JP2015129784A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで高コントラストの投射型表示装置を提供する。
【解決手段】投射型表示装置は、光源手段の光量を制御する光量制御手段と、光源手段から光変調領域に入射した光束を変調する光変調素子と、光変調素子による変調光束を投射する投射光学系と、光変調素子の光変調領域のうち、光変調素子の少なくとも二つの画素を含む一部の光変調領域を同時に照射する照明光学系と、光源手段からの光束を用いて光変調素子の光変調領域を照射するように光束を走査する光走査手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光束を走査して画像を投射する投射型表示装置に関する。

従来から、レーザやＬＥＤなどの固体光源を用いた投射型表示装置として、種々の構成が提案されている。特許文献１には、複数のレーザを配列したアレイレーザ、および、アレイレーザに対応するアレイレンズを用いて、パネル面を個々のレーザで部分照明する構成が開示されている。特許文献２には、ＲＧＢのＬＥＤ光源からの光束を用いて、単板パネル上の異なる領域をライン照明しながら走査する構成が開示されている。また、表示画像の高画素化や高諧調化が求められており、種々の高コントラストな投射型表示装置が提案されている。

国際公開第９９／４９３５８号 特開２００４−３４７６８１号公報

しかしながら、一般的に高画素な画像に対応した高コントラストの投射型表示装置は、光学系が複雑であって、大型かつ高価である。

特許文献１の構成では、パネル上の輝度分布を均一にして高コントラスト化を実現するのは困難である。一方、輝度分布を補正する手段やレーザアレイの数を増加させると、投射型表示装置が高価なものとなってしまう。特許文献２の構成では、２色の境界にて鮮鋭な色分離を行うことは困難であり、混色によりコントラストが低下してしまう。また、照明光がパネルを照射している状態で画像を切り替える必要があるため、少なくとも画像のフレームレートの３倍の高速駆動が必要となり、パネルが高価になってしまう。

そこで本発明は、低コストで高コントラストの投射型表示装置を提供する。

本発明の一側面としての投射型表示装置は、光源手段の光量を制御する光量制御手段と、前記光源手段から光変調領域に入射した光束を変調する光変調素子と、前記光変調素子による変調光束を投射する投射光学系と、前記光変調素子の前記光変調領域のうち、該光変調素子の少なくとも二つの画素を含む一部の光変調領域を同時に照射する照明光学系と、前記光源手段からの前記光束を用いて前記光変調素子の前記光変調領域を照射するように該光束を走査する光走査手段とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、低コストで高コントラストの投射型表示装置を提供することができる。

実施例１、２における投射型表示装置の要部構成図である。 各実施例において、照射光が光変調素子の表面を走査する状態を示す図である。 各実施例において、照射光の発光状態の説明図である。 実施例１〜３における投射型表示装置の詳細構成図である。 各実施例における光源の発光制御の説明図である。 実施例３における投射型表示装置の要部構成図である。 実施例４における投射型表示装置の詳細構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１を参照して、本実施形態における投射型表示装置について説明する。図１は、投射型表示装置１００の要部構成図である。図１には、説明を簡単にするため、照明光学系１および液晶パネルとしての光変調素子７（投射型表示装置１００の要部）についてのみ示されている。実際には、後述の図４に示されるように、投射型表示装置１００は、更に色分解合成光学系および投射レンズなどを備えた画像表示システムである。

本実施形態において、照明光学系１は、光源２（固体光源）、導光光学系３、光走査手段４、５、および、照明系６を備えて構成されている。光源２であるＬＥＤやレーザからの射出光は、導光光学系３であるレンズ群により、光走査手段４、５へ導光される。光走査手段４、５により走査された光束は、照明系６を介して、光変調素子７としての液晶パネル上を２次元状に走査しながら照射する。光変調素子７は、光源２から光変調領域に入射した光束を変調する。本実施形態において、図１中に示されるように、光変調素子７（液晶パネル）の面法線をｚ軸、紙面内でｚ軸と直交する軸をｘ軸、ｘｚ平面の面法線をｙ軸とそれぞれ定義する。また本実施形態において、光変調素子７（液晶パネル）は、ｘ軸方向が光変調素子７の長辺方向、ｙ軸方向が光変調素子７の短辺方向とそれぞれ一致するように配置されている。光走査手段４は、ｘｚ面内に回転軸４ａを有し、光源２からの光束をｙ軸方向に走査する。光走査手段５は、ｙ軸方向に回転軸５ａを有し、光源２からの光束をｘ軸方向に走査する。本実施形態において、光走査手段４、５は、それぞれ、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、ＭＥＭＳミラーなどのミラースキャナーデバイスである。

