JP3820727B2

JP3820727B2 - 画像表示装置および投射装置

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Publication number: JP3820727B2
Application number: JP02129998A
Authority: JP
Inventors: 高司武田; 政敏米窪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2018-02-02
Also published as: JPH11218842A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射装置などに適用可能な画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタなどの画像表示装置には、図１５にその概略構成を示すように、従来、液晶表示装置９００が主に用いられている。液晶表示装置９００は、偏光板９０１および９０８、ガラス板９０２および９０３、透明電極９０４および９０５、液晶９０６および９０７より構成され、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分子の方向を変えて偏光面を回転させて画素表示を行うものである。そして、このような液晶セルからなる画素を二次元に並べて画像を表現するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶は高速応答特性が悪く、たかだか数ミリ秒程度の応答速度でしか動作しない。また、液晶は偏光板により光の利用効率が低下してしまい、高いコントラスト比を得ようとすると消費電力がかなり大きくなるという問題もあった。したがって、近年、いっそう高品位な画像品質が要求されている画像表示装置としては、液晶よりさらに明るく階調表現が正確な表示を行えるものが要望されている。
【０００４】
近年、光を全反射して伝達可能な導光部に対し、透光性の光を抽出可能なマイクロプリズムを備えた光スイッチング部を近接させてエバネセント光（エバネセント波）を抽出し、１波長程度あるいはそれ以下の微小な動きによって、光を高速でオンオフ制御可能な光スイッチング素子を用いた画像表示装置が検討されている。このような光スイッチング部を用いた画像表示装置は、移動距離が短いために高速で動作でき、さらに、光の利用効率を高められるので高コントラストで明るい画像表示装置が得られると期待されている。しかしながら、このようなエバネセント光を利用した画像表示装置は未だ開発段階であり、必ずしも光の利用効率が高く、高コントラストで高品質の画像を表示できるようになっていない。
【０００５】
そこで、本発明においては、エバネセント光を利用した画像表示装置の最適化、特に、全反射面に構成される表示領域に対し照射される表示光の経路などを最適化することにより、光の利用効率を高め、高コントラストで品質の高い画像を表示できる画像表示装置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】
このため、本発明の、画像表示用の表示光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部と、全反射面の表示領域に装着された光スイッチング部と、少なくとも表示領域に対し表示光を照射可能な光源部とを有し、光スイッチング部は、表示領域から漏出したエバネセント波（エバネセント光）を抽出して、導光部に対し十分な強度で全反射面に対し垂直な出射光を出射可能な第１の位置および、この第１の位置より全反射面に対し離れた第２の位置に移動可能な複数のマイクロプリズムを備えた画像表示装置においては、光源部または導光部を、表示領域に対し対称な２方向から表示光を照射できるように構成し、マイクロプリズムに対し両側から表示光を当てて１画素あたりの出射光の強度を高くできるようにしている。したがって、明るい画像が得られ、また、オンオフのコントラストも大きくすることができる。
【０００７】
すなわち、全反射面で全反射している表示光から漏出するエバネセント光を抽出し、垂直な出射光として出射するためには、適当な頂角を備え、全反射面に沿って延びた三角柱状のマイクロプリズムが適している。これに対し対象な２方向から表示光を照射することにより、頂角を挟んだ角度の異なる両方のプリズム面で表示光を反射することができるので、１方向から表示光が照射された場合に対し、そのほぼ２倍の強度の出射光を得ることができるようになる。また、１画素を構成するマイクロプリズムの全体から出射光が発せされるようになるので、画素間に隙間のないシームレスな画像を得ることができる。したがって、本発明により、エバネセント光を用いて明るく高品質の画像を表示できる画像表示を提供できる。
【０００８】
