JP2849137B2

JP2849137B2 - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP2849137B2
Application number: JP31067989A
Authority: JP
Inventors: 昇萩原; 重信酒井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH03172831A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は投写型表示装置に関し、表示機能部に形成し
た表示画像を光学系を用いて大型のスクリーンに拡大・
投写する場合に用いて有用なものである。

＜従来の技術＞第８図は従来技術に係る投写型表示装置を示す原理図
である（特開昭62−159120号参照）。同図に示すよう
に、この投写型表示装置において、光源51から照射した
光は、コンデンサレンズ52によりコリメートされ、液晶
ライトバルブ等の表示装置53を透過して投写レンズ54に
入射する。この結果、表示装置53に形成された表示画像
が投写レンズ54によりスクリーン55上に拡大・投写され
る。

＜発明が解決しようとする課題＞上記従来技術においては次のような問題がある。

１）スクリーン55上の明るさは光源51の明るさと投写
面積の大きさに関係するが、表示装置53の性質から光源
51の輝度には限りがある。したがって、この制限のた
め、特に大画面表示を行なう場合には充分明るくできな
い場合が生じ、スクリーン55上においては充分な画質が
得られない場合がある。

２）階調表示は、表示装置53の階調表示能力により決
まるが、表示装置53の階調表示能力はその時点の技術等
で一義的に決ってしまい、それ以上の階調表示は実現で
きない。

本発明は、上記従来技術に鑑み、高輝度化及び高階調
表示化を容易に実現し得る投写型表示装置を提供するこ
とを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞上記目的を達成する本発明の構成は、（１）原画像を示す表示データを階調レベルに応じて
分離し複数の階調表示データとして出力する画像分配機
能部と、前記階調表示データが個別・独立して入力し、入力し
た階調表示データに対応した表示画像を形成するととも
に、光量調整できる透過光が前記表示画像を透過するこ
とにより表示画像を光学的に出力する複数の表示機能部
と、各表示機能部から出力された複数の表示画像を光学的
に重畳・合成して原画像に対応した再生原画像を形成す
る画像合成機能部と、画像合成機能部で形成した再生原画像を投写する投写
機能部と、を有することを特徴とする。

＜作用＞上記構成の発明（１）によれば、階調レベルに応じて
分離された複数の階調表示データが、複数の表示機能部
に入力され、階調表示データに対応した表示画像が各表
示機能部から出力されて、画像合成機能部で重畳・合成
され再生原画像が形成される。階調レベルに応じて分離
した階調表示データを、所要の階調表示能力を有する表
示機能部に入力し、複数の表示画像を形成して合成した
ため、再生原画像の階調数は多くなる。よってこの再生
原画像を投写した投写像の階調は多くなる。

＜実施例＞以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図は本発明の概要を示すブロック図である。同図
において、原画像を示す表示データ31は画像分配機能部
32に入力される。原画像の表示データ31としては、例え
ば、パソコン、VTR等の映像信号が用いられる。画像分
配機能部32は、原画像の表示データ31を任意のｎ個に分
け、（階調）表示データ33₁,33₂,33₃…33_nとする。以
下、各々の機能や構成の区別が不要な場合には、添字は
省略して例えば表示データ群33のように記載することと
する。階調表示データ33が、原画像を示す表示データ31
を階調レベルに応じて分離したものある場合が、後述す
る第１の実施例に相当する。

画像分配機能部32により分配された複数の表示データ
33は、表示データ33と同数用意された表示機能部34にそ
れぞれ入力され、各表示機能部34において表示画像35と
して表示される。表示画像35は一括して画像合成機能部
36に入力され、画像合成機能部36において、光学的に重
畳・合成され再生原画像37として再生される。表示機能
部34及び画像合成機能部36は画像合成制御部38により、
再生原画像を再生するために必要な制御を受ける。例え
ば、表示機能部34の調整や画像合成機能部36の光学系の
調整である。画像合成機能部36により合成された再生原
画像37は投写機能部39に出力され、スクリーン40に拡大
投写される。