続いて、図１を参照して、本実施形態における照射光１１について説明する。ここでは、光源２として、白色レーザを用いた場合について説明するが、本実施形態はこれに限定されるものではない。光源２からの射出光（光源２からの光束により形成される像）は、導光光学系３により、光走査手段５のミラー面上に結像される。実際には、光走査手段４により、紙面垂直方向であるｙ軸方向に光束は走査される。このため、光走査手段５の走査ミラー面上を結像光束が走査されることになる。

その後、光走査手段５のミラー面上に結像した光束は、発散光として照明系６に入射する。発散光は、照明系６により平行光束に変換され、光変調素子７（液晶パネル）を照射する照射光１１となる。本実施形態において、照射光１１は、特定の時間（所定の期間）にて光変調素子７の一部の領域のみを照射し、光変調素子７のそれ以外（一部の領域以外）の領域を照射しない。例えば、投射表示されるデータが、１秒間に３０フレーム切り替わる場合、特定の時間とは、１フレームが切り替わる時間である１／３０秒より短い時間である。そして照射光１１は、１フレームが切り替わる時間内（所定の期間内）で光変調素子７の表面（液晶パネル面）を２次元走査されることにより、光変調素子７の全面（液晶パネル全面）を照射する。

続いて、図２を参照して、光変調素子７を照射する照射光１１について説明する。図２は、照射光１１が光変調素子７の表面（液晶パネル面）を２次元走査する状態を示している。光走査手段４、５により光束を走査していない状態での照射光１１は、図２中の左上のハッチング領域７ａである。ここでは、光走査手段５としてガルバノミラーを用いた場合について示しており、光変調素子７の長辺方向は、図２中の左右方向である。一方、光走査手段４としては、ポリゴンミラーなどの回転ミラーが用いており、図２中の上から下への一方向に走査される。

図２では、光走査手段５（ガルバノミラー）により図２中の左から右に走査される場合にのみ、照射光１１が点灯して走査される様子が示されている。このため照射光１１は、左から右に走査されながら、上から下に向けて走査されることとなり、最後には図２中の右下のハッチング領域７ｂを照射する。これにより、光変調素子７の全面走査が完了する。また、左から右に走査される際の照射光１１は、連続発光ではなく、特定の間隔での間欠発光が好ましい。図２では、長辺方向に１２回間欠発光することにより、長辺方向を１２ブロックに分けて照射している様子が示されている。ただし本実施形態はこれに限定されるものではない。

続いて、図３を参照して、照射光１１の間欠発光における光変調素子７の表面の照射光１１について補足説明を行う。図３は、照射光１１の発光状態の説明図である。本実施形態において、光源２は、発光量（光量）を制御可能なレーザ光源である。説明を簡単にするため、長辺方向に１回走査する場合について説明する。

図３（ａ）は、レーザ（光源２）の駆動電流の注入状態を示している。図３（ａ）において、横軸は光変調素子７の長辺方向の位置ｘ、縦軸は駆動電流Ｉをそれぞれ示している。図３（ａ）では、光変調素子７の表面（液晶パネル面）で等間隔に６回、一定の電流が注入されている状態が示されている。実際の電流を注入するタイミングは、照明系６や光走査手段５の走査速度などにより決定される。図３（ｂ）は、非走査状態でレーザが発光した場合の光変調素子７の表面での強度分布を示している。図３（ｂ）において、横軸は光変調素子７の長辺方向の位置ｘ、縦軸は光変調素子７の表面での相対強度ｐをそれぞれ示している。図３（ｃ）は、光変調素子７の表面上にて図３（ｂ）に示される強度分布を有するレーザ光束が走査される状態を示している。図３（ｃ）において、横軸は光変調素子７の長辺方向の位置ｘ、縦軸は相対強度ｐをそれぞれ示している。

レーザは、図３（ａ）に示されるタイミングで駆動電流Ｉが注入されることにより発光する。このため、光変調素子７の表面上では、電流が注入されている間、レーザが発光しながら光変調素子７の表面上が走査される。図３（ｃ）中に示される矢印は、電流が注入されている時間を表す。図３（ｃ）中の一番左の発光タイミングを例に説明すると、矢印の始点で発光が始まり、図３（ｃ）中の実線で示される強度分布を有する光束が照射される。そして、矢印の終点まで発光は続き、レーザ光は図３（ｃ）中に示される点線の位置まで走査された後、一旦、電流の注入は終わり、消光される。そして矢印で示されるように、発光と消光が６回繰り返される。

図３（ｄ）は、光変調素子７の表面上での発光強度分布を示している。図３（ｄ）において、横軸は光変調素子７の長辺方向の位置ｘ、縦軸は発光強度Ｐをそれぞれ示している。１回の発光時間中に光変調素子７の表面上を発光しながら走査された光束は、図３（ｃ）に示される実線から点線までの発光量を積分した分布となる。図３（ｄ）は、その光量分布を示している。前述の間欠発光は高速な走査時間内で行われるため、実際には、図３（ｄ）の６回の発光分布が足し合わされた図３（ｅ）に示される照射分布として、光変調素子７の表面で観察される。このとき、図３（ｅ）に示されるように、光量分布むらΔｐが発生している。光量分布むらΔｐに関しては、必要な画像諧調に応じて光量分布むらΔｐの許容量を決定することができる。図３は、説明を簡単にするため、１次元方向の発光状態について示している。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、光変調素子７の全面の２次元発光状態に容易に適用可能である。

