JPH1055025A - Projection type display device - Google Patents
Projection type display deviceInfo
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- JPH1055025A JPH1055025A JP8229380A JP22938096A JPH1055025A JP H1055025 A JPH1055025 A JP H1055025A JP 8229380 A JP8229380 A JP 8229380A JP 22938096 A JP22938096 A JP 22938096A JP H1055025 A JPH1055025 A JP H1055025A
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光変調素子に表示
された画像を拡大投射して大画面表示を得る投射型表示
装置に関し、特に1フレームの画像を複数フィールドに
分割して表示させる投射型表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection display device for obtaining a large-screen display by enlarging and projecting an image displayed on a light modulation element, and more particularly to a projection display in which an image of one frame is divided into a plurality of fields and displayed. The present invention relates to a type display device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の代表的な投射型表示装置の概略の
構成を図9に示す。図9において1は光源、3は光変調
素子、8は投射レンズ、9はスクリーンである。投射型
表示装置の光変調素子3には透過型液晶パネルが用いら
れている。光源1には可視光の領域で比較的均一なスペ
クトルを持つメタルハライドランプまたはハロゲンラン
プなどが用いられている。リフレクタなどで集光された
光源1の光に液晶パネルなどの光変調素子3を用いて画
像信号に応じた光変調を行って画像を形成している。形
成された画像は投射レンズ8でスクリーン9上に拡大投
射されて表示される。2. Description of the Related Art FIG. 9 shows a schematic configuration of a conventional typical projection display device. In FIG. 9, 1 is a light source, 3 is a light modulation element, 8 is a projection lens, and 9 is a screen. A transmissive liquid crystal panel is used for the light modulation element 3 of the projection display device. As the light source 1, a metal halide lamp or a halogen lamp having a relatively uniform spectrum in a visible light region is used. An image is formed by performing light modulation according to an image signal on the light of the light source 1 condensed by a reflector or the like using a light modulation element 3 such as a liquid crystal panel. The formed image is enlarged and projected on the screen 9 by the projection lens 8 and displayed.
【0003】投射型表示装置は、投射レンズにより画像
を拡大投射するので他の表示装置と比較して大面積表示
が可能であるが、反面、解像度が低いという問題を有し
ている。投射画像の解像度は光変調素子の画素数とスク
リーンの大きさによって決まる。スクリーン上に高解像
度で表示させるには、光変調素子の画素数を増やす必要
があるが、画素を高密度化すると製造歩留りが低下して
コスト高となる。例えば、SXGA(1280×102
4)の画素数の光変調素子は、VGA(640×48
0)の画素数の光変調素子に比較して10倍程度の価格
になってしまう。また、1画素当たりの開口率(1画素
に対する光を透過する有効面積の割合)は画素の高密度
化に伴い低下するので所望の明るさの画像を得ることが
困難になる。このように、画素の高密度化と画像の明る
さとは相反する条件であるので、単なる光変調素子の画
素の高密度化では高画質の画像を得ることができない。A projection display device can display a large area as compared with other display devices because an image is enlarged and projected by a projection lens, but has a problem of low resolution. The resolution of the projected image is determined by the number of pixels of the light modulation element and the size of the screen. In order to display a high-resolution image on a screen, it is necessary to increase the number of pixels of the light modulation element. However, when the number of pixels is increased, the manufacturing yield is reduced and the cost is increased. For example, SXGA (1280 × 102
The light modulation element having the number of pixels of 4) is a VGA (640 × 48
The cost is about 10 times that of the light modulation element having the number of pixels 0). In addition, the aperture ratio per pixel (the ratio of the effective area that transmits light to one pixel) decreases as the density of the pixels increases, so that it is difficult to obtain an image with a desired brightness. As described above, since the density of the pixels and the brightness of the image are in conflict with each other, a high-quality image cannot be obtained by simply increasing the density of the pixels of the light modulation element.
【0004】この問題を解決するために、複数の光変調
素子を用いて投射する方法がある。複数の光変調素子を
用いる方法は、例えば表示装置にCRT(カソード・レ
イ・チューブ)を用いたマルチビジョンのように複数の
表示ユニットを用いて複数の画像を縦横に並べて表示さ
せる。しかしながらこの方法では複数の表示ユニットを
用いているため、各表示ユニットの接続部において画面
を連続にすることができず境界が目立ってしまうという
問題がある。また、複数の表示ユニットを全く同一の表
示特性で作製するのは困難であるから、表示ユニットご
との明るさにむらができてしまい、表示ユニット間の継
ぎ目が目立ってしまうという問題も有している。[0004] In order to solve this problem, there is a method of projecting using a plurality of light modulation elements. In the method using a plurality of light modulation elements, for example, a plurality of images are displayed vertically and horizontally using a plurality of display units like a multi-vision using a CRT (cathode ray tube) on a display device. However, in this method, since a plurality of display units are used, there is a problem that a screen cannot be made continuous at a connection portion of each display unit and a boundary is conspicuous. In addition, since it is difficult to manufacture a plurality of display units with exactly the same display characteristics, there is a problem that brightness of each display unit becomes uneven, and a joint between the display units becomes conspicuous. I have.
【0005】この問題を解決するために、複数の表示ユ
ニットを用いて1つの画像を重畳して表示する方法が知
られている。特開平3−166536号公報に記載され
た投射型表示装置は、原画像の表示データを任意にサン
プリングして分割する画像分配機能部と、複数の表示機
能部と、各表示画像を光学的に合成して原画像を合成表
示する画像合成機能部と、合成像を投射する投射機能部
とを備えている。図10にその基本構成を示す。図10
において、8は投射レンズ、11は複数の光源からなる
光供給部、12は複数の透過型液晶パネルからなる光変
調素子群、13は光変調素子群12によって表示される
画像を合成して投射レンズ8に入射させる光学デバイス
である。例えば4つの透過型液晶パネル12を用いて重
畳表示を行う場合には、各透過型液晶パネル12の各画
素の開口率を25%程度にして水平方向と垂直方向に半
画素ピッチずつずらして投射することにより、4倍の解
像度の画像が得られるようにしている。図11(a)〜
(d)に示すような4つの画像について、図11(b)
の画像は図11(a)の画像に対して水平方向に半画素
ピッチずらし、図11(c)の画像は図11(a)の画
像に対して垂直方向に半画素ピッチずらし、図11
(d)の画像は図11(a)の画像に対して水平方向と
垂直方向に半画素ピッチずらすようにして投射すれば、
図11(e)に示すような4倍の解像度を持つ画像が得
られる。このように重畳表示を行うことにより複数の表
示ユニットの表示特性の不均一性を目立たなくさせるこ
とができる。しかし、相互に半画素ピッチずつずらして
投射させるための光学系の調整が困難である点と、複数
の表示ユニットを使うので構成が複雑でコストが高くな
るという点で問題を有している。[0005] In order to solve this problem, a method of superimposing and displaying one image by using a plurality of display units is known. The projection display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-166536 discloses an image distribution function unit that arbitrarily samples and divides display data of an original image, a plurality of display function units, and optically converts each display image. An image synthesizing function unit that synthesizes and displays an original image, and a projection function unit that projects a synthesized image are provided. FIG. 10 shows the basic configuration. FIG.
In the figure, 8 is a projection lens, 11 is a light supply unit composed of a plurality of light sources, 12 is a light modulation element group composed of a plurality of transmissive liquid crystal panels, and 13 is a composite image projected by the light modulation element group 12 and projected. This is an optical device for making the light enter the lens 8. For example, when superimposed display is performed using four transmissive liquid crystal panels 12, the aperture ratio of each pixel of each transmissive liquid crystal panel 12 is set to about 25%, and the projection is performed by shifting by a half pixel pitch in the horizontal and vertical directions. By doing so, it is possible to obtain an image with four times the resolution. FIG.
FIG. 11B shows four images as shown in FIG.
