JP2016009147A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投写画像の外周に現れる迷光をより軽減できる投写型表示装置を提供する。【解決手段】光源と、光源が発する光から生成した前記照明光を前記デジタルマイクロミラーデバイスへ導く照明光学系と、画像光を投写型表示装置の外へ導く投写レンズと、照明光または画像光の光路上に配置され、照明光または画像光の光束の外周の少なくとも一部を覆う形状であり、照明光または画像光に含まれる特定の波長光を遮断し、該特定の波長光を除く他の波長光を透過させるマスク部と、を有し、デジタルマイクロミラーデバイスは、画像光の形成に有効な領域である有効領域の外周に照射された、照明光の反射を抑制するための遮光体を備え、遮光体が特定の波長光を反射する構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成素子としてＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device：デジタルマイクロミラーデバイス）を用いるＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の投写型表示装置に関する。

ＤＬＰ方式の投写型表示装置では、光源から発せられた光（照明光）が照明光学系によって画像形成素子であるＤＭＤまで導かれる。照明光学系は、一般的に、光源から発せられた光の輝度分布を均一にするインテグレータと、インテグレータから出射された光（照明光）をＤＭＤ面まで導く、レンズやミラー等から成るリレー光学系とを備えている。また、照明光学系には、必要に応じて光源とインテグレータとの間にカラーホイール等の色分離手段が配置される。
ＤＭＤは、照射された照明光を画像信号に基づいて光変調することで、該画像信号で示される画像光を形成する。ＤＭＤで形成された画像光は投写レンズを通してスクリーン上に拡大投写される。本明細書では、上記光源、照明光学系、ＤＭＤ、投写レンズを含む、画像光をスクリーン上に投写するための機構を「光学エンジン部」と称す。

上述したＤＬＰ方式の投写型表示装置では、ＤＭＤ面における画像光の形成に有効な領域である有効領域と、ＤＭＤ面に対する照明光の照射領域（照明領域）とを正確に一致させる必要がある。これは、有効領域と照明領域とが一致しないと、有効領域の一部（端部）に照明光が照射されずに、画像信号で示される画像の一部が表示されない表示不良が生じるからである。
しかしながら、実際の照明光学系では、該照明光学系を構成する上記インテグレータ、レンズ、ミラー等の取り付け誤差等により、有効領域と照明領域とにズレが生じてしまう。そこで、多くのＤＬＰ方式の投写型表示装置では、上記表示不良を防止するため、ＤＭＤの有効領域よりも照明領域が広くなるように照明光学系が設計されている。
但し、ＤＭＤの有効領域よりも照明領域が広い構成では、有効領域の外周で反射した照明光が投写レンズを通してスクリーンへ到達し、投写画像の外周に迷光として現れる、別な課題が発生する。

このような投写画像の外周に現れる迷光を軽減するための技術は、例えば特許文献１（特開２００７−３１６２０８号公報）で提案されている。特許文献１には、照明光の光路上において、ＤＭＤの直前に板金等から成る遮光板を配置し、該遮光板によりＤＭＤ面に照射する照明光を整形する構成が記載されている。
なお、上述したＤＭＤの有効領域と照明領域とを一致させるための技術は、例えば特許文献２（特開２００８−００３２１５号公報）で提案されている。特許文献２には、インテグレータの出射面側に照明光を整形する遮光板を配置し、該遮光板をネジ及びコイルバネを用いて枠状ホルダ内で保持すると共に、該ネジにより遮光板の位置を微調整可能にした構成が記載されている。

特開２００７−３１６２０８号公報 特開２００８−００３２１５号公報

上述した特許文献１に記載された技術では、ＤＭＤの直前に照明光を整形するための遮光板を配置することで、有効領域よりも広い照明領域を有効領域の形状や大きさに近づけることができる。そのため、有効領域の外周で反射する照明光が低減し、投写画像の外周に現れる迷光も軽減される。
しかしながら、特許文献１に記載された技術でも、遮光板の取り付け誤差等を考慮して有効領域よりも照明領域を僅かに広く設定する必要がある。そのため、特許文献１に記載された技術では、上記投写画像の外周に現れる迷光を十分に軽減できているとは言えない。

一方、特許文献２に記載された技術は、遮光板の位置を微調整することでＤＭＤの有効領域と照明領域とを一致させることができる。しかしながら、そのような構成は、遮光板の位置を微調整可能にする複雑な機構が必要であり、調整のための作業工程も必要になる。そのため、投写型表示装置のコストが上昇してしまう課題がある。また、特許文献２は、上述したように有効領域と照明領域とを一致させるための構成を提案したものであり、上記投写画像の外周に現れる迷光を軽減するための手法を何も示していない。

