JP4104516B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、帯状光をホールド型表示素子上にスクロールさせるタイプの投写型映像表示装置に関する。

従来の投写型映像表示装置として、ポリゴンミラーによってパネル上に光スクロールする装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２００２−６８１５号公報

ところで、投写型映像表示装置に用いられるライトバルブは、画素応答性等に起因して一般に動画表示においては、残像が目立つなどの不利がある。本願出願人は、かかる欠点を解消できる投写型映像表示装置として、照射された光を受けて透過及び／又は反射させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせる回転駆動型の光偏向手段と、光偏向手段からの光を３原色に分離して３つのホールド型表示素子に各々導く色分離手段と、各ホールド型表示素子を経て得られる各色映像光を合成して投写する投写手段と、各ホールド型表示素子に画素駆動信号を与える素子駆動手段とを備え、各ホールド型表示素子上で当該素子よりも小さな面積で集光される各色光（帯状光）が循環的にスクロールされるように構成された投写型映像表示装置を提案した（特願２００２−９１９２６号）。かかる投写型映像表示装置においては、例えば、渦状の透過部が形成されたスクロール円盤を回転させることで帯状の各色光がライトバルブ上で循環的にスクロールされることになる。

ここで、投写映像の高輝度化を図るためには、光源からの出射光をライトバルブに導く経路上での光の利用効率向上が必要とされる。

本発明は、上記の事情に鑑み、表示素子上に光スクロールを行なう構成において、光源からの出射光をライトバルブに導く経路上での光の利用効率を向上できる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、光源から出射された光を所定アスペクト比の略方形状の光束に整形して所定領域に導く照明装置と、前記所定領域に設けられ、前記略方形状の光束を受けて透過及び／又は反射させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせる回転駆動型の光偏向手段と、を備え、前記光偏向手段を経てホールド型表示素子上に導かれる光束が当該素子よりも小さな面積で循環的にスクロールされるように構成されており、
前記照明装置はフライアイレンズ対から成るインテグレータを備えており、前記ホールド型表示素子のアスペクト比をＡ（横）：Ｂ（縦）とし、当該表示素子上に導かれる光束のアスペクト比をＡ′（Ａ′＝Ａ又はＡ′≒Ａ）：Ｂ′（Ｂ′＜Ｂ）とすると、前記フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比がＡ′：Ｂ′に設定されていることを特徴とする。

また、この発明の投写型映像表示装置は、光源から出射された光を所定アスペクト比の略方形状の光束に整形して所定領域に導く照明装置と、前記所定領域に設けられ、前記略方形状の光束を受けて透過及び／又は反射させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせる回転駆動型の光偏向手段と、を備え、前記光偏向手段を経てホールド型表示素子上に導かれる光束が当該素子よりも小さな面積で循環的にスクロールされるように構成されており、
前記照明装置はフライアイレンズ対から成るインテグレータ及びその光出射側に配置されたアナモフィック光学素子を備えており、前記ホールド型表示素子のアスペクト比をＡ（横）：Ｂ（縦）とし、当該表示素子上に導かれる光束のアスペクト比をＡ′（Ａ′＝Ａ又はＡ′≒Ａ）：Ｂ′（Ｂ′＜Ｂ）とすると、前記フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比がＡ″（Ａ″＝Ａ′又はＡ″≒Ａ′）：Ｂ″（Ｂ″＞Ｂ′）に設定されており、且つ、前記表示素子上に導かれる光束のアスペクト比がＡ′：Ｂ′となるように前記アナモフィック光学素子の集光機能が設定されたことを特徴とする。

上記構成の投写型映像表示装置において、前記ホールド型表示素子のアスペクト比が１６：９とされ、前記表示素子上に導かれる光束のアスペクト比が１６：４．５とされ、前記フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比を１６：Ｘとすると、Ｘが６≦Ｘ≦９の範囲に設定され、前記Ｘに対応して前記アナモフィック光学素子の集光機能が設定されているのがよい。

