JP4716528B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源から放射される光によって照明され、外部から映像信号が供給されて光学像を形成する空間光変調素子と投写レンズを用いて大画面映像をスクリーン上に投影する投写型表示装置に関するものである。

従来、大画面用の映像機器として、各種の空間光変調素子を用いた投写型表示装置が知られている。これらは、例えば透過型や反射型の液晶パネルを空間光変調素子とし、光源により液晶パネルを照明すると共に、外部から供給される映像信号に応じた光学像を液晶パネル上に形成し、投写レンズにより光学像をスクリーン上に拡大投影するものである。

近年、高輝度化に対するニーズが高まる中、液晶パネル等の空間光変調素子を３枚使用した３板式の投写型表示装置が主流となっている。しかし、装置全体のコストが高くなるという問題があった。

一方、液晶パネルを１枚だけ使用して低コスト化を図った、単板式の投写型表示装置が知られている。しかし、このような投写型表示装置は、液晶パネル上の各画素に三原色のカラーフィルターを設ける必要があるため実質的に解像度が低下する、という問題があった。また、カラーフィルターで照明光の約２／３を損失するため画面輝度が低下する、という問題があった。

これに対して、円盤状のカラーホイルを用いた色順次方式の投写型表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方式は、一つの空間光変調素子に赤、緑、青の三原色光を順次照射してフルカラー表示を行うものである。

図９は、このような投写型表示装置の構成例を示す構成図である。図９において、放電ランプ１００の一対の電極１００ａにより形成される発光部から放射される白色光は、凹面鏡１０１により、ＵＶ−ＩＲカットフィルター１０２を介してカラーホイル１０３上に集光される。ＵＶ−ＩＲカットフィルター１０２は、放電ランプ１００の放射光から紫外線と赤外線を取り除くために用いられる。

カラーホイル１０３は、赤、緑、青の扇形のカラーフィルタを円盤状に組み合わせたものであり、回転させることによって赤、緑、青の帯域の光を順次、選択的に透過させることができる。放電ランプ１００の放射光は、カラーホイル１０３、集光レンズ１０４、及びフィールドレンズ１０５を介して液晶パネル１０６に照射される。液晶パネル１０６の画像表示に同期させてカラーホイル１０３を回転させることにより、液晶パネル１０６上には赤、緑、青の映像信号に対応した光学像が時分割で形成される。

集光レンズ１０４は、カラーホイル１０３の透過光を効率よく液晶パネル１０６に導くために用いられる。また、フィールドレンズ１０５は、液晶パネル１０６を透過する光を投写レンズ１０７に集光するために用いられる。液晶パネル１０６上の光学像を投写レンズ１０７でスクリーン（図示せず）上に拡大投影することにより、フルカラー表示の大画面映像を得ることができる。

この方式によれば、１枚の液晶パネルで３板式と同等の高解像度なカラー画像が得られる。また、液晶パネル上の各画素に微細なカラーフィルターを設ける必要がなくなるので、液晶パネルの歩留まりが向上し、装置の低コスト化が可能になる。
特開２００４−３１７５２８号公報

特許文献１や図９に示す投写型表示装置は、１枚の空間光変調素子で３板方式並の解像度を実現するとともに、装置の低コスト化と小型化を可能にするものであるが、以下のような課題がある。

図１０は、カラーホイル１０３と集光スポット１０８の関係を模式的に示した図である。カラーホイル１０３上には、放電ランプ１００の放射光による集光スポット１０８が形成される。集光スポット１０８の大きさは、放電ランプ１００の発光部１００ａの大きさに依存し、発光部１００ａが大きい程、集光スポット１０８も大きくなる。

カラーホイル１０３は、例えば、赤、緑、青の扇形のカラーフィルター１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂを円盤状に組み合わせて構成される。各カラーフィルター１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂの各々の間には、境界１０３ＲＧ、１０３ＧＢ、１０３ＢＲが存在する。このカラーホイル１０３を液晶パネル１０６の表示に同期させて回転させることにより、フルカラー表示が可能となる。しかしながら、集光スポット１０８が隣接するカラーフィルター間に跨る状態においては、混色が起こり、本来表示したい色とは異なる色の画像が表示されてしまう問題が発生する。