さらに、光源部または導光部は、表示領域で反射されていない表示光によって、表示領域全体を照射するように構成することが望ましい。表示領域の一部で反射された表示光によって他の表示領域が照射されるような光源部または導光部の構成を採用すると、先に表示光が照射される表示領域の光スイッチング部のオンオフ状況によって他の表示領域を照らす表示光の強度が変わってしまう。したがって、表示領域や画像の形態によって画像を表示する出射光の光強度が変わったり、他の表示領域では表示光の強度が不足し、スイッチング部のオンオフに伴った出射光が得られず画像が表示されないといった事態が発生する可能性がある。これに対し、表示領域で反射されていない表示光によって表示領域全体を照射すれば、表示領域のすべてのスイッチング部に対し、他のスイッチング部の動作状況に関わらず一定強度の表示光を照射することが可能となる。したがって、画像の一部がかけたり、コントラストが低下するといった画像品質の劣化を防止することが可能となる。
【０００９】
導光部の一方の側に光源部を設置し、この光源部から光が導光部に入射される入射面と全反射面を挟んで対向する側に反射面を設けることにより、表示領域に２方向から表示光を照射することができる。反射面としては全反射を利用して表示光を表示領域に対し反射するもの、反射性の膜を蒸着などによって形成して表示領域に対し反射するものなどを採用できる。さらに、光源部から入射した表示光の向きを複数の反射面を用いて最終的に表示領域に対し適当な角度で反射する反射面に導くようすることも可能である。この際に、上述したように、表示光は表示領域以外の領域で反射するようにすることが望ましい。
【００１０】
さらに、１つの光源中心から表示光が出射されるようになっている場合は、その光源中心から発せられた表示光束をほぼ中心から２分し、その一方の表示光束を全反射面の表示領域以外の領域で反射し、さらに、反射面によって他方の表示光束に対し光量分布が逆転するよう表示領域に照射することが望ましい。光源部からは、光源中心がもっとも強度が高く、周辺に行くほど強度が低下する強度分布の表示光が入射される。このため、表示光束の半分を反射面で強度分布が反転するように表示領域へ照射することにより、表示領域に照射される表示光の分布を平均化することができ、インテグレータなどの特殊で高価な光学系を用いずにほぼ光強度が一定した、一様に明るく明瞭な画像を表示できる画像表示装置を提供できる。
【００１１】
導光部の一方の側に、光源を２つ設けることも可能である。光源の数をふやすことにより、１つ光源あたりの電力負荷（容量）を削減することが可能となり、光源の発熱量を減らすことができる。したがって、光源を冷却する機構を省略することが可能である。光源部が２つの光源中心を備えている場合は、カラー表示を行うためにそれぞれの光源から照射される表示光の色の同期を取る必要がある。このためには、旋回中心を中心として分割された領域に同色のフィルターが点対称に配置された色分割フィルターによって２つ光源中心からの表示光を時分割することにより簡単に同期を取ることができる。
【００１２】
さらに、全反射面に対し一方の側から表示光を導光部に導入する代わりに、表示領域に対し対称な２方向から表示光を照射可能な第１および第２の入射面を設け、２方向から表示光を導光部に入射するようにしてももちろん良い。１つの光源から出射された光を分割した後に適当な光路で第１および第２の入射面に導くことも可能であるが、それぞれの入射面に対峙した位置に２つの光源部を設けておくことが望ましい。これにより複雑な光路を省略でき、また、光路における表示光の減衰を抑え、低消費電力で明るい画像を表示できる画像表示装置を提供することができる。
【００１３】
また、光源部および入射面を入射面から入射された表示光が出射面で全反射した後に表示領域に照射されるように配置することにより、光源部を出射面の後方に配置することが可能となる。したがって、画像表示装置の出射面の側に投レンズを配置して投射装置とするときに投射レンズと光源部とを干渉せずに配置することができる。
【００１４】
また、光源部からの表示光が入射面で屈折して角度が変わった後に表示領域に照射されるように配置することにより、上記と同様に、光源部と投射レンズとの干渉を防止できる。さらに、表示光を入射面で屈折させることにより、表示光の光束の断面形状を変えることが可能であり、表示領域全体を適当な強度で照射できるように入射面の角度で表示光を制御することも可能である。さらに、入射面と光源部との間に適当な角度で表示光を入射面に導く入射プリズムを導入部と別に設置しても上記と同様の効果を得ることができる。
【００１５】
本発明の画像表示装置から出射された出射光を投射レンズによってスクリーンに投射することにより投射装置とすることができる。そして、投射レンズのＦナンバーを小さくすることにより、導光部と投射レンズとの距離をそれほど開けずに垂直に出射された出射光と、強度の高い回折光も集光することができ、投射装置全体をコンパクトにすることができる。このように、本発明により、明るく画質の高い画像を表示可能な画像表示装置および投射装置を提供することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１に、本発明にかかる投射装置２の概略構成を示してある。本例の投射装置２は、画像表示装置１と、この画像表示装置１から出射された出射光７４をスクリーン９に投射する投射レンズ１２を備えている。本例の画像表示装置１は、画像表示用の表示光７０を全反射して伝達可能な全反射面５２を備えた導光部１０と、導光部の全反射面５２の表示領域５３ａに装着された光スイッチング部２０と、表示領域５３ａに対し表示光７０を照射可能なように配置された光源部３０とを備えている。
