JP4759936B2 - 表示装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
また、本発明の別の目的は、高画質な動画像を表示し、かつ動画質の改善効果を自在に調節することができる表示装置並びにプロジェクタを提供することにある。
第1の装置は、照明装置であって、光源と、前記光源と照明対象との間の集光位置において前記光源からの光を間欠的に遮光する遮光手段と、を備え、前記遮光手段は、単位時間当たりの遮光時間の割合が可変である、ことを特徴とする。
なお、単位時間当たりの遮光時間の割合とは、例えば、遮光動作が所定の周期で間欠的に行われる場合における一周期内の遮光時間の割合に相当する。そして、一周期とは、例えば、動画像などを表示する光変調装置の照明装置として本発明の照明装置を用いる場合の光変調装置における画像表示のフレーム期間に相当する。
その結果、この照明装置では、液晶表示素子などのホールド型の表示モードを有する表示素子を照明する場合において、例えば、表示素子が動きの速い映像を表示するときには、単位時間当たりの照明時間の割合を短くして、動画質の改善効果を増大させることができる。逆に、例えば、動きの少ない映像を表示するときには、単位時間当たりの照明時間を長くして、動画質の改善効果よりも表示映像の明るさを優先させることができる。
すなわち、この照明装置は、表示装置における動画質の改善効果を自在に調節するのに適している。
上記の照明装置では、上記遮光手段による遮光位置が上記集光位置であることにより、照明状態と遮光状態との切換が比較的短時間で行われ、その結果、遮光動作の時間精度がよく、照明ムラの少ない間欠照明を実現することができる。しかも、遮光位置において光が細く絞られていることから、遮光精度の向上が図られる。
この構成によれば、所定の部材に形成された遮光領域と開口領域とが光源からの光を交互に横切ることにより、その光が間欠的に遮光される。そして、開口領域が光源からの光を横切る時間の割合(開口時間の割合、開口率)を変化させることにより、単位時間当たりの遮光時間(あるいは照明時間)の割合を変化させることができる。
この構成によれば、複数のスリット板を回転させるとともに、それらの回転方向の互いの位置関係(位相)を制御することにより、上記開口率を変化させることができる。例えば、複数のスリット板をそれぞれ同一速度で同一方向に回転させるとともに、それらの開口部の相対位置関係(位相)を制御することにより、複数のスリット板の各開口部の光軸方向の重なりによって形成される合成開口領域の大きさが変化する。合成開口領域が大きいと上記開口率が大きくなり、合成開口領域が小さいと上記開口率が小さくなる。
この構成によれば、上述した遮光動作の時間精度の向上や、照明ムラの低減、あるいは遮光精度の向上がより確実に図られる。
この構成によれば、光源からの光が確実に細く絞られた位置で遮光が実施される。
これにより、遮光手段による遮光位置を集光位置に配置しやすくなるとともに、光源からの光がロッドレンズに適切に導かれるため、ロッドレンズへの光の入射効率を高められる。
この表示装置によれば、上記照明装置を備えることにより、間欠照明の程度(単位時間当たりの照明時間の割合)を変化させることができることから、高画質な動画像を表示し、かつ動画質の改善効果を自在に調節することができる。
なお、遮光手段の開口率とは、間欠的な遮光動作の一周期内における開口時間の割合を示すものである。
その結果、この表示装置では、光変調手段が液晶表示素子などのホールド型の表示素子を有する場合において、例えば、表示素子が動きの速い画像を表示するときには、単位時間当たりの照明時間の割合を短くして、動画質の改善効果を増大させることができる。逆に、例えば、動きの少ない画像を表示するときには、単位時間当たりの照明時間を長くして、動画質の改善効果よりも表示映像の明るさを優先させることができる。
したがって、この表示装置では、表示映像の内容に応じて動画質の改善効果の程度を変え、その分の照明光量を増やして(犠牲にせずに)表示映像を高輝度化するといったような自由度の高い使い方を実現できる。
すなわち、この表示装置は、高画質な動画像を表示し、かつ動画質の改善効果を自在に調節することができる。
上記の表示装置では、上記遮光手段による遮光位置が上記集光位置であることにより、照明状態と遮光状態との切換が比較的短時間で行われ、遮光動作の時間精度がよく、照明ムラの少ない間欠照明を実現することができる。しかも、遮光位置において光が細く絞られていることから、遮光精度を向上しやすい。
これにより、一つのフレームに関する画像データの書き込み終了時点を基準にして、前に遡って照明期間が設定される。
その結果、この表示装置では、光変調手段が液晶表示素子などのホールド型の表示素子を有する場合などにおいて、表示素子が十分に応答した状態で光変調装置が照明されることから、表示性能の向上が図られる。
これにより、サブフレームの切換時に生じやすい表示映像の変化に伴う二重像の発生を回避できる。
この構成によれば、所定の部材に形成された遮光領域と開口領域とが光源からの光を交互に横切ることにより、その光が間欠的に遮光される。そして、開口領域が光源からの光を横切る時間の割合(開口時間の割合、開口率)を変化させることにより、単位時間当たりの遮光時間(あるいは照明時間)の割合を変化させることができる。