本実施形態において、図３（ｂ）に示される光変調素子７の表面での強度分布を２次元に拡張した照射領域Ａ（光変調素子７の一部の光変調領域の範囲）は、以下の条件式（１）を満たすように設定することが好ましい。

１０×Ｐａ×Ｐｂ＜Ａ＜ｎａ×Ｐａ×ｎｂ×Ｐｂ／１０００ … （１）
条件式（１）において、Ｐａ、Ｐｂは光変調素子７の長辺方向および短辺方向のそれぞれの画素ピッチ、ｎａ、ｎｂは光変調素子７の長辺方向および短辺方向のそれぞれの画素数である。

条件式（１）の下限を超えると、照射領域が狭くなり、１画素照射に近づく。このため、光走査手段４、５や光源２の高速で高分解な駆動が必要となり、好ましくない。一方、条件式（１）の上限を超えると、照射領域が大きくなり、光変調素子７の表面上の均一照明を実現するための照明光学系１が複雑になり、好ましくない。また、後述する１フレーム内で光源２の発光量制御を行う際にも高精度な発光制御を行うことが困難になるため、好ましくない。

本実施形態の照明光学系１は、光変調素子７の一画素に対応する照射光を走査する構成ではなく、少なくとも二つの画素を含む一部の領域を同時に照射して走査する構成である。このため、以下の構成を採用することが可能となる。第一に、光変調素子７の面内における長辺方向と短辺方向との間で、光源２を発光させる発光位置（光変調素子７の表面上での照射位置）の間隔を異ならせることができる。レーザ光源などは、光束の発散角度が均一でない楕円状の射出光束が一般的である。このため、発散角度の狭い方向の発光位置（光変調素子７の表面上での照射位置）の間隔を狭くすることにより、光変調素子７の表面上の均一照明を、簡易な光学系で実現することができるため、好ましい。第二に、光走査手段４、５で光変調素子７の面内を等速で走査することが好ましい。しかし、等速走査させるには、照明系６にｆθレンズなどの特殊な光学系が必要となる。そこで、等速走査からずれた場合、発光位置の間隔や発光量を調整することにより、特殊な光学系を用いることなく、光変調素子７の表面上での均一照明が可能となり好ましい。

また本実施形態では、図１に示されるように、光走査手段４、５の近傍で光源２からの光束を一旦結像させるように構成することが好ましい。このような構成によれば、走査ミラー面上の光束を小さくすることができる。このため、走査ミラーの小型化を図ることができ、高速で高精度なミラースキャナーデバイスを容易に実現することが可能となる。

本実施形態のように光変調素子７上を部分的に照射しながら走査する構成において、光変調素子７に表示されるデータは、以下のように切り替えることが好ましい。図２に示されるように、照射光１１が光走査手段４、５により左から右に走査されながら上から下に走査される場合、上下方向に２つの領域（第１の領域、第２の領域）に分割して交互に表示データが切り替えられる。そして、照射光１１が上半分を走査している間に、光変調素子７の下半分の表示データが切り替えられる。その後、照射光１１が下半分を走査している間、上半分の表示データが切り替えられる。このような構成によれば、光照射されている状態で光変調素子７のデータ切り替えは行われない。このため、動画像を表示する際に光変調素子７の切り替えで発生する残像感を低減することができる。本実施形態は、光変調素子７の上を照射光１１が部分的に照射しながら走査する構成を採用しているため、光変調素子７として液晶パネルを利用しているが、原理的にはブラウン管などの電子銃走査に近い方式である。このため本実施形態によれば、液晶パネル単独では実現困難な、動画像の残像感を低減させる高コントラストな画像表示が可能となる。

続いて、図４を参照して、図１の投射型表示装置１００の構成について詳述する。図４は、投射型表示装置１００の詳細構成図である。投射型表示装置１００は、照明光学系１、色分離合成光学系（偏光ビームスプリッタ１３ａ、１３ｂ、色合成素子１３ｃなど）、光変調素子７（反射型液晶パネル７ｒ、７ｇ、７ｂ）、および、投射光学系１６を備えて構成されている。

