JP3710455B2 - 画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置用の光源ユニット及びそれを備えた画像表示装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、光源装置および表示装置が記載されている。この表示装置においては、概ね立方体のダイクロイックプリズムの３つの側面に面するように赤色、緑色、青色の発光ダイオードアレイが夫々配置されている。各発光ダイオードアレイから照射された光は、ダイクロイックプリズムによって偏向され、ダイクロイックプリズムの残りの側面の方向に射出される。各色の発光ダイオードアレイは、１つの画像を表示する１フィールドの期間に、順次１回ずつ点灯される。ダイクロイックプリズムの、光が射出される側面に面するように、透過型液晶表示素子が配置されている。ダイクロイックプリズムから射出され、透過型液晶表示素子によって変調された光は、投写レンズによって拡大されてスクリーンに投写される。各色の発光ダイオードアレイは１フィールドの期間に時分割で夫々点灯される。各色の光は、透過型液晶表示素子によって各色に対応した変調を加えられて順次投写され、スクリーン上の画像はカラー画像として認識される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−５７７４６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような、光の三原色を時分割により順次投写することによって形成された従来のカラー画像は、各色の切れ替わりが人間の目にも認識可能であり、フリッカや色分離として認識され、画像を見る人に目の疲れや、煩わしさを感じさせる原因となるという問題がある。例えば、１フレーム（フィールド）当り６０Ｈｚの画像信号を画像表示装置で表示した場合、１フレームの表示期間は、１／６０［ｓｅｃ］≒１６．７［ｍｓｅｃ］となる。この１フレームの表示期間を、三原色の３つの光で時分割してカラー画像を表現したとすると、各色の点灯時間は、約５．５６［ｍｓｅｃ］となる。この点灯時間は、各色の切れ替わりが人間の目によって容易に認識可能なものとなっている。
【０００５】
従って、本発明は、各色の切れ替わりが認識し難く、画像を見る人に目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる画像表示装置及び画像表示装置用光源を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明は、
赤色光、緑色光、青色光の三つの色成分の光を夫々照射する３つの光源と、
前記３つの光源からの照射光を透過・偏向させて出射する光合成手段と、
前記３つの光源を時分割で所定の順序で順次点灯させることにより、カラー画像を表示させるように光源制御する光源制御手段と、
前記光合成手段からの出射光が入射され、各色成分の画像が形成される変調手段と、
前記光源制御手段に同期して前記変調手段を制御する画像制御手段と、
を有する画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニットにおいて、
前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源を時分割で順次点灯させると共に、各光源を少なくとも２回点灯させるように制御し、１フィールド期間内に各色の画像を少なくとも２回ずつ表示することを特徴とする画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニットである。
【０００７】
第１発明の実施態様は、前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源のうち少なくとも２回点灯する光源の点灯時間が、他の点灯時間の１／２となるように制御することを特徴とする。
【０００８】
第１発明の他の実施態様は、前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に各色の画像を少なくとも２回以上表示するように、該１フィールドの期間内に各色を少なくとも４回、切り換え制御することを特徴とする。
【０００９】
第２発明は、
赤色光、緑色光、青色光の三つの色成分の光を夫々照射する３つの光源と、
前記３つの光源からの照射光を透過・偏向させて出射する光合成手段と、
前記光合成手段からの出射光を、透過・反射させる偏光プリズムと、
前記３つの光源を時分割で順次、又はランダムに点灯させることにより、カラー画像を表示させるように光源制御する光源制御手段と、
前記光源制御手段に同期して前記変調手段を制御する画像制御手段と、
前記偏光プリズムにより前記光合成手段からの透過した透過光が入射されると共に、前記画像制御手段により、オン／オフ状態に制御され、オン状態の時は該透過光が反射され、各色成分の画像が形成される変調手段と、
前記変調手段によって変調された光を投写する投写レンズと、
を有し、
前記光源制御手段により、１フィールドの期間内に、前記３つの光源を時分割で順次点灯させると共に、各光源を少なくとも２回点灯させるように制御し、
前記偏光プリズムにより、前記変調手段がオン状態の時、その反射光は、前記投写レンズ方向へ偏向される光量を変化させると共に、１フィールド期間内に各色の画像を少なくとも２回ずつ表示することを特徴とする画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニットである。
【００１０】
第１発明の他の実施態様は、前記変調手段には、前記光合成手段からの出射光が入射され、該出射光の光軸に対して略４５°の角度で配置され、該入射光を、オン状態の時には所定の投写レンズ方向に反射させ、オフ状態の時には該投写レンズ方向に反射させないように各色成分の画像が形成されることを特徴とする。
【００１１】
第１発明の他の実施態様は、前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源が時分割で順次点灯され、各色の画像を４回切換え、該各光源が順次点灯された最後だけ、該３つの光源全てが同時点灯され、各色成分の光が合成された白色光が前記光合成手段から出射されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の第１実施形態による画像表示装置を説明する。図１は本発明の第１実施形態による画像表示装置の概略構成図であり、図２は各光源および変調素子に加えられる信号の伝達経路を表すブロック図であり、図３は各光源に加えられる信号のタイミングを示すグラフである。
【００１９】
図１に示すように、本発明の第１実施形態による画像表示装置１は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒと、緑色光を射出する第２の光源２Ｇと、青色光を射出する第３の光源２Ｂと、を有する。さらに、画像表示装置１は、第１の光源２Ｒから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒと、第２の光源２Ｇから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｇと、第３の光源２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｂと、を有する。また、画像表示装置１は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させる光合成手段であるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置１は、ダイクロイックプリズム６によって偏向された光を変調する変調手段である透過型液晶板１０と、透過型液晶板１０によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、透過型液晶板１０を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００２０】
本実施形態においては、第１の光源２Ｒは、格子状に配列された複数の赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成されている。同様に、第２の光源２Ｇ及び第３の光源２Ｂも格子状に配列された複数の緑色及び青色の発光ダイオードによって夫々構成されている。しかしながら、各色の光源として、有機ＥＬ素子（organic electroluminescent device）、無機ＥＬ素子（inorganic electroluminescent device）、平板型又は棒状の蛍光管、単一の発光ダイオード等を使用することもできる。
【００２１】
また、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、第１の光源２Ｒ、第２の光源２Ｇ、第３の光源２Ｂと、ダイクロイックプリズム６との間に夫々配置されている。各レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、格子状に配列された各発光ダイオードから射出された光を平行光に変換できるように、各発光ダイオードに対応する位置に配置された複数のコリメートレンズを一体に成形したレンズである。しかしながら、レンズ群は、使用する光源の素子の種類、配置等に応じて省略しても良く、或いは、レンズ群の代りにプリズムアレイを使用することもできる。
【００２２】
ダイクロイックプリズム６は概ね立方体の形状を有し、この立方体の３つの側面に面するように各レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ及び各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂが配置されている。また、ダイクロイックプリズム６の光源が配置されていない側面に面するように透過型液晶板１０が配置されている。さらに、ダイクロイックプリズム６は、立方体の対角線上に、赤色光のみを反射させ他の波長の光を透過させる平面６Ｒと、青色光のみを反射させ他の波長の光を透過させる平面６Ｂが形成されている。また、ダイクロイックプリズム６の代りに、光合成手段としてダイクロイックミラー、ハーフミラー等を使用することができる。
