JP4378865B2 - Projector device and image quality improvement mechanism - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データプロジェクタ、ビデオプロジェクタなどのプロジェクタ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
データプロジェクタ、ビデオプロジェクタなどの映像を投映または投写する装置は、キセノンランプ、高圧水銀灯、メタルハイライドなどの白色光源を用いて、液晶やマイクロミラーデバイスなどの小型な画像表示デバイス(ライトバルブ)により光を変調し、複数枚のレンズあるいはプリズムなどを用いて構成されたレンズシステムにより、反射型あるいは透過型のスクリーンに、所望の映像を投影するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなプロジェクタ装置は、コンパクトで明るく綺麗な映像を表示することが要求されている。このため、光源の発光部は、コンパクトで光効率が向上するようにさらに縮小されるようになっており、それに伴って可干渉性が増大し、スクリーンにスペックルパターンが強く表れる要因となっている。
【0004】
スペックルパターンとは、コヒーレントな光でスクリーン等を照明した際に、スクリーンに生じるコントラストの高い斑点状の模様である。スペックルパターンは、スクリーン上の各点で散乱された光が互いに不規則な位相関係で干渉することによって生じる複雑な干渉パターンであり、それが人間の眼に見えると、干渉性のノイズ(スペックルノイズ)として認識される。したがって、プロジェクタのようにスクリーンに映像を投射する装置においては、光の可干渉性に起因するスペックルノイズが生ずると画質が劣化しているような印象を与えてしまうので、スペックルノイズを抑制することが要求される。
【0005】
さらに、コンパクトで高品質化(高階調化)の画像が表示できるプロジェクタ装置においては、コンパクトで分解能の高い液晶パネルなどのライトバルブ(画像表示デバイス)を用いている。高解像度でコンパクトになると、画像表示デバイスにおいて画面を構成する単位要素である画素が細分化(縮小化)されるので、光の波長レベルに近くなり、その結果、画像表示デバイスから出射される光(出射光)の可干渉性が大きくなり、これらに起因しても上記と同様にスクリーン上でスペックルノイズが生じ易くなる。
【0006】
また、映画などの動画の鑑賞には、透過型のスクリーンと一体になったリア型のプロジェタの需要が多く、明るい映像を得るために、ホログラムスクリーンなどの出射光の指向性の高いものが使用されている。このようなスクリーンでは、指向性を上げるために細い光束に揃えるために可干渉性が大きくなり、スペックルノイズが顕著になり易く表示される映像の画質が低下してしまう。
【0007】
このように、近年開発が進んでいるコンパクトで高解像度の画像を表示可能なプロジェタでは、コンパクトに纏め、さらに明るく品質の高い映像を投射するためには、スペックルノイズを低減することが不可欠になっている。
【0008】
そこで、本発明においては、スペックルノイズを抑え、コンパクトな構成で、明るく、高画質な映像を投射できるプロジェクタ装置および画質改善機構を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、画像表示デバイスからスクリーンに至る光路上に出射光に僅かな光路差を与える光学部品を配置し、それを駆動手段で動かすことにより様々なスペックルパターンを発生させて、それらが網膜上で時間混合されるようにしてスクリーン上に見えるスペックルノイズを低減している。
【0010】
すなわち、本発明の画質改善機構は、光源からの光を画像表示デバイスで変調し、その光をレンズシステムを介してスクリーン上に投影するプロジェクタ装置の画像表示デバイスからスクリーンに至る光路上に配置され、スクリーンに表示される映像に影響を与えない程度の光路差分布を発生する光学部品と、光路差分布が時間的に変動するように光学部品を動かす駆動手段とを有している。また、本発明に係るプロジェクタ装置は、この画質改善機構を有するものであり、すなわち、光源と、この光源からの光を変調可能な画像表示デバイスと、この画像表示デバイスからの光をスクリーン上に投影するレンズシステムと、画像表示デバイスからスクリーンに至る光路上に配置され、スクリーンに表示される映像に影響を与えない程度の光路差分布を発生する光学部品と、光路差分布が時間的に変動するように光学部品を動かす駆動手段とを有するものである。
【0011】
本発明のプロジェクタ装置および画質改善機構においては、光学部品(光学素子)によって、光路上に映像に影響は与えない程度、すなわち、回折角が十分に小さくなる程度に分布した光路差があるので、画像表示デバイスからスクリーンに向かって出射される光によりスクリーンに表れるスペックルパターンが増加する。そして、光学部品が駆動手段により動かされるので、これらの様々なスペックルパターンが重畳され、網膜上ではこれらのスペックルパターンが時間積分されて混合された映像が認識される。このため、スペックルパターン個々の強度が弱まると共に、それらが時間積分された映像が認識されるので、結果的に干渉性の分布が抑えられスクリーン上で人間が認識できるスペックルノイズを低減できる。このため、コンパクトで高解像度にするために可干渉性の強い光が投写されるプロジェクタ装置においても、スペックルノイズを低減して高画質な映像を投影でき、明るく綺麗な画像を表示することができる。
【0012】
コンパクトで高解像度な画像を表示可能なプロジェクタ装置においては、上述したように、光源のみならず、画像表示デバイスも可干渉性を高める要因になっている。したがって、画質改善機構の光学部品を画像表示デバイスの後方、すなわち、スクリーン側の光路上に配置することにより、画像表示デバイスで変調された光によるスペックルノイズも緩和することができ画像表示デバイス、全体がコンパクトで高性能になったプロジェクタ装置におけるスペックルノイズの問題を解決することができる。
【0013】
さらに、光学部品を画像表示デバイスからスクリーンに至る光路上に配置することにより、幾つかのメリットを得ることができる。光学部品をレンズシステムのスクリーン側に配置することにより、光源からレンズシステムに至る光学系に影響を与えずに画質改善機構を導入することができる。このため、画質改善機構を導入することに伴う、設計変更などの手間を軽減でき、低コストで高画質の映像を表示できるコンパクトなプロジェクタ装置を提供できる。さらに、既存あるいは今後販売されるプロジェクタ装置にオプションとして設置可能な画質改善機構を提供することも可能である。