ここで第１図の表示機能部34,画像合成機能部36及び
投写機能部39の具体的構成例を、第２図，第３図，第４
図を参照して３種類説明する。

第２図に示す構成例では基本画像合成ユニット10内に
おいてハーフミラー８等よりなる画像合成機能部に対し
て２系統の表示機能部6_a,6_b、投光部5_a,5_bが設けられて
いる。投光部５は表示機能部６に対して光を照射するも
のであり、ハロゲンランプ或いはキセノンランプ等と反
射板からなる白色光源１、コンデンサレンズ２、赤外線
紫外線カットフィルタ３及び光学フィルタ４とからな
る。従って、白色光源１から出射された光はコンデンサ
レンズ２で集光されて略平行光となり、赤外線紫外線カ
ットフィルタ３を通過する際、表示機能部６に有害な紫
外線がカットされると共に熱線もカットされる。尚、光
源１から直接発生する熱及びこのフィルタ３により吸収
された熱を排出するためのファン（図示省略）が設けら
れている。このフィルタ３を通過した可視光は光学フィ
ルタ４を通過する際、所望の光となるよう例えば輝度値
の調整やカラーの場合の単色への分光等がなされる。光
学フィルタ４を通過した光は表示機能部６に照射され
る。表示機能部６には、画像分配機能部（図示省略）か
ら分割された表示データが入力される。表示機能部６は
その表示データに基づいて、投光部５より投射された光
を空間変調する。表示機能部6_a,6_bにより空間変調され
た光である表示画像7_a,7_bが画像合成機能部であるハー
フミラー８でそれぞれ透過し、反射することにより重畳
合成されて再生原画像９となる。この再生原画像９を得
るため、画像合成制御部（図示省略）が、画像合成機能
部であるハーフミラー８と表示機能部６との間の物理的
位置関係を調整する。尚、再生原画像９において、空間
変調された光である表示画像7_aが透過光、表示画像7_bが
反射光となるので、所望の合成像とするためには表示機
能部6_a,6_bとは互いにミラー反転関係になるような表示
とする。

基本画像合成ユニット10から出力された再生原画像９
は投写機能部である投写レンズ11によりスクリーン12上
に拡大投写される。

第３図に示す構成例は、第２図に示す基本合成ユニッ
ト10を２台用いることにより、四つの画像を合成できる
ようにしたものである。即ち、第３図に示すように基本
合成ユニット10_a,10_b及び画像合成機能部14から第２レ
ベルの基本合成ユニット20が構成されており、各基本合
成ユニット10_a,10_bから出力された表示画像9_a,9_bがハー
フミラー等で構成される画像合成機能部14で重畳合成さ
れて再生原画像19を出力するようになっている。再生原
画像19は投写機能部11によりスクリーン12に拡大投写さ
れる。

更に、上記基本合成ユニット10に代えて上記第２レベ
ルの基本合成ユニット20を用いれば、八つの画像を合成
する第３レベルの基本合成ユニットが構成できる。同様
な階層構造を繰り返して執るとすれば、第Ｎレベルの基
本合成ユニットでは、2^N個の画像を重畳合成できる。
尚、透過光と反射光を用いる表示機能部の表示ユニット
では、2^N個の画像を重畳合成できる。尚、透過光と反射
光を用いる表示機能部の表示をミラー反転となるように
調整する必要がある。

第２図及び第３図に示す構成例では、表示機能部の表
示をミラー反転としていたが、本発明はこれに限るもの
ではない。例えば、第４図に示す構成例のように各表示
機能部の表示を同一にするようにしてもよい。即ち、同
図に示すように、全反射ミラー25₁,ハーフミラー25₂,25
₃〜25_Nが一列に沿って配列されると共にこれらは同一方
向に45度傾斜されており、更に全反射ミラー25₁,ハーフ
ミラー25₂,25₃〜25_Nの配列方向に対してそれぞれ直角と
なるように表示機能部6₁,6₂〜6_N及びコンデンサレン
ズ、フィルタ等からなる投光部5₁,5₂〜5_Nが配置されて
いる。従って、投光部5₁より出力され表示機能部6₁によ
り空間変調された光である表示画像7₁は全反射ミラー25
₁により全反射して、ハーフミラー25₂,25₃〜25_Nを透過
する。投光部5₁,5₂〜5_Nより出力され表示機能部6₁,6₂〜
6_Nにより空間変調された光である表示画像7₂〜7_Nはハー
フミラー25₂,25₃〜25_Nで反射して、それ以降のハーフミ
ラー25₃〜25_Nを透過する。これらの光は透過と反射を繰
り返して相互に重畳合成され、再生原画像26として出力
される。そして、再生原画像26は投写機能部11によりス
クリーン12上に拡大投写される。尚、画像合成制御部
（図示省略）により各画像位置が調整可能となってい
る。また、各ミラー25₁,25₂,25₃〜25_Nの特性、例えば反
射率、透過率は投光部5₁,5₂〜5_Nや表示機能部6₁,6₂〜6_N
の透過特性等を勘案し、再生原画像26においてバランス
が取れるように設計されている。又、投光部5₁,5₂〜5_N
から表示機能部6₁,6₂〜6_Nまでの光路長（x_i＋y_i;i＝1,
2,…ｎ）が全て同一となるように、これらを配置する。
本構成例では、合成される各像がいずれかのミラー25₁,
25₂,25₃〜25_Nにより反射されるので、各表示機能部6₁,6
₂〜6_Nは同一方向の表示を行うことができる。

第５図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。
本実施例では原画像を示す表示データを階調レベルに応
じて２分割した場合であり、表示機能部6_a,6_bはそれぞ
れ４階調表示が可能となっている。第５図中、符号１〜
12で示すものは第２図に示すものと同じである。また同
図中、21は原画像の輝度データ（表示データ）を示すレ
ジスタ部（「画像分配機能部」に相当する）であり、こ
こでは４ビット（16階調表示）で表されている。階調輝
度（表示）データ22,23は各々レジスタ部21の上位桁側
（MSB側）データ（２ビット）及び下位桁側（LCB側）デ
ータ（２ビット）である。光源1_a,1_bから出た光は表示
機能部6_a,6_bによって４階調（２ビット）に変調されて
表示画像7_a,7_bが出力され、表示画像7_a,7_bは画像合成機
能部８上で重畳・合成される。かくて再生原画像９が形
成され、投写機能部11により再生原画像９がスクリーン
12上に拡大して写し出される。このようにしているた
め、画像合成機能部８上で重畳・合成された再生原画像
９の階調値は、表示画像7_a,7_bの各階調の値の和とな
る。