11A is shifted by a half pixel pitch in the horizontal direction with respect to the image of FIG. 11A, and the image of FIG. 11C is shifted by a half pixel pitch in the vertical direction with respect to the image of FIG.
If the image of (d) is projected with a half pixel pitch shift in the horizontal and vertical directions with respect to the image of FIG.
An image having four times the resolution as shown in FIG. 11E is obtained. By performing the superimposed display in this way, the non-uniformity of the display characteristics of the plurality of display units can be made inconspicuous. However, there is a problem in that it is difficult to adjust an optical system for projecting the images with a half pixel pitch shifted from each other, and in that a plurality of display units are used, so that the configuration is complicated and the cost is high.
【0006】他の高解像度化の手段として、1つの光変
調素子を用いて時分割表示を行う方法がある。時分割表
示は複数のフィールドを時系列で表示させて1フレーム
(1画面)を形成する方法である。例えば、特開平4−
113308号公報に記載された投射型表示装置は、光
変調素子からスクリーンに至る光路の途中に透過光の偏
光方向を旋回させる素子と、複屈折効果を有する透明素
子を用いて投射画像をシフトする手段と、スクリーン上
で離散的に投射される手段を備えている。図12に投射
表示装置の基本構成を示す。図12において、1は光
源、3は表示用液晶パネルからなる光変調素子、14は
偏光方向制御用液晶パネル、15は水晶板、8は投射レ
ンズである。複屈折効果を有する透明素子として水晶板
15が用いられている。この方法では、1フレーム分の
画像データを分割してフレームメモリに格納し、投射画
像をシフトさせる手段と同期させて画像を表示すること
により時分割表示を行っている。さらに、光変調素子の
画像を離散的にする手段を用い、離散化した画像を補間
するように画像を時系列でシフトさせて高解像度の表示
を行っている。As another means for increasing the resolution, there is a method of performing time-division display using one light modulation element. Time-division display is a method of displaying one field (one screen) by displaying a plurality of fields in time series. For example, JP-A-4-
The projection display device described in JP-A-113308 shifts a projected image by using an element for turning the polarization direction of transmitted light in the optical path from the light modulation element to the screen and a transparent element having a birefringence effect. Means and means for discrete projection on the screen. FIG. 12 shows a basic configuration of the projection display device. In FIG. 12, 1 is a light source, 3 is a light modulating element composed of a liquid crystal panel for display, 14 is a liquid crystal panel for controlling the polarization direction, 15 is a quartz plate, and 8 is a projection lens. A quartz plate 15 is used as a transparent element having a birefringence effect. In this method, one frame of image data is divided and stored in a frame memory, and time-division display is performed by displaying an image in synchronization with a means for shifting a projected image. Further, a high-resolution display is performed by shifting the image in time series so as to interpolate the discretized image by using means for making the image of the light modulation element discrete.
【0007】画像を離散的にする手段には、画素の一部
を遮光して実効的な開口率を低下させる手段と、1画素
に対応したマイクロレンズを用いて集光する手段とがあ
る。画素の一部を遮光する手段は、例えば、各画素に設
けられているスイッチング素子の配線などの配置を工夫
して光の透過領域を減少させることにより、画素の光透
過領域を離散的にしている。一方、1画素に対応したマ
イクロレンズを用いて集光する手段は、画素から出射し
た光を集光することにより、光量を減少させることなく
実質的に画像を離散化している。As means for making the image discrete, there are a means for lowering the effective aperture ratio by blocking a part of a pixel, and a means for condensing light by using a microlens corresponding to one pixel. Means for shielding a part of the pixel, for example, by devising the arrangement of the wiring of the switching element provided in each pixel to reduce the light transmission area, to make the light transmission area of the pixel discrete I have. On the other hand, the means for condensing light using a microlens corresponding to one pixel condenses the light emitted from the pixel, thereby substantially discretizing the image without reducing the amount of light.
【0008】投射画像をシフトさせる手段には複屈折効
果が利用されている。光学異方性を有する結晶を用い、
常光と異常光の屈折角の相違により画像をスクリーン上
でシフトさせるようにする。ここではTN(ねじれネマ
ティック)液晶を用い直線偏光の光を90度回転させて
複屈折効果を持つ透明素子に対する常光と異常光を切り
替えている。複屈折効果を持つ透明素子に対して垂直に
入射した常光は直進するが、異常光は入射面で所定角度
だけ屈折し、出射面で反対側に同じ角度だけ屈折する。
この効果により、異常光は常光に対して透明素子の厚み
に応じた距離だけシフトすることになる。そこで、画素
ピッチに応じた距離(画素ピッチの1/2)だけシフト
するように透明素子の厚みを設定すれば、離散的に形成
された画像を補間するシフト量を得ることができる。The means for shifting the projected image utilizes the birefringence effect. Using a crystal with optical anisotropy,
An image is shifted on a screen by a difference in refraction angle between ordinary light and extraordinary light. Here, a TN (twisted nematic) liquid crystal is used to rotate linearly polarized light by 90 degrees to switch between ordinary light and extraordinary light for a transparent element having a birefringence effect. Ordinary light perpendicularly incident on a transparent element having a birefringence effect goes straight, while extraordinary light is refracted by a predetermined angle on the incident surface and refracted by the same angle on the exit surface on the opposite side.
Due to this effect, the extraordinary light is shifted by a distance corresponding to the thickness of the transparent element with respect to the ordinary light. Therefore, if the thickness of the transparent element is set so as to shift by a distance corresponding to the pixel pitch (1/2 of the pixel pitch), a shift amount for interpolating a discretely formed image can be obtained.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上記の時分割表示で
は、少なくとも離散的に投射する手段と画像をシフトさ
せる手段としての偏光方向旋回素子及び複屈折効果を有
する透明素子が必要である。偏光方向旋回素子及び複屈
折効果を有する透明素子を1組使用することにより、水
平方向又は垂直方向に2つのフィールドに分割した表示
を行えるが、水平方向又は垂直方向にさらに多くのフィ
ールドに分割して表示させる場合や、水平方向、垂直方
向共に2つのフィールドに分割した表示を行う場合、或
いは水平、垂直方向共にさらに多くのフィールドに分割
して表示させる場合には、偏光方向旋回素子及び複屈折
効果を有する透明素子が複数組必要になってしまい、こ
れら複数の素子構成が複雑になってしまうという問題点
を有している。In the above-described time-division display, a polarization direction turning element and a transparent element having a birefringence effect as means for projecting at least discretely and means for shifting an image are required. By using one set of the polarization direction rotating element and the transparent element having the birefringence effect, the display can be divided into two fields in the horizontal or vertical direction, but the display can be divided into more fields in the horizontal or vertical direction. When the display is performed in two fields in both the horizontal and vertical directions, or when the display is divided into more fields in both the horizontal and vertical directions, the polarization direction rotating element and the birefringence are used. There is a problem that a plurality of sets of transparent elements having an effect are required, and the configuration of the plurality of elements is complicated.
【0010】また、画像を離散的にする手段として画素
の一部を遮光する方法は、従来の液晶パネルに若干の変
更を加えるだけで容易に作製することが可能であるため
構成が複雑になることはないが、画素の一部を遮光して
光の透過領域を減少させるのであるから、画像が従来の
液晶パネルと比較して暗くなってしまう。Further, the method of shading a part of the pixel as a means for making the image discrete is easy to produce by simply making a slight change to the conventional liquid crystal panel, so that the structure becomes complicated. However, since a part of the pixel is shielded from light and the light transmission area is reduced, the image becomes darker than a conventional liquid crystal panel.