そのため実際には、各カラーフィルターの境界１０３ＲＧ、１０３ＧＢ、１０３ＢＲを集光スポット１０８を通過する期間は、液晶パネル１０６を黒表示、すなわちＯＦＦ状態にすることで上記混色の問題を解決している。以下、カラーフィルター１０３上におけるこの区間を黒表示区間と呼ぶ。

しかし、放電ランプ１００等の、投写型表示装置に用いられる光源は、使用中に発光部１００ａの大きさ（以下、アーク長と呼ぶ）が変化することが知られており、一般には、点灯時間に応じてアーク長は長くなる傾向がある。従って、寿命中に徐々に集光スポット１０８が大きくなり、最初に設定した黒表示区間では混色を防止できず、本来表示したい色とは異なる画像が表示されてしまうという問題が発生する。

ランプ寿命中のアーク長の変化を考慮して、あらかじめ大きめの集光スポットを想定し、黒表示区間を設定すれば良いが、黒表示区間を大きくする程、本来の表示に寄与する光の割合が減少する。従って、アーク長が比較的短い、寿命初期の段階では、不要な大きさの黒表示区間を設定することになり、効率が低下し、投写画像の輝度が低下してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、混色を抑制する効果を十分に維持しながら、投写画像の色輝度を高め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する。

本発明の投写型表示装置は、白色光を放射する光源と、前記光源の出射光を集光して発光面を形成する発光面形成光学要素と、前記発光面の近傍に配置され、前記発光面を出射する白色光のうち特定の色光を所定の順序で選択的に透過又は反射させるための複数種の色フィルターを有する回転型色フィルターと、前記発光面と実質的に共役な関係に配置され、映像信号に応じて入射光を変調して画像表示を行う空間光変調素子と、前記回転型色フィルターからの出射光を集光して前記空間光変調素子を照明するための照明光を形成する照明光学要素と、前記空間光変調素子で形成された画像を投写する投写レンズと、前記回転型色フィルターの回転と前記空間光変調素子による前記画像表示が同期するように制御する制御装置とを備える。

上記問題を解決するため、前記制御装置は、前記発光面を前記回転型色フィルターの回転方向に分割して設定された複数の部分発光領域に各々対応する前記空間光変調素子の複数の部分表示領域毎に、前記画像表示の状態を切り替える分割駆動を行い、前記部分発光領域の各々に対する前記回転型色フィルターの各色フィルター間の境界線の通過に同期させて、前記空間光変調素子を、前記部分表示領域毎に通常の画像表示の状態と光を遮断するＯＦＦ状態との間での切り替えることを特徴とする。

上記構成の投写型表示装置によれば、部分表示領域単位でＯＦＦ状態を制御することにより、空間光変調素子の表示面全体を一括してＯＦＦ状態の制御を行う場合に比べて照明光の利用効率が向上し、隣り合う色フィルターによる混色を防止する効果を十分に維持しながら、投写画像の色輝度を高めることができる。

本発明は、上記構成を基本として、以下のような種々の態様をとることができる。

すなわち、前記回転型色フィルターの回転中心から前記部分発光領域の各々を包含するように見込むための最大角をθｍａｘとするとき、下記の式を満足するように前記部分発光領域の寸法が設定されることが好ましい。

θｍａｘ ≦ ８ｄｅｇ
また、前記回転型色フィルターの回転中心から前記部分発光領域の各々を包含するように見込むための最大角をθｍａｘ、最小角をθｍｉｎとするとき、下記の式を満足するように前記部分発光領域の寸法が設定されることが好ましい。

θｍａｘ／θｍｉｎ ≦ ５
また、前記回転型色フィルターの回転中心から前記部分発光領域の各々を包含するように見込むための角度が略等しくなるように前記部分発光領域の寸法を異ならせた構成とすることができる。