【0014】
また、光源から画像表示デバイスに至る光学系では、液晶を画像表示デバイスとして採用したり、ダイクロイックプリズムを使用する場合は特に、これらの光学素子の角度依存性が表れないようにするためにテレセントリックな系が採用されるのに対し、画像表示デバイスからスクリーンに至る光路上では、光束が絞られる絞り位置がある。したがって、光路差を発生する光学部品を絞り位置の近傍に配置することにより光学部品をコンパクトに纏めることができる。絞り位置は、多くの場合、レンズシステム内にあり、光学部品をレンズシステム内に配置することにより画質改善機構を含めて全体がコンパクトで綺麗な画像を表示することができるプロジェクタ装置を提供することができる。
【0015】
本発明の画質改善機構は、可視光領域において、干渉性のパターンであるスペックルパターンの数を効率良く増やすには、可視光領域の光に対し画像表示デバイス1波長程度あるいはそれ以下の光路差を発生することが望ましい。したがって、光学部品において、画像表示デバイスからスクリーンに至る光束を透過または反射する部分で、可視光領域の光に対し1波長程度あるいはそれ以下の光路差を発生するようにすることが望ましい。光路差を発生させるには、可視光領域の光の波長程度あるいはそれ以下の段差を発生する凹凸を設けたり、ヨウ素をドープするなどの方法により、可視光領域の光の波長程度あるいはそれ以下の光路差を発生させるように屈折率の異なる領域を分布させることができる。
【0016】
また、駆動手段は、光路差の分布を時間的に変動させるために光学部品を回転させたり、往復動させることが可能であり、光学部品を人間の視覚の分解能以上の24〜30Hz程度よりも高速で動かすことにより、様々なスペックルパターンが個別に認識されないように網膜上で混合することができ、フリッカー(ちらつき)が生ずるのを防止できる。したがって、スペックルパターンによるノイズおよびそれに起因する画像のちらつきもなく、高画質な映像を出力可能なプロジェクタ装置を提供できる。
【0017】
さらに、本発明のプロジェクタ装置には、スクリーンが別体で提供されるものはもちろん、出力される映像を反射して表示する反射型のスクリーン、あるいは、画像表示デバイス画像表示デバイス画像表示デバイス映像を透過して出力する透過型のスクリーンと組合わせたプロジェクタ装置も含まれる。特に、リア型のプロジェクタ装置は、指向性が高くスペックルノイズが認識されやすい透過型のスクリーンが採用されており、本発明を適用することいより大幅に画質改善を図ることができる。
【0018】
【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、本発明の画質改善機構40を備えたリア型のプロジェクタ1の概略構成を示してある。本例のリア型のプロジェクタ1は投写レンズシステム30から出力された表示光(出射光)71が透過性のスクリーン(リアスクリーン)5に結像し、このスクリーン5を通してユーザ90が画像を見ることができる装置である。
【0019】
本例のプロジェクタ1は、光源20からスクリーン5に対して順番に、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20と、この光源20からの入射光70を不図示のホストあるいは制御装置からの映像信号に基づき変調して所望の映像を表示する出射光71を出力する画像表示デバイス(LCD)28と、このLCD28から出射される出射光71をスクリーン5の上に投影(投写)するレンズシステム30を有している。さらに、本例のプロジェクタ装置1では、投射レンズシステム30の近傍のスクリーン5の側(後方)で、出射光71が通る光路上72を画像改善機構40の光学部品41が横切るように画質改善機構40が配置されている。
【0020】
この画像改善機構40は、ディスク状で透過型の光学部品(光学素子)41を用いており、この光学部品41のうち、光路72を横断する部分(光学面)42が出射光71が透過する際に、場所によって約λ/2程度の光路差(位相差)が発生するように加工されている。さらに、画質改善機構40は、光学部品41を回転駆動する駆動手段45を備えている。本例の駆動手段45は、光学部品41の回転中心に取付けられ、レンズシステム30を通過した領域の光路72の光軸75に対してほぼ平行に配置されたシャフト47と、これを回転駆動する回転モータ49を備えており、駆動手段45により光学部品41が光軸75に対し直交する方向に移動するようになっている。
【0021】
本例の光学部品41の一例を図2に模式的に示し、その一部を拡大して図3に示してある。本例の光学部品41は、全体がほぼ透明で屈折率が同一のガラスなどの透過性の素材で作られた透過基板であり、光学面42に段差が300〜700nm程度となる凹凸がエッチング技術などにより形成されている。これら凹部43および凸部44は、幅が少なくともmm程度あるいはそれ以上のオーダで回転中心のシャフト孔46から放射線状に外周に向かって延びている。そして、これらの凹部43および凸部44は、円周方向に交互に形成され、光学部品41の円盤状の光学面42はこれらの凹部43および凸部44により円周方向に均等に分割されている。
【0022】
これら凹部43および凸部44による段差(深さ)Lと、光路差Δとの関係は以下の式(1)で与えられる。
【0023】
nL−L=Δ ・・・・(1)
したがって、可視光領域の光に対しほぼ半波長になるように設定しようとすると、可視光領域の中央近傍の波長である緑色の光G(波長λG約550nm)を代表して、ガラスの一般的な屈折率n(約1.5程度)を用いると、段差Lは、550nm程度となる。また、赤色の光および青色の光も同様に算出できる。したがって、光学部品41の光学面42の凹部43および凸部44による段差(深さ)Lを300〜700nm程度にすることにより、可視光領域の光に対し半波長前後で1波長以下の光路差を発生させることができる。
【0024】
本例のプロジェクタ装置1においては、投射レンズシステム30から出力される出射光71の光束が光学部品41を図2に破線Aで示すように通過(透過)し、さらに光学部品41は駆動手段45により矢印Bの方向に回転する。したがって、図2に示した状態では、出射光71は、光束の左右で半波長程度の光路差のある光路を通ってスクリーン5に結像し、その光路差の分布は光学部品41が回転するので時間によって変動する。スクリーン5に発生するスペックルパターンは干渉性のパターンであるので、半波長異なる光の間では発生せず、図2に示した状態では左右の半波長程度の光路差のある光路を通ってスクリーン5に結像された光では、異なるスペックルパターンが発生する可能性が高く、さらに、光の波長が異なることによって異なるスペックルパターンが発生する。したがって、半波長程度の光路差が異なる光学部品41を通すことによって数多くのスペックルパターンがスクリーンに表示され、さらに、光学部品41を回転駆動することによってそのスペックルパターンが時間によって変動する。このため、1つのスペックルパターンの強度は非常に小さくなり、さらに、時間で変動するので、スクリーン5に表示された映像を認識するユーザ90の網膜上では重畳あるいは時間積分(時間混合)され、ほとんどパターンとして認識されなくなる。この結果、スクリーン5のスペックルパターンは個別に認識できなくなり、スペックルノイズがユーザ90には見えなくなる。