【0011】また、画像をシフトさせる手段として複屈
折効果を利用しているが、複屈折効果を利用するには光
変調素子からの出射光が直線偏光でなければならない。
自然光を直線偏光に変換するには偏光板が必要である
が、光は偏光板で約60%吸収されてしまい、40%程
度しか透過されない。さらに、偏光方向の旋回手段とし
て液晶素子を用いているので、当該液晶素子での光の透
過率が問題となる。偏光方向旋回手段の液晶素子は、透
明電極が形成された2枚のガラス基板で液晶を挟んで構
成されている。透明電極の光の透過率は1枚当たり90
%程度なので、2枚で80%程度の透過率となる。さら
に、液晶自体及び、ガラス基板、水晶板などの透過率も
考慮すると、偏光方向旋回手段での光の透過率はさらに
低くなり、約65%程度になってしまう。また、水平方
向と垂直方向ともに高解像度化を行う場合には、偏光方
向旋回手段と水晶板のセットが2組必要となるため、さ
らに光の透過率は低下して約40%程度になってしま
う。従って自然光を直線偏光に変換する偏光板及び偏光
方向旋回手段を透過する光の透過率は約15〜20%程
度となってしまい、高解像度化が可能になる反面、光の
利用効率が極端に低下して暗い画像しか得られない。Although the birefringence effect is used as a means for shifting an image, the light emitted from the light modulator must be linearly polarized in order to use the birefringence effect.
To convert natural light into linearly polarized light, a polarizing plate is necessary, but the light is absorbed by the polarizing plate at about 60%, and only about 40% is transmitted. Furthermore, since a liquid crystal element is used as the means for rotating the polarization direction, light transmittance in the liquid crystal element becomes a problem. The liquid crystal element of the polarization direction rotating means is constituted by sandwiching liquid crystal between two glass substrates on which transparent electrodes are formed. The light transmittance of the transparent electrode is 90 per sheet.
%, The transmittance is about 80% for two sheets. Further, in consideration of the transmittance of the liquid crystal itself, the glass substrate, the quartz plate, and the like, the transmittance of light by the polarization direction rotating means is further reduced to about 65%. Further, in the case where resolution is increased in both the horizontal direction and the vertical direction, two sets of the polarization direction turning means and the quartz plate are required, so that the light transmittance is further reduced to about 40%. I will. Therefore, the transmittance of the light passing through the polarizing plate and the polarization direction rotating means for converting natural light into linearly polarized light is about 15 to 20%, which makes it possible to increase the resolution, but the light use efficiency is extremely high. Only a dark image is obtained, which is reduced.
【0012】また、光の旋回手段としてTN液晶を用い
ているが、その応答性が問題となる。TN液晶は電圧の
オン・オフにより分子の配向方向を切り替えており、そ
の応答性(切り替え時間)は数ミリ秒である。時分割表
示を行う場合に1フレーム(1/60〜1/30秒)を
複数フィールドで分割すると、1フィールド当たり数〜
十数ミリ秒となるので、TN液晶を用いた場合は偏光方
向の切り替え時間が1フィールド内の数十%を占めるこ
とになってしまう。結果として画像のコントラストが低
下してしまうという問題が生じる。Although TN liquid crystal is used as the light turning means, its responsiveness becomes a problem. The TN liquid crystal switches the orientation of molecules by turning on and off the voltage, and its response (switching time) is several milliseconds. When one frame (1/60 to 1/30 seconds) is divided into a plurality of fields when performing time-division display, the number of
Since it takes ten and several milliseconds, when the TN liquid crystal is used, the switching time of the polarization direction occupies several tens of% in one field. As a result, there arises a problem that the contrast of the image is reduced.
【0013】本発明は、上述の従来の技術が有する問題
を解決するためになされたものであって、その目的は、
画素数の少ない光変調素子を用いても光の透過率やコン
トラストを低下させずに簡単な構成で時分割表示を行
い、高解像度で画像を表示できる投射型表示装置を提供
することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art.
It is an object of the present invention to provide a projection display device that can perform time-division display with a simple configuration without reducing light transmittance and contrast even when a light modulation element having a small number of pixels is used and display an image with high resolution.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の画素
を有する光変調素子で表示される画像を投射手段により
スクリーン上に拡大投射する投射型表示装置において、
光変調素子から投射手段に至る光路上に位置し、スクリ
ーン上の画像が複数画素毎に分離されるように、光変調
素子の複数の画素のうち隣接する所定数の画素からの出
射光をそれぞれの口径内に含む複数の集光光学素子を隣
接配置した集光手段と、集光光学素子の光軸にほぼ平行
に入射した光の集光手段からの出射光を透過させる複数
の光透過領域と当該出射光以外の光を遮光する遮光領域
とを有する遮光手段と、集光手段によりスクリーン上で
分離された画像を補間するように、スクリーン上の画像
投射領域を変更して光変調素子で表示される画像を投射
させる投射領域変更手段とを備え、複数のフィールドで
1フレームを構成する時分割表示を行うことを特徴とす
る投射型表示装置によって達成される。The object of the present invention is to provide a projection display device in which an image displayed by a light modulation element having a plurality of pixels is enlarged and projected on a screen by a projection means.
The light emitted from a predetermined number of adjacent pixels among the plurality of pixels of the light modulation element is located on the light path from the light modulation element to the projection unit, and the image on the screen is separated into a plurality of pixels. A plurality of condensing optical elements arranged adjacent to each other within a diameter of the condensing optical element, and a plurality of light transmitting areas for transmitting light emitted from the condensing means of light incident substantially parallel to the optical axis of the condensing optical element. And a light-shielding unit having a light-shielding region for shielding light other than the emitted light, and an image-modulating area on the screen by changing an image projection area on the screen so as to interpolate an image separated on the screen by the light-collecting unit. This is achieved by a projection display device comprising: a projection area changing unit for projecting an image to be displayed; and performing time-division display in which one frame is composed of a plurality of fields.
【0015】また上記目的は、集光手段が、光変調素子
の複数の画素のうち隣接する(i×j)画素からの出射
光をそれぞれの口径内に含む複数の凸レンズを有するマ
イクロレンズアレイであることを特徴とし、遮光手段
が、集光手段の焦点面近傍に位置し、遮光手段の光透過
領域が、光変調素子の画素ピッチにほぼ等しい間隔で2
次元状に配置されていることを特徴とする投射型表示装
置によって達成される。The above object is also achieved by a microlens array in which the light condensing means has a plurality of convex lenses including, within respective apertures, outgoing light from adjacent (i × j) pixels among the plurality of pixels of the light modulation element. Wherein the light-shielding means is located near the focal plane of the light-collecting means, and the light-transmitting region of the light-shielding means is arranged at an interval substantially equal to the pixel pitch of the light modulation element.
This is achieved by a projection display device characterized by being arranged in a dimension.