また、前記発光面は矩形状であり、前記発光面の短辺方向が前記回転型色フィルターの回転方向と略一致するように配置されることが好ましい。

その場合、前記発光面の短辺がその中心において前記回転型色フィルターの半径方向と略直交するように配置されることが好ましい。

また、前記発光面の近傍に不要な光を遮光するための遮光部材が配置されることが好ましい。

また、前記回転型色フィルターは、特定の色の光を反射する多層膜を蒸着した複数の色フィルターを円盤状に配置して構成され、前記多層膜が前記発光面に近い側に蒸着されていることが好ましい。

また、前記制御装置は、前記部分発光領域が前記空間光変調素子による表示色に関係の無い色の前記色フィルターと対向する期間、及び、前記部分発光領域が当該表示色に関係のある色と関係の無い色の前記フィルターの境界線に跨る期間に、当該部分発光領域に対応する前記部分表示領域をＯＦＦ状態とすることが好ましい。

また、前記発光面形成光学要素は、光の入射端に反射膜を有するロッドインテグレーターを備えることが好ましい。

また、前記光源として、超高圧水銀ランプを用いることができる。

以下、本発明の投写型表示装置に応用した場合の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成を示す正面図である。ここで、ｘｙｚ直交座標を図に示したように定義すると、図１は、ｘ−ｚ平面に関しての構成を示している。

図１において、３は白色光を放射する光源、５は発光面形成光学要素としてのガラスロッド、８は回転型色フィルター、９は照明光学要素としてのリレーレンズ、１１は空間光変調素子としての透過型の液晶パネル、１２は投写レンズである。

光源３は、放電ランプ１と楕円面鏡２で構成されている。放電ランプ１としては、超高圧水銀ランプを用いることができる。超高圧水銀ランプは白色光を放射し、極めて輝度が高く、集光性に優れているので、楕円面鏡２によって効率よく集光することができる。

楕円面鏡２は、例えば、第１焦点（短焦点）距離Ｆ１＝１０ｍｍ、第２焦点（長焦点）距離Ｆ２＝１００ｍｍである。楕円面鏡２の反射面２ａには、例えば、可視光を効率よく反射し、赤外光を透過する誘電体多層膜が形成されており、放電ランプ１から放射される光のうち、可視光成分を効率よく所望の方向に反射する。

放電ランプ１は、一対の電極１ａ間に形成される発光部の中心が、およそ楕円面鏡２の第１焦点Ｆ１と一致するように配置される。これにより、発光部の大きさに比例した集光スポットが楕円面鏡２の第２焦点Ｆ２近傍に形成され、放電ランプ１の放射光を効率よく集光することができる。

ＵＶ−ＩＲカットフィルター４は、光源３から出射される光のうち、紫外光及び赤外光をカットする為に用いられる。

楕円面鏡２の第２焦点Ｆ２の近傍には、ガラス製のロッドインテグレーター（以下、ガラスロッドと称する）５が配置されている。ガラスロッド５は、入射端５ａ及び出射端５ｂの形状が５ｍｍ×４ｍｍの矩形であり、その入射端５ａが楕円面鏡２の第２焦点Ｆ２とおよそ一致するように配置される。上述のように第２焦点Ｆ２近傍には集光スポットが形成されるので、楕円面鏡２で集光された光をガラスロッド５に効率よく入射させることができる。

ガラスロッド５は、耐熱性に優れた石英ガラス製が好ましい。ガラスロッド５の入射端５ａから入射した光はガラスロッド５の側面５ｃで全反射を繰り返し、拡散されて出射端５ｂに導かれる。その結果、ガラスロッド５の出射端５ｂには、明るさ分布の均一な発光面６が形成される。

図２は、ガラスロッド５の入射端５ａと出射端５ｂにおける光強度分布の一例を示す光強度分布図である。図２において、ガラスロッド５の入射端５ａでの光強度分布Ｉａは、光軸１３近傍に集中しているのに対し、出射端５ｂでの光強度分布は、光軸１３近傍から周辺までほぼ均一である。