本発明は上述したような背景技術の問題を解決するためになされたものであり、投写画像の外周に現れる迷光をより軽減できる投写型表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の投写型表示装置は、照射された照明光を画像信号に基づいて光変調した画像光を形成するデジタルマイクロミラーデバイスを、画像形成素子として備える投写型表示装置であって、
光源と、
前記光源が発する光から生成した前記照明光を前記デジタルマイクロミラーデバイスへ導く照明光学系と、
前記画像光を前記投写型表示装置の外へ導く投写レンズと、
前記照明光または前記画像光の光路上に配置され、前記照明光または前記画像光の光束の外周の少なくとも一部を覆う形状であり、前記照明光または前記画像光に含まれる特定の波長光を遮断し、該特定の波長光を除く他の波長光を透過させるマスク部と、
を有し、
前記デジタルマイクロミラーデバイスは、
前記画像光の形成に有効な領域である有効領域の外周に照射された、前記照明光の反射を抑制するための遮光体を備え、
前記遮光体が前記特定の波長光を反射する構成である。

本発明によれば、投写画像の外周に現れる迷光をより軽減できる。

本発明の投写型表示装置の一構成例を示す模式図である。 画像表示部の外周に遮光体を備えたＤＭＤの一構成例を示す平面図である。 スクリーン上に投写される画像及び迷光の様子を示す模式図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の投写型表示装置の一構成例を示す模式図である。図１は、画像形成素子として上記ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を有する、ＤＬＰ方式の投写型表示装置が備える光学エンジン部の一構成例を示している。
図１に示すように、光学エンジン部は、光源部１、照明光学系２、ＤＭＤ３及び投写レンズ４を備える。
光源部１には、ランプ、ＬＤ（Laser Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の半導体装置、蛍光体、あるいはそれらを組み合わせた、所要輝度の光を発する発光装置が用いられる。
照明光学系２は、インテグレータ２１及びリレー光学系２２を備える。光源部１とインテグレータ２１との間には、光源部１から出射された光を、赤色光、青色光及び緑色光等に分離する、カラーホイール等の不図示の色分離手段を備えていてもよい。
インテグレータ２１は、光源から発せられた光の輝度分布を均一にして照明光を形成する。インテグレータ２１には、例えば一端から入射された光をその内部の反射面で複数回反射させながら他端まで伝搬することで輝度分布を均一にする、中空柱状のライトトンネルまたは中実柱状のロッドインテグレータが用いられる。インテグレータ２１には、マトリクス状に配置された複数のレンズから成るレンズアレイにより光束を分割・重畳することで輝度分布を均一にするアレイ型インテグレータを用いてもよい。
リレー光学系２２は、第１のレンズ１０１、第２のレンズ１０２、第３のレンズ１０３、第１の反射ミラー１０４、第２の反射ミラー１０５及びＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム１０６を備える。
第１の反射ミラー１０４及び第２の反射ミラー１０５は、インテグレータ２１から出射された照明光の光路を折り返して照明光学系２全体を小型化する目的で配置された平面ミラーである。そのため、第１の反射ミラー１０４及び第２の反射ミラー１０５が無くても、照明光学系２の光学特性はほとんど変化しない。
第１のレンズ１０１、第２のレンズ１０２及び第３のレンズ１０３は、インテグレータ２１から出射された照明光を集光・拡散してＤＭＤ３面の照明領域で結像する。
ＴＩＲプリズム１０６は、第２の反射ミラー１０５で反射された照明光または第３のレンズ１０３から出射された照明光をＤＭＤ３面の照明領域へ導くと共に、ＤＭＤ３で形成された画像光を投写レンズ４へ導く。
ＤＭＤ３は、有効領域に照射された照明光を、不図示の信号処理装置から供給される画像信号に基づいて光変調することで、該画像信号で示される画像光を形成する。
投写レンズ４は、ＴＩＲプリズム１０６を通して入射される、ＤＭＤ３で形成された画像光を投写型表示装置の外へ導く。また、投写レンズ４は、ＤＭＤ３面の像を不図示のスクリーン上に拡大投写する。