【0016】また上記目的は、集光手段が、光変調素子
の複数の画素のうち隣接するiラインの画素からの出射
光をそれぞれの口径内に含む複数の断面半円形状マイク
ロレンズを有するレンチキュラーレンズアレイであり、
遮光手段が、集光手段の焦点面近傍に位置し、遮光手段
の光透過領域が、光変調素子の画素ピッチにほぼ等しい
間隔でストライプ状に配置されていることを特徴とする
投射型表示装置によって達成される。It is another object of the present invention to provide a lenticular, wherein the light condensing means has a plurality of semi-circular cross-sectional microlenses including, within respective apertures, outgoing light from adjacent i-line pixels among the plurality of pixels of the light modulation element. Lens array,
A projection type display device, wherein the light-shielding means is located near the focal plane of the light-collecting means, and the light-transmitting regions of the light-shielding means are arranged in stripes at intervals substantially equal to the pixel pitch of the light modulation element. Achieved by
【0017】また、光変調素子は、透過散乱モードを有
する液晶高分子複合体であることを特徴としている。Further, the light modulation element is characterized by being a liquid crystal polymer composite having a transmission scattering mode.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態による
投射型表示装置を図1乃至図6を用いて説明する。本実
施の形態における投射型表示装置は、表示用液晶ライト
バルブなどの光変調素子の画素数を増やすことなく投射
表示画像を高精細化させるために、スクリーン上で複数
画素ごとに画像を分離する光変調素子の隣接する複数画
素からの出射光をそれぞれの口径内に含む複数の集光光
学素子を隣接配置した集光手段と、集光光学素子の光軸
にほぼ平行に入射した光の集光手段からの出射光を透過
させる複数の光透過領域と当該出射光以外の光を遮光す
る遮光領域とを有する遮光手段と、集光手段によりスク
リーン上で分離された画像を補間するように光変調素子
による表示画像を投射する投射領域変更手段とにより、
光変調素子からの出射光を離散的に縮小し、離散的にさ
れた間隙部を補間することにより時分割表示を行うこと
を基本としている。本実施の形態による投射型表示装置
では、光源、集光光学部品、2次元状に配列された多数
の画素で構成されている表示用液晶ライトバルブなどの
光変調素子、投射レンズなどの従来の投射型表示装置に
用いられている構成部品に加え、光変調素子から投射手
段に至る光路上に、光変調素子からの出射光を複数画素
ごとに集光し離散的に縮小する集光手段を有し、離散的
に縮小された間隙部を光変調素子に供給するフィールド
信号に同期させて集光手段若しくは投射手段を入射光軸
に直交する面で移動させることにより間隙部画像の補間
をして表示画像の多画素化/高精細化を図っている。さ
らに集光手段から投射手段に至る光路上に、集光光学素
子の光軸に平行に入射した光の集光手段からの出射光を
透過させる複数の光透過領域を有する遮光手段を設けた
ので、光変調素子からの散乱光を遮光することができ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A projection display according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The projection display device according to the present embodiment separates an image into a plurality of pixels on a screen in order to increase the definition of a projected display image without increasing the number of pixels of a light modulation element such as a liquid crystal light valve for display. A light-collecting means in which a plurality of light-collecting optical elements each including light emitted from a plurality of pixels adjacent to the light-modulating element within their respective apertures are arranged, and a light-collecting element that is incident substantially parallel to the optical axis of the light-collecting optical element. A light-shielding unit having a plurality of light-transmitting regions for transmitting light emitted from the light unit and a light-shielding region for shielding light other than the emitted light; and light interpolating an image separated on the screen by the light-collecting unit. By a projection area changing means for projecting a display image by the modulation element,
Basically, time-division display is performed by discretely reducing light emitted from a light modulation element and interpolating a discrete gap. In the projection type display device according to the present embodiment, a light source, a condensing optical component, a light modulation element such as a liquid crystal light valve for display composed of a large number of pixels arranged two-dimensionally, and a conventional light source such as a projection lens. In addition to the components used in the projection display device, on the optical path from the light modulating element to the projecting means, a light collecting means for condensing outgoing light from the light modulating element for each of a plurality of pixels and discretely reducing the light is provided. The gap image is interpolated by moving the focusing means or the projection means in a plane perpendicular to the incident optical axis in synchronization with a field signal supplied to the light modulation element, the gap which has been discretely reduced. To increase the number of pixels / high definition of the displayed image. Furthermore, on the optical path from the condensing unit to the projecting unit, a light shielding unit having a plurality of light transmitting regions for transmitting light emitted from the condensing unit of light incident parallel to the optical axis of the condensing optical element is provided. In addition, it is possible to shield scattered light from the light modulation element.
【0019】本実施の形態においては、光変調素子の隣
接する複数画素のそれぞれを4画素とし、当該4画素か
らの出射光を口径内に含む複数の集光光学素子が凸レン
ズである場合について説明する。In the present embodiment, a description will be given of a case where each of a plurality of pixels adjacent to the light modulating element has four pixels, and a plurality of condensing optical elements including the light emitted from the four pixels within the aperture are convex lenses. I do.
【0020】図1は本実施の形態における投射型表示装
置の基本構成図、図2は本実施の形態において用いられ
るマイクロレンズアレイの斜視図、図3は光変調素子と
凸レンズとの位置関係を示す平面図、図4及び図5は遮
光板の作用を説明するための図3A−A’線での断面図
である。図6は1画面を4つの画像に分割した場合の投
射レンズの物体面での入射光束の位置関係を示したもの
である。FIG. 1 is a basic configuration diagram of a projection type display device according to the present embodiment, FIG. 2 is a perspective view of a microlens array used in the present embodiment, and FIG. 3 shows a positional relationship between a light modulation element and a convex lens. FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views taken along the line AA 'of FIG. 3 for explaining the operation of the light shielding plate. FIG. 6 shows the positional relationship of the incident light flux on the object plane of the projection lens when one screen is divided into four images.
【0021】図1において、1は光源、2は光源からの
光を平行光に変換するためのコリメート変換レンズ、3
は2次元状に配列された多数の画素で構成されている光
変調素子、4はマイクロレンズアレイ、5は圧電素子か
らなるアクチュエータ、6は光透過領域を有する遮光
板、8は投射レンズ、7は投射レンズ8の物体面、9は
スクリーンである。マイクロレンズアレイ4は、光変調
素子3から投射レンズ8に至る光路上に配置され、光変
調素子3の4画素に対応して1つの凸レンズが形成され
ている。アクチュエータ5は、マイクロレンズアレイ4
を垂直方向(紙面上下方向)に振動させるアクチュエー
タ5a1、5a2と水平方向(紙面法線方向)に振動さ
せるアクチュエータ5b1、5b2(図示せず)とから
構成されている。光変調素子3に供給するフィールド信
号に同期させてアクチュエータ5を駆動させることによ
り、マイクロレンズアレイ4に入射する光の光軸に直交
する水平/垂直方向にマイクロレンズアレイ4を移動又
は振動させることができるようになっている。遮光板6
は、マイクロレンズアレイ4から投射レンズ8に至る光
路上に配置され、光変調素子3を直進して透過し凸レン
ズにより集光された光を透過する光透過領域61と、光
変調素子3を散乱透過した光を遮光する遮光部62とを
有している。In FIG. 1, 1 is a light source, 2 is a collimating conversion lens for converting light from the light source into parallel light, 3
Is a light modulation element composed of a large number of pixels arranged two-dimensionally, 4 is a microlens array, 5 is an actuator composed of a piezoelectric element, 6 is a light shielding plate having a light transmitting area, 8 is a projection lens, 7 Denotes an object plane of the projection lens 8, and 9 denotes a screen. The micro lens array 4 is arranged on an optical path from the light modulation element 3 to the projection lens 8, and one convex lens is formed corresponding to four pixels of the light modulation element 3. The actuator 5 includes the microlens array 4
Actuators 5a1 and 5a2 that vibrate in the vertical direction (vertical direction on the paper) and actuators 5b1 and 5b2 (not shown) that vibrate in the horizontal direction (the normal direction on the paper). The microlens array 4 is moved or vibrated in a horizontal / vertical direction orthogonal to the optical axis of light incident on the microlens array 4 by driving the actuator 5 in synchronization with a field signal supplied to the light modulation element 3. Is available. Light shield plate 6
Is disposed on the optical path from the microlens array 4 to the projection lens 8 and scatters the light modulating element 3 through a light transmitting area 61 which passes straight through the light modulating element 3 and transmits light collected by the convex lens. And a light-shielding portion 62 for shielding transmitted light.
【0022】本実施の形態で用いた光変調素子3は、p
oly‐SiTFT(多結晶シリコンをチャネル層に用
いた薄膜トランジスタ)を用いたアクティブ・マトリク
ス方式の液晶ライトバルブである。液晶ライトバルブの
液晶材料には偏光板を必要としない液晶高分子複合体
(Liquid Crystal Polymer C
omposite)を用いている。光変調素子3の画素
数はm×nであり、画素ピッチpは水平、垂直ともに一
般的な値である50μmである。The light modulation element 3 used in the present embodiment has p
This is an active matrix type liquid crystal light valve using an poly-Si TFT (thin film transistor using polycrystalline silicon for a channel layer). A liquid crystal polymer composite (Liquid Crystal Polymer C) which does not require a polarizing plate is used as a liquid crystal material of a liquid crystal light valve.
omposite). The number of pixels of the light modulation element 3 is m × n, and the pixel pitch p is 50 μm, which is a general value both horizontally and vertically.
