JP2980706B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

投写型表示装置

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JP2980706B2
JP2980706B2 JP3018521A JP1852191A JP2980706B2 JP 2980706 B2 JP2980706 B2 JP 2980706B2 JP 3018521 A JP3018521 A JP 3018521A JP 1852191 A JP1852191 A JP 1852191A JP 2980706 B2 JP2980706 B2 JP 2980706B2
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一朗 松崎
広志 桑田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はライトバルブに形成され
た光学像を照射光で照射することにより投写レンズによ
りスクリーン上に投写する投写型表示装置に関する。
【0002】
【従来技術】大画面の映像表示を行なうために、比較的
小さなライトバルブに光学的特性の変化として映像信号
に応じた光学像を形成し、この光学像を照明光で照射
し、投写レンズによりスクリーン上に拡大して投写する
投写型表示装置が従来知られている。ライトバルブとし
ては、最近はマトリックス状に画素を配列した液晶パネ
ルが用いられる傾向にある。また、背面投写型スクリー
ンとしてはフレネルレンズとレンチキュラーレンズとを
組合せて用いた2枚式スクリーンが一般的である。
【0003】図11は2枚式の背面投写型スクリーンを
用いた背面投写型表示装置の構成を示したものである。
液晶パネルから成るライトバルブ2が照明系1により照
明され、その光学像が投写レンズ3により拡大されフレ
ネルレンズ4とレンチキュラーレンズ5から成る2枚式
スクリーン6の面上に結像される。フレネルレンズ4
は、入射した光を観察者の位置する方向にほぼ向けさ
せ、レンキュラーレンズ5はフレネルレンズ4から出る
光を、水平、垂直の適当な角度方向に適当な分配割合で
分散させる。
【0004】ところで、ライトバルブ2の画素がマトリ
ックス状配列をしていると、スクリーン6上に拡大され
て結像された像もマトリックス状の画素を形成するため
に、マトリックス状配列の画素とレンチキュラーレンズ
5とがともに水平方向に周期構造を有する場合、水平方
向に濃淡が変化するモアレを発生する。このモアレがあ
るとスクリーン上に投写像が見にくいため、モアレを目
立ちにくくするための工夫が従来いくつが提案されてお
り、たとえば特開昭62−236282号公報では、レ
ンチキュラーレンズ5のピッチを投写像の画素ピッチの
1/2以下にしており、特開平2−97991号公報で
は、1/5、1/2.5にしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の特許公報で提案
されているように、レンチキュラーレンズのピッチと投
写画像の画素ピッチとの比を特定することは、モアレ低
減のために有効な技術である。また、レンチキュラーレ
ンズのピッチを小さくしてピッチ比を小さくすればする
ほどモアレが目立ちにくくなることが知られている。
【0006】ところで、現在使用されているレンチキュ
ラーレンズのなかで、カラーシフトが少なくコントラス
トの高いものは、図11に示されているように、表面と
裏面の両面にレンズが形成されているが、ピッチを細か
くするにつれて、レンズを薄くする必要があり、その結
果、割れ易くなったり、取り扱いやセッティングが困難
になり、製造上のコスト高を招くという問題がある。
【0007】本発明は上記の課題にかんがみてなされた
もので、従来に比べてレンチキュラーレンズのピッチを
小さくすることなしにモアレを低下することができる投
写型表示装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らはモアレの理
論的考察を行ない、上記目的が達成できることを見いだ
した。
【0009】本発明においては、マトリックス状に配列
された画素を有するライトバルブと該ライトバルブの光
学像を投写するスクリーンとの間に、スクリーンの周期
構造を有する方向の投写画像の画素の周期に対応する空
間周波数の整数倍の空間周波数成分を選択的に減衰させ
る光学素子を設けた。
【0010】水平方向および垂直方向に周期構造を有す
るスクリーンを用いる投写型装置の場合はスクリーンと
ライトバルブとの間に、同様の光学素子を設けてもよ
い。
【0011】
【作用】スクリーンとライトバルブとの間に光学素子を
設けることにより、スクリーンに投写される投写画像で
モアレの原因となる投写画像の画素の周期に対応する空
間周波数の整数倍の空間周波数成分が低減されることに
なる。
【0012】
【実施例】実施例の説明に先立ちモアレについての理論
的解明の結果を説明する。図1にマトリックス状配列の
画素を有するライトバルブの光学的モデル図を示す。す
なわち、画像情報をもった光学的開口部分8が光学的未