このような構成において、次に本発明の投写型表示装置の特徴について説明する。
近年のＤＭＤ３には、有効領域３１よりも広い範囲に照明光が照射されることを考慮して、有効領域３１の外周に、照明光の反射を抑制するための遮光体３２を備えた構成がある（図２参照）。このような遮光体３２を備えたＤＭＤ３を画像形成素子として用いれば、有効領域３１の外周における照明光の反射が抑制されて、投写画像の外周に現れる迷光が軽減される。
しかしながら、現状のＤＭＤ３が備える遮光体３２は、照明光の反射を完全に抑制できるものではなく、該照明光に含まれる特定の波長光、具体的には赤色光を反射してしまうことがある。その場合、図３で示すようにスクリーン上に投写された投写画像３３の外周に赤色の迷光３４が発生する。
照明光学系２で形成される照明領域は、各レンズの色収差によって色光毎にサイズが異なり、波長が最も短い青色光の照明領域が最も小さく、緑色光、赤色光の順に大きくなる傾向がある。そのため、照明領域をＤＭＤ３の有効領域３１よりも広くする場合、青色光の照明領域が有効領域３１よりも広くなるように照明光学系２が設計される。したがって、ＤＭＤ３に設けられた遮光体３２が赤色光を反射すると、投写画像の外周に現れる迷光３４の範囲もより広がってしまう。

そこで、本発明では、画像形成素子として上記遮光体３２を備えるＤＭＤ３を用いると共に、該遮光体３２で反射する特定の波長光（赤色光）による迷光３４を抑制するためのマスク部１１０を照明光の光路上に設ける。マスク部１１０には、上記特定の波長光（赤色光）を遮断し、該特定の波長光を除いたその他の波長光（緑色光、青色光等）を透過させるフィルタを用いる。なお、マスク部１１０が上記特定の波長光（赤色光）を反射すると、新たな迷光の発生要因となるため、マスク部１１０には該赤色光を吸収するフィルタを用いることが望ましい。マスク部１１０は、例えば所要の波長光を吸収する光吸収物質を基体（ガラス等）中に分散させた、透過波長が制御可能な周知のカラーフィルタ等で実現すればよい。
投写画像３３の外周に現れる迷光３４は、光学エンジン部の構成に依存して発生する範囲や強さが変化する。そのため、マスク部１１０は、光学エンジン部の構成や迷光３４に応じて開口形状を設定すればよく、該迷光３４が軽減するように、照明光の光束の外周の少なくとも一部を覆う形状とする。なお、マスク部１１０の開口形状は、照明光の光束の外周の全周を覆う形状としてもよい。
さらに、マスク部１１０をインテグレータ２１の出射面やＤＭＤ３表面等の結像面の近傍に配置すると、該マスク部１１０の開口形状に整形された透過光が照明光としてＤＭＤ３に照射されるため、投写画像３３で色ムラやカゲ等が発生するおそれがある。そこで、本発明では、マスク部１１０を照明光学系２において光源部１の像が結像される位置若しくはその近傍に配置する。図１に示した照明光学系２の場合、第２のレンズ１０２付近において光源部１の像が結像される構成であるため、マスク部１１０は第２のレンズ１０２の直前または直後に配置すればよい。光源部１の像が結像される位置は、インテグレータ２１の出射面やＤＭＤ３表面等の結像面の近傍とはならない。このため、上述の配置により、投写画像３３で色ムラやカゲ等が発生するおそれはない。

上述したように、遮光体３２を備えるＤＭＤ３を画像形成素子として用いることで、有効領域３１よりも広い範囲に照明光が照射されても、有効領域３１の外周では照明光の反射が遮光体３２によって抑制される。さらに、遮光体３２が反射する特定の波長光（赤色光）を遮断するマスク部１１０を照明光の光路上に設けることで、遮光体３２に対する該特定の波長光（赤色光）の照射が抑制される。
そのため、本発明では、例えば特許文献１に記載された背景技術よりもＤＭＤ３の有効領域３１の外周で反射する照明光が大きく低減される。したがって、投写画像３３の外周に現れる迷光３４をより軽減することができる。

ところで、上述した照明光学系２において光源部１の像が結像される位置若しくはその近傍には、マスク部１１０に代えて板金等から成る遮光板を配置しても、該遮光板によりＤＭＤ３へ照射する照明光の光量を調整（低減）すれば、上記迷光３４を軽減することが可能である。
しかしながら、そのような構成では、遮光板によって照明光の有効な光束の一部が遮断されるため、照明光学系２の照明効率が低下してしまう。また、照明効率の低下と迷光３４の改善効果とはトレードオフの関係にあるため、照明効率の低下と迷光３４の改善効果の双方のバランスを考慮して遮光板の開口形状を決定する必要がある。
本発明では、特定の波長光（赤色光）のみを遮断するマスク部１１０を用いるため、該マスク部１１０で遮断されない他の波長光（緑色光、青色光等）がＤＭＤ３の照明領域へ照射される。そのため、照明光学系２における照明効率の低下が抑制される。また、照明効率の低下が抑制されることで、マスク部１１０で遮断する領域を遮光板よりも広く設定できる。したがって、遮光板を用いるよりも迷光３４の改善効果の向上が期待できる。