【0023】図2に示すマイクロレンズアレイ4は、例
えばイオン交換法を用いて形成される。まず、ナトリウ
ムイオン(Na+)等のアルカリイオンを含むガラス基
板に、イオン交換プロセスのマスク材としての金属薄膜
をスパッタリングにより堆積する。次に金属薄膜に光変
調素子3の画素ピッチpの2倍の間隔(100μmピッ
チ)でフォトリソグラフィーによりイオン交換用の窓を
開ける。これを別の種類の金属イオンを含む溶融塩に一
定時間浸しておく。このとき、ガラス基板中のアルカリ
イオンと溶融塩中の別の種類の金属イオンとが、相互拡
散により交換され、ガラス基板中に半球状の屈折率の異
なる領域が形成され、これをレンズ効果として利用す
る。上記過程により作製された凸レンズからなるマイク
ロレンズ41は、4つの画素から出射した光束をできる
だけ多く集光するように設計されている。最後に金属マ
スクの除去を行う。マイクロレンズアレイ4の大きさは
光変調素子3とほぼ同じ大きさで形成できるので、その
重量は数グラム程度にすることができる。The microlens array 4 shown in FIG. 2 is formed by using, for example, an ion exchange method. First, a metal thin film as a mask material for an ion exchange process is deposited on a glass substrate containing alkali ions such as sodium ions (Na +) by sputtering. Next, windows for ion exchange are opened in the metal thin film by photolithography at an interval (100 μm pitch) twice the pixel pitch p of the light modulation element 3. This is immersed in a molten salt containing another type of metal ion for a certain period of time. At this time, the alkali ions in the glass substrate and another type of metal ions in the molten salt are exchanged by mutual diffusion, and a hemispherical region having a different refractive index is formed in the glass substrate, which is used as a lens effect. Use. The micro lens 41 made of the convex lens manufactured by the above process is designed to collect as much as possible the light beams emitted from the four pixels. Finally, the metal mask is removed. Since the size of the microlens array 4 can be substantially the same as the size of the light modulation element 3, its weight can be reduced to about several grams.
【0024】アクチュエータ5は高歪率圧電セラミック
材料からなる積層型の圧電素子を用いている。アクチュ
エータ5をマイクロレンズアレイ4の側面に接着し、光
変調素子3に供給するフィールド信号に同期させて電圧
を印加することにより、マイクロレンズアレイ4に入射
する光の光軸に直交する水平/垂直方向にマイクロレン
ズアレイ4を移動変化させることができる。The actuator 5 uses a laminated piezoelectric element made of a high distortion piezoelectric ceramic material. The actuator 5 is adhered to the side surface of the microlens array 4, and a voltage is applied in synchronization with a field signal supplied to the light modulation element 3, so that a horizontal / vertical direction perpendicular to the optical axis of light incident on the microlens array 4 is obtained. The micro lens array 4 can be moved and changed in the direction.
【0025】遮光板6は、例えばガラス基板に遮光部を
設けて形成する。まず、ガラス基板に遮光部となる金属
薄膜をスパッタリングにより堆積する。次に金属薄膜に
光変調素子3の画素ピッチp(50μmピッチ)でフォ
トリソグラフィーにより光透過領域61となる窓を開け
る。この方法によれば微小な径の窓を精度よく作製する
ことができる。The light shielding plate 6 is formed, for example, by providing a light shielding portion on a glass substrate. First, a metal thin film serving as a light shielding portion is deposited on a glass substrate by sputtering. Next, a window serving as a light transmission region 61 is opened in the metal thin film by photolithography at a pixel pitch p (pitch of 50 μm) of the light modulation element 3. According to this method, a window having a small diameter can be accurately manufactured.
【0026】光変調素子3とマイクロレンズアレイ4と
の相対的位置関係は、例えば図3(a)の位置にあり、
光変調素子3の隣接する4つの画素に対応するようにマ
イクロレンズ41が設けられている。遮光板6は図3A
−A’線による断面図である図4に示されているよう
に、マイクロレンズアレイ4と投射レンズ8(図示せ
ず)の間に位置している。本実施の形態では、光変調素
子3に透過散乱モードを有する液晶高分子複合体を用い
ている。この表示素子は、光変調素子3がON状態の場
合(図4(a))には、セルに電圧が印加されているの
で、液晶が電界方向に向きセルに垂直に入射した光はそ
のまま透過する。光変調素子3を直進して透過した光
は、マイクロレンズ41により集光され、遮光板6の光
透過領域61を透過し投射レンズ8に導かれる。一方、
光変調素子3がOFF状態の場合(図4(b))には、
セルに電圧が印加されていないため液晶分子はランダム
な方向を向く。よって、屈折率が不運続になり光変調素
子3に入射した光は強く散乱させられる。そのため、一
部の光は散乱光となって透過し、一部の光は散乱光とな
って入射側に反射される。このとき光変調素子3を透過
した光はマイクロレンズアレイ4のマイクロレンズ41
によりさまざまな方向に屈折される。この散乱光が、投
射レンズの物体面7に達し投射レンズ8に入射してしま
うと、スクリーン上に表示されてコントラストの低下を
招いてしまう。本実施の形態では、光透過領域61を有
する遮光板6を設けているため、光変調素子3を直進し
て透過した光はマイクロレンズ41により集光され、遮
光板6の光透過領域61を透過し、散乱光は遮光部62
によって遮光されるため明るくコントラストの高い画像
の表示が可能となる。このとき、光透過領域61を小さ
くすればするほど散乱光を遮断しコントラストの高い画
像の表示が行えるが、遮光部62により透過光量が低下
するのは望ましくない。最適な光透過領域61の面積
は、レンズ部の開口数とマイクロレンズアレイ4基板の
厚みとから求めることができる。例えば、集光光学素子
をNA=0.11(集光角6.6°)のマイクロレンズ
41としたとき、焦点距離は0.432mmであるの
で、厚さ0.432mm以下のガラス基板でマイクロレ
ンズアレイ4を作製し、遮光板6をマイクロレンズ41
の焦点距離(0.432mm)の位置に配置し、遮光板
6の光透過領域61の径を10μm程度としてやれば、
明るくかつ非常にコントラストの高い画像の表示を行う
ことができる。遮光板6は、図3(a)の場合のみ光を
透過する光透過領域61を設けるのではなく、図3
(a)〜(d)すべての場合において光を透過させるた
め、光変調素子3の各画素の頂点に対して光透過領域6
1を設けるようにする。The relative positional relationship between the light modulation element 3 and the microlens array 4 is, for example, at the position shown in FIG.
Microlenses 41 are provided so as to correspond to four adjacent pixels of the light modulation element 3. The light shielding plate 6 is shown in FIG.
It is located between the microlens array 4 and the projection lens 8 (not shown) as shown in FIG. In the present embodiment, a liquid crystal polymer composite having a transmission scattering mode is used for the light modulation element 3. In this display element, when the light modulation element 3 is in the ON state (FIG. 4A), a voltage is applied to the cell, so that the liquid crystal is directed in the direction of the electric field and the light that is perpendicularly incident on the cell is transmitted as it is. I do. The light transmitted straight through the light modulation element 3 is condensed by the microlens 41, transmitted through the light transmission area 61 of the light shielding plate 6, and guided to the projection lens 8. on the other hand,
When the light modulation element 3 is in the OFF state (FIG. 4B),
Since no voltage is applied to the cell, the liquid crystal molecules are oriented in random directions. Therefore, the refractive index becomes discontinuous, and the light incident on the light modulation element 3 is strongly scattered. Therefore, part of the light is transmitted as scattered light, and part of the light is reflected as scattered light on the incident side. At this time, the light transmitted through the light modulation element 3 is transmitted to the micro lens 41 of the micro lens array 4.