【００１７】
光源部３０は、白色のメタルハライドランプなどの白色光を発する光源中心３２と、モーターなどの駆動体３７で回転される色分解フィルター３６とを備えており、この色分解フィルター３６で、光源中心３２から出射された白色光を３原色のそれぞれに時分割し、表示光７０として導光部１０に供給できるようになっている。光源部３０には、さらに、表示光７０を平行光束にして導光部１０に導くコリメータレンズ３８も設置されている。
【００１８】
表示光７０が入射される導光部１０は、ガラス製あるいは透明プラスチック製などの表示光の透過率が高い素材からなる光ガイドである。本例の導光部１０はほぼ台形のプリズム状になっており、その側面の光源部３０に面した入射面５６から入射された表示光が、底面５２を全反射面として導光部１０の内部で全反射して伝達されるようになっている。全反射面５２で反射された表示光７０は、全反射面５２を挟んで入射面５６に対向するように設けられた他方の側面を反射面５８として反射され、全反射面５２に再び照射されるようになっている。このように、入射面５６と、反射面５８の２方向から表示光７０が照射される全反射面５２の領域が表示領域５３ａであり、この表示領域５３ａを覆うように光スイッチング部２０が取り付けられている。そして、この光スイッチング部２０で画像を表示するように抽出された表示光７０が上方に反射され、出射光７４となって全反射面５２と対峙して平行になった出射面５４から出射されるようになっている。
【００１９】
光スイッチング部２０は、図２に拡大して示すように、導光部１０の全反射面５２の表示領域５３ａに密着するように設置され、全反射面５２から漏出した光（エバネセント波）を抽出して上方の導光部１０に対し、十分な強度で出射できるようになっている。本例の光スイッチング部２０は、導光部１０の全反射面５２に面して２次元的に配置され、画像の１画素５をそれぞれ構成するマイクロプリズム２２と、それぞれのマイクロプリズム２２を駆動する駆動部２６と、駆動部２６を制御する駆動用ＩＣが構成されたシリコン基板２４の層が順番に積層された階層構造を成している。各々のマイクロプリズム２２は、全反射面５２の側がその面５２にほぼ密着可能な平坦な抽出面２３となった出射体である。マイクロプリズム２２は、さらに、抽出した表示光７０を垂直な方向に反射できるように、頂点２２ａと、頂点２２ａを挟んでその両側に対称な角度で形成されたプリズム面２２ｂを備えた三角柱状のプリズムユニットが一定のピッチで全反射面５２に沿って配列された構成となっている。
【００２０】
本例の駆動部２６は、上記のようなマイクロプリズム２２を支持し、断面が略Ｔ字形となったスペーサ２８と、このスペーサ２８を介して光スイッチング部２０の抽出面２３を全反射面５２に接する第１の位置で導光部１０に向かって加圧可能な板バネ２７と、静電気力を用いて抽出面２３を全反射面５２から離れた第２の位置に移動する電極２９を備えている。本例においては、ボロンドープされたシリコン薄膜により構成されたバネ部材２７が、マイクロプリズム２２の位置を制御する電極２９の一方としての機能を兼ね備えている。そして、電極２９に下層の駆動回路２４から駆動電圧が供給されないときは、図２の左側の画素５ａに示してあるようにバネ部材２７によってマイクロプリズム２２の抽出面２３が全反射面５２に接触または接近した第１の位置となり、導光部１０から漏出した表示光７０が抽出されて、垂直に反射され、出射面５４から出射光７４が出射されるオン状態となる。一方、電極２９に電力が供給されると図２の右側に示した画素５ｂのように、抽出面２３が第２の位置へ離れるので表示光７０はマイクロプリズム２２によっては抽出されず、導光部１０から光（エバネセント波）が出射されないオフ状態となる。
【００２１】
そして、本例の画像表示装置１においては、上述したように、全反射面５２の表示領域５３ａに、２方向から表示光７０が照射されるようになっている。このため、図２の左側の画素５ａに示すように、マイクロプリズム２２においては、頂点２２ａを挟んだ両側のプリズム面２２ｂから出射光７４が出射されるので、高強度の出射光７４を得ることができる。また、オン状態の画素間に暗いところも生じなくなるので、画素間に区切りのないシームレスな画像を得ることができる。
【００２２】
これに対し、図３に示すように、表示領域５３ａに一方から表示光７０を照射すると、画素５がオン状態のときであっても、マイクロプリズム２２の一方の側のプリズム面２２ｂにしか表示光７０が当たらず、他方の側のプリズム面２２ｂから出射光７４が出射されない。したがって、１つの画素５の中で暗くなってしまう部分７６が生じ、出射光７４の強度の低下は無いものの、微視的には画素中に溝状の暗部７６があるので、連続しない画像表示となってしまう。このように、表示領域５３ａから漏れ出すエバネセント光をスイッチング部２でオンオフして表示する本例の画像表示装置１においては、図２に示したように、表示領域５３ａに対し２方向から表示光を照射することにより、よりコントラストが高く、シームレスな画質の良い画像が得られることがわかる。
【００２３】