【００２３】
図２は、各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８、及び光源制御手段８と同期したタイミングで透過型液晶板１０を制御する画像制御手段１４の構成を示すブロック図である。図２に示すように、光源制御手段８は、所定のタイミングで各光源を切り換える切換手段１６と、切換手段１６の出力信号に基づいて各光源に電流を流す光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂと、を有する。また、画像制御手段１４は、表示すべき画像の画像データを記憶するフレームメモリ２０と、フレームメモリ２０から画像データを読み出し、また、各光源を発光させるタイミングを指示するタイミング発生回路２２と、タイミング発生回路２２の指令に基づいてフレームメモリ２０から画像データを読み出す画像出力部２４と、を有する。
【００２４】
切換手段１６は、タイミング発生回路２２から指令信号を受けると、所定の長さのパルスを、１フレームの画像を表示する１フィールドの期間に各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに対して順次出力するように構成されている。光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、切換手段１６からパルス信号が入力されると、各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに出力電流を流し、各光源を発光させるように構成されている。
【００２５】
フレームメモリ２０は、入力された１フレーム分の画像データを、各色成分毎に記憶するように構成されている。タイミング発生回路２２は、１フレームの画像を表示する１フィールドの期間毎にパルス状の指令信号を発生するように構成されている。画像出力部２４は、タイミング発生回路２２からの指令信号を受けると、各光源の発光と同期して、発光する光源の色に対応した色成分の画像データをフレームメモリ２０から順次読み出し、透過型液晶板１０に出力するように構成されている。
【００２６】
次に、図１乃至図３を参照して。本発明の第１実施形態の画像表示装置１の作用を説明する。まず、１フレーム分の画像データがフレームメモリ２０に送られ、フレームメモリ２０には、各色成分毎に画像データが記憶される。フレームメモリ２０に画像データが記憶されると、タイミング発生回路２２は、パルス状の指令信号を発生する。本実施形態においては、１フレームの画像が１／６０［ｓｅｃ］ずつ表示されるので、タイミング発生回路２２は、１／６０［ｓｅｃ］に１回指令信号を発生することになる。
【００２７】
切換手段１６は、タイミング発生回路２２からの指令信号が入力されると、各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに、順次、パルス状の信号を出力する。図３は、切換手段１６が各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに出力するパルス信号のタイミングチャートを示す。本実施形態においては、１フィールドの期間である１／６０［ｓｅｃ］の間に各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを２回ずつ点灯させている。従って、本実施形態においては図３に示すように、切換手段１６は、１フィールドの期間に幅１／３６０［ｓｅｃ］のパルス信号を、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの順序で各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに出力している。
【００２８】
光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、パルス状の信号が入力されると、パルス状の信号が入力されている期間中、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに夫々電流を供給し、各光源を点灯させる。このため、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、図３に示すグラフに従って、時分割で発光する。
【００２９】
一方、タイミング発生回路２２からの指令信号は、画像出力部２４にも入力される。画像出力部２４は、指令信号が入力されると、各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの点灯と対応するように、フレームメモリ２０から画像データを読み出し、透過型液晶板１０に送って、像を形成する。即ち、本実施形態においては、タイミング発生回路２２から指令信号が出力されると、まず、赤色の光源２Ｒが点灯するので、画像出力部２４は、フレームメモリ２０から赤色成分の画像データを読み出し、透過型液晶板１０に送る。透過型液晶板１０には、入力された赤色成分の画像データの像が形成される。このとき、透過型液晶板１０には、光源２Ｒから赤色の光が照射されているので、スクリーンＳには、画像の赤色成分が赤色の光によって投写される。
【００３０】
次いで、指令信号入力後１／３６０［ｓｅｃ］経過すると、切換手段１６は、赤色の光源２Ｒを消灯させ、緑色の光源２Ｇを点灯させるので、画像出力部２４は１／３６０［ｓｅｃ］経過後、フレームメモリ２０から緑色成分の画像データを読み出し、透過型液晶板１０に送り、像を形成する。同様に、画像出力部２４は、指令信号入力後２／３６０［ｓｅｃ］経過すると青色成分の画像データを、３／３６０［ｓｅｃ］経過すると赤色成分の画像データを、４／３６０［ｓｅｃ］経過すると緑色成分の画像データを、５／３６０［ｓｅｃ］経過すると青色成分の画像データを、夫々フレームメモリ２０から読み出し、透過型液晶板１０に送る。
【００３１】
赤色の光源２Ｒが点灯すると、光源２Ｒから照射された赤色光は、レンズ群４Ｒによって平行光に変換されてダイクロイックプリズム６に入射する。ダイクロイックプリズム６に入射した赤色光は、ダイクロイックプリズムの中の平面６Ｂを透過し、平面６Ｒによって反射されることによって９０゜偏向される。ダイクロイックプリズム６によって９０゜偏向された赤色光は、ダイクロイックプリズム６の透過型液晶板１０に面する側面から射出され、透過型液晶板１０に入射する。透過型液晶板１０に入射した赤色光は、画像データの赤色成分によって像が形成された透過型液晶板１０による変調手段により変調され、投写レンズ１２によってスクリーンＳに画像の赤色成分が投写される。
【００３２】
同様に、緑色の光源２Ｇが点灯すると、緑色光は、レンズ群４Ｇによって平行光に変換され、ダイクロイックプリズム６の中の平面６Ｂ、６Ｒを透過して透過型液晶板１０に入射する。透過型液晶板１０に入射した緑色光は、画像データの緑色成分によって像が形成された透過型液晶板１０により変調され、投写レンズ１２によってスクリーンＳに画像の緑色成分が投写される。さらに、青色の光源２Ｂが点灯すると、青色光は、レンズ群４Ｂによって平行光に変換され、ダイクロイックプリズムの中の平面６Ｒを透過し、平面６Ｂによって反射されて９０゜偏向される。ダイクロイックプリズム６によって９０゜偏向された青色光は透過型液晶板１０に入射する。透過型液晶板１０に入射した青色光は、画像データの青色成分によって像が形成された透過型液晶板１０により変調され、投写レンズ１２によってスクリーンＳに画像の青色成分が投写される。
【００３３】
本実施形態においては、１フレームの画像が表示される１／６０［ｓｅｃ］の間に、画像の赤色成分、緑色成分、青色成分が順に時分割で、夫々２回ずつスクリーンＳに投射され、人間の目には、画像の各色の成分が合成されたカラー画像として認識される。
【００３４】
次いで、新たな１フレーム分の画像データがフレームメモリ２０に送られ、以上の作用が繰り返される。
【００３５】
本発明の第１実施形態の画像表示装置によれば、１フィールドの期間内に各色の画像を２回ずつ表示することにより、各色の画像が１／３６０［ｓｅｃ］＝２．７８［ｍｓｅｃ］毎に切り換えられるので、人間の目によって各色の切れ替わりを認識することが非常に難しくなり、これにより、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる。
【００３６】
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第１実施形態の画像表示装置の変形例を説明する。上述した第１実施形態では、１フィールドの期間内に各色の光源を一定の時間で２回ずつ点灯させていたが、本変形例では、１フィールドの期間内で各色を切り換えるパターンが第１実施形態とは異なる。
【００３７】
図４に示す第１変形例においては、１フィールドの期間内に各色が４回切り換えられる。即ち、或るフレームを表示する際は、光源が赤色、緑色、青色、赤色の順に切り換えられ、次のフレームを表示する際は、緑色、青色、赤色、緑色の順に切り換えられ、その次のフレームを表示する際は、青色、赤色、緑色、青色の順に切り換えられる。ただし、１フィールドの期間内に２回点灯される色に対応する各フィールドの１つ目のパルスと４つ目のパルスの幅は、他のパルスの幅の１／２として、１フィールド内でのカラーバランスを一定に保っている。
【００３８】
図５に示す第２変形例においては、１フィールドの期間内に各色が５回切り換えられる。即ち、或るフレームを表示する際は、光源が緑色、青色、赤色、緑色、青色の順に切り換えられ、次のフレームを表示する際は、赤色、緑色、青色、赤色、緑色の順に切り換えられ、その次のフレームを表示する際は、青色、赤色、緑色、青色、赤色の順に切り換えられる。ただし、１フィールドの期間内に２回点灯される色に対応するパルスの幅は１／２にされている。即ち、各フィールドの３つ目のパルス以外のパルスは、３つ目のパルスの１／２の幅にされており、１フィールド内でのカラーバランスを一定に保っている。