ガラスロッド５の出射端５ｂ近傍、すなわち発光面６近傍には、回転型色フィルター８が配置される。回転型色フィルター８の回転軸８ｂにはモーター８ａが取り付けられ、回転型色フィルター８を回転中心８ｃの周りに回転させる。

リレーレンズ９は、発光面６と液晶パネル１１の表示面１１ａとを共役な関係とし、液晶パネル１１の表示面１１ａを照明する為の照明光を形成する。投写レンズ１２は、液晶パネル１１の透過光を受け、液晶パネル１１の表示面１１ａ上の画像、すなわち光学像を拡大してスクリーン（図示せず）上に拡大投影する。フィールドレンズ１０は、液晶パネル１１の照明光を投写レンズ１２に導くために用いられる。

図３は、発光面６と回転型色フィルター８、及び、液晶パネル１１の表示面１１ａとの位置関係を示す模式図である。回転型色フィルター８は、例えば、赤色成分の光を透過する赤フィルター８Ｒと、緑色成分の光を透過する緑フィルター８Ｇと、青色成分の光を透過する青フィルター８Ｂとを円盤状に組み合わせて構成される。ガラスロッド５の出射端５ｂ、すなわち発光面６と液晶パネル１１の表示面１１ａとは相似形状である。また、光軸１３と回転型色フィルター８の中心を通る線に対して、発光面６の短辺６２がほぼ直交するように配置されている。

液晶パネル１１は強誘電性液晶パネルであり、ＯＮ／ＯＦＦの２つの状態をスイッチする双安定素子である。階調表現は、例えばＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって、液晶パネル１１のＯＮ時間を変化させることで実現する。応答時間が比較的短いため、色順次表示を行う場合には適している。液晶パネル１１は、入射側と出射側に偏光板（図示せず）を備えており、その偏光軸は液晶分子の配光方向に応じて設定する。

液晶パネル１１は、制御装置２０により、映像信号に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）制御される。制御装置２０は同時に、表示画像と回転型色フィルター８の透過光の色とが同期するように回転用モーター８ａを駆動制御する。すなわち、液晶パネル１１が、例えば赤表示用の映像信号に基づいて制御される期間と、回転型色フィルター８の赤色フィルター８Ｒが発光面６を通過する期間とが同期するように回転型色フィルター８を回転させる。

通常、液晶パネル１１が１フレームを形成する、例えば赤表示用の単位画像を表示する期間中には、回転型色フィルター８は複数回転する。従って、その期間に赤色フィルター８Ｒは発光面６を複数回通過する。そのため、赤色フィルター８Ｒの通過に同期させて、液晶パネル１１は、映像信号に基づく通常の表示を行う画像表示状態と、光を遮断するＯＦＦ状態の表示（いわゆる黒表示）とを切り替えるように制御される。より具体的な切り替え動作については、後述する。

緑、青の各色についても同様である。赤、緑、青のモノクロ階調表示を時系列で短期間に切り替えて表示することにより、結果として、これらの画像が視覚上で合成され、観察者はフルカラー画像を認識する。

回転型色フィルター８の回転を制御するためには、その回転位相の検出が必要である。例えば、回転型色フィルター８の回転軸８ｂを黒色とし、その一部に光反射面を設けてフォトセンサー２１等でその通過を検出することにより、回転型色フィルター８の回転位相を検出することができる。フォトセンサー２１による検出信号は制御装置２０に供給され、液晶パネル１１による表示と回転用モーター８ａを同期させる制御に用いられる。

図４Ａ、４Ｂに示すように、ガラスロッド５の出射端５ｂの形状は、液晶パネル１１の表示面１１ａと相似形状に設定される。それにより、発光面６の光強度分布は表示面１１ａに忠実に転写される。

本実施の形態においては、図４Ａに示すように、発光面６には仮想的に、等分割した複数の部分発光領域６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・が設定される。仮想的にとは、物理的に分割されているものではないという意味である。