さらに、このような画像表示装置１から出射される出射光７４をスクリーン９に投射する本例の投射装置２においては、投射レンズ１２にＦナンバーが小さいものを採用している。図４に模式的に示すように、光源部３０を構成する光源３２は点光源ではなくある程度の大きさを持つ光源であるので、光源部３０から発せられる表示光７０は、コリメータレンズ３８を通しても厳密な平行光束にすることは不可能であり、いくらかの広がりを持った光束となる。したがって、画像表示装置１の出射面５４から出射される出射光７４も広がりを持った光束となる。さらに、スクリーン９にできるだけ明るい画像を投射することを考慮すると、マイクロプリズム２２で反射される出射光７４の１次回折光程度までを投射レンズ１２で集光できるようにすることが望ましい。したがって、投射レンズ１２としては、出射面５４から出射される平行光のみならず、多少発散する光も集光可能なレンズまたはレンズ系を採用するようにしており、Ｆナンバーの小さいものを用いることにより、投射レンズ１２と導光部１０の出射面５４との距離１３を縮めることができる。したがって、投射レンズ１２としてＦナンバーの小さなものを用いることにより、小型で、より明るい画像を表示することができる投射装置２を提供することができる。
【００２４】
図５に、上記と異なった形状の導光部１０を備えた画像表示装置１と、それを用いた投射装置２を示してある。本例の画像表示装置１においては、導光部１０の入射面５６から入射された表示光７０の半分７０ｂが全反射面５２の表示領域５３ａとは異なった、光スイッチング部２０と接していない非表示領域５３ｂにも照射される。そして、この非表示領域５３ｂで全反射された表示光７０ｂが上面の出射面５４の一部５４ａで全反射された後に反射面５８で反射され、入射面５６から入射した残りの表示光７０ａに対し反対側から表示領域５３ａを照射できるようになっている。このため、本例の反射面５８は、出射面の一部５４ａで反射した表示光７０ｂを表示領域５３ａに反対側から照射できるように、図１に示した導光部１０の反射面とは異なった角度に設定されており、さらに、表面に反射膜が蒸着などによって形成されている。このように、全反射面５２の表示領域５３ａでない領域５３ｂで表示光７０ｂを反射させて双方向から表示光７０ａおよび７０ｂによって表示領域５３ａを照射することにより、表示部分あるいは表示内容によってコントラストに差が生じたり、表示が暗くなってしまうような事態を未然に防止することができる。
【００２５】
図６（ａ）および（ｂ）に示した模式的な画像表示装置１を用いて図５に示した画像表示装置１における効果をさらに説明する。図６（ａ）は、入射面から入射された表示光７０の断面積７７が狭いなどの理由によって表示領域５３ａの一部のみに照射される例である。本発明に係る画像表示装置においては、このような表示光であっても導光部１０の内部を全反射面５２および照射面５４で反射して伝達されるので、表示領域５３ａ全体を全反射された表示光によって照射することができる。しかしながら、先に表示光７０が照射される表示領域５３ａの、ある画素５ａがオンになっていると、表示領域５３ａに照射された表示光７０はマイクロプリズム２２によって抽出されて照射光７４となり、導光部１０から放出される。したがって、導光部１０内を全反射して伝達される表示光がなくなるか、非常に弱くなる。このため、画素５ａの領域で反射された表示光７０が当たる予定の画素５ｃにおいては、マイクロプリズム２２がオンオフ動作をしても、マイクロプリズム２２によって抽出できる光がなく、出射光も出射されない。これに対し、画素５ａがオフであれば、画素５ｃに表示光が当たるので、画素５ｃのオンオフ動作に対応して出射光が出射される。
【００２６】
このように、表示領域５３ａの一部で反射された表示光７０によって表示領域５３ａ全体を照らそうとすると、表示領域５３ａの場所によって、画素のオンオフが表示できなくなったり、あるいは、表示できてもコントラストが非常に弱くなってしまう。そして、そのような現象が現れる画素の位置は画像によっても影響をうける。このため、先に表示光７０が照射される領域のマイクロプリズムの反射面積を小さくするなどの対策をとっても画像の明るさを均一にすることができない。
【００２７】
これに対し、図６（ｂ）に示すように、表示光７０の光束の面積を大きくして入射面から入射された表示光７０によって表示領域５３ａ全体を直に照射する、すなわち、表示領域５３ａによって反射されていない表示光によって照射すると他の画素５ａあるいは５ｂなどのオンオフに影響されず、画素５ｃのオンオフ動作にしたがって出射光７４が導光部１０から出射される。したがって、図１に示した画像表示装置１においても入射面５６から入射された表示光７０により、表示領域５３ａ全体を直に照射するようにしている。このため、画像、あるいは画像表示領域の場所によってコントラストが異なったり、画像が明瞭に表示されないなどといった不具合のない品質の良い画像を表示することができる。
【００２８】