照明光学系１の光源２として白色レーザを用いた本実施形態の構成において、照明光学系１から出射した走査光は、偏光方向が揃った白色光となる。照明光学系１から出射した光束（走査光）は、ダイクロミラー１２に入射する。ダイクロミラー１２は、入射光束のうち特定の波長帯域の光束を反射し、それ以外の波長帯域の光束を透過する。ダイクロミラー１２により反射した波長帯域の光束は、偏光ビームスプリッタ１３ｂおよび位相板１５ｇを介して、反射型液晶パネル７ｇ（光変調素子）に照射される。反射型液晶パネル７ｇで変調された光は、偏光方向が入射時と異なるため、位相板１５ｇを透過する。そして位相板１５ｇを透過した光束は、偏光ビームスプリッタ１３ｂにより別の光路に導かれ、色合成素子１３ｃにより反射して投射光学系１６に導かれる。投射光学系１６は、光変調素子による変調光束をスクリーン（不図示）上に投射する。

一方、ダイクロミラー１２を透過した波長帯域の光束は、特定波長帯域の偏光方向を９０度変換する波長選択位相子１４ａに入射する。波長選択位相子１４ａは、入射光束の偏光方向を、２つの波長帯域の間で互いに異なる偏光方向に変換する。偏光方向を９０度変換された波長帯域の光束は、偏光ビームスプリッタ１３ａで反射し、位相板１５ｂを介して反射型液晶パネル７ｂ（光変調素子）に照射される。波長選択位相子１４ａにより偏光方向が変換されなかった波長帯域の光束は、偏光ビームスプリッタ１３ａを透過し、位相板１５ｒを介して反射型液晶パネル７ｒ（光変調素子）に照射される。

反射型液晶パネル７ｂ、７ｒで変調された光束の偏光方向は、入射時の偏光方向とは異なる。このため反射型液晶パネル７ｂ、７ｒで変調された光束は、偏光ビームスプリッタ１３ａで入射ときの光路とは別の光路に導かれる。そして、偏光方向を９０度変換する特定波長帯域が波長選択位相子１４ａとは異なる波長選択位相子１４ｂにより、２つの波長帯域の偏光方向は揃えられる。偏光方向が揃えられた光束は、色合成素子１３ｃを透過して投射光学系１６に導かれる。そして３つの波長帯域の光束は、投射光学系１６によりスクリーン（不図示）に投射される。本実施形態において、投射型表示装置１００は、３枚の反射型液晶パネル７ｒ、７ｂ、７ｇ（光変調素子）を用いた光学系を有する。ただし本実施形態はこれに限定されるものでなく、光変調素子として、透過型液晶パネル、または、１枚または２枚の液晶パネルを用いた構成にも適用可能である。

続いて、本実施形態で表示するデータ（表示データ）の制御方法について説明する。本実施形態において、光源２として発光量を制御可能な固体光源が用いられる。このため、表示データの１フレームごとに、光源２の発光量を調整することが可能である。

図１に示されるように、投射型表示装置１００は、入力データ（入力信号）を受け取るデータ制御部８を有する。データ制御部８は、表示データに含まれる最も明るい画素を抽出するなどの各種データ解析を行う。そしてデータ制御部８は、入力データの解析結果に応じて、光源２の発光量および光変調素子７（液晶パネル）に表示させるためのデータ（情報）を決定する。データ制御部８は、光量制御部９（光量制御手段）および光変調素子駆動部１０（駆動手段）を備えている。光量制御部９は、データ制御部８により決定された情報に基づいて、光源２（光源手段）の光量を制御する。光変調素子駆動部１０は、データ制御部８により決定された情報に基づいて、光変調素子７を駆動する。

実際のスクリーンに投射される表示データは、光源２の発光量と光変調素子７（液晶パネル）の表示データとの積となる。本実施形態の表示データの制御方法によれば、明るい表示データと暗い表示データとの間で、表現可能な輝度の範囲を変更することができ、高コントラストな投射型表示装置を提供することができる。

また本実施形態において、図５に示されるように、１画面内で光源２の発光量を調整することも可能である。図５（ａ）は、表示データ（画像）の一例である。図５（ａ）は、夜景の画像を想定しており、画面内で明るい領域と暗い領域とが存在し、明暗のはっきりした高コントラストな画像を示している。図５（ｂ）は、光変調素子７（液晶パネル）の面上での１画面内の照射光の状態を示している。図５（ａ）中の夜空の領域５１では光源２を暗く発光させ、建物の領域５２では光源２を明るく発光させる。

本実施形態において、光源２の発光量制御に関し、光源２のオン／オフだけでなく、複数の諧調で光源２の発光量を制御可能に構成することが好ましい。図５（ｂ）では、光源２の発光量を白、黒、グレイの３諧調で制御する場合が示されている。例えば、光変調素子７（液晶パネル）を含む投射光学系で１０００：１のコントラストの表示が可能であり、光源２が１０段階の諧調で発光制御が可能である場合、スクリーン上では、１００００：１の高コントラストな表示が実現可能となる。