【0025】
光学部品41により光路差を設定することにより回折現象も生ずるが、光路差の分布、すなわち、本例では凹凸の分布をmmオーダ、たとえば5mm程度あるいはそれ以上にすることにより回折角は非常に小さくなる。したがって、適当なサイズの凹凸を設けることにより、レンズシステム30の結像性能には影響を与えずにスペックルパターンを数多く発生させることが可能であり、それを時間混合させることによりスペックルノイズとしてユーザが認識するのを防ぐことができる。したがって、本例のプロジェクタ装置1においては、画像改善機構40を設けることにより、スクリーン5の上に見えるスペックルノイズを低減することができる。すなわち、コンパクトな高解像度のプロジェクタ装置であって、光源が小さく、また、画像表示デバイスが微細化されていることによって可干渉性の出射光71が照射されるプロジェクタ装置においても、本例の画像改善機構40を設けることにより画質改善機構40を透過した出射光の実質的な可干渉性を低減し、干渉性のノイズであるスペックルノイズを低減することができ、プロジェクタ装置本来の機能を十分に発揮させることにより高品質な映像をスクリーン5に表示することができる。
【0026】
さらに、本例の光学部品41は駆動手段45によって、24〜30Hz程度以上の周期で光路差を変えられるように高速で回転されるようになっている。人間が個々のパターン変動をかすかに認識できる程度の速度以上の高速で光学部品41を駆動することにより、時間変動するスペックルパターンがちらついてフリッカーすることも防止できる。したがって、スペックルパターンが見えないと共に、スペックルパターンを時間変動することによりフリッカーの影響も防止でき、光学部品41が回転していることによる悪影響のない、高画質な映像を表示するプロジェクタ装置を提供できる。
【0027】
光源20が小さくなったことによる可干渉性の増加に対しては光学部品41を光源20と画像表示デバイス28との間に配置してもスペックルノイズを低減するのに効果がある。しかしながら、画像表示デバイス28の微細化に伴うスペックルノイズの増加には対処できない。これに対し、本例のプロジェクタ装置1においては、上記に示したように、画質改善機構40の光学素子41を、光源20と画像表示デバイスであるLCD28の間の光路上ではなく、LCD28からスクリーン5に至る光路上72に配置することで、LCD28が微細化されたことに起因する光の可干渉性の発生に伴うスペックルノイズも合わせて低減できる。したがって、全体がさらにコンパクトになったプロジェクタ装置に適した構成になっており、コンパクトで明るい高解像度な映像を投射できるプロジェクタ装置1を提供できる。
【0028】
さらに、本例では、画質改善機構40の光学部品41をLCD28より後方でレンズシステム30のスクリーン5の側に配置しているので、光源20からレンズシステム30に至る光学系のレイアウトを変更しないで画質改善機構40を組み込むことができる。したがって、極めて手軽にスペックルノイズを低減し、画質を改善することができる。また、画質改善機構40をプロジェクタ装置1に組み込む代わりに、オプションなどとして、プロジェクタ装置1の光学系にアドオンすることも可能である。
【0029】
また、上記では、光学部品41の光学面42に形成された凹部43および凸部44による段差(深さ)Lは、300〜700nm程度の範囲から選択するようにしているが、複数の異なる段差を凹凸43および44で表現し、複数の光路差を光路71の上に設定することも可能である。図2では、破線で赤色の光Rの半波長程度の光路差を設定できる段差(レベル)LRと、緑色の光Gの半波長程度の光路差を設定できる段差LGと、さらに、青色の光Bの半波長程度の光路差を設定できるLBを形成した例を示してある。このように、光の3原色に相当する波長で半波長程度の光路差を設けておくことにより、スペックルパターンを色の偏りなく無数に発生させることが可能であり、スペックルパターンの影響をさらに抑制することができる。
【0030】
また、光学部品41に光路差を設けるために形成されるパターンは図2に示したものに限定されるものではない。図4(a)に示す光学部品41では、円周方向に凹部43と凸部44が交互に配置されていると共に、半径方向にも凹部43と凸部44が交互に配置されており、同心円状に凹部43と凸部44が配列されている。したがって、光学部品41を横切る出射光71の光束は左右のみならず、上下にも反転するようになっており、さらに多くのスペックルパターンがスクリーン5に形成される。このため、個々のスペックルパターンの強度はさらに低下し、スペックルパターンの数も増えるので、これらを時間混合することによってスペックルノイズが白色化しやすい構成になっている。
【0031】
さらに、図4(b)に示した光学部品41では、その光学面42に、凹部43および凸部44がほぼランダムに形成されている。したがって、様々なスペックルパターンをランダムなタイミングでスクリーン上に投写することが可能であり、規則性を無くし、フリッカーが発生するのをさらに防止しやすい構成となっている。
【0032】
また、図4(c)に示した光学部品41は、ディスク全体に平行に等間隔(一定のピッチp)に凹部43および凸部44を交互に形成したものである。すべての凹部43および凸部44を並列に形成できるので、光学部品41の製造が簡単であり、また、凹部43および凸部44を微細化しやすい構成である。出射光71の光束Aが横切るエリアを考えると、複数の凹部43および凹部44がエリアAを横切るのでスペックルパターンの数が増え、さらに、光学部品41の回転に応じて凹部43および凸部44の角度が変わるので、規則性も出難い。したがって、配置されるように、ピッチpを設定することで、上記の例と同様な効果を得ることができる。また、このような光学面42は容易に成形できる。しかしながら、スペックルノイズを白色化しやすく、フリッカーも発生し難い構成であると言える。
【0033】