発光面６と液晶パネル１１の表示面１１ａは共役な関係にあるので、部分発光領域６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・は表示面１１ａにおける対応する部分表示領域１４、１５、１６、・・・に結像される。液晶パネル１１は、部分表示領域１４、１５、１６、・・・の各々の単位で、通常の画像表示、またはＯＦＦ状態の表示を行うように制御される。各部分表示領域１４、１５、１６、・・・の画像表示状態とＯＦＦ状態との間の切り替えは、回転型色フィルター８の回転位相に応じて制御される。

本実施の形態の投写型表示装置の具体的な構成、動作、及び作用について、図４Ａ、４Ｂおよび図５を用いて説明する。

図５は、発光面６と回転型色フィルター８の位置関係と動作を説明するための模式図である。各色フィルター８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの間にそれぞれ形成された境界線５１、５２、５３は、回転型色フィルター８の矢印５４で示す方向の回転に伴い、順次、発光面６上を通過する。

発光面６を分割する方向は、各色フィルター８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの境界線５１、５２、５３が通過する方向、すなわち図４Ａに矢印４１で示す方向とする。図４Ｂに示すように、液晶パネル１１の表示面１１ａ上では、回転型色フィルター８の各色フィルター８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの境界線５１、５２、５３が矢印４２で示す方向に通過する。

回転型色フィルター８の回転に伴う、液晶パネル１１の部分表示領域１４、１５、１６、・・・の表示動作は以下のとおりである。

図５に示すように、各色フィルター８Ｒ、８Ｇ、８Ｂが発光面６を通過するとき、例えば部分発光領域６ａが液晶パネル１１の表示色に関係の無い色の色フィルターと対向する期間では、当該部分発光領域６ａに共役な部分表示領域１４はＯＦＦ状態に制御される。さらに、部分発光領域６ａが当該表示色に関係のある色と関係の無い色の色フィルターの境界線に跨る期間にも、当該部分発光領域６ａに共役な部分表示領域１４はＯＦＦ状態に制御される。他の部分発光領域６ｂ、６ｃ、・・・、及び共役な部分表示領域１５、１６、・・・についても同様である。

具体的には、例えば、赤（単色）を表示する場合、部分発光領域６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・が緑、青のフィルタと対向する期間、及び青/赤、緑/赤の境界線５１、５３をまたぐ一定の期間は、液晶パネル１１上の共役な部分表示領域１４、１５、１６、・・・は、ＯＦＦ状態に制御される。緑、青を表示する場合も同様である。

一方、黄色（混合色）を表示する場合には、部分発光領域が青のフィルタと対向する期間、及び赤/青、緑/青の境界線５１、５２をまたぐ一定の期間は、共役な各表示領域はＯＦＦ状態に制御されるように動作させてもよい。

以上のように、部分表示領域１４、１５、１６、・・・単位でＯＦＦ状態を制御することにより、表示面１１ａ全体を一括してＯＦＦ状態の制御を行う場合に比べて光の透過する期間が長くなり、照明光の利用効率が向上する。それにより、隣り合う色フィルターによる混色を防止する効果を十分に維持しながら、色輝度を高めることができる。

本実施の形態において、部分表示領域１４、１５、１６、・・・のＯＦＦ表示期間を、次の通り制御することが望ましい。すなわち、図５に示すように分割された複数の部分発光領域６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・について、回転型色フィルター８の回転中心８ｃから部分発光領域の各々を包含するように見込むための角度をθ（変数）とする。角度θの最大値、すなわち最大角度をθｍａｘとするとき、下記の式（１）を満足するように、部分発光領域６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・の分割の寸法を設定する。

θｍａｘ ≦ ８ｄｅｇ （１）
そして、θｍａｘに対応する期間のみ、液晶パネル１１の表示面１１ａの対応する部分表示領域１４、１５、１６、・・・をＯＦＦ状態とする。