なお、前記光源からの光は、前記集光位置において、前記所定の部材に形成された開口領域に比べて細く絞られている、のが好ましい。
非遮光モードは、例えば、静止画を表示する場合のように動画像の画質を改善する必要がない場合に好ましく用いられる。非遮光モードでは、遮光による光損失が発生しないため、非常に明るい表示映像を実現できる。
このプロジェクタによれば、間欠照明の程度(単位時間当たりの照明時間の割合、開口率)を変化させることができることから、高画質な動画像を表示し、かつ動画質の改善効果を自在に調節することができる。その結果、投写手段により拡大投写されても、明るい映像を表示することができる。
以下、本発明に係る第1の実施の形態について図1から図6を参照して説明する。
図1は、本実施の形態における投写型表示装置(プロジェクタ)の概略図である。
プロジェクタPJ1は、図1に示すように、光源10と、光源10から射出された光を間欠的に遮光する遮光装置(遮光手段)20と、光の強度分布を均一化するインテグレータ光学系(均一照明光学系)30と、平行化レンズ70と、光を変調する液晶ライトバルブ(光変調手段)80と、変調された光を投写する投写レンズ(投写手段)100と、を備えて概略構成されている。
なお、本発明の照明装置は、例えば、上記光源10、遮光装置20、及びインテグレータ光学系30等を含んで構成される。
回転スリット板21A,21Bはそれぞれ、円周方向に複数の開口部24を規則的に配列した構造からなる。すなわち、回転スリット板21A,21Bにはそれぞれ、円周方向に所定のピッチで周期的に複数(本例では4ケ)の開口部24が設けられており、各開口部24同士の間に複数(本例では4ケ)の遮光部25が設けられている。図2に示すように、開口部24の形状が略扇形であると開口部24と遮光部25とが略相似となり、後述する遮光制御が容易となる。なお、開口部24の形状は扇形に限らず、円形、楕円形、あるいは方形など他の形状であってもよい。また、回転スリット板の数は2枚に限らず、3枚以上でもよい。さらに、第1の回転スリット板21Aと第2の回転スリット板21Bとの間で開口部24の形状が異なっていてもよい。
ここで、遮光装置20による遮光位置は、回転スリット板21A,21Bの配置位置であり、光源10からの光が細く絞られた集光位置(第2焦点位置13bの近傍)である。そのため、このプロジェクタPJ1では、回転スリット板21A,21Bを光が通過する状態(照明状態)と、回転スリット板21A,21Bによって光が遮られる状態(遮光状態)との切換が比較的短時間で行われるという利点がある。
図4(A)〜図4(C)の各図において、一対の回転スリット板21A,21Bはいずれも同じ速度で同じ方向に回転している。また、一対の回転スリット板21A,21Bの回転方向における互いの位置関係(位相)が、図によって異なっている。
開口率(%)=θ1/(θ1+θ2)
図4(B)は開口率:37.5%(θ1=33.75°、θ2=56.25°)、の状態を示しており、この場合、単位時間当たりの遮光時間の割合:62.5%(単位時間当たりの照明時間の割合:37.5%)の間欠照明が実現される。
図4(C)は開口率:25%(θ1=22.5°、θ2=67.5°)の状態を示しており、この場合、単位時間当たりの遮光時間の割合:75%(単位時間当たりの照明時間の割合:25%)の間欠照明が実現される。
図4では開口率として0%〜50%を実現する一対の回転スリット板を示したが、開口部の円周方向に沿った幅の設定や回転スリット板の数によっては、開口率の最大値を50%以上としたり、開口率の変化幅を50%以上に設定することができる。
図5は、液晶ライトバルブ80(図1参照)への画像(映像)データの書き込みと照明タイミングとの関係の一例を説明するための図であり、一対の回転スリット板21A,21Bによる開口率が50%の場合(1/2の間欠照明)に、液晶ライトバルブ80の第1ラインの画素における表示状態(液晶の応答状態)と間欠照明における照明時間との関係を示している。
動画像の表示に際してある画素に着目した場合、照明期間内にその画素の画像データ(輝度)が大きく変化すると、人間には二重像(液晶の応答性によっては多重像)と視認され画質向上感が得られない。この二重像の発生を抑制するために、液晶ライトバルブへの画像(映像)の書き込みと照明タイミングとの関係を図5や図6で説明したように設定している。しかし、二重像の見え方は輝度の変化の他に色相の変化や視聴者の感覚にも依存するため、液晶ライトバルブへの画像(映像)の書き込みと照明タイミングとの関係は上述の関係を基本とするものの、それに限定されるものではない。例えば、照明終了時点が次のフレーム(含むサブフレーム)画像の書き込み開始時点よりも多少遅くなるように設定しても良い。つまり、液晶の応答性、画像(映像)データの内容、視聴者の主観などによって、液晶ライトバルブへの画像(映像)の書き込みと照明タイミングとの関係はある程度の許容範囲を有するものである。
次に、本発明に係る第2の実施の形態について図7を参照して説明する。
本実施の形態におけるプロジェクタPJ2の基本構成は、第1の実施の形態におけるプロジェクタPJ1と同様である。本実施の形態においては、均一照明光学系として、ロッドレンズ方式のインテグレータ光学系を採用している。以下、第1の実施の形態で説明した構成要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