この発明によれば、表示素子上に光スクロールを行なう構成において、表示素子上に効率的に光束を導き、表示輝度を向上させることができるという効果を奏する。

以下、この発明の実施形態の投写型映像表示装置を図１乃至図４に基づいて説明する。

図１はこの実施形態の投写型映像表示装置の概略構成を示したブロック図である。光源１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成る発光部とパラボラリフレクタを備えて成る。光源１からの略平行光はインテグレータ２及び集光レンズ３を経てアナモフィックレンズ１０に入射される。インテグレータ２は一対のフライアイレンズから成っている。インテグレータレンズ２の各レンズ素子対を経た略方形状の帯状光束はアナモフィックレンズ１０によって画面垂直方向にだけ幾分集光される。すなわち、光源１から出射された光はインテグレータ２及びアナモフィックレンズ１０によって所定アスペクト比の略方形状の光束に整形されて所定領域に導かれる。この所定領域に光偏向手段であるスクロール円盤４が配置されている。

スクロール円盤４は入射光軸に対して４５°傾いて配置されている。スクロール円盤４は、図２に示すように、例えば、渦状の第１透過部４Ａと第２透過部４Ｂを有する。スクロール円盤４は、その中心部を回転中心（回転軸）とし、モータ１１によって回転駆動され、回転中心と周辺との間の部分を前記所定領域（図２中太線で示している）に位置させるように配置されている。これにより、渦状の第１透過部４Ａと第２透過部４Ｂは前記アナモフィックレンズ１０の光出射側（前記所定領域）を循環的に通過することになり、透過部の周期的な位置変位が生じて光偏向が周期的に行なわれることになる。この詳細については後述する。

リレーレンズ光学系５は偏向された光を受けて映像光生成系６における色分離ダイクロイックプリズム６ａへと像伝達を行なう。色分離ダイクロイックプリズム６ａに入射した光はＲ（赤）光、Ｇ（緑）光、Ｂ（青）光に分離され、それぞれＲ用の液晶表示パネル７Ｒ、Ｇ用の液晶表示パネル７Ｇ、Ｂ用の液晶表示パネル７Ｂに導かれる。そして、前記のスクロール円盤４による光偏向により、各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに導かれる色光（照射形状は帯状）は、当該パネル上に各々同じタイミングでスクロール照射される。なお、各色光（帯状光）は渦状の透過部４Ａ・４Ｂの形状に起因して湾曲（両横縁に対して中央側が盛り上がる）したものとなるが、湾曲の程度（盛り上がりの程度）は１０％未満となるようにしている。

そして、各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂに入射した各色光は当該パネル上の画素の応答（光透過度）の状態で変調され、この変調により得られた各色映像光は、色合成ダイクロイックプリズム６ｂにて合成されてカラー映像光となり、投写レンズ８にてスクリーン９に投影される。

このように、各色の帯状の照明光が液晶表示パネル７上で循環的にスクロールすることにより、当該パネルの一画素に着目するとフレーム期間中の一部の期間のみ表示し、残りの期間は黒となる結果、間欠表示が実現され、動画像を表示した場合のブラーリングが改善される。

パネル駆動部１５は入力された映像信号に基づいて各液晶表示パネル７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを駆動する。すなわち、映像信号に基づいて各液晶表示パネルの各画素の光透過度を設定する素子駆動電圧を生成して各画素に与える。同期分離回路１４は映像信号から垂直同期信号を取り出してスクロール位相検出部１２に与える。スクロール位相検出部１２はスクロール円盤４の回転周期と垂直同期とから位相差を検出する。スクロール円盤４の回転周期情報は、例えば、ロータリエンコーダの構成によって得ることができる。モータ１１の回転を制御する回転制御部１３は、前記位相差を示す信号をスクロール位相検出部１２から受け取り、スクロール円盤４の回転周期を垂直同期に合致させるよう制御を行なう。すなわち、回転周期が垂直同期から遅れれば回転速度を高めるべくモータ１１への供給電圧（或いはパルス数やパルス幅等）を増加し、早ければ回転速度を低くするべくモータ１１への供給電圧（或いはパルス数やパルス幅等）を減少し、一致すればそのままとする。