θｍａｘが上式の上限を超えて設定された場合は、黒表示期間が大きくなりすぎるため大きなロスが発生し、表示画像の明るさが十分得られない。

同時に、角度θの最小値、すなわち最小角度をθｍｉｎとするとき、下記の式（２）を満足するように、部分発光領域６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・の分割の寸法を設定すれば、なお効果的である。

θｍａｘ／θｍｉｎ ≦ ５ （２）
θｍａｘ、θｍｉｎが上式の上限を超えて設定された場合は、最小角度となる部分発光領域に対応する部分表示領域の黒表示期間が大きく設定されすぎるため、無駄な黒表示期間が大きくなりすぎるので好ましくない。なお、式（２）の条件は、式（１）の条件と組み合わせることなく、単独で用いても、相応の効果を得ることができる。

また、発光面６の近傍に不要な光を遮光するための遮光板７を配置することで、液晶パネル１１の表示面１１ａに不要な光が到達するのを防止し、液晶パネル１１の温度上昇を抑制することができる。同時に、不要光による黒浮きを抑制し、コントラストが改善される。

発光面６と液晶パネル１１の表示面１１ａとがおよそ共役な関係にあるので、回転型色フィルター８が発光面６から離れた位置に置かれるほど、液晶パネル１１の表示面１１ａ上で各色フィルター８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ間の境界線がぼやけてしまう。その結果、混色を抑制する為の黒表示期間が必要以上に大きくなり、明るさの低下を招く。

それゆえに、回転型色フィルター８は可能な限り発光面６に近い方が好ましく、５ｍｍ以内とすれば実用上好適である。

また、同様の理由から、回転型色フィルター８の各色フィルター８Ｒ、８Ｇ、８Ｂは、多層膜を蒸着したダイクロイックミラーであり、多層膜の蒸着面が発光面６に近い側に設けられている方が好ましい。

以上のように、発光面を複数の部分発光領域に仮想的に分割し、回転型色フィルターの回転中心から部分発光領域の各々を包含するための角度を適切に設定することにより、黒表示期間の長さを抑制して、色輝度を十分に高めることができる。

（実施の形態２）
図６Ａは、本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成を示す側面図である。図１に示した実施の形態１における装置と同様の要素については、同一の参照符号を付して説明の繰り返しを省略する。

本実施の形態の投写型表示装置は、ガラスロッド５の入射端に反射膜６１が設けられたこと、及び発光面６２及び液晶パネル６３の表示面６３ａの分割の仕方が異なること以外は、図１等に示した実施の形態１の装置と同様である。

反射膜６１は、ロッドインテグレーター５の入射端面上に設けられた多層膜である。図６Ｂの拡大図は、光軸１３方向からロッドインテグレーター５の入射端面を見た場合の模式図である。開口部６４を除いて反射膜６１が設けられている。

楕円面鏡２で集光した光は開口部６４を通過し、ロッドインテグレーター５の出射端面５ｂに達する。出射端面５ｂから出射した光は回転型色フィルター８に入射し、所定の帯域の光が透過する。一方、透過光以外の光は反射され、その大部分はロッドインテグレーター５の出射端面５ｂに再入射し、入射端面に到達する。ロッドインテグレーター５の入射端面では、反射膜６１により、回転型色フィルター８で反射されて入射端面に再び到達した光の一部を、出射端面５ｂ方向に再び反射させる。

これによって、回転型色フィルター８で反射された光を、再び回転型色フィルター８に入射させることができる。その結果、ロッドインテグレーター５の出射端面５ｂを回転型色フィルター８上の２つの異なる色フィルターが通過する場合に、各色フィルターの反射光を有効利用することが可能になる。

本実施の形態の作用について、図７Ａ、７Ｂおよび図８を用いて説明する。図７Ａは、本実施の形態における、発光面６２の分割の一例を示す模式図である。図７Ｂは液晶パネル６３の表示面６３ａの分割の一例を示す模式図である。

図７Ａに示すように、発光面６２は、回転型色フィルター８の各色の境界線が通過する矢印７６の方向において、複数の部分発光領域７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ、７５ａに分割される。一方、これら部分発光領域に対応する液晶パネル６３上の表示面６３ａをそれぞれ、図７Ｂに示すように、部分表示領域７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂとする。