しかしながら、表示領域５３ａを２方向から照射する表示光７０のうち、導光部１０の反射面５８で反射された後に表示領域５３ａを照射する他方の表示光７０においても同様のことがいえる。すなわち、表示領域５３ａで全反射された光を反射面５８で反射して表示領域５３ａを再び照射すると、画素がオンになって表示光７０が抽出されて出射されてしまった部分からは反射面５８で反射して再び表示領域５３ａを照射する表示光が得られなくなる。このため、図６（ａ）で示した画像表示装置ほどではないにしろ、画素のコントラストが表示する画像あるいは表示された部分でことなってしまう可能性がある。これに対し、図５に示した画像表示装置１のように、表示領域５３ａに直に対し照射される表示光７０ａとは別に、非表示領域５３ｂで反射した表示光７０ｂを反射面５８で反射して表示領域５３ａに照射することにより、表示領域５３ａに双方向から照射される表示光７０ａおよび７０ｂに画素のオンオフの影響が生じないようにすることができる。したがって、全体に均質でコントラストが高く、画質の良い画像を表示することができる。
【００２９】
図７に、上記と異なる画像表示装置の例を示してある。本例の画像表示装置１も、入射面５６から入射された表示光７０の半分７０ａがそのまま表示領域５３ａに照射され、他の半分の表示光７０ｂが非表示領域５３ｂによって反射された後に表示光７０ａと対称な方向から表示領域５３ａに照射されるようになっている。さらに、本例の導光部１０においては、非表示領域５３ｂによって反射された表示光７０ｂが、まず照射され、反射面５８に反射する第２の反射面５９を出射面５４と角度を変えて設けてある。そして、表示光７０ｂが第２の反射面５９および反射面５８で全反射した後に、適当な角度で表示領域５３ｂに導かれるようにしている。したがって、２つの反射面５８および５９に反射膜を蒸着しなくても良く、本例の画像表示装置１においては、導光部１０を第２の反射面５９を設けて５角形のプリズム状にすることにより、導光部１０の生産過程を簡略化し、低コストで画像表示装置１を提供することができる。このように、本発明に係る画像表示装置に用いられる導光部１０の形状は台形などの一定した形状にかぎられることはなく、適当な角度の反射面を追設するなどの方法で適切な光路が選られるように導光部の形状を決定することができる。
【００３０】
図８に、上記とさらに異なる画像表示装置の例を示してある。本例の画像表示装置１も、入射面５６から入射された表示光７０の半分７０ａがそのまま表示領域５３ａに照射され、他の半分の表示光７０ｂが非表示領域５３ｂによって反射された後に表示光７０ａと対称な方向から表示領域５３ａに照射されるようになっている。本例においては、非表示領域５３ｂで反射された表示光７０ｂが出射面の一部５４ａで反射され、その次に第２の反射面５９で反射され、さらに反射面５８で反射された後に表示領域５３ａに向けて照射されるようになっている。このため、表示光７０ａの中央よりの光７１ａ、および表示光７０ｂの中央よりの光７１ｂに着目すると、表示光７０ａの中央よりの光７１ａが表示領域５３ａの左端に当たり、反射された表示光７０ｂの中央よりの光７１ｂは表示領域５３ａの右端に当たるようになっている。
【００３１】
１つの光源中心３２を備えた光源部３０からはその光源中心３２からの光強度がもっとも強く、周囲に行くにしたがって強度が低下する。したがって、強度分布の大きな光源を採用する場合は、インテグレータなどの特殊な光学系を設置して表示領域５３ａを照射する表示光７０の光強度を平均化する必要がある。これに対し、本例の画像表示装置１においては、表示光７０がほぼ中央から２分されて、その一方の表示光７０ａがそのまま表示領域５３ａに照射されると共に、他の表示光７０ｂが、そのもっとも強度の高い中央付近の光束が表示光７０ａと異なる向きで表示領域５３ａに照射される。すなわち、表示光７０ａに対し、表示光７０ｂは光量分布が逆転した状態で照射される。このため、表示領域５３ａ全体では、ほぼ光量分布が平均化されるように２つの表示光７０ａおよび７０ｂで照らされるので、全画面が一様に明るく表示できる画像表示装置１を提供することができる。さらに、インテグレータなどの特殊な光学系あるいは光学素子が不要となるので、簡易な構成で低コストの画像表示装置１および投射装置２を提供することができる。
【００３２】
なお、このように表示光の光強度分布を反転させるような導光部の経路は本例の導光部１０に限定されることはなく、適当な角度の反射面を複数設けることにより、上記とことなった形状のプリズム体を導光部１０として採用できることはもちろんである。
【００３３】
図９に、上記とさらに異なる画像表示装置１および投射装置２の例を示してある。本例の画像表示装置１は、導光部１０の表示領域５３ａに対して、両側に１セットづつ２セットの光源部３０ａおよび３０ｂが配置されており、それぞれの光源部３０ａおよび３０ｂから照射された表示光７０ａおよび７０ｂが導入部１０のそれぞれの入射面５６ａおよび５６ｂを通して入射され、表示領域５３ａを２方向から照射する表示光７０となる。したがって、本例の画像表示装置１においても、表示領域５３ａに対し２方向から表示光７０が照射されるので、上記の画像表示装置と同様に、明るく、高コントラストでシームレスな画像を表示できる。
【００３４】