１画面内で発光量を調整する場合、光変調素子７（液晶パネル）に表示されるデータは、照射光量分布を考慮する必要がある。この場合、データ制御部８は、照射光量分布と光変調素子７（液晶パネル）の表示データとの関係をテーブルとして記憶する記憶手段などを備えている。また、図５（ｂ）の１画面内の発光量の制御は、図２に示される光源の間欠発光領域と一致させているが、これに限定されるものではない。

このように本実施形態において、照明光学系１（導光光学系３、照明系６）は、光変調素子７の光変調領域（全照射領域、または全パネル領域）のうち、光変調素子７の少なくとも二つの画素を含む一部の光変調領域を同時に照射する。そして光走査手段４、５は、光源２からの光束を用いて光変調素子７の光変調領域（全照射領域）を照射するように光束を走査する。好ましくは、光量制御部９は、所定の期間において、光変調素子７の一部の光変調領域のみを同時に照射しながら光源２の光量を制御する。

また本実施形態において、好ましくは、光走査手段４、５は、一つの光源２（光源手段に含まれる一つの光源２）からの光束を用いて光変調素子７の全照射領域を二次元的に走査する。ただし本実施形態はこれに限定されるものではない。光走査手段は、複数の光源（光源手段に含まれる複数の光源）からの複数の光束を用いて光変調素子７の全照射領域を一次元的に走査するように構成してもよい。

好ましくは、光量制御部９は、光走査手段４、５が光源２からの光束を走査する際に、光源２を所定の間隔で点灯するように制御する。より好ましくは、光源２が所定の間隔で点灯することにより、異なるタイミング（第１のタイミング、第２のタイミング）で光変調素子７に照射される複数の光束の中心位置の間隔は、光変調素子７の長辺方向と短辺方向とで互いに異なっている。なお、複数の光源からの複数の光束を用いる場合、複数の光束のそれぞれの光束に関し、異なるタイミング（第１のタイミング、第２のタイミング）で照射された複数の光束の中心位置の間隔は異なる。本実施形態において、光変調素子７に照射される光束は、第１の方向において第１の発散角度、第２の方向において第１の発散角度よりも小さい第２の発散角度を有する。このため、より好ましくは、光束の中心位置の間隔は、光変調素子７の長辺方向と短辺方向のうち第１の方向と一致する方向よりも第２の方向と一致する方向において狭くなるように設定されている。

好ましくは、照明光学系１は、光源２からの光束を光源２と光変調素子７との間で結像させる。より好ましくは、照明光学系１は、光源２からの光束を光走査手段４（または光走査手段５）と光変調素子７との間で結像させる。

また好ましくは、投射型表示装置１００は、光変調素子７を駆動する光変調素子駆動部１０（駆動手段）を有する。光変調素子駆動部１０は、光変調素子７の全照射領域のうち第１の領域が照射されている間、第１の領域とは異なる第２の領域における表示画像を切り替える。より好ましくは、光量制御部９は、入力信号（入力データ）に応じて、一画面内における光源２の光量を制御する。また光変調素子駆動部１０は、入力信号に応じて、一画面内における光変調素子７による変調光束を制御する。また、より好ましくは、光量制御部９は、入力信号に応じて、複数の諧調で光源２の光量を制御する。

次に、本発明の実施例１における投射型表示装置について説明する。本実施例の投射型表示装置の基本構成は、図１の投射型表示装置１００の構成と同様である。本実施例において、光源２（固体光源）として白色レーザが用いられる。光変調素子７に表示する表示データは、２Ｋ規格として２０４８×１０８０画素のデータである。データ制御部８は、１秒間に３０フレームで表示データの切り替えを行う。光変調素子７は、０．７４型の液晶パネルである。

本実施例の投射型表示装置１００は、照射領域Ａとして、長辺方向に５０画素、短辺方向に４０画素の範囲を照射する光学系を有する。ここで、照射領域Ａは、非走査時の照射光におけるピーク光量の１／１０以上の光量領域である。この場合、照射領域Ａは、５０×Ｐａ×４０×Ｐｂ＝２０００×Ｐａ×Ｐｂである。条件式（１）の右辺は、ｎａ×Ｐａ×ｎｂ×Ｐｂ／１０００＝２０４８×Ｐａ×１０８０×Ｐｂ／１０００＝２２１２×Ｐａ×Ｐｂとなり、この照射領域は条件式（１）を満足している。ここでＰａ、Ｐｂは、光変調素子７の長辺方向および短辺方向の画素ピッチである。Ｐａ＝Ｐｂとすると、光変調素子７（液晶パネル）の画素ピッチは、約８．１μｍとなる。従って、照射光は、長辺方向約４０５μｍ、短辺方向約３２４μｍの光束となる。

また、図２に示される照射光に関し、長辺方向は２０４８／５０＝４１、短辺方向は１０８０／４０＝２７となる。このため本実施例の投射型表示装置１００は、光変調素子７（液晶パネル）の表面を４１×２７＝１１０７分割した照射を行うように構成される。これは、アレイレーザなどの面発光レーザを用いた場合には実現困難な分割数である。本実施例の構成によれば、細かな領域で光量制御が可能となる。

