、端部近傍も中央部と同様の明るさで照明される。
なお、本実施形態のプロジェクター1は、有効調光領域30Aのうち最も外側に位置する調光部30aから射出された光の強度分布のピークLpの位置が、画像形成領域40Aの外側に位置するように形成されているが、最も外側に位置する調光部30aから射出された光の強度分布のピークLpの位置が、画像形成領域40Aの外縁上に位置するように形成してもよい。
図6は、最も外側に位置する調光部30aから射出された光の強度分布のピークの位置と画像形成領域40Aとの関係を説明するための模式図である。
図6に示すように、画像形成領域40Aの第1方向Xにおける長さをL1、複数の調光部30aから射出された光の第1方向Xにおける強度分布のピークの間隔をp1、有効調光領域30Aの第1方向Xにおける調光部30aの数をn1とする場合、p1×(n1−1)≧L1、であればよい。
ここでピークの間隔p1は光変調装置400の第1方向Xにおける画素の間隔よりも広く、画素の間隔の整数倍としてもよい。
また、画像形成領域40Aの第2方向Yにおける長さをL2、複数の調光部30aから射出された光の第2方向Yにおける強度分布のピークの間隔をp2、有効調光領域30Aの第2方向Yにおける調光部30aの数をn2とする場合、p2×(n2−1)≧L2、であればよい。
ピークの間隔p2もp1と同様に光変調装置400の第2方向Yにおける画素の間隔よりも広く、画素の間隔の整数倍としてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)画像形成領域40Aは、調光装置300によって光量が調整された光によって照明されるので、プロジェクター1は、コントラスト比の向上や、ダイナミックレンジを広げて画像を表示することが可能となる。
さらに、有効調光領域30Aの最も外側に位置する調光部30ax,30ayから射出された光の強度分布のピークLpの位置が、画像形成領域40Aの外縁上または画像形成領域40Aの外側にあるので、画像形成領域40Aの端部を含めて画像形成領域40Aを均一の明るさで照明することが可能となる。よって、表示される画像における端部の明るさの低下を抑制することができる。
したがって、高画質の画像を表示できる表示装置としてのプロジェクター1を提供することが可能となる。
(2)第1方向Xおよび第2方向Yにおいて、有効調光領域30Aの最も外側に位置する調光部30ax,30ayから射出された光の強度分布のピークLpの位置が、画像形成領域40Aの外縁上または画像形成領域40Aの外側に位置するように構成されている。これによって、投写画像を観察する観察者から見て、左右方向および上下方向における画像の端部の明るさの低下を抑制した画像の表示が可能となる。
(3)有効調光領域30Aを画像形成領域40Aより大きく形成し、調光装置300と光変調装置40とを対向して配置するという簡単な構成で、有効調光領域30Aの最も外側に位置する調光部30ax,30ayから射出された光の強度分布のピークLpの位置が、画像形成領域40Aの外縁上または画像形成領域40Aの外側に位置するように構成することができる。これによって、プロジェクター1の複雑な構造や大型化を抑制しつつ、画像形成領域40Aの端部を含めて画像形成領域40Aを均一の明るさで照明できる照明装置10を備えたプロジェクター1が可能となる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照して説明する。以下の説明では、第1実施形態のプロジェクター1と同様の構成および同様の部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態のプロジェクター2は、第1実施形態のプロジェクター1における光学系とは異なる光学系を備える。
図7は、本実施形態のプロジェクター2が備える光学系の概略構成を示す模式図である。
プロジェクター2の光学系は、図7に示すように、照明装置20、光変調装置800、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム50、および投写光学装置としての投写レンズ60を備えている。
照明装置20は、インテグレーター照明光学系201、色分離光学系500、調光装置600、および結像光学系700を備える。調光装置600は、R光、G光、B光用にそれぞれ設けられており、R光、G光、B光用の調光装置600をそれぞれ調光装置600R、調光装置600G、調光装置600Bとする。
インテグレーター照明光学系201は、第1実施形態におけるインテグレーター照明光学系100と同様に構成されている。
色分離光学系500は、クロスダイクロイックミラー501、ダイクロイックミラー502、反射ミラー503,504、リレーレンズ505,506、およびフィールドレンズ507R,507G,507Bを備える。色分離光学系500は、インテグレーター照明光学系201から射出された光をR光、G光、およびB光の3色の色光に分離し、各色光を調光装置600に導く。