さらに、本例の画像表示装置１においては、２つの光源部３０ａおよび３０ｂを備えているので、１つの光源部の電源負荷（容量）を小さくすることができる。例えば、上記で示した画像表示装置においては２００Ｗの光源部が用いられていたとすると、本例の画像表示装置１は２つの光源部３０ａおよび３０ｂを備えているので、光源部３０ａおよび３０ｂの容量を１００Ｗ程度にすることができる。このように、光源部の数を増やすことにより、各光源部の容量を削減できるので、光源部からの発熱量が少なくなり、光源を冷却する装置が不要になる。したがって、画像表示装置１および投射装置２の構成を簡易にすることができる。さらに、トータルの容量（電源負荷）が同じ場合、複数に分割した個々の光源部からは容量は半分でも光り強度は１／２より大きな表示光が得られるので、さらに明るい画像を表示できる画像表示装置および投射装置を提供することができる。したがって、消費電力が小さいながら、家庭用テレビや屋外画像表示装置などに適した、自然光の明るい環境下でも鮮明に見える画像表示装置１あるいは投射装置２を実現することができる。
【００３５】
図１０に、上記と異なる画像表示装置１および投射装置２の例を示してある。本例の画像表示装置１は、導光部１０の表示領域５３ａに対して、片側に２セットの光源部３０ａおよび３０ｂを配置してある。そして、一方の光源部３０ａから照射された表示光７０ａが入射面５６を通って直に表示領域５３ａに照射され、他方の光源部３０ｂから照射された表示光７０ｂが、全反射面５２の非表示領域５３ｂ、出射面５４の一部５４ａ、さらに反射面５８で反射されて表示光７０ａと反対側から表示領域５３ａに照射されるようになっている。したがって、本例の画像表示装置１も図９に基づき説明した画像表示装置と同様に、複数の光源部３０ａおよび３０ｂを有しているので、ここの光源部の冷却装置を省くことが可能となり、さらに、明るい画像を表示することが可能となる。
【００３６】
さらに、本例の画像表示装置１においては、光源３０ａおよび３０ｂから出射された白色光を３原色に時分割してカラー表示を行える表示光７０ａおよび７０ｂを生成するために、光源部３０ａおよび３０ｂのそれぞれの光スポット３９ａおよび３９ｂにわたって旋回する円盤型の色分解フィルター３６を備えている。この色分解フィルター３６は、正面から見た様子を図１１に示すように、旋回中心３６ａを中心として円周方向に６つの扇型の区画３６ｂに分割されており、それぞれの区画３６ｂに赤、緑および青（Ｒ、ＧおよびＢ）のフィルターが点対称となるように配置されている。さらに、それぞれの光源３０ａおよび３０ｂのスポット３９ａおよび３９ｂも色分解フィルター３６に、点対称となるように配置されている。このため、色分解フィルター３６が旋回中心３６ａを中心として旋回すると、それぞれの光源３０ａおよび３０ｂから同じ色の表示光７０ａおよび７０ｂが導光部１０の入射面５６に対し照射される。したがって、これらの光源部３０ａおよび３０ｂに共通して配置された上記のような構成の色分解フィルター３６を回転するだけで、それぞれの光源部３０ａおよび３０ｂから照射される表示光７０ａおよび７０ｂの色の同期をとることができる。もちろん、色分解フィルターには、赤、緑および青に代わりシアン、マゼンダおよびイエローの３原色のフィルターを配置するようにしても良い。
【００３７】
図１２に、上記とさらに異なる画像表示装置１および投射装置２を示してある。本例の画像表示装置１においては、光源部３０から照射された表示光７０が入射面５６を通り、全反射面５２に対峙する出射面５４の一部５４ｂで反射された後に全反射面５２の表示領域５３ａに照射されるようになっている。そして、導光部１０においては、表示領域５３ａで反射された光は反射面５８によって反射され、再び表示領域５３ａを反対側から照射するようになっている。もちろん、上述したいくつかの画像表示装置の例と同様に、出射面５４の一部５４ｂで反射された表示光７０を表示領域５３ａに加えて非表示領域５３ｂにも当て、非表示領域５３ｂで反射された表示光を反射面５８によって反対側から表示領域５３ａに照射するようにすることも可能である。
【００３８】
本例の画像表示装置１は、表示光７０を全反射面５２に対峙する出射面５４に当て、その一部５４ｂで反射された光で表示領域５３ａを照射するようにしている。したがって、上記で説明した画像表示装置においては表示光の入射方向が全反射面５２を向いた方向（図面の上方から下方）であるのに対し、本例の画像表示装置１においては、反対の出射面５４を向いた方向、すなわち、図面の下方から上方に向けて表示光７０を入射することができる。このため、光源部３０を投射レンズ１２と同様に導光部１０の上方に配置するのではなく、投射レンズ１２と反対側となる導光部１０の下方に配置することができる。したがって、投射装置１を構成するセクションの中で広いスペースが必要となる投射レンズ１２および光源部３０を互いの干渉がないように配置することが可能となり、コンパクトにまとめられた小型の投射装置２を提供することができる。
【００３９】
図１３に、さらに異なった本発明に係る画像表示装置および投射装置を示してある。上述したいくつかの画像表示装置の例では、導光部１０の入射面５６に対し表示光７０が垂直に入射されるように光源部３０を配置してあるのに対し、本例の画像表示装置１においては、入射面５６において表示光７０が屈折して導光部１０に入射するように光源部３０を配置してある。このように、本発明にかかる画像表示装置においては、入射面５６で表示光７０が屈折して入射される光学系を採用することも可能であり、このような光学系を採用することにより、上記の画像表示装置と同様に光源部３０と投射レンズ１２との配置上の干渉を防止することができる。