続いて、本実施例における光走査手段４、５の駆動について説明する。短辺方向を走査する光走査手段４は、１フレームを切り替える間に１回走査できればよい。このため、秒間３０フレームのデータ切り替えを行う場合、走査周波数は３０Ｈｚとなる。一方、長辺方向を走査する光走査手段５は、短辺方向を２７分割した照明を行うため、走査周波数は、３０×２７＝８１０Ｈｚとなる。いずれも、１ｋＨｚ以下の低速な駆動装置で実現可能である。また、照明系６として、焦点距離５０ｍｍの光学系を用いる場合、光走査手段４の走査角は５．０°、光走査手段５の走査角は９．４°となり、低走査角のミラースキャナーデバイスを用いることができるため、安価に構成可能である。

続いて、光源２の駆動について説明する。光源２は、１フレームが切り替わる時間内に、１１０７分割した領域ごとに間欠発光を行う。このため、光源２の駆動周波数は、３０×１１０７＝３３．２ｋＨｚとなる。この場合にも、駆動回路として、低速で安価な回路を用いることができる。

ここで比較例として、照射領域が光変調素子７（液晶パネル）の１画素となる構成について説明する。照射領域以外の仕様は、前述の本実施例と同様であるとする。光走査手段４、５の駆動に関し、短辺方向の光走査手段４の走査周波数は３０Ｈｚであり、本実施例と同じである。しかし、長辺方向を走査する光走査手段５は、短辺方向を１０８０分割した照明となり、その走査周波数は、３０×１０８０＝３２．４ｋＨｚとなり、高速な駆動装置が必要となる。また、光源２の駆動は、２０４８×１０８０＝２２１１８４０分割した領域ごとに間欠発光を行う必要がある。このため、光源２の駆動周波数は、３０×２２１１８４０＝６６．４ＭＨｚとなり、本実施例の２０００倍の高速駆動が必要となる。

次に、本発明の実施例２における投射型表示装置について説明する。本実施例の投射型表示装置の基本構成は、図１に示される投射型表示装置１００の構成と同様である。また本実施例において、光変調素子７に表示される表示データとして、実施例１の４倍の画素数である４Ｋ規格が採用されている。また本実施例の投射型表示装置は、照射領域Ａとして、長辺方向に５画素、短辺方向に３画素の範囲を照射する光学系を有する。それ以外の構成は、実施例１と同様である。

本実施例の照射領域Ａは、６×Ｐａ×４×Ｐｂ＝２４×Ｐａ×Ｐｂである。条件式（１）の右辺は、ｎａ×Ｐａ×ｎｂ×Ｐｂ／１０００＝４０９６×Ｐａ×２１６０×Ｐｂ／１０００＝８８４７×Ｐａ×Ｐｂとなる。このため本実施例の照射領域Ａは、条件式（１）を満足している。Ｐａ＝Ｐｂとすると、光変調素子７（液晶パネル）の画素ピッチは、約４．０μｍである。従って、照射光は、長辺方向に約２４μｍ、短辺方向約に１６μｍの光束となる。また、図２に示される照射光に関して、長辺方向は４０９６／６＝６８２、短辺方向は２１６０／４＝５４０となる。このため本実施例の投射型表示装置は、光変調素子７（液晶パネル）の表面を６８２×５４０＝３６８２８０分割した照射を行うように構成される。

本実施例において、画像規格のＶＧＡは６４０×４８０画素である。このため、ＶＧＡより細かな解像度で照射光を制御することになり、１フレーム内で高解像の光量制御が可能となり、高コントラストの投射型表示装置を提供することができる。また本実施例の構成において、照射光は、光変調素子７（液晶パネル）の表面上でφ１０μｍ前後の狭領域を照射する。このため、図１に示されるように、光走査手段４、５の近傍で一旦結像する構成ではなく、光走査手段４、５にはコリメートされた平行光束を入射させて照明系６で光変調素子７（液晶パネル）の表面上に結像させる光学系を採用する。これにより、簡易な光学系を用いることができるため、より好ましい。

続いて、本実施例における光走査手段４、５の駆動について説明する。光変調素子７の短辺方向を走査する光走査手段４は、その走査周波数は３０Ｈｚであり、実施例１と同じである。一方、光変調素子７の長辺方向を走査する光走査手段５は、短辺方向を５４０分割した照明を行うため、その走査周波数は、３０×５４０＝１６．２ｋＨｚとなる。長辺方向は、実施例１に比べてやや高速な駆動装置が必要となるが、十分安価な装置で実現可能となる。