【００３９】
以上のように、各色の光源を発光させるパターンは、任意に変更することができる。また、各色の光源を発光させる時間も、カラーバランス等を考慮して任意に増減させることができる。さらに、上述した実施形態では、１フィールド内で同一色の光源が２回以上発光する場合に、透過型液晶板によって形成される画像は各回とも同一であるが、各回で形成する画像を変化させても良い。例えば、１フィールド内で赤色光の光源が２回発光する場合において、１回目の発光時には、画像データの赤色成分の半分だけの像を形成し、２回目の発光時には、赤色成分の残りの半分の像を形成するように構成しても良い。
また、上述した実施形態では、各色の光源を発光させる順序は常に一定であったが、各色の光源をランダムに発光させても良い。即ち、各色の光源を発光させる順序をランダムに入れ替えることができる。また、各色の光源を発光させる時間は、カラーバランス等を考慮して任意に増減させるのが好ましい。
【００４０】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第２実施形態による画像表示装置は、光源から照射された光を変調する変調手段が反射型液晶板である点が、本発明の第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる構成、作用、効果、変形例についてのみ説明する。
【００４１】
図６は本発明の第２実施形態による画像表示装置の概略構成図である。図６に示すように、本発明の第２実施形態による画像表示装置３０は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒと、緑色光を射出する第２の光源２Ｇと、青色光を射出する第３の光源２Ｂと、を有する。さらに、画像表示装置３０は、第１の光源２Ｒから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒと、第２の光源２Ｇから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｇと、第３の光源２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｂと、を有する。また、画像表示装置３０は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置３０は、ダイクロイックプリズム６から射出された光を、透過及び反射させる偏光プリズム３２と、偏光プリズム３２を透過した光を変調する変調手段である反射型液晶板（ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon））３４と、反射型液晶板３４によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、反射型液晶板３４を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００４２】
偏光プリズム３２は、概ね立方体の形状を有し、ダイクロイックプリズム６の光が射出される側面に隣接して配置されている。偏光プリズム３２の中の、立方体の対角線の方向に偏光ビームスプリッタ３２ａが形成されている。偏光ビームスプリッタ３２ａは、所定方向の偏光を有する光を透過させ、それと直交する方向の偏光を有する光を反射させるように構成されている。反射型液晶板３４は、液晶板の中の画素がオフの状態のとき、入射した光の偏光方向を変化させずに反射させ、画素がオンの状態のとき、入射した光の偏光方向を９０゜変化させて反射するように構成されている。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態による画像表示装置３０の作用を説明する。本発明の第２実施形態は、光源制御手段８が、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで順次発光させる点、及び、画像制御手段１４が画像データに基づいて反射型液晶板３４を制御する点は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから照射され、ダイクロイックプリズム６によって偏向又は透過された光は、偏光プリズム３２に入射する。偏光プリズム３２の中に形成された偏光ビームスプリッタ３２ａは、入射した光の中のＰ偏光の成分を透過させ、Ｓ偏光の成分を反射する。従って、ダイクロイックプリズム６から偏光プリズム３２に入射した光のうちのＰ偏光の成分のみが、偏光ビームスプリッタ３２ａを透過して、反射型液晶板３４に入射する。
【００４４】
反射型液晶板３４に入射した光のうち、反射型液晶板３４のオン状態の画素に入射した光は、偏光方向が９０゜回転されて反射される。従って、Ｐ偏光の光として反射型液晶板３４に入射した光は、Ｓ偏光の光として反射される。Ｓ偏光の光として反射型液晶板３４によって反射された光は、再び偏光ビームスプリッタ３２ａに入射する。再び偏光ビームスプリッタ３２ａに入射した光は、今度はＳ偏光の光に変換されているため、偏光ビームスプリッタ３２ａによって反射され、投写レンズ１２の方向に偏向されて、スクリーンＳに投写される。
【００４５】
一方、反射型液晶板３４に入射した光のうち、反射型液晶板３４のオフ状態の画素に入射した光は、偏光方向が変化せずにそのまま反射される。従って、Ｐ偏光の光として反射型液晶板３４に入射した光は、Ｐ偏光の光として再び偏光ビームスプリッタ３２ａに入射する。偏光ビームスプリッタ３２ａは、Ｐ偏光の光を透過させるので、反射型液晶板３４のオフ状態の画素に入射した光は、投写レンズ１２の方向には偏向されず、スクリーンＳには投写されない。
【００４６】
実際には、反射型液晶板３４の各画素は、画像制御手段１４から送られた信号に従って完全なオン状態と完全なオフ状態の間の何れかの状態になっている。これにより、各画素の状態に応じてＰ偏光の光がＳ偏光の光に偏光される割合が変化し、投写レンズ１２の方向に偏向される光の量が変化するので、スクリーンＳに投写される光の量が変調され、スクリーンＳに像が形成される。
【００４７】
本発明の第２実施形態の画像表示装置によれば、反射型液晶板を使用して、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減する画像表示装置を構成することができる。
【００４８】
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第３実施形態による画像表示装置は、光源から照射された光を変調する変調手段がデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である点が、本発明の第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる構成、作用、効果、変形例についてのみ説明する。
【００４９】
図７は本発明の第３実施形態による画像表示装置の概略構成図である。図７に示すように、本発明の第３実施形態による画像表示装置４０は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒと、緑色光を射出する第２の光源２Ｇと、青色光を射出する第３の光源２Ｂと、を有する。さらに、画像表示装置４０は、第１の光源２Ｒから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒと、第２の光源２Ｇから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｇと、第３の光源２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｂと、を有する。また、画像表示装置４０は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置４０は、ダイクロイックプリズム６から射出された光を変調する変調手段であるデジタルマイクロミラーデバイス４２と、デジタルマイクロミラーデバイス４２によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、デジタルマイクロミラーデバイス４２を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００５０】
デジタルマイクロミラーデバイス４２は、ダイクロイックプリズム６の光が射出される側面に隣接して配置され、射出される光の光軸に対して４５゜の角度を為すように向けられている。デジタルマイクロミラーデバイス４２の１画素に相当する１つのマイクロミラーがオン状態の時は、入射した光を投写レンズ１２の方向に反射させ、オフ状態の時は、入射した光を投写レンズ１２に入射しない方向に反射させるように構成されている。デジタルマイクロミラーデバイス４２では、各画素の階調は、マイクロミラーがオン状態になっている時間の割合によって表現される。
【００５１】
次に、本発明の第３実施形態による画像表示装置４０の作用を説明する。光源制御手段８が、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで順次発光させる点、及び、画像制御手段１４が画像データに基づいてデジタルマイクロミラーデバイス４２を制御する点は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから照射され、ダイクロイックプリズム６によって偏向又は透過された光は、デジタルマイクロミラーデバイス４２に入射する。デジタルマイクロミラーデバイス４２のオン状態にあるマイクロミラーは、入射した光を投写レンズ１２の方向に反射し、オフ状態にあるマイクロミラーは、入射した光が投写レンズ１２に入射しない方向に反射する。各マイクロミラーに対応する画素の階調は、マイクロミラーオン状態にある時間の割合で表現され、最も明るい階調では、マイクロミラーは常にオン状態になり、最も暗い階調では、マイクロミラーは常にオフ状態になり、中間の階調では、その階調が指示されている時間の半分がオン状態となる。これにより、スクリーンＳに投写される光の量が変調され、スクリーンＳに画像が形成される。