開口部分9の中にマトリックス状に配列されている。ラ
イトバルブが液晶パネルの場合には、液晶パネル上での
画素ピッチが細かくなるほど開口部分8の比率が小さく
なるのが一般的である。投写した際の水平方向に対応す
る方向をx軸に取り、全面白色の画像を入力して照明
し、スクリーン面上に投写した時の線分A−A’上の光
強度I(x)を図2(a)に示す。一方、水平方向に周
期構造を有するレンチキュラーレンズに入射した光の中
で、投写型表示装置のほぼ正面に透過していく光強度T
(x)を図2(b)に示す。水平方向斜めに透過してい
く光の割合は図2(b)と位相がずれたものとなる。こ
こで、PL およびPLBはそれぞれ、レンチキュラーのピ
ッチ、スクリーン上でのライトバルブの画素ピッチを表
わす。
【0013】図2(a)および(b)に示した形状を数
式化すると、次のようになる。
【数1】
【数2】 従って、全面白色の画像を入力したとき、表示装置のほ
ぼ正面に透過していく光の強度は、数1と数2の積とな
り、次のようになる。
【数3】 数3において、第2項はレンチキュラーレンズのピッチ
よりも細かい周期であるので画像上全く問題ないが、第
1項はモアレとなる。従って、各n,mについても
【数4】 をできるだけ小さくすることがモアレ低減のために必要
である。
【0014】ここで、従来の技術においては、I(x)
およびT(x)のx方向の変化が矩形に近かったため、
高調波成分が大きく、n≧2,m≧2のn,mについて
も数4の値を小さくする必要があり、レンチキュラーレ
ンズのピッチPL を小さくしなければならなかった。本
発明ではan (n≧2)をできるだけ小さくすることに
より、n≧2,m≧2のn,mについても数4の値を小
さくし、レンチキュラーレンズのピッチPL を小さくす
ることなしにモアレを低減させるものである。
【0015】次に、an (n≧2)を小さくする手段に
ついて述べる。
【0016】図3、図4、図5は本発明による投写型表
示装置の異なる構成を示したものである。図中、図11
と同じ参照番号は同じ構成部分を示す。
【0017】いずれの構成においても、投写画像の画素
の周期に対応する空間周波数成分(a1 )あるいは上記
空間周波数の整数倍の空間周波数成分(an )(n≧
2)を選択的に減衰させるように設計された光学的ロー
パスフィルタ7が挿入されている。ローパスフィルタを
使用する場合、一般的には、選択的に減衰させる周波数
よりも小さい周波数も減衰させる傾向があるため、画像
の分解能の低下を防ぐ必要がある場合は、an (n≧
2)を選択的に減衰させた方がよい。図2には、ローパ
スフィルタを挿入した場合のスクリーン面上での光強度
の変化を破線で示している。
【0018】使用される光学的ローパスフィルタとして
は、水晶の複屈折を利用したものや、回折格子を利用し
たものなどがある。
【0019】スクリーンが垂直方向にも周期構造を有す
る場合には、以上の考え方を垂直方向に適用すればよ
い。
【0020】以下に実施例をあげて本発明を具体的に説
明する。なお以下の実施例においては回折格子を用いた
ローパスフィルタを用いている。
【0021】図3は、本発明の実施例を示す。図3にお
いて、投写レンズ3とスクリーン6との間に光学的ロー
パスフィルタ7として回折格子が配設されている。
【0022】ここで光学的ローパスフィルタとしての回
折格子の効果を説明する。図6は矩形波状の回折格子示
しており、そのMTF(Modulation Transfer Functio
n)特性を図8に示す。回折格子7の周期をd、格子の
凸部7aの幅をa、格子7とスクリーン6との距離を
b、入射光の波長をλとすると、図8のカットオフ周波
数fa およびfb は、0<a≦d/2のとき、それぞ
れ、下記の数5および数6で表わされる。
【数5】fa=a/bλ
【数6】fb=(d−a)/bλ また、d/2<a<dのとき、下記の数7および数8で
表わされる。
【数7】fa=(d−a)/bλ
【数8】fb=a/bλ
【0023】したがって、光学的ローパスフィルタ7と
スクリーン6との距離bが決定されれば、図6の回折格
子7の周期dと凸部7aの幅aを最適化し、カットオフ
周波数1/PLB、あるいは整数倍の空間周波数n/PLB
に設定すれば、数4のan が小さくなり、モアレを低減
することができる。また、カットオフ周波数fa とfb
の幅を広くすれば、複数のan を小さくすることができ
るため、モアレを一層低減することができる。
【0024】水平方向および垂直方向の2方向のモアレ
を低減する場合には、図9のように2方向に格子を有す
る回折格子を用いればよい。
【0025】実施例1 図1のスクリーン6上でのライトバルブ2の投写画像の
水平方向の画素ピッチPLBH を1.29mmとすると、光
学的ローパスフィルタ7は画素ピッチPLBH に対応する
空間周波数0.77本/mm、あるいは整数倍の空間周波
数0.77×nH 本/mmを減衰する必要がある。ローパ
スフィルタとスクリーン6との距離が1900mmのと
き、図6における回折格子の周期dを2.43mm、凸部
の幅aを0.81mm、また凸部と凹部の位相差σを2π
/3とすると、図7のようなMTF特性が得られ、0.