今ここで光源1_bの明るさを光源1_aの４倍（2²）に設定
すると、データの重み付けと光量の重み付けが一致し、
画像合成機能部８上の画像は互いに４階調表示されるこ
とから全体的には16階調表示されることになる。この関
係を第６図に示す。

第６図は階調表示の説明図であり、第６図（ａ）は下
位桁データによる４階調表示であり、a₀〜a₃に於ける１
レベル間の明るさの差はＡとなっている。又、A₀は最低
レベルa₀に於ける輝度値であり、理想的には通常０であ
る。第６図（ｂ）は上位桁データによる４階調表示であ
る。光源1_bの明るさが光源1_aの４倍と成っている為、b₀
〜b₃に於けるレベル間の明るさの差は4Aと成っている。
第６図（ｃ）は画像合成機能部８上の輝度値であり、第
６図（ａ），（ｂ）の和（C_k＝a_i＋b_j、但しｉ＝0,1,2,
3、ｊ＝0,1,2,3）となることからその組合せとして16等
りあり、16階調表示される。例えば、下位桁データによ
る表示をa₀レベルとし、上位桁データによる表示をb₂レ
ベルとすると、画像合成機能部８上の光量はA₀＜a₀＞＋
（4A₀＋8A）＜b₂＞＝5A₀＋8Aとなり、C₈レベルとなる。

以上は、表示機能部が４階調表示（２ビット）で、原
画像が16階調表示（４ビット）の例であるが、一般的に
次のことが言える。表示機能部の表示能力が2ⁿ階調表示
（ｎビット）で、投写機能部が２個有り、その光量が2ⁿ
だけ差を付けるとき、投写映像は（2ⁿ×2ⁿ）階調表示可
能となる。同様にして投写機能部を２個以上にした構成
が考えられより多くの階調レベル数が実現できる。

＜発明の効果＞以上述べた様に本発明によれば、高階調表示の原画像
をそれよりも階調表示能力の落ちるディスプレイを複数
使用することにより拡大投写出来るという利点がある。
更に、複数の表示機能部を用いることにより明るい再生
映像が実現出来る等の利点がある。更に、高精細度、高
画質な画像を合成した後で投写機能部で投写している
為、投写映像サイズを容易に任意サイズに可変等使い勝
手の良い投写型表示装置を実現することが出来る等の利
点がある。この結果、大画面・高階調表示ディスプレイ
の実現、画質（階調表示、カラー表示）の向上及び高輝
度ディスプレイの実現等に顕著な貢献が期待できる。

以上は全てモノクロディスプレイを前提に説明した
が、カラーの場合はR,G,Bをスクリーン状に併置する方
式、R,G,B光をスクリーンの同一領域に重ねて投写する
方法等が考えられるがモノクロの場合と全く同様に考え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る投写型表示装置の概要を示すブロ
ック図、第２図，第３図，第４図は投写型表示装置の要
部の具体的構成の各種例を示す構成図、第５図は本発明
の第１の実施例を示す構成図、第６図は実現可能な階調
レベル数の求め方を示す動作説明図、第７図は従来の投
写型表示装置の原理を示す原理図である。図面中、１は光源、２はコンデンサレンズ、３は赤外線・紫外線
カットフィルタ、４は光学フィルタ部、５は投光部、６
は表示機能部、７は表示画像、８は画像合成機能部（ハ
ーフミラー等）、９は再生原画像、10は基本画像合成ユ
ニット、11は投写レンズ、12はスクリーン、21は輝度デ
ータレジスタ、22はMSB側レジスタデータ、23はLSB側レ
ジスタデータ、24は表示データ、31は原画像の映像デー
タ、32は画像分配機能部、33は表示データ、34は表示機
能部、35は表示画像、36は画像合成機能部、37は再生原
画像、38は画像合成制御部、39は投写機能部、40はスク
リーン、51は光源、52はコンデンサレンズ、53は表示装
置、54は投写レンズ、55はスクリーンである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03B 21/00 H04N 7/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原画像を示す表示データを階調レベルに応
じて分離し複数の階調表示データとして出力する画像分
配機能部と、前記階調表示データが個別・独立して入力し、入力した
階調表示データに対応した表示画像を形成するととも
に、光量調整できる透過光が前記表示画像を透過するこ
とにより表示画像を光学的に出力する複数の表示機能部
と、各表示機能部から出力された複数の表示画像を光学的に
重畳・合成して原画像に対応した再生原画像を形成する
画像合成機能部と、画像合成機能部で形成した再生原画像を投写する投写機
能部と、を有することを特徴とする投写型表示装置。