【００５２】
本発明の第３実施形態の画像表示装置によれば、デジタルマイクロミラーデバイスを使用して、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減する画像表示装置を構成することができる。
【００５３】
次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第４実施形態による画像表示装置は、各光源を発光させる発光パターンのみが第１実施形態と異なるので、ここでは、発光パターンのみについて説明し、構成については説明を省略する。
【００５４】
図８は、本発明の第４実施形態による画像表示装置の各光源を発光させる発光パターンを示すタイミングチャートである。図８に示すように、本発明の第４実施形態による画像表示装置では、１フィールドである１／６０［ｓｅｃ］の期間内において、各光源の発光が４回切り替えられる。まず、１フィールドの期間のうち、最初の１／２４０［ｓｅｃ］間は赤色の光源が点灯し、次の１／２４０［ｓｅｃ］間は緑色の光源が点灯し、次の１／２４０［ｓｅｃ］間は青色の光源が点灯する。さらに、最後の１／２４０［ｓｅｃ］間は、赤色、緑色、青色の光源がすべて同時に点灯するので、各色の光が合成されてダイクロイックプリズム６からは白色の光が射出されることになる。
【００５５】
ダイクロイックプリズム６から赤色の光が射出されているときは、透過型液晶板１０には画像データの中の赤色成分のデータが送られ、赤色成分の像がスクリーンＳに投写される。同様に、緑色の光が射出されているときは緑色成分の像が、青色の光が射出されているときは青色成分の像が夫々スクリーンＳに投写されることになる。また、ダイクロイックプリズム６から白色の光が射出されているときは、本実施形態においては、画像データの中の輝度成分を抽出して透過型液晶板１０に送り、スクリーンＳにモノクロ画像を投写している。しかしながら、白色の光が射出されているときに投写する画像は、適用に合わせて、種々に変更することができる。
【００５６】
本発明の第４実施形態の画像表示装置によれば、１フィールドの期間内に各色の画像を４回切り換えることにより、各色の切れ替わり時間を短くできるので、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる。また、１フィールドの期間内に各色の光源を同時に点灯させて白色光を照射する期間があるので、カラーバランスを損なうことなく、画像の輝度を容易に高くすることができる。本実施形態の構成は、本実施形態の画像表示装置をデータプロジェクターとして使用した場合に、特に有効である。
【００５７】
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第５実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第５実施形態による画像表示装置は、白色光を照射する光源を有する点及び各光源の発光パターンが、本発明の第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる構成、作用、効果、変形例についてのみ説明する。
【００５８】
図９は本発明の第５実施形態による画像表示装置の概略構成図である。図９に示すように、本発明の第５実施形態による画像表示装置５０は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒ、緑色光を射出する第２の光源２Ｇ、及び青色光を射出する第３の光源２Ｂに加え、白色光を射出する第４の光源２Ｗを有する。さらに、画像表示装置５０は、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに加え、第４の光源２Ｗから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｗを有する。また、画像表示装置５０は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、２Ｗを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置５０は、ダイクロイックプリズム６から射出された光と光源２Ｗから射出された光を重畳させて所定の方向に射出する偏光プリズム５２と、偏光プリズム５２から射出された光を変調する変調手段である透過型液晶板１０と、透過型液晶板１０によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、透過型液晶板１０を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００５９】
偏光プリズム５２は、概ね立方体の形状を有し、ダイクロイックプリズム６の光が射出される側面に隣接するように配置されている。偏光プリズム５２の中の、立方体の対角線の方向に偏光ビームスプリッタ５２ａが形成されている。光源２Ｗ及びレンズ群４Ｗは、偏光プリズム５２のダイクロイックプリズム６と向い合う側面に隣接する側面に面するように配置されている。また、透過型液晶板１０は、偏光プリズム５２の、光源２Ｗの反対側の側面に面するように配置されている。投写レンズ１２は、透過型液晶板１０を透過した光をスクリーンＳに投射できるように、透過型液晶板１０に隣接して配置されている。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態は画像表示装置であるが、これらの画像表示装置の光を照射する部分だけを取り出し、画像表示装置用光源ユニットとして独立して実施することも可能である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の画像表示装置及び画像表示装置用光源によれば、各色の切れ替わりが認識し難くなり、画像を見る人に目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による画像表示装置の概略構成図である。
【図２】各光源および変調素子に加えられる信号の伝達経路を表すブロック図である。
【図３】各光源を発光させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例において、各光源を発光させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態の第２変形例において、各光源を発光させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態による画像表示装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態による画像表示装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態において、各光源を発光させる発光パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 本発明の第１実施形態による画像表示装置
２Ｒ 赤色光を射出する光源
２Ｇ 緑色光を射出する光源
２Ｂ 青色光を射出する光源
２Ｗ 白色光を射出する光源
４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ、４Ｗ レンズ群
６ ダイクロイックプリズム
８ 光源制御手段
１０ 透過型液晶板
１２ 投写レンズ
１４ 画像制御手段
１６ 切換手段
１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ 光源駆動回路
２０ フレームメモリ
２２ タイミング発生回路
２４ 画像出力部
３０ 本発明の第２実施形態による画像表示装置
３２ 偏光プリズム
３２ａ 偏光ビームスプリッタ
３４ 反射型液晶板
４０ 本発明の第３実施形態による画像表示装置
４２ デジタルマイクロミラーデバイス
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置用の光源ユニット及びそれを備えた画像表示装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、光源装置および表示装置が記載されている。この表示装置においては、概ね立方体のダイクロイックプリズムの３つの側面に面するように赤色、緑色、青色の発光ダイオードアレイが夫々配置されている。各発光ダイオードアレイから照射された光は、ダイクロイックプリズムによって偏向され、ダイクロイックプリズムの残りの側面の方向に射出される。各色の発光ダイオードアレイは、１つの画像を表示する１フィールドの期間に、順次１回ずつ点灯される。ダイクロイックプリズムの、光が射出される側面に面するように、透過型液晶表示素子が配置されている。ダイクロイックプリズムから射出され、透過型液晶表示素子によって変調された光は、投写レンズによって拡大されてスクリーンに投写される。各色の発光ダイオードアレイは１フィールドの期間に時分割で夫々点灯される。各色の光は、透過型液晶表示素子によって各色に対応した変調を加えられて順次投写され、スクリーン上の画像はカラー画像として認識される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−５７７４６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような、光の三原色を時分割により順次投写することによって形成された従来のカラー画像は、各色の切れ替わりが人間の目にも認識可能であり、フリッカや色分離として認識され、画像を見る人に目の疲れや、煩わしさを感じさせる原因となるという問題がある。例えば、１フレーム（フィールド）当り６０Ｈｚの画像信号を画像表示装置で表示した場合、１フレームの表示期間は、１／６０［ｓｅｃ］≒１６．７［ｍｓｅｃ］となる。この１フレームの表示期間を、三原色の３つの光で時分割してカラー画像を表現したとすると、各色の点灯時間は、約５．５６［ｍｓｅｃ］となる。この点灯時間は、各色の切れ替わりが人間の目によって容易に認識可能なものとなっている。