【００４０】
さらに、入射面５６で表示光７０を屈折させることにより、光源部３０から入射面５６に供給される光束の面積７７ａに対し、導光部１０の内部において表示領域５３ａを照らす表示光の光束の面積７７ｂを変えることができる。したがって、光源部３０から面積の小さな光束を入射面５６に当て、入射面５６で光束の面積を表示領域５３ａをカバーできる程度に広げることも可能となる。
【００４１】
図１４に、上記とさらに異なる画像表示装置および投射装置を示してある。本例の画像表示装置１は、光源部３０からの表示光７０を入射プリズム４６を通して屈折させ、表示光７０の角度を変えた後に、入射面５６に垂直に導光部１０に入射している。本例のように、導光部１０の入射面５６で表示光７０の方向を変える代わりに、入射プリズム４６を光源部３０と導光部１０の間に設置し、入射プリズム４６で表示光７０を屈折することによっても光源部３０の配置を投射レンズ１２と干渉しないように調整することができる。また、上記と同様に、屈折前後で表示光７０の光束の面積７７ａおよび７７ｂを変え、光源部３０あるいは表示領域５３ａに適した光束を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、表示光を全反射して伝達可能な導光部の全反射面から漏出するエバネセント光をマイクロプリズムを用いたスイッチング部によって抽出し、画像を表示することができる、高速動作が可能で、高いコントラスト比が得られる画像表示装置において、全反射面の内の、スイッチング部が装着される表示領域に対し、２方向から表示光が照射されるようにしている。これにより、１画素を構成するマイクロプリズムの全面に表示光を照射することが可能となり、いっそうオンオフのコントラスト比が高く、さらに、画素内あるいは画素間に区切れのない、シームレスな画像を表示できる画像表示装置を提供することができる。そして、この画像表示装置から出射された光を投射レンズによってスクリーンに投射する投射装置においては、スクリーンに対し、明るく高コントラストの画像を投射可能であり、自然光のもとでも表示でき、あるいは拡大表示に対し十分に耐えられる画質の良い画像を表示できる投射装置を提供することができる。
【００４３】
さらに、本発明においては、上記の実施の形態においても詳しく説明しているように、表示領域を明るく、さらに、より均等に表示光で照射できる光源部および導光部の構成を開示しており、本発明により、実際に明るく、高速動作が可能であり、高いコントラストが得られるエバネセント光（エバネセント波）を利用した画像表示装置を提供でき、さらに、この画像表示装置を用いて、コンパクトにまとめられ、低コストで供給可能な高性能の投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す画像表示装置の光スイッチング部を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示した画像表示装置に対し、画素に暗部が生じる状態を模式的に示す図である。
【図４】図１に示す投射装置において、Ｆナンバーの小さな投射レンズによって照射光を集光する様子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の上記と異なる画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５に示す画像表示装置において、表示領域で反射された表示光と、表示領域で反射されていない表示光の効果の差を模式的に示す図である。
【図７】本発明の上記とさらに異なる画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の上記とさらに異なる画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図９】上記とさらに異なる本発明の画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図１０】さらに上記と異なる本発明の画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す画像表示装置において用いられる色分解フィルターを示す図である。
【図１２】本発明の上記とさらに異なる画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の上記とさらに異なる画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明のさらに異なる画像表示装置および投射装置の概略構成を示す図である。
【図１５】従来の液晶を用いた画像表示装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１・・画像表示装置
２・・投射装置
５・・画素
１０・・導光部（光導入プリズム）
１２・・投射レンズ
２０・・光スイッチング部
２２・・マイクロプリズム
２３・・抽出面
２４・・ＩＣ回路部
２６・・駆動部
２７・・バネ部材
２８・・スペーサ
２９・・電極
３０・・光源部
３２・・光源
３６・・色分解フィルター
３７・・フィルター用駆動体
３８・・コリメータレンズ