クロスダイクロイックミラー501は、ダイクロイックミラー501B,501GRを備え、この2つの光学部品がX字状に配置されて構成されている。クロスダイクロイックミラー501は、インテグレーター照明光学系201から射出された光のうち、B光をダイクロイックミラー501Bが反射し、G光およびR光をダイクロイックミラー501GRが反射して、入射する光束を分離する。
ダイクロイックミラー501Bにて反射されたB光は、反射ミラー503によって反射し、リレーレンズ505、フィールドレンズ507Bを介して調光装置600Bに入射する。一方、ダイクロイックミラー501GRによって反射したG光およびR光は、反射ミラー504で反射した後、リレーレンズ506を介してダイクロイックミラー502に入射する。
ダイクロイックミラー502は、入射するG光およびR光のうち、G光を反射し、R光を透過して入射する光束を分離する。
そして、ダイクロイックミラー502にて反射したG光は、フィールドレンズ507Gを介して調光装置600Gに入射し、ダイクロイックミラー502を透過したR光は、フィールドレンズ507Rを介して調光装置600Rに入射する。
調光装置600は、液晶パネルを備え、色分離光学系500で分離された色光を変調することにより光変調装置800を照明する光の光量を調整する。図示は省略するが、調光装置600は、第1実施形態の調光装置300と同様に、複数の調光部が配列された有効調光領域を有している。
結像光学系700は、3つの調光装置600R,600G,600Bにそれぞれ対応する3つの光学系700R,700G,700Bを有し、有効調光領域から射出された光を光変調装置800における画像形成領域に導く。
結像光学系700は、有効調光領域のうち、最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、光変調装置800における画像形成領域の外縁上または画像形成領域の外側になるように光を導く。
また、結像光学系700は、調光装置600から射出された各色光を所定の倍率で、有効調光領域から射出される光の光軸に沿う方向において、各色光用の光変調装置800からずれた位置に結像させる。つまり、結像光学系700は、有効調光領域から射出される光を画像形成領域800Aにデフォーカス状態で入射させる。なお、本実施形態では、結像光学系700が等倍の光学系に構成された場合を説明する。
光学系700Rは、ダブルガウスレンズ710R、1対の凸レンズ720R,730R、および反射ミラー701Rを有し、光入射側、光射出側の両側がテレセントリックな光学系となっている。
凸レンズ720Rは、ダブルガウスレンズ710Rの光入射側に配置され、凸レンズ730Rは、ダブルガウスレンズ710Rの光射出側に配置される。
反射ミラー701Rは、ダブルガウスレンズ710Rと凸レンズ730Rとの間に配置され、ダブルガウスレンズ710Rから射出された光を凸レンズ730Rに向けて反射する。
ここで、凸レンズ720Rおよび凸レンズ730Rを正のパワーを持つメニスカスレンズとすることもできる。
光学系700Gは、光学系700Rと同様に、ダブルガウスレンズ710G、1対の凸レンズ720G,730G、および反射ミラー701Gを有している。光学系700Gは、反射ミラー701Gの位置が光学系700Rにおける反射ミラー701Rとは異なる位置に配置されている以外は、光学系700Rと同様に構成されている。具体的に、反射ミラー701Gは、凸レンズ720Gとダブルガウスレンズ710Gとの間に配置され、凸レンズ720Gから射出された光をダブルガウスレンズ710Gに向けて反射する。
光学系700Bは、光学系700Rと同様に、ダブルガウスレンズ710B、1対の凸レンズ720B,730B、および反射ミラー701Bを有し、これらの光学部品は、光学系700Rの光学部品と同様に配置される。
光変調装置800は、液晶パネルを備え、R光、G光およびB光用それぞれに設けられている。光変調装置800は、結像光学系700で導かれた色光を画像情報に応じて変調し、各色光の表示画像を形成する。R光、G光、B光用にそれぞれ設けられた光変調装置800を光変調装置800R、光変調装置800G、光変調装置800Bとする。
ここで、結像光学系700の光路について説明する。
図8は、結像光学系700の光路を説明するための模式図であり、G光用の光学系700Gに注目して説明する。なお、図8は、光路が明確になるように、反射ミラー701Gを省略した図である。
ダブルガウスレンズ710Gは、図8に示すように、光入射側から順に配列された第1レンズ711、第2レンズ712、絞り7ST、第3レンズ713、および第4レンズ714を有している。また、第2レンズ712および第3レンズ713は、2枚のレンズをそれぞれ組み合わせた構成となっている。すなわち、第2レンズ712は、レンズ712aとレンズ712bとを貼り合せて構成され、第3レンズ713は、レンズ713aとレンズ713bとを貼り合せて構成されている。
図8に示すように、調光装置600G(有効調光領域600A)から射出されたG光は、凸レンズ720G〜凸レンズ730Gを経て、デフォーカス状態で光変調装置800Gに入射する。