【０００５】
従って、本発明は、各色の切れ替わりが認識し難く、画像を見る人に目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる画像表示装置及び画像表示装置用光源を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明は、
赤色光、緑色光、青色光の三つの色成分の光を夫々照射する３つの光源と、
前記３つの光源からの照射光を透過・偏向させて出射する光合成手段と、
前記３つの光源を時分割で所定の順序で順次点灯させることにより、カラー画像を表示させるように光源制御する光源制御手段と、
前記光合成手段からの出射光が入射され、各色成分の画像が形成される変調手段と、
前記光源制御手段に同期して前記変調手段を制御する画像制御手段と、
を有する画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニットにおいて、
前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源を時分割で順次点灯させると共に、各光源を少なくとも２回点灯させるように制御し、１フィールド期間内に各色の画像を少なくとも２回ずつ表示することを特徴とする画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニットである。
【０００７】
第１発明の実施態様は、前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源のうち少なくとも２回点灯する光源の点灯時間が、他の点灯時間の１／２となるように制御することを特徴とする。
【０００８】
第１発明の他の実施態様は、前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に各色の画像を少なくとも２回以上表示するように、該１フィールドの期間内に各色を少なくとも４回、切り換え制御することを特徴とする。
【０００９】
第２発明は、
赤色光、緑色光、青色光の三つの色成分の光を夫々照射する３つの光源と、
前記３つの光源からの照射光を透過・偏向させて出射する光合成手段と、
前記光合成手段からの出射光を、透過・反射させる偏光プリズムと、
前記３つの光源を時分割で順次、又はランダムに点灯させることにより、カラー画像を表示させるように光源制御する光源制御手段と、
前記光源制御手段に同期して前記変調手段を制御する画像制御手段と、
前記偏光プリズムにより前記光合成手段からの透過した透過光が入射されると共に、前記画像制御手段により、オン／オフ状態に制御され、オン状態の時は該透過光が反射され、各色成分の画像が形成される変調手段と、
前記変調手段によって変調された光を投写する投写レンズと、
を有し、
前記光源制御手段により、１フィールドの期間内に、前記３つの光源を時分割で順次点灯させると共に、各光源を少なくとも２回点灯させるように制御し、
前記偏光プリズムにより、前記変調手段がオン状態の時、その反射光は、前記投写レンズ方向へ偏向される光量を変化させると共に、１フィールド期間内に各色の画像を少なくとも２回ずつ表示することを特徴とする画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニットである。
【００１０】
第１発明の他の実施態様は、前記変調手段には、前記光合成手段からの出射光が入射され、該出射光の光軸に対して略４５°の角度で配置され、該入射光を、オン状態の時には所定の投写レンズ方向に反射させ、オフ状態の時には該投写レンズ方向に反射させないように各色成分の画像が形成されることを特徴とする。
【００１１】
第１発明の他の実施態様は、前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源が時分割で順次点灯され、各色の画像を４回切換え、該各光源が順次点灯された最後だけ、該３つの光源全てが同時点灯され、各色成分の光が合成された白色光が前記光合成手段から出射されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の第１実施形態による画像表示装置を説明する。図１は本発明の第１実施形態による画像表示装置の概略構成図であり、図２は各光源および変調素子に加えられる信号の伝達経路を表すブロック図であり、図３は各光源に加えられる信号のタイミングを示すグラフである。
【００１９】
図１に示すように、本発明の第１実施形態による画像表示装置１は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒと、緑色光を射出する第２の光源２Ｇと、青色光を射出する第３の光源２Ｂと、を有する。さらに、画像表示装置１は、第１の光源２Ｒから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒと、第２の光源２Ｇから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｇと、第３の光源２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｂと、を有する。また、画像表示装置１は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させる光合成手段であるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置１は、ダイクロイックプリズム６によって偏向された光を変調する変調手段である透過型液晶板１０と、透過型液晶板１０によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、透過型液晶板１０を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００２０】
本実施形態においては、第１の光源２Ｒは、格子状に配列された複数の赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成されている。同様に、第２の光源２Ｇ及び第３の光源２Ｂも格子状に配列された複数の緑色及び青色の発光ダイオードによって夫々構成されている。しかしながら、各色の光源として、有機ＥＬ素子（organic electroluminescent device）、無機ＥＬ素子（inorganic electroluminescent device）、平板型又は棒状の蛍光管、単一の発光ダイオード等を使用することもできる。
【００２１】
また、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、第１の光源２Ｒ、第２の光源２Ｇ、第３の光源２Ｂと、ダイクロイックプリズム６との間に夫々配置されている。各レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、格子状に配列された各発光ダイオードから射出された光を平行光に変換できるように、各発光ダイオードに対応する位置に配置された複数のコリメートレンズを一体に成形したレンズである。しかしながら、レンズ群は、使用する光源の素子の種類、配置等に応じて省略しても良く、或いは、レンズ群の代りにプリズムアレイを使用することもできる。
【００２２】
ダイクロイックプリズム６は概ね立方体の形状を有し、この立方体の３つの側面に面するように各レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ及び各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂが配置されている。また、ダイクロイックプリズム６の光源が配置されていない側面に面するように透過型液晶板１０が配置されている。さらに、ダイクロイックプリズム６は、立方体の対角線上に、赤色光のみを反射させ他の波長の光を透過させる平面６Ｒと、青色光のみを反射させ他の波長の光を透過させる平面６Ｂが形成されている。また、ダイクロイックプリズム６の代りに、光合成手段としてダイクロイックミラー、ハーフミラー等を使用することができる。
【００２３】
図２は、各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８、及び光源制御手段８と同期したタイミングで透過型液晶板１０を制御する画像制御手段１４の構成を示すブロック図である。図２に示すように、光源制御手段８は、所定のタイミングで各光源を切り換える切換手段１６と、切換手段１６の出力信号に基づいて各光源に電流を流す光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂと、を有する。また、画像制御手段１４は、表示すべき画像の画像データを記憶するフレームメモリ２０と、フレームメモリ２０から画像データを読み出し、また、各光源を発光させるタイミングを指示するタイミング発生回路２２と、タイミング発生回路２２の指令に基づいてフレームメモリ２０から画像データを読み出す画像出力部２４と、を有する。
【００２４】
切換手段１６は、タイミング発生回路２２から指令信号を受けると、所定の長さのパルスを、１フレームの画像を表示する１フィールドの期間に各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに対して順次出力するように構成されている。光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、切換手段１６からパルス信号が入力されると、各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに出力電流を流し、各光源を発光させるように構成されている。
【００２５】