続いて、本実施例における光源２の駆動について説明する。光源２は、１フレームが切り替わる時間内に、３６８２８０分割した領域ごとに間欠発光を行ため、駆動周波数は、３０×３６８２８０＝１１．０ＭＨｚとなる。前述の比較例と比べると、画像の画素数が４倍の高画素になっているにも関わらず、駆動周波数については約１／６の速度で実現することができるため、比較的簡易な駆動手段を用いることが可能である。

次に、図６を参照して、本発明の実施例３における投射型表示装置について説明する。図６は、本実施例における投射型表示装置１００ａの要部構成図である。

本実施例の投射型表示装置１００ａは、光源２（固体光源）からの射出光を導光光学系３により一旦結像させる位置が光走査手段５と光変調素子７との間にある点で、実施例１の投射型表示装置１００とは異なる。図６中のＳで示される点線位置は、光源像が結像される位置である。図６中の上部に、Ｓ面での光源像が示されている。２つの光走査手段４、５により走査されるため、光源像は、２次元の面光源と見なすことができる。この光源像の位置を投射光学系の瞳と共役関係となるように設定し、光源像と瞳投影倍率および投射光学系のＦナンバーを適切に選択することにより、光量ロスの少ない投射型表示装置を実現することができる。

Ｓ面での光源像は、２つの光走査手段４、５の走査角、および、各光走査手段の走査ミラー面と結像位置Ｓとの距離により決定される。このため、各構成要素を適切に配置することにより、光変調素子７（液晶パネル）の表面の画面形状とは異なる光源像を実現することができる。一例として、図６は、正方形の光源像を示している。

次に、図７を参照して、本発明の実施例４における投射型表示装置について説明する。図７は、本実施例における投射型表示装置１００ｂの詳細構成図である。

本実施例の投射型表示装置１００ｂは、照明光学系１ｂを備えている。照明光学系１ｂは、互いに異なる発光波長帯域を有する３種類の光源２ａ、２ｂ、２ｃを含む。光源２ａ、２ｂ、２ｃは、ＲＧＢのレーザ光源である。また照明光学系１ｂは、導光光学系３ｂを有する。導光光学系３ｂは、３つの光源２ａ、２ｂ、２ｃからの光束を合成して光走査手段４に導く光束合成手段１７を備えている。このような構成により、入力データに応じてＲＧＢのレーザ光源ごとに独立駆動が可能となり、より精密な諧調表現を実現することができる。

図７に示されるように、本実施例の構成では、光走査手段４に入射する前に、光束合成手段１７を用いて３つの光源２ａ、２ｂ、２ｃからの光束を合成している。このため、１組の光走査手段４、５を用いればよく、簡易な構成を実現することができる。また、ＲＧＢで独立に発光制御できることを利用し、Ｒ用とＢ用の液晶パネルとして共通の液晶パネル（光変調素子７ｂ）を用いる。また、Ｇ用の液晶パネル（光変調素子７ａ）を倍速で駆動し、ＲとＢの表示データを切り替えている。本実施例において、ＲＧＢの各レーザは、紙面垂直方向の直線偏光光である。

光源２ａから出射した緑色（Ｇ）のレーザは、１／２波長板である位相板（不図示）により偏光が９０度回転され、導光光学系３ｂの一部により略平行光に変換される。その後、光束合成手段１７を構成する偏光ビームスプリッタ１７ａおよびダイクロイックプリズム１７ｂをＰ偏光光束として透過し、導光光学系３ｂにより光走査手段上に結像される。光走査手段で走査された光束は、照明系６により略平行光となり、色分解合成光学系である偏光ビームスプリッタ１３ｄを透過し、Ｇ用の液晶パネル（光変調素子７ａ）に照射される。光変調素子７ａで変調された光束は、入射時と偏光方向が異なるため、偏光ビームスプリッタ１３ｄにより反射され、投射光学系１６に導かれる。

光源２ｂから出射した青色（Ｂ）のレーザは、偏光ビームスプリッタ１７ａをＳ偏光光束として反射し、ダイクロイックプリズム１７ｂを透過した後、導光光学系３により光走査手段上に結像される。その後、照明系６を介して偏光ビームスプリッタ１３ｄで反射され、Ｂ、Ｒ共通の液晶パネル（光変調素子７ｂ）に照射される。

光源２ｃから出射した赤色（Ｒ）のレーザは、ダイクロイックプリズム１７ｂで反射した後、導光光学系３により光走査手段上に結像される。その後、照明系６を介して、偏光ビームスプリッタ１３ｄで反射され、Ｂ、Ｒ共通の液晶パネル（光変調素子７ｂ）に照射される。Ｒ用とＢ用の液晶パネル（光変調素子７ｂ）は、Ｇ用の液晶パネル（光変調素子７ａ）に対して倍速で駆動し、ＲとＢの表示データを切り替えるように構成されている。そして、表示データに同期して、青色と赤色のレーザを点灯させている。ＢとＲの表示データは、偏光方向が同じである。このため、光変調素子７ｂ（液晶パネル）で変調された後、偏光ビームスプリッタ１３ｄを透過し、投射光学系１６に導かれる。そして、３つの波長帯域の光は、投射光学系１６によりスクリーン（不図示）に投射される。