さらに、これらの凹凸パターンと同様のパターンをイオンドープすることで形成しても良い。適当なイオンをドープすることによりガラス基板の屈折率を代えることができ、屈折率の差でλ/2程度の光路差を発生させることができる。そして、その屈折率の分布を上記のようなパターンあるいは他の適当なパターンにすることにより数多くのスペックルパターンを発生させて時間混合させることができる。また、板状のガラスの代わりにプラスチック、複屈折性のある光学材料などを用いることもでき、光路差を発生する適当なパターンを作ることにより上記と同様の効果を得ることができる。
【0034】
図5に、図1に示した例と異なるプロジェクタ装置2を示してある。図1に示したプロジェクタ装置1は、リアプロジェクタなどとして知られている透過型のスクリーン5を採用したプロジェクタであり、ホログラムスクリーンなどの指向性の高いスクリーンが使用されている。したがって、スペックルノイズが発生するとそれがユーザの目90に認識され易いので、画質改善機構40を設ける効果は非常に大きい。これに対し、図5に示したプロジェクタ装置2は反射型のスクリーン6に画像を投影するプロジェクタ装置2であり、スクリーン6とは別体となったハウジング10の内部に光源20、LCDパネル28、レンズシステム30および画質改善機構40が収納されている。このタイプのプロジェクタ装置2は、スクリーンとその他の構成を分離できるので、プロジェクタを小型化することができ、携帯に適した構成となっている。そして、反射型のスクリーン6を使用する場合でも、プロジェクタ本体10がより小型化され、LCD28も微細化されるので、スペックルノイズが発生しやすい構成となっている。
【0035】
これに対し、本例のプロジェクタ2では、レンズシステム30を構成する複数のレンズ31、32および33のうち、レンズ31および32の間に、画質改善機構40の光学部品41が設置され、光路差を発生させる凹凸を備えた光学面42を動かすことによりスペックルノイズを低減している。本例の画質改善機構40は、板状でほぼ方形の光学部品41を採用し、それをリニアモータ48によって往復動させることによりスペックルパターンを時間混合して白色化できるようにしている。光路差を発生させるパターンは、凹凸が駆動方向に直交する方向に交互に配置されたもの、図4(b)に示したようなランダムなパターンなど適当なものを採用することが可能であり、屈折率の差によって光路差を設けてももちろん良い。さらに、リニアモータ48によってmm単位あるいはそれ以上に駆動することにより、光学部品41が光束を分離する回折格子として作用することを防止することができる。
【0036】
このため、リニア駆動方式の画質改善機構40は、光学部品41を往復動させるので、振動などの対策を十分に検討する必要があるが、光学部品41の位置を時間的に動かすために要求されるスペースが小さくて良いので、コンパクトなプロジェクタ2に適した構成である。
【0037】
さらに、本例のプロジェクタ装置2においては、レンズシステム30の内の絞りの位置あるいはその近傍に光学部品41を配置することにより、光学部品41を小型化し、画質改善機構40を含めたプロジェクタ装置2をさらにコンパクトに設計できるようにしている。すなわち、プロジェクタレンズシステム30の内部には光束の断面積が小さくなる絞り位置があり、多くの場合、その位置に絞りを設けて周辺光を削除して画質の改善を図っている。したがって、その絞り位置、あるいはその近傍に光学部品41を配置することにより光学部品41を小型化でき、効率良く光路差を設定することができる。反面、レンズシステム30に新たな光学部品41を配置する必要があるので、光学部品41を配置するのに十分なスペースを設け、ズーム式のレンズシステム30の場合は、ズーミングに影響を与えない位置に光学部品41を配置する必要がある。したがって、設計に多少の時間を要するが、画質改善機構40を含めてプロジェクタ2最もコンパクトに纏めることができる。
【0038】
図6に、さらに異なるプロジェクタ装置3を示してある。上記では、透過型の光学部品41を用いた画質改善機構40を有するプロジェクタ装置を例に説明しているが、反射型の光学素子(光学部品)51によって画質改善機構50を形成することも可能である。すなわち、図6に示したプロジェクタ装置3においては、画像表示デバイスであるLCD28からスクリーン6に至る光路上72に出射光71の向きを90度曲げるミラー51が配置されており、この反射型の光学部品51の反射面を光学面52として光路差を発生させる複数の凹部53および凸部54を形成し、さらに、ミラー51を駆動手段55であるモータ49により回転駆動することにより時間的に光路差の分布を変動し、スペックルノイズを白色化できるようにしている。
【0039】
図7に示すように、反射面を光路差を発生する面として利用した場合は、凹凸の段差L2と光路差Δとの関係は次の式(2)の通りである。
【0040】
√2L=Δ・・・・(2)
したがって、波長λGが約550nmの緑色の光Gを反射したときに半波長程度の光路差Δを発生させるには、194nmの段差L2を設けることが望ましい。したがって、可視光領域で1波長あるいはそれ以下の光路差を設けるには段差L2が200nm程度となるようにミラー51の面52をエッチングなどにより加工することが望ましい。
【0041】
図2あるいは図4の各図に示されたものと同様のパターンを本例の画質改善機構50の光学部品51に形成される凹凸のパターンとして採用することが可能であり、透過型の光学部品を採用した画質改善機構と同様に、無数のスペックルパターンを発生させてそれを時間混合することにより白色化することができる。さらに、これらのパターンに限定されることはなく、適当な周波数で光路差の分布が変動するパターンであれば良い。その際、パターンあるいはそれを駆動した際の移動距離がnmオーダと微細になると回折角が大きくなり映像の画質に影響を与えるので注意が必要であることも上述した通りである。
【0042】
なお、上記では、単板式のプロジェクタ(投影装置)10を例に説明しているが、これに限らず、3板式のプロジェクタであっても良く、画像表示デバイスであるLCDからスクリーンに至る光路上に上記にて開示した本発明にかかる画質改善機構を設けることで、スペックルノイズを低減できる。画質改善機構は、各色の画像を生成するLCDの後方に、その色の波長に適した光路差を発生させる光学部品を各々配置して時間的に変動させても良いし、上述した可視光領域全体をカバーするような光学部品をダイクロイックプリズムからスクリーンに至る光路上に設置してスペックルノイズを軽減するようにしても良い。
【0043】
また、上記では、映像表示システムとして、透過型のLCD28を例に説明しているが、これに限らず、反射型のLCDあるいはマイクロミラーデバイスなど他の画像表示デバイスであっても、コンパクトで高解像度化した場合、微細化が進んで出射光が可干渉性になることは同様であり、本発明を適用することによりスペックルノイズを低減してさらに高画質の画像をスクリーンに表示することができる。