フレームメモリ２０は、入力された１フレーム分の画像データを、各色成分毎に記憶するように構成されている。タイミング発生回路２２は、１フレームの画像を表示する１フィールドの期間毎にパルス状の指令信号を発生するように構成されている。画像出力部２４は、タイミング発生回路２２からの指令信号を受けると、各光源の発光と同期して、発光する光源の色に対応した色成分の画像データをフレームメモリ２０から順次読み出し、透過型液晶板１０に出力するように構成されている。
【００２６】
次に、図１乃至図３を参照して。本発明の第１実施形態の画像表示装置１の作用を説明する。まず、１フレーム分の画像データがフレームメモリ２０に送られ、フレームメモリ２０には、各色成分毎に画像データが記憶される。フレームメモリ２０に画像データが記憶されると、タイミング発生回路２２は、パルス状の指令信号を発生する。本実施形態においては、１フレームの画像が１／６０［ｓｅｃ］ずつ表示されるので、タイミング発生回路２２は、１／６０［ｓｅｃ］に１回指令信号を発生することになる。
【００２７】
切換手段１６は、タイミング発生回路２２からの指令信号が入力されると、各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに、順次、パルス状の信号を出力する。図３は、切換手段１６が各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに出力するパルス信号のタイミングチャートを示す。本実施形態においては、１フィールドの期間である１／６０［ｓｅｃ］の間に各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを２回ずつ点灯させている。従って、本実施形態においては図３に示すように、切換手段１６は、１フィールドの期間に幅１／３６０［ｓｅｃ］のパルス信号を、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂの順序で各光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂに出力している。
【００２８】
光源駆動回路１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、パルス状の信号が入力されると、パルス状の信号が入力されている期間中、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに夫々電流を供給し、各光源を点灯させる。このため、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、図３に示すグラフに従って、時分割で発光する。
【００２９】
一方、タイミング発生回路２２からの指令信号は、画像出力部２４にも入力される。画像出力部２４は、指令信号が入力されると、各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの点灯と対応するように、フレームメモリ２０から画像データを読み出し、透過型液晶板１０に送って、像を形成する。即ち、本実施形態においては、タイミング発生回路２２から指令信号が出力されると、まず、赤色の光源２Ｒが点灯するので、画像出力部２４は、フレームメモリ２０から赤色成分の画像データを読み出し、透過型液晶板１０に送る。透過型液晶板１０には、入力された赤色成分の画像データの像が形成される。このとき、透過型液晶板１０には、光源２Ｒから赤色の光が照射されているので、スクリーンＳには、画像の赤色成分が赤色の光によって投写される。
【００３０】
次いで、指令信号入力後１／３６０［ｓｅｃ］経過すると、切換手段１６は、赤色の光源２Ｒを消灯させ、緑色の光源２Ｇを点灯させるので、画像出力部２４は１／３６０［ｓｅｃ］経過後、フレームメモリ２０から緑色成分の画像データを読み出し、透過型液晶板１０に送り、像を形成する。同様に、画像出力部２４は、指令信号入力後２／３６０［ｓｅｃ］経過すると青色成分の画像データを、３／３６０［ｓｅｃ］経過すると赤色成分の画像データを、４／３６０［ｓｅｃ］経過すると緑色成分の画像データを、５／３６０［ｓｅｃ］経過すると青色成分の画像データを、夫々フレームメモリ２０から読み出し、透過型液晶板１０に送る。
【００３１】
赤色の光源２Ｒが点灯すると、光源２Ｒから照射された赤色光は、レンズ群４Ｒによって平行光に変換されてダイクロイックプリズム６に入射する。ダイクロイックプリズム６に入射した赤色光は、ダイクロイックプリズムの中の平面６Ｂを透過し、平面６Ｒによって反射されることによって９０゜偏向される。ダイクロイックプリズム６によって９０゜偏向された赤色光は、ダイクロイックプリズム６の透過型液晶板１０に面する側面から射出され、透過型液晶板１０に入射する。透過型液晶板１０に入射した赤色光は、画像データの赤色成分によって像が形成された透過型液晶板１０による変調手段により変調され、投写レンズ１２によってスクリーンＳに画像の赤色成分が投写される。
【００３２】
同様に、緑色の光源２Ｇが点灯すると、緑色光は、レンズ群４Ｇによって平行光に変換され、ダイクロイックプリズム６の中の平面６Ｂ、６Ｒを透過して透過型液晶板１０に入射する。透過型液晶板１０に入射した緑色光は、画像データの緑色成分によって像が形成された透過型液晶板１０により変調され、投写レンズ１２によってスクリーンＳに画像の緑色成分が投写される。さらに、青色の光源２Ｂが点灯すると、青色光は、レンズ群４Ｂによって平行光に変換され、ダイクロイックプリズムの中の平面６Ｒを透過し、平面６Ｂによって反射されて９０゜偏向される。ダイクロイックプリズム６によって９０゜偏向された青色光は透過型液晶板１０に入射する。透過型液晶板１０に入射した青色光は、画像データの青色成分によって像が形成された透過型液晶板１０により変調され、投写レンズ１２によってスクリーンＳに画像の青色成分が投写される。
【００３３】
本実施形態においては、１フレームの画像が表示される１／６０［ｓｅｃ］の間に、画像の赤色成分、緑色成分、青色成分が順に時分割で、夫々２回ずつスクリーンＳに投射され、人間の目には、画像の各色の成分が合成されたカラー画像として認識される。
【００３４】
次いで、新たな１フレーム分の画像データがフレームメモリ２０に送られ、以上の作用が繰り返される。
【００３５】
本発明の第１実施形態の画像表示装置によれば、１フィールドの期間内に各色の画像を２回ずつ表示することにより、各色の画像が１／３６０［ｓｅｃ］＝２．７８［ｍｓｅｃ］毎に切り換えられるので、人間の目によって各色の切れ替わりを認識することが非常に難しくなり、これにより、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる。
【００３６】
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第１実施形態の画像表示装置の変形例を説明する。上述した第１実施形態では、１フィールドの期間内に各色の光源を一定の時間で２回ずつ点灯させていたが、本変形例では、１フィールドの期間内で各色を切り換えるパターンが第１実施形態とは異なる。
【００３７】
図４に示す第１変形例においては、１フィールドの期間内に各色が４回切り換えられる。即ち、或るフレームを表示する際は、光源が赤色、緑色、青色、赤色の順に切り換えられ、次のフレームを表示する際は、緑色、青色、赤色、緑色の順に切り換えられ、その次のフレームを表示する際は、青色、赤色、緑色、青色の順に切り換えられる。ただし、１フィールドの期間内に２回点灯される色に対応する各フィールドの１つ目のパルスと４つ目のパルスの幅は、他のパルスの幅の１／２として、１フィールド内でのカラーバランスを一定に保っている。
【００３８】
図５に示す第２変形例においては、１フィールドの期間内に各色が５回切り換えられる。即ち、或るフレームを表示する際は、光源が緑色、青色、赤色、緑色、青色の順に切り換えられ、次のフレームを表示する際は、赤色、緑色、青色、赤色、緑色の順に切り換えられ、その次のフレームを表示する際は、青色、赤色、緑色、青色、赤色の順に切り換えられる。ただし、１フィールドの期間内に２回点灯される色に対応するパルスの幅は１／２にされている。即ち、各フィールドの３つ目のパルス以外のパルスは、３つ目のパルスの１／２の幅にされており、１フィールド内でのカラーバランスを一定に保っている。
【００３９】
以上のように、各色の光源を発光させるパターンは、任意に変更することができる。また、各色の光源を発光させる時間も、カラーバランス等を考慮して任意に増減させることができる。さらに、上述した実施形態では、１フィールド内で同一色の光源が２回以上発光する場合に、透過型液晶板によって形成される画像は各回とも同一であるが、各回で形成する画像を変化させても良い。例えば、１フィールド内で赤色光の光源が２回発光する場合において、１回目の発光時には、画像データの赤色成分の半分だけの像を形成し、２回目の発光時には、赤色成分の残りの半分の像を形成するように構成しても良い。
また、上述した実施形態では、各色の光源を発光させる順序は常に一定であったが、各色の光源をランダムに発光させても良い。即ち、各色の光源を発光させる順序をランダムに入れ替えることができる。また、各色の光源を発光させる時間は、カラーバランス等を考慮して任意に増減させるのが好ましい。
【００４０】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第２実施形態による画像表示装置は、光源から照射された光を変調する変調手段が反射型液晶板である点が、本発明の第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる構成、作用、効果、変形例についてのみ説明する。
【００４１】
