JP2015102614A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (7)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (7)
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