なお、本発明の照明装置は、例えば、上記光源10、遮光装置20、及びロッドレンズ40等を含んで構成される。
なお、ロッドレンズ40は、上述のように、透光性を有する材料の無垢材からなるものでもよいし、4枚の反射ミラーにより中空の四角柱を形成するとともに反射ミラーの反射面を内側に向けたものとして形成してもよい。さらには、光入射端面41aの形状と光射出端面41bの形状とは相似関係に無くてもよい。
次に、本発明に係る第3の実施の形態について図8を参照して説明する。
本実施の形態におけるプロジェクタPJ3は、第2の実施の形態におけるプロジェクタPJ2の変形例である。以下、第1及び第2の実施の形態で説明した構成要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
次に、本発明に係る第4の実施の形態について図9を参照して説明する。
本実施の形態におけるプロジェクタPJ4は、本発明をいわゆる3板式のプロジェクタに適用した例であり、光変調手段以外の基本構成は第1の実施の形態におけるプロジェクタPJ1と同様である。以下、第1の実施の形態で説明した構成要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
次に、本発明に係る第5の実施の形態について図10及び図11を参照して説明する。
本実施の形態におけるプロジェクタPJ5は、第1の実施の形態におけるプロジェクタPJ1の変形例である。以下、第1の実施の形態で説明した構成要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
回転体21は、円周方向に複数の可変開口絞り機構27が規則的に配列した構造からなる。複数の可変開口絞り機構27のそれぞれは、カメラの絞りに似た構造となっており、中央の開口部24の大きさが可変に構成されている。具体的には、複数の可変開口絞り機構27はそれぞれ、周方向に並べて配設される複数の羽根状部材28を含み、これらはそれぞれ所定の回転軸を中心にモータ22Dによって配設角度が変化する。複数の羽根状部材28の配設角度は、上記制御部26(図10参照)によって制御される。複数の羽根状部材28の配設角度の変化により、複数の羽根状部材28の中央に形成される開口部24の大きさが変化する。
なお、光源10からの光束が最も細く絞られた集光点(第2焦点位置13b)に一つの可変開口絞り機構27を配置し、液晶ライトバルブ80への画像(映像)データの書き込みタイミングに同期させて、複数の羽根状部材28の配設角度を素速く変化させ、各開口部24の大きさを制御することで間欠的な遮光動作を実現する構成としても良い。これに依れば、遮光装置の簡略化と小型化を実現できる。照明対象(液晶ライトバルブ80)と共役な位置関係にない集光位置に可変開口絞り機構27が配置されていることにより、照明対象上において照明と非照明(遮光)との切り換えは方向性を持たず(表示面の一方から他方側に向かって次第に照明と非照明(遮光)の切換領域が移動していくようなことがないという意味)に瞬時に行われる。この様な構成によっても開口率を変化させ、間欠照明の程度(単位時間当たりの照明時間の割合)を制御することができるため、上述の効果を得ることができる。
Claims (6)
- 表示装置であって、
光源と、
前記光源からの光を変調するホールド型の光変調手段と、
前記光源と前記光変調手段との間の集光位置において前記光源からの光を所定の周期で間欠的に遮光する遮光手段と、
所定の情報に基づいて、前記遮光手段の開口率を制御する制御手段と、を有し、
前記遮光手段は、回転体と、前記回転体の円周方向に規則的に配列された可変開口絞り機構とを有し、前記可変開口絞り機構の中央の開口部からなる開口領域と、前記開口部以外の部分からなる遮光領域とが前記光源からの光を交互に横切り、前記開口領域が前記光源からの光を横切る時間の割合が、前記開口部の大きさに応じて可変に構成されていることを特徴とする表示装置。 - 前記所定の情報は、表示する映像の内容、視聴者の好み、及び使用環境、のうちの少なくとも一つを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 一のフレームに関する前記光変調手段への映像データの書き込み終了時点と、前記遮光手段による遮光開始時点と、が略一致する、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の表示装置。
- 前記光変調手段は、一のフレーム内で画像を複数のサブフレームに分けて連続して変調するモードを有しており、
前記制御手段は、開口率(%)≦100/サブフレーム数、となるように前記遮光手段の開口率を制御する、ことを特徴とする請求項3に記載の表示装置。 - 前記遮光手段は、前記開口領域を前記光源からの光の光軸上で停止する非遮光モードを有する、ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の表示装置。
- プロジェクタであって、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の表示装置と、
投写手段と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
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