図６は本発明の第２実施形態による画像表示装置の概略構成図である。図６に示すように、本発明の第２実施形態による画像表示装置３０は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒと、緑色光を射出する第２の光源２Ｇと、青色光を射出する第３の光源２Ｂと、を有する。さらに、画像表示装置３０は、第１の光源２Ｒから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒと、第２の光源２Ｇから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｇと、第３の光源２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｂと、を有する。また、画像表示装置３０は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置３０は、ダイクロイックプリズム６から射出された光を、透過及び反射させる偏光プリズム３２と、偏光プリズム３２を透過した光を変調する変調手段である反射型液晶板（ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon））３４と、反射型液晶板３４によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、反射型液晶板３４を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００４２】
偏光プリズム３２は、概ね立方体の形状を有し、ダイクロイックプリズム６の光が射出される側面に隣接して配置されている。偏光プリズム３２の中の、立方体の対角線の方向に偏光ビームスプリッタ３２ａが形成されている。偏光ビームスプリッタ３２ａは、所定方向の偏光を有する光を透過させ、それと直交する方向の偏光を有する光を反射させるように構成されている。反射型液晶板３４は、液晶板の中の画素がオフの状態のとき、入射した光の偏光方向を変化させずに反射させ、画素がオンの状態のとき、入射した光の偏光方向を９０゜変化させて反射するように構成されている。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態による画像表示装置３０の作用を説明する。本発明の第２実施形態は、光源制御手段８が、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで順次発光させる点、及び、画像制御手段１４が画像データに基づいて反射型液晶板３４を制御する点は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから照射され、ダイクロイックプリズム６によって偏向又は透過された光は、偏光プリズム３２に入射する。偏光プリズム３２の中に形成された偏光ビームスプリッタ３２ａは、入射した光の中のＰ偏光の成分を透過させ、Ｓ偏光の成分を反射する。従って、ダイクロイックプリズム６から偏光プリズム３２に入射した光のうちのＰ偏光の成分のみが、偏光ビームスプリッタ３２ａを透過して、反射型液晶板３４に入射する。
【００４４】
反射型液晶板３４に入射した光のうち、反射型液晶板３４のオン状態の画素に入射した光は、偏光方向が９０゜回転されて反射される。従って、Ｐ偏光の光として反射型液晶板３４に入射した光は、Ｓ偏光の光として反射される。Ｓ偏光の光として反射型液晶板３４によって反射された光は、再び偏光ビームスプリッタ３２ａに入射する。再び偏光ビームスプリッタ３２ａに入射した光は、今度はＳ偏光の光に変換されているため、偏光ビームスプリッタ３２ａによって反射され、投写レンズ１２の方向に偏向されて、スクリーンＳに投写される。
【００４５】
一方、反射型液晶板３４に入射した光のうち、反射型液晶板３４のオフ状態の画素に入射した光は、偏光方向が変化せずにそのまま反射される。従って、Ｐ偏光の光として反射型液晶板３４に入射した光は、Ｐ偏光の光として再び偏光ビームスプリッタ３２ａに入射する。偏光ビームスプリッタ３２ａは、Ｐ偏光の光を透過させるので、反射型液晶板３４のオフ状態の画素に入射した光は、投写レンズ１２の方向には偏向されず、スクリーンＳには投写されない。
【００４６】
実際には、反射型液晶板３４の各画素は、画像制御手段１４から送られた信号に従って完全なオン状態と完全なオフ状態の間の何れかの状態になっている。これにより、各画素の状態に応じてＰ偏光の光がＳ偏光の光に偏光される割合が変化し、投写レンズ１２の方向に偏向される光の量が変化するので、スクリーンＳに投写される光の量が変調され、スクリーンＳに像が形成される。
【００４７】
本発明の第２実施形態の画像表示装置によれば、反射型液晶板を使用して、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減する画像表示装置を構成することができる。
【００４８】
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第３実施形態による画像表示装置は、光源から照射された光を変調する変調手段がデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である点が、本発明の第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる構成、作用、効果、変形例についてのみ説明する。
【００４９】
図７は本発明の第３実施形態による画像表示装置の概略構成図である。図７に示すように、本発明の第３実施形態による画像表示装置４０は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒと、緑色光を射出する第２の光源２Ｇと、青色光を射出する第３の光源２Ｂと、を有する。さらに、画像表示装置４０は、第１の光源２Ｒから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒと、第２の光源２Ｇから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｇと、第３の光源２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｂと、を有する。また、画像表示装置４０は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置４０は、ダイクロイックプリズム６から射出された光を変調する変調手段であるデジタルマイクロミラーデバイス４２と、デジタルマイクロミラーデバイス４２によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、デジタルマイクロミラーデバイス４２を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００５０】
デジタルマイクロミラーデバイス４２は、ダイクロイックプリズム６の光が射出される側面に隣接して配置され、射出される光の光軸に対して４５゜の角度を為すように向けられている。デジタルマイクロミラーデバイス４２の１画素に相当する１つのマイクロミラーがオン状態の時は、入射した光を投写レンズ１２の方向に反射させ、オフ状態の時は、入射した光を投写レンズ１２に入射しない方向に反射させるように構成されている。デジタルマイクロミラーデバイス４２では、各画素の階調は、マイクロミラーがオン状態になっている時間の割合によって表現される。
【００５１】
次に、本発明の第３実施形態による画像表示装置４０の作用を説明する。光源制御手段８が、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを所定のタイミングで順次発光させる点、及び、画像制御手段１４が画像データに基づいてデジタルマイクロミラーデバイス４２を制御する点は第１実施形態と同様であるので説明を省略する。各光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから照射され、ダイクロイックプリズム６によって偏向又は透過された光は、デジタルマイクロミラーデバイス４２に入射する。デジタルマイクロミラーデバイス４２のオン状態にあるマイクロミラーは、入射した光を投写レンズ１２の方向に反射し、オフ状態にあるマイクロミラーは、入射した光が投写レンズ１２に入射しない方向に反射する。各マイクロミラーに対応する画素の階調は、マイクロミラーオン状態にある時間の割合で表現され、最も明るい階調では、マイクロミラーは常にオン状態になり、最も暗い階調では、マイクロミラーは常にオフ状態になり、中間の階調では、その階調が指示されている時間の半分がオン状態となる。これにより、スクリーンＳに投写される光の量が変調され、スクリーンＳに画像が形成される。
【００５２】
本発明の第３実施形態の画像表示装置によれば、デジタルマイクロミラーデバイスを使用して、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減する画像表示装置を構成することができる。
【００５３】
次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第４実施形態による画像表示装置は、各光源を発光させる発光パターンのみが第１実施形態と異なるので、ここでは、発光パターンのみについて説明し、構成については説明を省略する。
【００５４】
図８は、本発明の第４実施形態による画像表示装置の各光源を発光させる発光パターンを示すタイミングチャートである。図８に示すように、本発明の第４実施形態による画像表示装置では、１フィールドである１／６０［ｓｅｃ］の期間内において、各光源の発光が４回切り替えられる。まず、１フィールドの期間のうち、最初の１／２４０［ｓｅｃ］間は赤色の光源が点灯し、次の１／２４０［ｓｅｃ］間は緑色の光源が点灯し、次の１／２４０［ｓｅｃ］間は青色の光源が点灯する。さらに、最後の１／２４０［ｓｅｃ］間は、赤色、緑色、青色の光源がすべて同時に点灯するので、各色の光が合成されてダイクロイックプリズム６からは白色の光が射出されることになる。
【００５５】
ダイクロイックプリズム６から赤色の光が射出されているときは、透過型液晶板１０には画像データの中の赤色成分のデータが送られ、赤色成分の像がスクリーンＳに投写される。同様に、緑色の光が射出されているときは緑色成分の像が、青色の光が射出されているときは青色成分の像が夫々スクリーンＳに投写されることになる。また、ダイクロイックプリズム６から白色の光が射出されているときは、本実施形態においては、画像データの中の輝度成分を抽出して透過型液晶板１０に送り、スクリーンＳにモノクロ画像を投写している。しかしながら、白色の光が射出されているときに投写する画像は、適用に合わせて、種々に変更することができる。