【0044】
さらに、上記においては、光学部品を光路上で動かす駆動手段を専用に設けているが、回転型のカラーフィルタを駆動させる手段などが設けられているプロジェクタ装置においては、これらの駆動手段を兼用することも可能であり、さらに簡素でコンパクトなプロジェクタを提供できる。
【0045】
また、光源には、上記に示したメタルハライドランプ20に限らず、白色光を発するキセノンランプ、高圧水銀灯を採用しても良く、また、レーザやLEDなどの単色で可干渉性の高い光源を採用した場合でも同様の効果を得ることができる。
【0046】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、画像表示デバイスからスクリーンに至る光路上で、出射光に僅かな光路差を与える光学部品を動かして光路差の分布を時間的に変動させる画質改善機構を設けることで、様々なスペックルパターンを発生させて、それらを時間積分することにより、スクリーン上に見えるスペックルノイズを低減することができる。さらに、本発明においては、LCDなどの画像表示デバイスより後方の出射光の光路上に配置することで、光源を小型化したことによる可干渉性のみならず、画像表示デバイスが微細化されたことに起因する光の可干渉性の増大に伴うスペックルノイズを共に低減できる。したがって、コンパクトでありながら、明るく綺麗な高解像度の映像をスクリーン上に投影することができるプロジェクタ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画質改善機構を備えたプロジェクタを用いたリア型のプロジェクタ装置の概要を示す図である。
【図2】図1に示す画質改善機構の光学部品に形成されたパターンの概要を示す図である。
【図3】図2に示した光学部品のパターンの一部を拡大して示す図である。
【図4】図2に示した凹凸のパターンと異なるパターンの幾つかの例を示す図である。
【図5】図1に示したプロジェクタ装置と異なるプロジェクタ装置の概要を示す図である。
【図6】さらに異なるプロジェクタ装置の概要を示す図である。
【図7】図6に示した反射型の光学部品のパターンの一部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
1、2、3 プロジェクタ装置
5 透過型のスクリーン(リアスクリーン)
6 反射型のスクリーン
10 ハウジング(プロジェクタ本体)
20 光源
28 画像画像表示デバイス(ライトバルブ、LCD)
30 レンズシステム
40、50 画質改善機構
41、51 光学部品
42、52 光学面
43、53 凹部
44、54 凸部
45、55 駆動手段
48、49 モータ
70 入射光
71 出射光
72 光路上
75 光軸
90 ユーザ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projector apparatus such as a data projector or a video projector.
[0002]
[Prior art]
Devices that project or project images such as data projectors and video projectors use white light sources such as xenon lamps, high-pressure mercury lamps, and metal halides, and use small image display devices (light valves) such as liquid crystals and micromirror devices. A desired image is projected onto a reflective or transmissive screen by a lens system configured by modulating light and using a plurality of lenses or prisms.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Such a projector device is required to display a compact, bright and beautiful image. For this reason, the light-emitting part of the light source is further reduced so as to be compact and improve the light efficiency. As a result, the coherence increases and the speckle pattern appears strongly on the screen. Yes.
[0004]
A speckle pattern is a spot-like pattern with high contrast generated on a screen when the screen or the like is illuminated with coherent light. A speckle pattern is a complex interference pattern that occurs when light scattered at each point on the screen interferes with each other in an irregular phase relationship. Is recognized as noise. Therefore, in a device that projects an image on a screen, such as a projector, speckle noise caused by the coherence of light gives the impression that the image quality has deteriorated. It is required to do.
[0005]