図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、スクロール円盤４が回転することで光透過状態が変化する様子を示している。前述したごとく、スクロール円盤４は、光軸に対して４５°傾いて配置されている。そして、光源からの導入光を阻害しない位置においてスクロール円盤４に対面させて補助ミラー４５を設けている。スクロール円盤４の光反射領域４ａ（図２のクロスハッチング領域）にて反射した光は、補助ミラー４５に導かれ、この補助ミラー４５にて反射した光はスクロール円盤４の光透過領域を透過する。スクロール円盤４の光透過領域の透過作用と前述の反射作用とにより、スクロール円盤４上の前記所定領域に導かれた光は無駄にされずに液晶表示パネルに導かれることになる。

液晶表示パネルのアスペクト比を１６：９とし、当該パネル上に導く帯状光のアスペクト比を１６：４．５（５０％幅帯状光）とすると、前記所定領域上の集光光束のアスペクト比もほぼ１６：４．５とする。一方、インテグレータレンズ２の各レンズ素子対のアスペクト比は、例えば、１６：７．５に設定する。そして、液晶表示パネル上に導かれる帯状光のアスペクト比が１６：４．５となるように、前記アナモフィックレンズ１０による画面垂直方向の集光作用を設定する。

図４は、液晶表示パネルのアスペクト比を１６：９、当該パネル上に導く帯状光のアスペクト比を１６：４．５とし、インテグレータレンズ２の各レンズ素子対のアスペクト比を１６：Ｘとした場合におけるＸの変化に対する液晶表示パネル上での輝度変化（シミュレーション結果）を示したグラフである。このグラフから分かるように、Ｘ＝４．５であるとき（レンズ素子を液晶表示パネル上の帯状光のアスペクト比に一致させた場合）の輝度に比べ、概ね６≦Ｘ≦９の範囲で高い輝度値が得られ、Ｘ＝７．５あたりでピークが見られる。そこで、この実施形態においては、前記液晶表示パネルのアスペクト比を１６：９とし、液晶表示パネル上に導かれる光束のアスペクト比を１６：４．５とし、インテグレータレンズ２におけるフライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比を１６：Ｘとすると、Ｘを６≦Ｘ≦９の範囲（望ましくはＸ＝７．５付近）に設定し、前記Ｘに対応して前記アナモフィックレンズ１０の画面垂直方向の集光機能を設定する構成とした。

ここで、フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比を１６：Ｘとすることにおいて、Ｘが小さい値であればあるほど、光出射側のフライアイレンズの各レンズ素子には光入射側のフライアイレンズの非対応レンズ素子（対応レンズ素子に隣接するレンズ素子）からの光が導かれやすくなり、光利用効率が低下することになる。一方、前記Ｘの値を大きくしてアナモフィックレンズ１０による集光作用を大きくすることとした場合においても、良好な集光作用が得られにくくなるために光利用効率が低下する。かかる実施形態は、その中間における光利用効率の高い範囲を見いだすことで投写輝度の向上を図ったものである。

なお、液晶表示パネルのアスペクト比をＡ（例えば１６）：Ｂ（例えば９）とし、当該液晶表示パネル上に導かれる光束のアスペクト比をＡ′（例えば１６）：Ｂ′（例えば４．５）とする場合において、前記フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比がＡ′：Ｂ′（この例の場合１６：４．５）に設定される構成（この構成ではアナモフィックレンズは不要）を排除するものではない。フライアイレンズを備えない構成に対し、このようにフライアイレンズ（インテグレータレンズ）を備える構成であれば、光利用効率が高まり、投写輝度を向上できることになる。