３９・・光スポット
４６・・入射プリズム
５２・・導光部の底面（全反射面）
５３ａ・・表示領域
５３ｂ・・非表示領域
５４・・出射面
５６・・入射面
５８・・反射面
５９・・第２の反射面
７０、７０ａ、７０ｂ・・表示光
７４・・出射光
７６・・暗部
７７・・表示光の光束の面積
９０３・・ガラス板
９０４、９０５・・透明電極
９０７・・液晶
９０８・・偏光板

Claims

画像表示用の表示光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部と、
前記全反射面の表示領域に装着された光スイッチング部と、
少なくとも前記表示領域に対し前記表示光を照射可能な光源部とを有し
前記光スイッチング部は、前記表示領域から漏出したエバネセント波を抽出して前記導光部に対し十分な強度で全反射面に対して垂直な出射光を出射可能な第１の位置、およびこの第１の位置より前記全反射面に対し離れた第２の位置に移動可能な複数のマイクロプリズムを備えており、
前記光源部または前記導光部は、前記表示領域に対し対称な２方向から前記表示光を照射するように構成されており、
前記光源部は、前記全反射面の一方の側に配置された少なくとも１つの光源中心を備えており、
前記導光部は、前記全反射面に対峙する出射面と、前記光源部に面した入射面と、前記全反射面を挟んで前記入射面に対向し、前記全反射面で反射された前記表示光を前記表示領域に向かって対称な方向から照射可能な反射面とを備えていることを特徴とする画像表示装置。
請求項１において、前記光源部または前記導光部は前記表示領域で反射されていない前記表示光で前記表示領域全体を照射するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
請求項１において、前記反射面は、前記全反射面の前記表示領域以外の領域で反射された前記表示光を前記表示領域に向かって反射可能であることを特徴とする画像表示装置。
請求項３において、前記光源部は１つの光源中心を備えており、その光源中心から発せられた表示光束がほぼ中心から２分され、その一方の表示光束が前記全反射面の前記表示領域以外の領域で反射され、さらに、前記反射面によって他方の表示光束に対し光量分布が逆転した状態で前記表示領域に照射可能であることを特徴とする画像表示装置。
請求項１において、前記光源部は、前記光源中心から出射された表示光を色分割して前記表示領域に照射可能な回転型の色分割フィルターを備えていることを特徴とする画像表示装置。
請求項５において、前記光源部は２つの光源中心を備えており、前記色分割フィルターは、旋回中心を中心として分割された領域に同色のフィルターが点対称に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
画像表示用の表示光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部と、
前記全反射面の表示領域に装着された光スイッチング部と、
少なくとも前記表示領域に対し前記表示光を照射可能な光源部とを有し
前記光スイッチング部は、前記表示領域から漏出したエバネセント波を抽出して前記導光部に対し十分な強度で全反射面に対して垂直な出射光を出射可能な第１の位置、およびこの第１の位置より前記全反射面に対し離れた第２の位置に移動可能な複数のマイクロプリズムを備えており、
前記光源部または前記導光部は、前記表示領域に対し対称な２方向から前記表示光を照射するように構成されており、
前記光源部は２つの前記光源部を備え、
前記導光部は前記全反射面に対峙する出射面と、それぞれの光源部に面し前記表示領域に対し対称な２方向から前記表示光を照射可能な第１および第２の入射面とを備え、
前記マイクロプリズムは、頂点及び前記頂点を挟んでその両側に対称な角度で形成されたプリズム面を備えていることを特徴とする画像表示装置。
請求項１において、前記導光部は前記全反射面に対峙する出射面と、前記光源部に面し前記表示光を該導光部に導入可能な入射面とを備えており、
前記光源部および前記入射面は、前記入射面から入射された前記表示光が前記出射面で全反射された後に前記表示領域に照射されるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
請求項１において、前記導光部は前記全反射面に対峙する出射面と、前記光源部に面し前記表示光を該導光部に導入可能な入射面とを備えており、前記光源部は、前記入射面で前記表示光が屈折した後に前記表示領域に照射されるように配置されていることを特徴とする画像表示装置。
請求項１において、前記導光部は前記全反射面に対峙する出射面と、前記光源部に面し前記表示光を該導光部に導入可能な入射面とを備えており、前記光源部は、前記光源部から出射された前記表示光の角度を変えて前記入射面に導く入射プリズムを備えていることを特徴とする画像表示装置。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の画像表示装置と、
この画像表示装置から出射された前記出射光をスクリーンに投射可能な投射レンズとを有することを特徴とする投射装置。
請求項１１において、投射レンズのＦナンバーが小さいことを特徴とする投射装置。