Further, in a projector device that can display a compact and high-quality (high gradation) image, a light valve (image display device) such as a compact and high-resolution liquid crystal panel is used. When a high resolution and compact size is achieved, the pixel that is a unit element constituting the screen in the image display device is subdivided (reduced), so that it approaches the wavelength level of light, and as a result, the light emitted from the image display device The coherence of (emitted light) is increased, and speckle noise is easily generated on the screen as described above even if it is caused by these.
[0006]
In addition, for viewing movies and other movies, there is a great demand for rear-type projectors that are integrated with a transmissive screen, and in order to obtain a bright image, a highly directional output light such as a hologram screen is used. Has been. In such a screen, coherence is increased because the light beam is aligned with a thin light flux in order to increase directivity, and speckle noise is likely to be noticeable, and the image quality of the displayed image is degraded.
[0007]
In this way, in recent years, the development of compact projectors capable of displaying high-resolution images is essential to reduce speckle noise in order to create compact, high-quality images. It has become.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a projector device and an image quality improvement mechanism that can project a bright and high-quality image with a compact configuration while suppressing speckle noise.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the present invention, an optical component that gives a slight optical path difference to the emitted light is arranged on the optical path from the image display device to the screen, and various speckle patterns are generated by moving it with the driving means. Speckle noise visible on the screen is reduced as they are time mixed on the retina.
[0010]
That is, the image quality improvement mechanism of the present invention is disposed on the optical path from the image display device of the projector apparatus to the screen that modulates the light from the light source with the image display device and projects the light onto the screen via the lens system. And an optical component that generates an optical path difference distribution that does not affect the image displayed on the screen, and a drive unit that moves the optical component so that the optical path difference distribution varies with time. Further, the projector device according to the present invention has this image quality improvement mechanism, that is, a light source, an image display device capable of modulating light from the light source, and light from the image display device on a screen. Lens system to project, optical components that are placed on the optical path from the image display device to the screen and generate an optical path difference distribution that does not affect the image displayed on the screen, and the optical path difference distribution varies over time And a driving means for moving the optical component.