また、以上説明した実施形態では、透過型の液晶表示パネルを用いたが、これに限るものではなく、反射型の液晶表示パネルやマトリクス状に配置された微小鏡を各々画素データに基づいて駆動するデバイスなども用いることができる。

表示素子上に光スクロールを行なう構成の投写型映像表示装置を示した構成図である。 スクロール円盤を示した説明図である。 同図（ａ）乃至（ｄ）は斜め配置したスクロール円盤にてスクロール光が生成される様子を模式的に示した説明図である。 液晶表示パネルのアスペクト比を１６：９、当該パネル上に導く帯状光のアスペクト比を１６：４．５とし、インテグレータレンズの各レンズ素子対のアスペクト比を１６：Ｘとした場合におけるＸの変化に対する液晶表示パネル上での輝度変化を示したグラフである。

符号の説明

１ 光源
２ インテグレータ
４ スクロール円盤
４Ａ 第１透過部
４Ｂ 第２透過部
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ 液晶表示パネル
１０ アナモフィックレンズ

Claims (3)

1. 光源から出射された白色光を色分離手段にて色光に分離し、各色用のホールド型表示素子に導いて各色映像光を生成して投写する投写型映像表示装置であって、
   フライアイレンズ対から成るインテグレータを備え、前記ホールド型表示素子のアスペクト比をＡ（横）：Ｂ（縦）としたときの、前記フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比をＡ′（Ａ′＝Ａ又はＡ′≒Ａ）：Ｂ′（Ｂ′＜Ｂ）に設定し、前記光源から出射された光を所定のアスペクト比の略方形状の光束に整形して色分離手段へ出射する照明装置と、
   前記照明装置と前記色分離手段の間とに設けられ、前記略方形状の光束を受けて透過及び／又は反射させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせると共に、ホールド型表示素子上に導かれる光束が当該素子よりも小さな面積で循環的にスクロールされるように構成された回転駆動型の光偏向手段と、
   を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 光源から出射された白色光を色分離手段にて色光に分離し、各色用のホールド型表示素子に導いて各色映像光を生成して投写する投写型映像表示装置であって、
   フライアイレンズ対から成るインテグレータ及びその光出射側に配置されたアナモフィック光学素子を備え、前記ホールド型表示素子のアスペクト比をＡ（横）：Ｂ（縦）、且つ、当該表示素子上に導かれる光束のアスペクト比をＡ′（Ａ′＝Ａ又はＡ′≒Ａ）：Ｂ′（Ｂ′＜Ｂ）としたときの、前記フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比をＡ″（Ａ″＝Ａ′又はＡ″≒Ａ′）：Ｂ″（Ｂ″＞Ｂ′）に設定すると共に、前記表示素子上に導かれる光束のアスペクト比がＡ′：Ｂ′となるように前記アナモフィック光学素子の集光機能を設定し、前記光源から出射された光を所定アスペクト比の略方形状の光束に整形して色分離手段へ出射する照明装置と、
   前記照明装置と前記色分離手段の間とに設けられ、前記略方形状の光束を受けて透過及び／又は反射させる際に当該光に循環的な偏向を生じさせると共に、ホールド型表示素子上に導かれる光束が当該素子よりも小さな面積で循環的にスクロールされるように構成された回転駆動型の光偏向手段と、
   を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項２に記載の投写型映像表示装置において、前記ホールド型表示素子のアスペクト比が１６：９とされ、前記表示素子上に導かれる光束のアスペクト比が１６：４．５とされ、前記フライアイレンズの各レンズ素子のアスペクト比を１６：Ｘとすると、Ｘが６≦Ｘ≦９の範囲に設定され、前記Ｘに対応して前記アナモフィック光学素子の集光機能が設定されていることを特徴とする投写型映像表示装置。

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