このように本実施例において、光源は、互いに異なる波長帯域の複数の光束をそれぞれ出射する複数の光源２ａ、２ｂ、２ｃである。照明光学系１ｂは、複数の光源２ａ、２ｂ、２ｃからの複数の光束を合成する光束合成手段１７を含む。好ましくは、光束合成手段１７は、複数の光源２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれと光走査手段４（または光走査手段５）との間に配置されている。より好ましくは、光量制御部９は、複数の光源２ａ、２ｂ、２ｃを独立に駆動する。本実施例によれば、色分解合成光学系として１つの偏光ビームスプリッタのみを用いた簡易な構成を適用することができる。また、必要な光変調素子（液晶パネル）も２枚であり、より小型の投射型表示装置を提供することができる。

各実施例によれば、光変調素子、光源、照明系などを安価かつ簡易に構成可能である。このため各実施例によれば、低コストで高コントラストの投射型表示装置を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１…照明光学系
４、５…光走査手段
７…光変調素子
９…光量制御部
１６…投射光学系

Claims (15)

1. 光源手段の光量を制御する光量制御手段と、
   前記光源手段から光変調領域に入射した光束を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子による変調光束を投射する投射光学系と、
   前記光変調素子の前記光変調領域のうち、該光変調素子の少なくとも二つの画素を含む一部の光変調領域を同時に照射する照明光学系と、
   前記光源手段からの前記光束を用いて前記光変調素子の前記光変調領域を照射するように該光束を走査する光走査手段と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記光量制御手段は、所定の期間において、前記光変調素子の前記一部の光変調領域のみを同時に照射しながら前記光源手段の光量を制御することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記光源手段は、一つの光源を有し、
   前記光走査手段は、前記一つの光源からの前記光束を用いて前記光変調素子の前記光変調領域を二次元的に走査することを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
4. 前記光源手段は、複数の光源を有し、
   前記光走査手段は、前記複数の光源からの複数の光束を用いて前記光変調素子の前記光変調領域を一次元的に走査することを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
5. 前記光変調素子の前記一部の光変調領域の範囲をＡ、該光変調素子の長辺方向および短辺方向における画素ピッチをそれぞれＰａ、Ｐｂ、該光変調素子の該長辺方向および該短辺方向における画素数をそれぞれｎａ、ｎｂとするとき、
   １０×Ｐａ×Ｐｂ＜Ａ＜ｎａ×Ｐａ×ｎｂ×Ｐｂ／１０００
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
6. 前記光量制御手段は、前記光走査手段が前記光源手段からの前記光束を走査する際に、該光源手段を所定の間隔で点灯するように制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
7. 前記光源手段が前記所定の間隔で点灯することにより異なるタイミングで前記光変調素子に照射される複数の光束の中心位置の間隔は、該光変調素子の長辺方向と短辺方向とで互いに異なっていることを特徴とする請求項６に記載の投射型表示装置。
8. 前記光変調素子に照射される前記光束は、第１の方向において第１の発散角度、第２の方向において該第１の発散角度よりも小さい第２の発散角度を有し、
   前記光束の前記中心位置の間隔は、前記光変調素子の前記長辺方向と前記短辺方向のうち前記第１の方向と一致する方向よりも前記第２の方向と一致する方向において狭くなるように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の投射型表示装置。
9. 前記照明光学系は、前記光源からの前記光束を該光源と前記光変調素子との間で結像させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
10. 前記照明光学系は、前記光源からの前記光束により形成される像を前記光走査手段と前記光変調素子との間で結像させることを特徴とする請求項９に記載の投射型表示装置。
11. 前記光源は、互いに異なる波長帯域の複数の光束をそれぞれ出射する複数の光源であり、
    前記照明光学系は、前記複数の光源からの前記複数の光束を合成する光束合成手段を含み、
    前記光束合成手段は、前記複数の光源のそれぞれと前記光走査手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
12. 前記光量制御手段は、前記複数の光源を独立に駆動することを特徴とする請求項１１に記載の投射型表示装置。
13. 前記光変調素子を駆動する駆動手段を更に有し、
    前記駆動手段は、前記光変調素子の前記光変調領域のうち第１の領域が照射されている間、該第１の領域とは異なる第２の領域における表示画像を切り替えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
14. 前記光量制御手段は、入力信号に応じて、一画面内における前記光源の光量を制御し、
    前記駆動手段は、前記入力信号に応じて、前記一画面内における前記光変調素子による変調光束を制御することを特徴とする請求項１３に記載の投射型表示装置。
15. 前記光量制御手段は、前記入力信号に応じて、複数の諧調で前記光源の光量を制御することを特徴とする請求項１４に記載の投射型表示装置。