[0011]
In the projector apparatus and the image quality improvement mechanism of the present invention, there is an optical path difference distributed to such an extent that the optical component (optical element) does not affect the image on the optical path, that is, the diffraction angle is sufficiently small. Speckle patterns appearing on the screen increase due to light emitted from the image display device toward the screen. Then, since the optical component is moved by the driving means, these various speckle patterns are superimposed, and an image in which these speckle patterns are time-integrated and mixed is recognized on the retina. For this reason, the intensity of each speckle pattern is weakened, and images obtained by integrating them with time are recognized. As a result, the distribution of coherence is suppressed and speckle noise that can be recognized by humans on the screen can be reduced. For this reason, even in a projector device that projects light with high coherence in order to achieve a compact and high resolution, it is possible to project a high-quality image by reducing speckle noise and display a bright and beautiful image. it can.
[0012]
In a projector apparatus that can display a compact and high-resolution image, as described above, not only the light source but also the image display device is a factor that increases the coherence. Therefore, by arranging the optical component of the image quality improvement mechanism behind the image display device, that is, on the optical path on the screen side, it is possible to reduce speckle noise due to light modulated by the image display device, It is possible to solve the problem of speckle noise in the projector apparatus which is compact and high performance as a whole.
[0013]
Further, by arranging the optical component on the optical path from the image display device to the screen, several merits can be obtained. By disposing the optical component on the screen side of the lens system, the image quality improvement mechanism can be introduced without affecting the optical system from the light source to the lens system. For this reason, it is possible to provide a compact projector device that can reduce the time and effort required to change the design associated with the introduction of the image quality improvement mechanism and can display high-quality images at low cost. It is also possible to provide an image quality improvement mechanism that can be installed as an option in existing or future projector devices.
[0014]
Also, in the optical system from the light source to the image display device, especially when a liquid crystal is adopted as the image display device or a dichroic prism is used, it is telecentric to prevent the angular dependence of these optical elements from appearing. Whereas the system is employed, there is a stop position where the light beam is focused on the optical path from the image display device to the screen. Therefore, the optical components that generate the optical path difference are arranged in the vicinity of the stop position, so that the optical components can be gathered in a compact manner. To provide a projector apparatus that can display a clean image with a compact overall position including an image quality improvement mechanism by disposing an optical part in the lens system in many cases. Can do.
[0015]
In order to efficiently increase the number of speckle patterns, which are coherent patterns, in the visible light region, the image quality improvement mechanism of the present invention has an optical path difference of about one wavelength or less of the image display device with respect to the light in the visible light region. It is desirable to generate Therefore, it is desirable to generate an optical path difference of about one wavelength or less with respect to the light in the visible light region at the portion of the optical component that transmits or reflects the light flux from the image display device to the screen. In order to generate an optical path difference, a method of providing unevenness that generates a step of about the wavelength of light in the visible light region or less, or doping iodine, or the like, a method of reducing the wavelength of light in the visible light region or less. Regions having different refractive indexes can be distributed so as to generate an optical path difference.
[0016]
In addition, the driving means can rotate or reciprocate the optical component in order to change the distribution of the optical path difference with time, and the optical component is more than about 24 to 30 Hz, which is higher than the resolution of human vision. By moving at high speed, various speckle patterns can be mixed on the retina so that they are not individually recognized, and flickering (flickering) can be prevented. Therefore, it is possible to provide a projector device that can output a high-quality image without noise due to a speckle pattern and flickering of an image caused by the noise.
[0017]
Further, in the projector device of the present invention, not only the screen is provided as a separate body, but also a reflective screen that reflects and displays the output video, or an image display device, an image display device, and an image display device video. Also included is a projector device combined with a transmissive screen that transmits through. In particular, the rear type projector device employs a transmissive screen that has high directivity and easily recognizes speckle noise, and the image quality can be greatly improved by applying the present invention.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a rear projector 1 provided with an image
[0019]
The projector 1 of this example is configured such that a
[0020]
The
[0021]
An example of the
[0022]
The relationship between the step (depth) L due to the
[0023]
nL−L = Δ (1)
Therefore, when trying to set the wavelength so as to be approximately half the wavelength with respect to the light in the visible light region, the general light of glass is representative of the green light G (wavelength λG of about 550 nm) which is a wavelength near the center of the visible light region. If a high refractive index n (about 1.5) is used, the step L is about 550 nm. Further, red light and blue light can be calculated in the same manner. Therefore, by setting the step (depth) L due to the
[0024]
In the projector device 1 of this example, the light beam of the emitted light 71 output from the
[0025]
Although the diffraction phenomenon also occurs when the optical path difference is set by the
[0026]
Furthermore, the
[0027]
The increase in coherence due to the reduction in the size of the
[0028]
Furthermore, in this example, since the
[0029]
In the above description, the step (depth) L due to the
[0030]
Further, the pattern formed for providing the optical path difference in the
[0031]
Furthermore, in the
[0032]
Also, the
[0033]
Furthermore, you may form by ion-doping the pattern similar to these uneven | corrugated patterns. By doping with appropriate ions, the refractive index of the glass substrate can be changed, and an optical path difference of about λ / 2 can be generated by the difference in refractive index. Then, by making the refractive index distribution as described above or other suitable pattern, it is possible to generate a large number of speckle patterns and mix them with time. In addition, plastic, birefringent optical material, or the like can be used instead of plate-like glass, and the same effect as described above can be obtained by creating an appropriate pattern that generates an optical path difference.