光学系700Gは、ダブルガウスレンズ710Gの絞り7STの位置を基準として、光入射側と光射出側とが対称のレンズ構成になっており、調光装置600Gから射出されたG光を調光装置600Gからずれた位置に等倍で結像させる。なお、等倍に限らず、1倍未満や1倍を超える倍率となるように結像光学系700を構成してもよい。この構成の場合、絞り7STの位置を基準として、光入射側に配置されるレンジと、光射出側に配置されるレンズとは非対称なものとなる。
また、結像光学系700は、投写された画像にモアレやハローが抑制されるように、有効調光領域600Aから射出される光を、光変調装置800からずれた位置に結像させる。なお、結像させる位置は、光変調装置800Gに対し、光入射側にずれた位置であっても、光射出側にずれた位置であってもよい。
ここで、モアレおよびハローについて説明する。
図9は、モアレを説明するための模式図である。
モアレは、空間周波数f1を持つ画像と空間周波数f2を持つ画像とが重ねられた場合に、f1≠n×f2(nは自然数)であるときに発生する。例えば、白と黒とが帯状に複数並列された2つの画像が重ねられ、f1≠n×f2の条件の場合には、投写される画像は、図9(a)に示すように、明暗の縞模様となるモアレが発生する。
また、2つの画像に相対的な回転ズレが生じた場合には、f1=n×f2であっても、図9(b)に示すように、モアレは発生する。これは、相対的な回転ズレによって、ある方向から見た空間周波数が変わるためである。
図10は、本実施形態のプロジェクター2と比較するために、調光装置600から射出された光が光変調装置800に結像されるように構成された場合の投写画像を説明するための模式図であり、格子状の画像を表示する場合の図である。具体的に、図10(a)は、有効調光領域600Aから射出された光によって照明された画像形成領域800Aの状態を示す図、(b)は、画像形成領域800Aに表示された表示画像800Dを示す図、(c)は、スクリーン(図示省略)等に投写された投写画像900Aを示す図である。
有効調光領域600Aから射出された光が画像形成領域800Aに結像されるように構成された場合、図10(a)に示すように、調光装置600における液晶パネルに設けられたブラックマトリックスの影が画像形成領域800A上に表れる。画像形成領域800Aには、図10(b)に示すように、格子状の画像が表示される。そして、スクリーンには、有効調光領域600Aから射出された光で照明された画像形成領域800Aで変調された光による投写画像900Aが表示される。つまり、スクリーンには、図10(a)に示す画像と図10(b)に示す画像とが重なった状態に対応する投写画像900Aが表示される。この投写画像900Aには、光変調装置800が調光装置600に対して相対的に回転ズレして配置された場合には、前述したように、f1=n×f2であっても、図10(c)に示すように、明暗の縞模様となるモアレが発生する。
一方、本実施形態のプロジェクター2は、有効調光領域600Aから射出される光を、光変調装置800からずれた位置に結像させる結像光学系700を備えているので、このモアレを抑制することができる。
図11は、本実施形態のプロジェクター2から投写された投写画像を説明するための模式図であり、格子状の画像を表示する場合の図である。具体的に、図11(a)は、有効調光領域600Aから射出された光によって照明された画像形成領域800Aの状態を示す図、(b)は、画像形成領域800Aに表示された表示画像800Dを示す図、(c)は、プロジェクター2からスクリーン等に投写された投写画像900Bを示す図である。
有効調光領域600Aから射出された光が、光変調装置800からずれた位置に結像されるので、図11(a)に示すように、画像形成領域800A上には、調光装置600に設けられたブラックマトリックスの影がほとんど表れない。これによって、図11(a)に示す画像と図11(b)に示す画像とが重なった状態に対応する投写画像900Bは、光変調装置800が調光装置600に対して相対的に回転ズレして配置された場合であっても、図11(c)に示すように、モアレが抑制された画像となる。
また、デフォーカス量が大き過ぎると、本来黒い(暗い)画像の部分にぼんやりと白浮きするハローが発生し、有効調光領域600Aから射出された光が光変調装置800上に結像されていると、有効調光領域600Aにおける光を射出する調光部の形状が鮮明になるハローが発生する。
図12、図13は、本実施形態のプロジェクターとは構成が異なる場合にハローHaが発生することを説明するための模式図であり、外側が黒い白い円形の画像を表示させる場合を示した図である。具体的に、図12は、デフォーカス量が大き過ぎる場合の図であり、図13は、有効調光領域600Aから射出された光が画像形成領域800Aに結像されるように構成された場合の図である。そして、図12、図13において、(a)は、有効調光領域600Aから射出された光によって照明された画像形成領域800Aの状態を示す図、(b)は、画像形成領域800Aに表示された表示画像800Dを示す図、(c)は、投写画像900C,900Dを示す図である。