Is refracted in various directions. If this scattered light reaches the object surface 7 of the projection lens and enters the projection lens 8, it is displayed on a screen and lowers the contrast. In the present embodiment, since the light-shielding plate 6 having the light-transmitting region 61 is provided, the light that travels straight through the light modulation element 3 and is transmitted is condensed by the microlens 41, and the light-transmitting region 61 of the light-shielding plate 6 The transmitted light and the scattered light are
Therefore, a bright and high-contrast image can be displayed. At this time, the smaller the light transmitting area 61 is, the more scattered light is blocked and a high-contrast image can be displayed. The optimum area of the light transmission region 61 can be obtained from the numerical aperture of the lens unit and the thickness of the microlens array 4 substrate. For example, when the condensing optical element is a microlens 41 with NA = 0.11 (collection angle: 6.6 °), the focal length is 0.432 mm. The lens array 4 is manufactured, and the light shielding plate 6 is
If the diameter of the light transmission area 61 of the light shielding plate 6 is set to about 10 μm,
A bright and very high-contrast image can be displayed. The light shielding plate 6 is not provided with the light transmitting region 61 that transmits light only in the case of FIG.
(A)-(d) In order to transmit light in all cases, the light transmitting region 6 is located at the vertex of each pixel of the light modulating element 3.
1 is provided.
【0027】本実施の形態におけるマイクロレンズアレ
イ4、アクチュエータ5、及び遮光板6により画像をシ
フトさせ高精細な画像を表示する動作を図3及び図5、
図6を用いて説明する。本実施の形態においては1画面
(フレーム)を4つの画像(フィールド)に分割して表
示する。なお、各マイクロレンズの実際の平面形状は図
2で示したように4つの画素全体を口径内に含む矩形状
であるが、図3及び図6の平面図においては各マイクロ
レンズの位置を明確にするため実線或いは破線の円形状
で各マイクロレンズを示している。The operation of shifting the image by the microlens array 4, the actuator 5, and the light shielding plate 6 to display a high-definition image in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. In the present embodiment, one screen (frame) is divided into four images (fields) and displayed. Although the actual planar shape of each microlens is a rectangular shape including the entire four pixels within the aperture as shown in FIG. 2, the position of each microlens is clearly shown in the plan views of FIGS. Each microlens is indicated by a solid or broken circle.
【0028】さて、第1のフレームの第1のフィールド
では、光変調素子3の画素とマイクロレンズ41との相
対位置は図3(a)に示すようになっている。例えばマ
イクロレンズ41の中心軸は光変調素子3の画素1、
2、5、6の交点の位置にあり、画素1、2、5、6か
らの出射光は1つのマイクロレンズ41により集光され
る。図5(a)に示すように、光変調素子3がON状態
のときの画素5及び9からの出射光101、102は、
マイクロレンズアレイ4により集光され、遮光板6の光
透過領域61を通過した出射光101’、102’とな
り投射レンズ8に入射する。このとき、マイクロレンズ
41の光軸と平行に入射した光は遮光板6の遮光部62
により遮光されることなく投射レンズ8に入射するので
光の損失はない。一方、光変調素子3で散乱した透過光
は、図4で示したように遮光板6の遮光部62で遮光さ
れるのでスクリーン上での画像のコントラストの低下を
防止させることができる。投射レンズ8の物体面7は光
変調素子3からの光がほぼ1/4に集光される位置に設
定する。投射レンズの物体面7での表示画像は図6
(a)に示すように水平/垂直方それぞれ間引かれた状
態、即ち離散的に縮小された状態となる。Now, in the first field of the first frame, the relative position between the pixel of the light modulation element 3 and the micro lens 41 is as shown in FIG. For example, the central axis of the micro lens 41 is the pixel 1 of the light modulation element 3,
The light emitted from the pixels 1, 2, 5, and 6 is located at the intersection of 2, 5, and 6, and is collected by one microlens 41. As shown in FIG. 5A, the light beams 101 and 102 emitted from the pixels 5 and 9 when the light modulation element 3 is in the ON state,
The light is condensed by the microlens array 4, becomes outgoing light 101 ′, 102 ′ that has passed through the light transmitting region 61 of the light shielding plate 6, and enters the projection lens 8. At this time, the light incident parallel to the optical axis of the microlens 41 is applied to the light shielding portion 62 of the light shielding plate 6.
No light is lost because the light enters the projection lens 8 without being shielded from light. On the other hand, the transmitted light scattered by the light modulation element 3 is shielded by the light-shielding portion 62 of the light-shielding plate 6 as shown in FIG. 4, so that a decrease in image contrast on the screen can be prevented. The object surface 7 of the projection lens 8 is set at a position where the light from the light modulation element 3 is condensed to approximately 1/4. The image displayed on the object plane 7 of the projection lens is shown in FIG.
As shown in (a), the state is thinned out in each of the horizontal and vertical directions, that is, the state is discretely reduced.
【0029】次に第2のフィールドでは、フィールド信
号に同期して垂直方向に振動するアクチュエータ5a
1、5a2により、マイクロレンズアレイ4に入射する
光の光軸に直交する面内で垂直方向にマイクロレンズア
レイ4を移動させる。マイクロレンズ41の中心軸は光
変調素子3の画素5、6、9、10の交点の位置、即ち
図3(b)の位置に移動する。ここで図3(a)の位置
から図3(b)の位置までのマイクロレンズアレイ4の
移動量は光変調素子3の画素ピッチpと同じ50μmで
ある。このとき、図5(b)に示すように光変調素子3
の画素5及び9からの、光変調素子3がON状態のとき
の出射光101、102は、マイクロレンズアレイ4に
より集光され、遮光板6の光透過領域61を透過して出
射光101”、102”となり投射レンズ8に入射す
る。このとき、第1のフィールドと同様にマイクロレン
ズ41の光軸と平行に入射した光は遮光板6の遮光部6
2により遮光されることなく投射レンズ8に入射するの
で光の損失はない。また光変調素子3がOFF状態の場
合は、第1のフィールドと同様に遮光板6の遮光部62
により遮断され、コントラストを低下させる散乱光が投
射レンズ8に入射することはない。投射レンズ8の物体
面7では図6(b)の位置に集光されており、マイクロ
レンズアレイ4により第1のフィールドで離散的に縮小
された垂直方向の間隙部が第2のフィールドで補間され
たことになる。Next, in the second field, the actuator 5a vibrates in the vertical direction in synchronization with the field signal.
The microlens array 4 is moved in the direction perpendicular to the optical axis of the light incident on the microlens array 4 in the direction perpendicular to the microlens array 4 by 1 and 5a2. The central axis of the micro lens 41 moves to the position of the intersection of the pixels 5, 6, 9, and 10 of the light modulation element 3, that is, the position of FIG. Here, the movement amount of the microlens array 4 from the position of FIG. 3A to the position of FIG. 3B is 50 μm, which is the same as the pixel pitch p of the light modulation element 3. At this time, as shown in FIG.
The outgoing lights 101 and 102 from the pixels 5 and 9 when the light modulating element 3 is in the ON state are condensed by the microlens array 4 and pass through the light transmitting area 61 of the light shielding plate 6 to emit the outgoing light 101 ″. , 102 "and enter the projection lens 8. At this time, similarly to the first field, the light incident parallel to the optical axis of the microlens 41 is applied to the light shielding portion 6 of the light shielding plate 6.
Since the light enters the projection lens 8 without being shielded by the light 2, there is no light loss. When the light modulation element 3 is in the OFF state, the light-shielding portion 62 of the light-shield
The scattered light which is blocked by the above and lowers the contrast does not enter the projection lens 8. In the object plane 7 of the projection lens 8, the light is condensed at the position shown in FIG. 6B, and the vertical gap discretely reduced in the first field by the microlens array 4 is interpolated in the second field. It was done.