分割方向（矢印７６の方向）における寸法に関しては、部分発光領域７１ａと７５ａ、および７２ａと７４ａの寸法がそれぞれ実質的に等しく、かつ、（部分表示領域７１ａの寸法）＜（部分表示領域７２ａの寸法）＜（部分表示領域７３ａの寸法）となるように設定される。発光面６２と共役な液晶パネル６３の表示面６３ａ上の各部分表示領域７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂについても同様に設定される。すなわち、分割方向において、部分表示領域７１ｂと７５ｂ、７２ｂと７４ｂの寸法は実質的に等しく、かつ、（部分表示領域７１ｂの寸法）＜（部分表示領域７２ｂの寸法）＜（部分表示領域７３ｂの寸法）となるように設定される。

図８は、発光面６２と回転型色フィルター８の位置関係と、本実施の形態の投写型表示装置の動作を説明するための模式図である。

ここで、回転型色フィルター８の回転中心８ｃから部分発光領域７１ａを包含するように見込むための角度をθ１とする。同様に部分発光領域７２ａ、７３ａ、７４ａ、７５ａを包含するように見込むための角度を各々、θ２、θ３、θ４、θ５とする。各部分発光領域７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂの寸法は、θ１＝θ２＝θ３＝θ４＝θ５の関係が成り立つように設定される。

従って、各部分発光領域に対して各色フィルターの境界線が通過する期間が等しくなる。それにより、混色を防止する為の黒表示期間を必要最小限の期間に設定することができる。その結果、液晶パネル６３を照明する照明光の利用効率を高めることができる。

以上のように本実施の形態では、回転型色フィルターの回転中心から部分発光領域の各々を包含するように見込むための角度をおよそ等しく設定することにより、必要最小限の黒表示期間で光源の劣化による混色の発生が抑制され、色輝度の高い画像を表示することができる。

なお、上記実施の形態１及び２において、空間光変調素子として透過型の液晶パネルを用いた場合を示したが、ＤＭＤなど反射型の空間光変調素子を用いてもよい。

また、発光面形成光学要素としてガラス製のロッドインテグレーターを用いた例を示したが、ミラーを張り合わせたパイプ型のロッドインテグレーターや、２枚のレンズアレイを用いたものであっても、同様の効果を得る事ができる。

また回転型色フィルターは、赤フィルター、緑フィルター、青フィルターで３分割された例を示したが、分割数や色フィルターの透過帯域は上記実施の形態に限定されるものではない。

本発明によれば、空間光変調素子による照明光の利用効率が向上し、隣り合う色フィルターによる混色を防止する効果を十分に維持しながら、投写画像の色輝度を高めることができるので、大画面映像をスクリーン上に投影する投写型表示装置を実現する上で極めて有用である。

図１は、本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成を示す側面図である。 図２は、同投写型表示装置を構成するガラスロッドの入出射端の光強度分布の一例を説明する光強度分布図である。 図３は、同投写型表示装置を構成する発光面と、回転型色フィルター、及び液晶パネルの表示面との位置関係を示す模式図である。 図４Ａは、同投写型表示装置における発光面の分割の一例を示す模式図である。 図４Ｂは、同投写型表示装置における液晶パネルの表示面の分割の一例を示す模式図である。 図５は、同投写型表示装置における発光面と回転型色フィルターの位置関係と動作を説明するための模式図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成を示す側面図である。 図６Ｂは、同投写型表示装置の一部を示す拡大正面図である。 図７Ａは、同投写型表示装置における発光面の分割の一例を示す模式図である。 図７Ｂは、同投写型表示装置における液晶パネルの表示面の分割の一例を示す模式図である。 図８は、発光面と回転型色フィルターの位置関係と動作を説明するための模式図である。 図９は、従来の投写型表示装置の構成例を示す構成図である。 図１０は、カラーホイル１０３と集光スポット１０８の関係を模式的に示した模式図である。