77本/mmと1.55本/mmを減衰することができるた
め、水平方向のモアレを低減できる。
【0026】実施例2 図1のスクリーン6上でのライトバルブ2の投写画像の
水平方向の画素ピッチPLBH を1.29mm、垂直方向の
画素ピッチPLBH を0.968mmとすると、光学的ロー
パスフィルタ7は、水平方向では、画素ピッチPLBH
対応する空間周波数0.77本/mm、あるいは整数倍の
空間周波数0.77×nH 本/mmを減衰する必要があ
る。また、垂直方向では、画素ピッチPLBV に対応する
空間周波数ウェブ1.03本/mm、あるいは整数倍の空
間周波数1.03×nV 本/mmを減衰する必要がある。
ローパスフィルタ7とスクリーン6との距離が1900
mmのとき、図9における回折格子の周期d1 を1.62
mm、凸部の幅a1 を0.81mm、周期d2 を2.15m
m、凸部のa2 を1.08mm、また凸部と凹部の位相差
σをπとすると、図10(a)、(b)のようなMTF
特性が得られ、水平方向では0.77本/mmを、また垂
直方向では1.03本/mmを減衰することができる。し
たがって、水平方向と垂直方向の両方向のモアレを低減
することができる。
【0027】本実施例では、光学的ローパスフィルタ7
を投写レンズ3とスクリーン6との間の位置に配設した
が、図4のようにライトバルブ2と投写レンズ3との間
あるいは図5のようにスクリーン6に近接した位置に配
設しても、同様の効果を得ることができる。また、本実
施例では、回折格子の断面形状を図6や図9に示したよ
うに矩形波状としたが、正弦波状や台形波状などの形状
でもよい。
【0028】
【発明の効果】本発明の投写型表示装置によれば、レン
チキュラーレンズのピッチを小さくすることなしに、モ
アレを低減することができる。その結果、レンチキュラ
ーレンズを薄くする必要がないので、強度の低下を招く
こともなく、取り扱いやセッティングが容易であり、製
造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マトリックス状配列の画素を有するライトバル
ブの光学的モデルを示す。
【図2】スクリーン上での光強度の変化およびレンチキ
ュラーレンズの光透過率を示す図である。
【図3】本発明による投写型表示装置の一実施例の構成
図。
【図4】本発明による投写型表示装置の他の実施例の構
成図である。
【図5】本発明による投写型表示装置のさらに他の実施
例の構成図である。
【図6】本発明による投写型表示装置で光学的ローパス
フィルタとして用いる回析格子の一例の斜視図、
【図7】図4に示した回析格子のMTF特性図、
【図8】図4に示した回析格子のMTF特性図、
【図9】本発明による投写型表示装置で光学的ローパス
フィルタとして用いる解析格子の他の例の斜視図、
【図10】図7に示した回析格子のMTF特性図、
【図11】従来の投写型表示装置の一例の構成図であ
る。
【符号の説明】
1 照明系 2 ライトバルブ 3 投写レンズ 4 フレネルレンズ 5 レンチキュラーレンズ 6 スクリーン 7 ローパスフィルター 8 ライトバルブの光学的開口部分 9 ライトバルブの光学的未開口部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−311887(JP,A) 特開 昭50−93146(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 27/46 G03B 21/00 505 G02F 1/13

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方向に周期構造を有するスクリーン
    と、マトリックス状に配列された画素を有するライトバ
    ルブと、前記ライトバルブを照射する光源と、前記ライ
    トバルブからの出力光を受け前記ライトバルブの光学像
    を前記スクリーン上に投写するレンズとを備えた投写型
    表示装置において、前記ライトバルブと前記スクリーン
    との間に、スクリーンの周期構造を有する方向の投写画
    像の画素の周期に対応する空間周波数の2以上の整数倍
    の空間周波数成分を選択的に減衰させる光学素子を設け
    たことを特徴とする投写型表示装置。
  2. 【請求項2】 水平方向および垂直方向に周期構造を有
    するスクリーンと、マトリックス状に配列された画素を
    有するライトバルブと、前記ライトバルブを照射する光
    源と、前記ライトバルブからの出力光を受け前記ライト
    バルブの光学像を前記スクリーン上に投写するレンズと
    を備えた投写型表示装置において、前記ライトバルブと
    前記スクリーンとの間に、水平方向の投写画像の画素の
    周期に対応する水平空間周波数の2以上の整数倍の水平
    空間周波数成分と、垂直方向の投写画像の画素の周期に
    対応する垂直空間周波数の2以上の整数倍の垂直空間周
    波数成分の少なくとも一方を選択的に減衰させる光学素
    子を設けたことを特徴とする投写型表示装置。
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