【0030】次に第3のフィールドでは、フィールド信
号に同期して水平方向に振動するアクチュエータ5b
1、5b2によりマイクロレンズアレイ4に入射する光
の光軸に直交する面内で水平方向にマイクロレンズアレ
イ4を移動させる。マイクロレンズ41の中心軸は光変
調素子3の画素6、7、10、11の交点の位置、即ち
図3(c)の位置に移動する。ここで図3(b)の位置
から図3(c)の位置までのマイクロレンズアレイ4の
移動量は光変調素子3の画素ピッチpと同じ50μmで
ある。この結果、光変調素子3からの出射光は、投射レ
ンズの物体面7で図6(c)の位置に集光されており、
マイクロレンズアレイ4により第2のフィールドで離散
的に縮小された水平方向の間隙部を第3のフィールドで
補間したことになる。Next, in the third field, the actuator 5b vibrates in the horizontal direction in synchronization with the field signal.
The microlens array 4 is moved in the horizontal direction within a plane orthogonal to the optical axis of the light incident on the microlens array 4 by the steps 1 and 5b2. The central axis of the micro lens 41 moves to the position of the intersection of the pixels 6, 7, 10, and 11 of the light modulation element 3, that is, the position of FIG. Here, the amount of movement of the microlens array 4 from the position in FIG. 3B to the position in FIG. 3C is 50 μm, which is the same as the pixel pitch p of the light modulation element 3. As a result, the light emitted from the light modulation element 3 is focused on the object plane 7 of the projection lens at the position shown in FIG.
This means that the horizontal gap portion discretely reduced in the second field by the microlens array 4 is interpolated in the third field.
【0031】次に第4のフィールドでは、フィールド信
号に同期して垂直方向に振動するアクチュエータ5a
1、5a2によりマイクロレンズアレイ4に入射する光
の光軸に直交する面内で垂直方向にマイクロレンズアレ
イ4を移動させる。マイクロレンズ41の中心軸は光変
調素子3の画素2、3、6、7の交点の位置、即ち図3
(d)の位置に移動する。ここで図3(c)の位置から
図3(d)の位置までのマイクロレンズアレイ4の移動
量は光変調素子3の画素ピッチpと同じ50μmであ
る。この結果、光変調素子3からの出射光は、投射レン
ズ8の物体面7で図6(d)の位置に集光されており、
マイクロレンズアレイ4により第3のフイールドで離散
的に縮小された垂直方向の間隙部、即ち第1のフィール
ドで離散的に縮小された水平方向の間隙部を第4のフィ
ールドで補間したことになる。Next, in the fourth field, the actuator 5a vibrates in the vertical direction in synchronization with the field signal.
The microlens array 4 is moved vertically in a plane perpendicular to the optical axis of the light incident on the microlens array 4 by the steps 1 and 5a2. The central axis of the micro lens 41 is the position of the intersection of the pixels 2, 3, 6, and 7 of the light modulation element 3, that is, FIG.
Move to position (d). Here, the movement amount of the microlens array 4 from the position of FIG. 3C to the position of FIG. 3D is 50 μm, which is the same as the pixel pitch p of the light modulation element 3. As a result, the light emitted from the light modulation element 3 is focused on the object plane 7 of the projection lens 8 at the position shown in FIG.
The vertical gap discretely reduced in the third field by the microlens array 4, that is, the horizontal gap discretely reduced in the first field is interpolated in the fourth field. .
【0032】以上の第1、第2、第3及び第4のフィー
ルドによって、1フレーム全ての画像情報が図6(e)
に示すように投射レンズ8の物体面7即ちスクリーン9
で形成され、精細度の低い光変調素子3を用いて精細度
の高い表示が実現できる。By the first, second, third and fourth fields described above, the image information of all one frame is shown in FIG.
As shown in FIG.
, And high-definition display can be realized using the light modulation element 3 with low definition.
【0033】次に第2のフレームの第1のフィールドで
は、フィールド信号に同期して水平方向に振動するアク
チュエータ5b1、5b2によりマイクロレンズアレイ
4に入射する光の光軸に直交する面内で水平方向にマイ
クロレンズアレイ4を移動させる。マイクロレンズ41
の中心軸は光変調素子3の画素1、2、5、6の交点の
位置即ち図3(a)の位置に移動する。ここで図3
(d)の位置から図3(a)の位置までのマイクロレン
ズアレイ4の移動量は光変調素子3の画素ピッチpと同
じ50μmである。この結果、光変調素子3からの出射
光は、投射レンズ8の物体面7で図6(a)の位置に集
光され、第1のフレームの第1のフィールドと同じ位置
に戻る。以下第1のフレームと同様に離散的に縮小され
た水平/垂直方向の間隙部を補間することにより、(m
×n)画素を持つ光変調素子3を用いて4×(m×n)
画素を持った高精細度の表示が実現される。Next, in the first field of the second frame, the actuators 5b1 and 5b2 which vibrate in the horizontal direction in synchronization with the field signal horizontally move in a plane orthogonal to the optical axis of the light incident on the microlens array 4. The micro lens array 4 is moved in the direction. Micro lens 41
Move to the position of the intersection of the pixels 1, 2, 5, and 6 of the light modulation element 3, that is, the position of FIG. Here, FIG.
The amount of movement of the microlens array 4 from the position (d) to the position in FIG. 3A is 50 μm, which is the same as the pixel pitch p of the light modulation element 3. As a result, the light emitted from the light modulation element 3 is collected on the object plane 7 of the projection lens 8 at the position shown in FIG. 6A, and returns to the same position as the first field of the first frame. Thereafter, by interpolating the discretely reduced horizontal / vertical gaps as in the first frame, (m
× n) 4 × (m × n) using light modulation element 3 having pixels
A high-definition display having pixels is realized.
【0034】ここでは隣接する4つの画素を時分割で表
示することになるが、通常のテレビジョン画像の1フレ
ーム期間(1/30msec)程度の短時間内に4つの
フィールド画像を表示すれば人間の目の残像効果により
1枚の高精細な画像として見ることができる。Here, four adjacent pixels are displayed in a time-division manner. However, if four field images are displayed within a short period of about one frame period (1/30 msec) of a normal television image, human Can be viewed as one high-definition image due to the afterimage effect of the eye.
【0035】従来の投射型表示装置では光変調素子3の
画素数で決まる解像度でしかスクリーン9上に表示する
ことができなかったが、本実施の形態によれば水平/垂
直解像度を光変調素子3の画素数で決まる解像度のそれ
ぞれ2倍の解像度で表示することが可能となる。画像を
離散的にする手段としてマイクロレンズアレイ4を用い
ているため、光変調素子3からの出射光を遮光させる手
段のように光の利用効率を落とすことはない。また、間
隙部の補間をアクチュエータ5による機械的な振動によ
り行わせているので、偏光板や画像をシフトさせるため
の偏光方向を旋回させる液晶パネル等の光吸収を伴う光
学系が光変調素子3から投射レンズ8に至る光路上に存
在しないため、光の利用効率を低下させずに明るく高精
細な画像を表示できるようになる。また、光変調素子3
により散乱されて透過した光は、遮光板6の遮光部62
により遮光されるため、明るくコントラストの優れた高
精細な画像を表示することができる。In the conventional projection display device, it was possible to display on the screen 9 only at a resolution determined by the number of pixels of the light modulation element 3, but according to the present embodiment, the horizontal / vertical resolution is changed to the light modulation element. It is possible to display at twice the resolution determined by the number of pixels of 3. Since the microlens array 4 is used as a means for making the image discrete, the light use efficiency is not reduced unlike the means for blocking the light emitted from the light modulation element 3. In addition, since the gap is interpolated by mechanical vibration of the actuator 5, an optical system with light absorption, such as a polarizing plate or a liquid crystal panel for rotating a polarization direction for shifting an image, is used for the light modulation element 3. Since it does not exist on the optical path from to the projection lens 8, a bright and high-definition image can be displayed without lowering the light use efficiency. Also, the light modulation element 3
The light scattered and transmitted by the light shielding portion 62 of the light shielding plate 6
Therefore, a bright and high-definition image with excellent contrast can be displayed.