図12(a)に示すように、デフォーカス量が大き過ぎると、画像形成領域800A上には、図12(b)に示す画像形成領域800Aに表示された白い円形の画像を大きく上回る大きさの領域に照明光が照射される。その結果、図12(c)に示すように、白い円形の外側で本来黒く表示したい部分に白浮きした顕著なハローHaが表れる。
有効調光領域600Aから射出された光が画像形成領域800Aに結像されるように構成された場合には、図13(a)に示すように、有効調光領域600Aにおける調光部の形状がそのまま画像形成領域800A上に表れ、図13(c)に示すように、投写画像900Dは、本来表示したい白い円形の外側に調光部の形状が表れたハローHaが表示されてしまう。
一方、本実施形態のように、デフォーカス量が適切に設定された結像光学系700を備えたプロジェクター2から投写される画像は、ハローHaが抑制されたものとなる。
図14は、本実施形態のプロジェクター2から投写された投写画像を説明するための模式図である。具体的に図14(a)は、有効調光領域600Aから射出された光によって照明された画像形成領域800Aの状態を示す図、(b)は、画像形成領域800Aに表示された表示画像800Dを示す図、(c)は、投写画像900Eを示す図である。
図14(a)に示すように、デフォーカス量が適切に設定されていると、有効調光領域600Aから射出された光は、図14(a)に示すように、画像形成領域800A上において、図12(a)で示した領域より小さく、画像形成領域800Aに表示された白い円形の画像の大きさに近い面積の領域を照射する。
そして、投写画像900Eは、図14(c)に示すように、白い円形の外側にわずかではあるが白浮きとなる部分が生じるが、図12(c)に示す投写画像900CのハローHaと比べ、面積が小さく、白浮きの程度も少ない。また、投写画像900Eは、図13(c)に示す投写画像900DのハローHaと比べ、調光部の形状も見えない画像で、観察者から見ても違和感を与えない画像となる。
このように、結像光学系700は、モアレおよびハローが抑制されるように、デフォーカス量が適切に設定されている。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター2によれば、第1実施形態のプロジェクター1における効果(1)、(2)に加え、以下の効果を得ることができる。
(1)照明装置20は、結像光学系700を備え、有効調光領域600Aから射出される光をデフォーカス状態で画像形成領域800Aに入射させる。これによって、有効調光領域600Aから射出される光を適切に拡散させて画像形成領域800Aを照明することができるので、上述したモアレや、ハローを抑制した画像を表示させることができる。特に、画像形成領域800Aが高解像度で形成される構成において、顕著な効果を奏する。
(2)光変調装置800に対する調光装置600の位置を結像光学系700を備えない構成に比べ、高精度に配置する必要がない(例えば、前述した回転ズレの緩和等)ので、プロジェクター2製造の容易化が可能となる。
(3)調光装置600と光変調装置800とを離間させることができるので、調光装置600と光変調装置800との間に容易に冷却風を流通させ、調光装置600および光変調装置800を効率良く冷却することができる。よって、調光装置600および光変調装置800の高温による劣化を抑制し、プロジェクター2の長寿命化が可能となる。
(変形例)
なお、前記実施形態は、以下のように変更してもよい。
前記実施形態は、表示装置としてフロント型のプロジェクター、すなわちプロジェクター1,2に対向して配置されたスクリーンに画像を投写するプロジェクター1,2を示したが、透過型のスクリーンを備えたリア型のプロジェクターを表示装置としてもよい。
前記実施形態の照明装置10,20は、光源111から射出された光を液晶パネルが変調することにより、光量を調整するように構成されているが、射出する光の光量を調整可能な固体光源を備える装置を照明装置としてもよい。
図15は、変形例の照明装置1000を示す模式図である。照明装置1000は、図15に示すように、複数の固体光源1110(例えばLED(Light Emitting Diode))が縦横に複数配列された固体光源アレイ1100を備えている。固体光源1110は調光部に相当し、固体光源アレイ1100は、各固体光源1110が画像形成領域における所定の画素群に対応するように配列された有効調光領域を有している。各固体光源1110は、例えばPWM(Pulse Width Modulation)駆動によって、個別に射出する光量が調整可能に構成され、画像形成領域における表示画像を表す信号に基づいて決められる。また、固体光源アレイ1100は、有効調光領域の最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、画像形成領域の外縁上または画像形成領域の外側にあるように形成されている。