なお、上記説明では、マスク部１１０を照明光学系２において光源部１の像が結像される位置若しくはその近傍に配置する例を示したが、マスク部１１０は投写レンズ４内の画像光の光路上において光源部１の像が結像される位置若しくはその近傍に配置することも可能である。その場合、マスク部１１０は、遮光体３２で反射された、該画像光の外周の特定の波長光（赤色光）を遮断（吸収）するように、該画像光の光束の外周の少なくとも一部を覆う形状とすればよい。なお、マスク部１１０の開口形状は、画像光の光束の外周の全周を覆う形状としてもよい。
但し、マスク部１１０を投写レンズ４内に配置する構成では、該投写レンズ４がズーム機能やレンズシフト機能を有する場合に、ズーム動作やシフト動作に連動してマスク部１１０の位置や開口形状を変化させる必要がある。これは、マスク部１１０の位置や該マスク部１１０の開口形状を固定とすると、投写レンズ４のズーム動作やシフト動作に応じて投写画像３３の明るさや迷光３４の現れる範囲が変わるからである。
そこで、投写レンズ４内にマスク部１１０を配置する場合は、ズーム動作やシフト動作に連動して、画像光の光路と平行な方向あるいは垂直な方向へマスク部１１０を移動させるための運動機構、並びにマスク部１１０の開口形状を変化させるための可変機構を含む可動手段を投写レンズ４に備える構成とする。マスク部１１０を移動させるための運動機構や開口形状を変化させるための可変機構は、周知のどのような機械的構造で実現してもよい。

上述したように、マスク部１１０を投写レンズ４内に配置する構成では、投写レンズ４内に可動手段を備える必要があり、さらに投写レンズ４の交換が可能な投写型表示装置では、交換用の全ての投写レンズ４に可動手段を備える必要がある。
一方、マスク部１１０を照明光学系２に配置する構成では、投写レンズ４によるズーム動作やシフト動作の影響を考慮する必要がなく、マスク部１１０を移動させたり開口形状を変化させたりする必要もない。
したがって、マスク部１１０は、投写レンズ４内よりも照明光学系２に配置することが望ましい。マスク部１１０を照明光学系２に配置すれば、マスク部１１０を簡易な構成で実現できるため、投写型表示装置のコストの上昇が抑制される。

１ 光源部
２ 照明光学系
３ ＤＭＤ
４ 投写レンズ
２１ インテグレータ
２２ リレー光学系
３１ 有効領域
３２ 遮光体
３３ 投写画像
３４ 迷光
１０１ 第１のレンズ
１０２ 第２のレンズ
１０３ 第３のレンズ
１０４ 第１の反射ミラー
１０５ 第２の反射ミラー
１０６ ＴＩＲプリズム
１１０ マスク部

Claims (5)

1. 照射された照明光を画像信号に基づいて光変調した画像光を形成するデジタルマイクロミラーデバイスを、画像形成素子として備える投写型表示装置であって、
   光源と、
   前記光源が発する光から生成した前記照明光を前記デジタルマイクロミラーデバイスへ導く照明光学系と、
   前記画像光を前記投写型表示装置の外へ導く投写レンズと、
   前記照明光または前記画像光の光路上に配置され、前記照明光または前記画像光の光束の外周の少なくとも一部を覆う形状であり、前記照明光または前記画像光に含まれる特定の波長光を遮断し、該特定の波長光を除く他の波長光を透過させるマスク部と、
   を有し、
   前記デジタルマイクロミラーデバイスは、
   前記画像光の形成に有効な領域である有効領域の外周に照射された、前記照明光の反射を抑制するための遮光体を備え、
   前記遮光体が前記特定の波長光を反射する投写型表示装置。
2. 請求項１に記載の投写型表示装置において、
   前記マスク部は、
   前記特定の波長光を吸収するフィルタである投写型表示装置。
3. 請求項１または２に記載の投写型表示装置において、
   前記マスク部が、前記照明光学系において前記光源の像が結像される位置若しくはその近傍に配置された投写型表示装置。
4. 請求項１または２に記載の投写型表示装置において、
   前記マスク部が、前記投写レンズにおいて前記光源の像が結像される位置若しくはその近傍に配置された投写型表示装置。
5. 請求項４に記載の投写型表示装置において、
   前記投写レンズは、
   ズーム動作やシフト動作に連動して、前記マスク部を移動させるための運動機構、並びに前記マスク部の開口形状を変化させるための可変機構を含む可動手段を有する投写型表示装置。

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