【００５６】
本発明の第４実施形態の画像表示装置によれば、１フィールドの期間内に各色の画像を４回切り換えることにより、各色の切れ替わり時間を短くできるので、画像を見る人にフリッカや色分離を認識させたり、目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる。また、１フィールドの期間内に各色の光源を同時に点灯させて白色光を照射する期間があるので、カラーバランスを損なうことなく、画像の輝度を容易に高くすることができる。本実施形態の構成は、本実施形態の画像表示装置をデータプロジェクターとして使用した場合に、特に有効である。
【００５７】
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の第５実施形態による画像表示装置を説明する。本発明の第５実施形態による画像表示装置は、白色光を照射する光源を有する点及び各光源の発光パターンが、本発明の第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略し、第１実施形態と異なる構成、作用、効果、変形例についてのみ説明する。
【００５８】
図９は本発明の第５実施形態による画像表示装置の概略構成図である。図９に示すように、本発明の第５実施形態による画像表示装置５０は、赤色光を射出する第１の光源２Ｒ、緑色光を射出する第２の光源２Ｇ、及び青色光を射出する第３の光源２Ｂに加え、白色光を射出する第４の光源２Ｗを有する。さらに、画像表示装置５０は、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに加え、第４の光源２Ｗから射出された光を平行光に変換するレンズ群４Ｗを有する。また、画像表示装置５０は、レンズ群４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって平行光に変換された光を所定の方向に偏向させるダイクロイックプリズム６と、光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、２Ｗを所定のタイミングで発光させる光源制御手段８と、を有する。さらに、画像表示装置５０は、ダイクロイックプリズム６から射出された光と光源２Ｗから射出された光を重畳させて所定の方向に射出する偏光プリズム５２と、偏光プリズム５２から射出された光を変調する変調手段である透過型液晶板１０と、透過型液晶板１０によって変調された光をスクリーンＳに投写するための投写レンズ１２と、透過型液晶板１０を制御する信号を出力する画像制御手段１４と、を有する。
【００５９】
偏光プリズム５２は、概ね立方体の形状を有し、ダイクロイックプリズム６の光が射出される側面に隣接するように配置されている。偏光プリズム５２の中の、立方体の対角線の方向に偏光ビームスプリッタ５２ａが形成されている。光源２Ｗ及びレンズ群４Ｗは、偏光プリズム５２のダイクロイックプリズム６と向い合う側面に隣接する側面に面するように配置されている。また、透過型液晶板１０は、偏光プリズム５２の、光源２Ｗの反対側の側面に面するように配置されている。投写レンズ１２は、透過型液晶板１０を透過した光をスクリーンＳに投射できるように、透過型液晶板１０に隣接して配置されている。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態は画像表示装置であるが、これらの画像表示装置の光を照射する部分だけを取り出し、画像表示装置用光源ユニットとして独立して実施することも可能である。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の画像表示装置及び画像表示装置用光源によれば、各色の切れ替わりが認識し難くなり、画像を見る人に目の疲れや、煩わしい感じを与えるのを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による画像表示装置の概略構成図である。
【図２】各光源および変調素子に加えられる信号の伝達経路を表すブロック図である。
【図３】各光源を発光させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例において、各光源を発光させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態の第２変形例において、各光源を発光させるタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態による画像表示装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態による画像表示装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態において、各光源を発光させる発光パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 本発明の第１実施形態による画像表示装置
２Ｒ 赤色光を射出する光源
２Ｇ 緑色光を射出する光源
２Ｂ 青色光を射出する光源
２Ｗ 白色光を射出する光源
４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ、４Ｗ レンズ群
６ ダイクロイックプリズム
８ 光源制御手段
１０ 透過型液晶板
１２ 投写レンズ
１４ 画像制御手段
１６ 切換手段
１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ 光源駆動回路
２０ フレームメモリ
２２ タイミング発生回路
２４ 画像出力部
３０ 本発明の第２実施形態による画像表示装置
３２ 偏光プリズム
３２ａ 偏光ビームスプリッタ
３４ 反射型液晶板
４０ 本発明の第３実施形態による画像表示装置
４２ デジタルマイクロミラーデバイス
Claims (6)
- 赤色光、緑色光、青色光の三つの色成分の光を夫々照射する３つの光源と、
前記３つの光源からの照射光を透過・偏向させて出射する光合成手段と、
前記３つの光源を時分割で所定の順序で順次点灯させることにより、カラー画像を表示させるように光源制御する光源制御手段と、
前記光合成手段からの出射光が入射され、各色成分の画像が形成される変調手段と、
前記光源制御手段に同期して前記変調手段を制御する画像制御手段と、
を有する画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニットにおいて、
前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源を時分割で順次点灯させると共に、各光源を少なくとも２回点灯させるように制御し、１フィールド期間内に各色の画像を少なくとも２回ずつ表示することを特徴とする画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニット。 - 前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源のうち少なくとも２回点灯する光源の点灯時間が、他の点灯時間の１／２となるように制御することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニット。
- 前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に各色の画像を少なくとも２回以上表示するように、該１フィールドの期間内に各色を少なくとも４回、切り換え制御することを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニット。
- 赤色光、緑色光、青色光の三つの色成分の光を夫々照射する３つの光源と、
前記３つの光源からの照射光を透過・偏向させて出射する光合成手段と、
前記光合成手段からの出射光を、透過・反射させる偏光プリズムと、
前記３つの光源を時分割で順次、又はランダムに点灯させることにより、カラー画像を表示させるように光源制御する光源制御手段と、
前記光源制御手段に同期して前記変調手段を制御する画像制御手段と、
前記偏光プリズムにより前記光合成手段からの透過した透過光が入射されると共に、前記画像制御手段により、オン／オフ状態に制御され、オン状態の時は該透過光が反射され、各色成分の画像が形成される変調手段と、
前記変調手段によって変調された光を投写する投写レンズと、
を有し、
前記光源制御手段により、１フィールドの期間内に、前記３つの光源を時分割で順次点灯させると共に、各光源を少なくとも２回点灯させるように制御し、
前記偏光プリズムにより、前記変調手段がオン状態の時、その反射光は、前記投写レンズ方向へ偏向される光量を変化させると共に、１フィールド期間内に各色の画像を少なくとも２回ずつ表示することを特徴とする画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニット。 - 前記変調手段には、前記光合成手段からの出射光が入射され、該出射光の光軸に対して略４５°の角度で配置され、該入射光を、オン状態の時には所定の投写レンズ方向に反射させ、オフ状態の時には該投写レンズ方向に反射させないように各色成分の画像が形成されることを特徴とする請求項１記載に画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニット。
- 前記光源制御手段は、１フィールドの期間内に、前記３つの光源が時分割で順次点灯され、各色の画像を４回切換え、該各光源が順次点灯された最後だけ、該３つの光源全てが同時点灯され、各色成分の光が合成された白色光が前記光合成手段から出射されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置及び画像表示装置用光源ユニット。
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