このような照明装置1000を備えることで、コントラスト比の向上、および表示される画像における端部の明るさの低下を抑制し、画像形成領域に高画質の画像を表示できるテレビやモニター等の表示装置が可能となる。
前記実施形態では、有効調光領域における調光部、および画像形成領域における画素は矩形状に形成されているが、矩形状に限らず、例えばハニカム状であってもよい。
また、複数の調光部はそれぞれが同一形状で構成されているが、異なる形状の調光部を有するように構成してもよい。例えば、有効調光領域内の中央と、端部近傍とで大きさが異なるように構成してもよい。
前記実施形態のプロジェクター1,2は、R光、G光、およびB光に対応する3つの光変調装置を用いるいわゆる3板方式を採用しているが、これに限らず、単板方式を採用してもよく、あるいは、2つまたは4つ以上の光変調装置を備えるプロジェクターにも適用できる。
前記実施形態の調光装置300,600、光変調装置40,800は、透過型の液晶パネルを用いて構成されているが、反射型の液晶パネルを利用したものであってもよい。
また、マイクロミラー型の装置、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)等を利用したものであってもよい。
前記実施形態の光源111は、放電型のランプを用いているが、放電型のランプに限らず、その他の方式のランプや、レーザーやLED等の固体光源で構成してもよい。
また、異なる色光を射出する複数の光源(例えば、3つの色光をそれぞれ射出する複数のLED)を用い、色分離光学系200,500を簡略化あるいは色分離光学系200,500を備えないように照明装置を構成してもよい。
1,2…プロジェクター、10,20,1000…照明装置、30A,600A…有効調光領域、30a,30ax,30ay…調光部、40,800…光変調装置、40A,800A…画像形成領域、40L…照明領域、40a…画素、40b…画素群、60…投写レンズ、111…光源、300,600…調光装置、700…結像光学系、1110…固体光源、Lp…光の強度のピーク。

Claims (7)

  1. 複数の画素が配列された画像形成領域を有し、入射する光を変調する光変調装置と、
    前記画像形成領域を照明する照明装置と、
    を備えた表示装置であって、
    前記照明装置は、前記画像形成領域を照明する光の光量を個別に調整可能な複数の調光部が配列された有効調光領域を有し、
    前記複数の調光部のうち、隣り合う調光部から射出される光によって照明される照明領域が部分的に重なって当該光が前記光変調装置に入射し、
    前記有効調光領域の最も外側に位置する調光部から射出された光の強度分布のピークの位置が、前記画像形成領域の外縁上または前記画像形成領域の外側にあることを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1に記載の表示装置であって、
    前記複数の調光部はそれぞれが同一形状で構成され、
    前記画像形成領域の第1方向における長さをL1、前記複数の調光部から射出された光の前記第1方向における強度分布のピークの間隔をp1、前記有効調光領域の前記第1方向における前記調光部の数をn1とする場合、p1×(n1−1)≧L1、であることを特徴とする表示装置。
  3. 請求項2に記載の表示装置であって、
    前記画像形成領域の前記第1方向に直交する第2方向における長さをL2、前記複数の調光部から射出された光の前記第2方向における強度分布のピークの間隔をp2、前記有効調光領域の前記第2方向における前記調光部の数をn2とする場合、p2×(n2−1)≧L2、であることを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記複数の調光部の光射出側と前記画像形成領域の光入射側とは対向して配置され、
    前記有効調光領域は、第1方向および前記第1方向に直交する第2方向において、前記画像形成領域より大きいことを特徴とする表示装置。
  5. 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記照明装置は、前記有効調光領域から射出される光を、当該光の光軸に沿う方向において、前記光変調装置からずれた位置に結像させる結像光学系を備えることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記光変調装置で変調された光を投写する投写光学装置を備え、
    前記複数の調光部は、
    光を射出する光源と、
    前記光源から射出された光を変調する調光装置と、
    を備えることを特徴とする表示装置。
  7. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記調光部は、光量を調整可能に光を射出する固体光源であり、
    前記照明装置は、前記固体光源が複数配列された固体光源アレイを備えることを特徴とする表示装置。
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