符号の説明

３ 光源
５ ガラスロッド
６、６２ 発光面
６ａ、６ｂ、６ｃ、７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａ、７５ａ 部分発光領域
７ 遮光板
８ 回転型色フィルター
８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ 色フィルター
９ リレーレンズ
１１、６３ 液晶パネル
１１ａ、６３ａ 表示面
１２ 投写レンズ
１３ 光軸
１４、１５、１６、７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、７４ｂ、７５ｂ 部分表示領域
２０ 制御装置
２１ フォトセンサー
５１、５２、５３ 境界線

Claims (11)

1. 白色光を放射する光源と、
   前記光源の出射光を集光して発光面を形成する発光面形成光学要素と、
   前記発光面の近傍に配置され、前記発光面を出射する白色光のうち特定の色光を所定の順序で選択的に透過又は反射させるための複数種の色フィルターを有する回転型色フィルターと、
   前記発光面と実質的に共役な関係に配置され、映像信号に応じて入射光を変調して画像表示を行う空間光変調素子と、
   前記回転型色フィルターからの出射光を集光して前記空間光変調素子を照明するための照明光を形成する照明光学要素と、
   前記空間光変調素子で形成された画像を投写する投写レンズと、
   前記回転型色フィルターの回転と前記空間光変調素子による前記画像表示が同期するように制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記発光面を前記回転型色フィルターの回転方向に分割して設定された複数の部分発光領域に各々対応する前記空間光変調素子の複数の部分表示領域毎に、前記画像表示の状態を切り替える分割駆動を行い、
   前記部分発光領域の各々に対する前記回転型色フィルターの各色フィルター間の境界線の通過に同期させて、前記空間光変調素子を、前記部分表示領域毎に通常の画像表示の状態と光を遮断するＯＦＦ状態との間での切り替えることを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記回転型色フィルターの回転中心から前記部分発光領域の各々を包含するように見込むための最大角をθｍａｘとするとき、下記の式を満足するように前記部分発光領域の寸法が設定された請求項１記載の投写型表示装置。
   θｍａｘ ≦ ８ｄｅｇ
3. 前記回転型色フィルターの回転中心から前記部分発光領域の各々を包含するように見込むための最大角をθｍａｘ、最小角をθｍｉｎとするとき、下記の式を満足するように前記部分発光領域の寸法が設定された請求項１または２記載の投写型表示装置。
   θｍａｘ／θｍｉｎ ≦ ５
4. 前記回転型色フィルターの回転中心から前記部分発光領域の各々を包含するように見込むための角度が略等しくなるように前記部分発光領域の寸法を異ならせた請求項１記載の投写型表示装置。
5. 前記発光面は矩形状であり、前記発光面の短辺方向が前記回転型色フィルターの回転方向と略一致するように配置された請求項１記載の投写型表示装置。
6. 前記発光面の短辺がその中心において前記回転型色フィルターの半径方向と略直交するように配置された請求項５記載の投写型表示装置。
7. 前記発光面の近傍に不要な光を遮光するための遮光部材が配置された請求項１記載の投写型表示装置。
8. 前記回転型色フィルターは、特定の色の光を反射する多層膜を蒸着した複数の色フィルターを円盤状に配置して構成され、前記多層膜が前記発光面に近い側に蒸着されている請求項１記載の投写型表示装置。
9. 前記制御装置は、前記部分発光領域が前記空間光変調素子による表示色に関係の無い色の前記色フィルターと対向する期間、及び、前記部分発光領域が当該表示色に関係のある色と関係の無い色の前記フィルターの境界線に跨る期間に、当該部分発光領域に対応する前記部分表示領域をＯＦＦ状態とする請求項１または２記載の投写型表示装置。
10. 前記発光面形成光学要素は、光の入射端に反射膜を有するロッドインテグレーターを備えた請求項１記載の投写型表示装置。
11. 前記光源は、超高圧水銀ランプである請求項１記載の投写型表示装置。

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