[0034]
FIG. 5 shows a projector device 2 different from the example shown in FIG. The projector apparatus 1 shown in FIG. 1 is a projector that employs a transmissive screen 5 known as a rear projector, and uses a highly directional screen such as a hologram screen. Therefore, when speckle noise is generated, it is easily recognized by the user's
[0035]
On the other hand, in the projector 2 of the present example, the
[0036]
For this reason, the image
[0037]
Further, in the projector device 2 of the present example, the
[0038]
FIG. 6 shows a further different projector device 3. In the above description, the projector apparatus having the image
[0039]
As shown in FIG. 7, when the reflection surface is used as a surface that generates an optical path difference, the relationship between the uneven step L2 and the optical path difference Δ is expressed by the following equation (2).
[0040]
√2L = Δ (2)
Therefore, in order to generate an optical path difference Δ of about a half wavelength when the green light G having a wavelength λG of about 550 nm is reflected, it is desirable to provide a step L2 of 194 nm. Therefore, in order to provide an optical path difference of one wavelength or less in the visible light region, it is desirable to process the
[0041]
A pattern similar to that shown in each drawing of FIG. 2 or FIG. 4 can be adopted as the uneven pattern formed on the
[0042]
In the above description, the single-plate projector (projection device) 10 is described as an example. However, the projector is not limited to this, and a three-plate projector may be used, and an optical path from the LCD, which is an image display device, to the screen. By providing the image quality improvement mechanism according to the present invention disclosed above, speckle noise can be reduced. In the image quality improvement mechanism, optical components that generate an optical path difference suitable for the wavelength of each color may be arranged behind the LCD that generates an image of each color, and may be temporally varied. Optical components that cover the whole may be installed on the optical path from the dichroic prism to the screen to reduce speckle noise.
[0043]
In the above description, the
[0044]
Further, in the above, a driving means for moving the optical component on the optical path is provided exclusively, but in a projector apparatus provided with a means for driving a rotary color filter, these driving means are also used. It is also possible to provide a simpler and more compact projector.
[0045]
In addition, the light source is not limited to the
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an image quality improvement mechanism that moves an optical component that gives a slight optical path difference to emitted light on the optical path from the image display device to the screen to temporally vary the optical path difference distribution. By providing, various speckle patterns are generated, and the speckle noise visible on the screen can be reduced by integrating them with time. Furthermore, in the present invention, the image display device is miniaturized in addition to the coherence due to the miniaturization of the light source by being arranged on the optical path of the emitted light behind the image display device such as an LCD. Speckle noise accompanying an increase in coherence of light caused by the above can be reduced. Therefore, it is possible to provide a projector device that can project a bright and beautiful high-resolution image on a screen while being compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a rear type projector apparatus using a projector provided with an image quality improvement mechanism of the present invention.
2 is a diagram showing an outline of a pattern formed on an optical component of the image quality improvement mechanism shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the pattern of the optical component shown in FIG. 2;
4 is a diagram showing some examples of patterns different from the uneven pattern shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an outline of a projector device different from the projector device shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing an outline of a different projector device.
7 is an enlarged view showing a part of the pattern of the reflective optical component shown in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
1, 2, 3 Projector device
5 Transmission screen (rear screen)
6 Reflective screen
10 Housing (Projector body)
20 Light source
28 Image display device (light valve, LCD)
30 Lens system
40, 50 Image quality improvement mechanism
41, 51 Optical components
42, 52 Optical surface
43, 53 recess
44, 54 Convex
45, 55 Drive means
48, 49 Motor
70 Incident light
71 Outgoing light
72 On the light path
75 optical axis
90 users
Claims (16)
この光源からの光を変調可能な画像表示デバイスと、
この画像表示デバイスからの光をスクリーン上に投影するレンズシステムと、
前記画像表示デバイスから前記スクリーンに至る光路上の光束が絞られる絞り位置又はその近傍に配置され、前記スクリーンに表示される映像に影響を与えない程度の光路差分布を発生する光学部品と、
前記光路差分布が時間的に変動するように前記光学部品を動かす駆動手段とを有するプロジェクタ装置。A light source;
An image display device capable of modulating light from the light source;
A lens system that projects light from the image display device onto a screen;
An optical component for generating an optical path difference distribution to the extent that the light beam is arranged in the aperture position or near the squeezed, does not affect the image displayed on the screen of the optical path to the screen from the image display device,
And a drive unit that moves the optical component so that the optical path difference distribution varies with time.
前記光路差分布が時間的に変動するように前記光学部品を動かす駆動手段とを有する画質改善機構。Modulating light from a light source in an image display device, the aperture at or near the light beam is squeezed in an optical path from the image display device on the screen of the projector apparatus for projecting on a screen via the lens system the light Optical components that are arranged and generate an optical path difference distribution that does not affect the image displayed on the screen;
An image quality improvement mechanism having drive means for moving the optical component so that the optical path difference distribution varies with time.
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