【0036】本実施の形態において、マイクロレンズ4
1により焦点を結んだ後で光変調素子からの出射光が1
/4に集光されている位置を投射レンズの物体面7の位
置としたが、焦点を結ぶ前の光変調素子からの出射光が
1/4に集光されている位置であってもかまわない。こ
のとき、投射レンズの物体面7での各フィールドでの画
像形成位置は異なるので、スクリーン上での画像形成位
置も異なってくる点に相違がある。In this embodiment, the micro lens 4
After focusing by 1, the light emitted from the light modulating element is 1
Although the position where the light is condensed at / 4 is set as the position of the object plane 7 of the projection lens, it may be a position where the light emitted from the light modulation element before being focused is condensed at 4. Absent. At this time, since the image forming position of each field on the object plane 7 of the projection lens is different, the image forming position on the screen is also different.
【0037】また、本実施の形態において、光変調素子
3の4画素(2×2画素)に対応した複数のマイクロレ
ンズからなるマイクロレンズアレイ4を用いて4つのフ
ィールドで1フレームを形成するような構成としたが、
9画素(3×3画素)や16画素(4×4画素)、或い
は6画素(2×3画素)や12画素(3×4画素)など
(i×j)画素に対応した複数のマイクロレンズからな
るマイクロレンズアレイ4を用いて(i×j)フィール
ドで1フレームを形成する構成としてもよい。このと
き、アクチュエータ5によるマイクロレンズアレイ4の
1つのフィールド信号に対する水平/垂直方向の移動量
Lh、Lvは、複数画素に対応するマイクロレンズの水
平方向に対応する画素数をi、垂直方向に対応する画素
数をjとし、水平方向の画素ピッチをph、垂直方向の
画素ピッチをpvとしたとき、画素ピッチph、pvの
整数倍で ph≦Lh≦(i−1)×ph pv≦Lv≦(j−1)×pv の範囲にある。In this embodiment, one frame is formed by four fields by using a microlens array 4 composed of a plurality of microlenses corresponding to four pixels (2 × 2 pixels) of the light modulation element 3. Configuration,
A plurality of microlenses corresponding to (i × j) pixels such as 9 pixels (3 × 3 pixels) or 16 pixels (4 × 4 pixels), or 6 pixels (2 × 3 pixels) or 12 pixels (3 × 4 pixels) One frame may be formed in (i × j) fields using the microlens array 4 composed of. At this time, the horizontal / vertical movement amounts Lh and Lv of the microlens array 4 with respect to one field signal by the actuator 5 are represented by i representing the number of pixels of the microlens corresponding to a plurality of pixels in the horizontal direction and corresponding to the vertical direction. When the number of pixels to be performed is j, the pixel pitch in the horizontal direction is ph, and the pixel pitch in the vertical direction is pv, ph ≦ Lh ≦ (i−1) × ph pv ≦ Lv ≦ (J-1) × pv.
【0038】また、本実施の形態において、アクチュエ
ータ5は高歪率圧電セラミック材料からなる積層型の圧
電素子を用いたが、光変調素子3に供給するフィールド
信号の周波数に同期させてマイクロレンズアレイ4に入
射する光の光軸に直交する面内でマイクロレンズアレイ
4を光変調素子3の画素ピッチpの整数倍移動変化させ
ることができる手段であればよい。光変調素子3に供給
するフィールド信号の周波数は数10Hz〜数100H
zであるから、アクチュエータ5には電磁アクチュエー
タ、リニアアクチュエータ、ステッピングモータなどを
用いることもできる。In this embodiment, the actuator 5 uses a laminated piezoelectric element made of a high-strain-rate piezoelectric ceramic material, but the microlens array is synchronized with the frequency of a field signal supplied to the light modulation element 3. Any means capable of moving and changing the microlens array 4 by an integral multiple of the pixel pitch p of the light modulation element 3 in a plane perpendicular to the optical axis of the light incident on the light modulation element 3 may be used. The frequency of the field signal supplied to the light modulation element 3 is several tens Hz to several hundreds H
Because of z, an electromagnetic actuator, a linear actuator, a stepping motor, or the like can be used as the actuator 5.
【0039】また、マイクロレンズアレイ4を振動させ
る代わりに投射レンズ8を移動変化させても同様の効果
を得ることができる。この場合は1つの画面(フレー
ム)を複数の画像(フィールド)に分割した際の各画像
におけるスクリーン9上での画素位置が、集光手段を移
動変化させた場合と異なる。投射レンズ8のどのレンズ
を移動変化させても同一の効果が得られるが、最軽量の
レンズを移動変化させることが望ましく、一般的には後
玉のレンズを移動変化させることが好ましい。The same effect can be obtained by moving and changing the projection lens 8 instead of vibrating the microlens array 4. In this case, the pixel position on the screen 9 in each image when one screen (frame) is divided into a plurality of images (fields) is different from the case where the light condensing unit is moved and changed. The same effect can be obtained by moving and changing any of the lenses of the projection lens 8, but it is desirable to move and change the lightest lens, and generally it is preferable to move and change the rear lens.
【0040】本実施の形態では複数画素に対応したマイ
クロレンズアレイ4を移動変化させたが、光変調素子の
隣接する複数画素からの出射光をそれぞれの口径内に含
む複数の集光光学素子を隣接配置した集光手段と、集光
手段により離散的にされた投射画像を補間するように投
射領域を変更する手段があればよいので、例えば文献
(佐藤進;液晶を利用した焦点可変レンズ,光技術コン
タクト,Vol32,No.11,p.24〜p.2
8,1994)に開示されているような液晶レンズを利
用し、フィールド信号に同期させて選択的に電圧を印加
してレンズの形成位置を変化させるようにしてもよい。In the present embodiment, the microlens array 4 corresponding to a plurality of pixels is moved and changed. However, a plurality of condensing optical elements each including light emitted from a plurality of pixels adjacent to the light modulating element in each aperture are provided. It is sufficient if there is a light condensing means arranged adjacently and a means for changing the projection area so as to interpolate the projection image discrete by the light condensing means. Optical Technology Contact, Vol. 32, No. 11, p.
8, 1994), and a voltage may be selectively applied in synchronization with a field signal to change the lens formation position.
【0041】また、本実施の形態において、光変調素子
3の液晶材料は透過散乱モードを有する液晶高分子複合
体を用いたが、それに限られず他の液晶材料、例えばT
N液晶を用いることも可能である。In this embodiment, the liquid crystal material of the light modulation element 3 is a liquid crystal polymer composite having a transmission scattering mode. However, the present invention is not limited to this.
It is also possible to use N liquid crystal.
【0042】次に、本発明の第2の実施の形態による投
射型表示装置を図7及び図8を用いて説明する。本実施
の形態では、光変調素子の隣接する複数画素からの出射
光をそれぞれの口径内に含む複数の集光光学素子を2画
素列に対応するレンチキュラーレンズとした点に特徴を
有しており、レンチキュラーレンズアレイ及び遮光板を
除く他の基本的構成は第1の実施の形態と同様である。Next, a projection type display according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment is characterized in that a plurality of condensing optical elements each including light emitted from a plurality of pixels adjacent to the light modulation element within each aperture are lenticular lenses corresponding to two pixel rows. The other basic configuration except for the lenticular lens array and the light shielding plate is the same as that of the first embodiment.
【0043】図7は本実施の形態における光変調素子
3、レンチキュラーレンズアレイ、遮光板6及び投射レ
ンズ8の物体面7の位置関係を示した斜視図である。図
8は1画面を2つの画像に分割したときの投射レンズの
物体面7での入射光束の位置関係を示している。図7に
おいて42は2画素列に対応するレンチキュラーレンズ
であり、43は複数のレンチキュラーレンズ42からな
るレンチキュラーレンズアレイである。図1と同一の構
成部材には同一番号を付している。FIG. 7 is a perspective view showing the positional relationship between the light modulation element 3, the lenticular lens array, the light shielding plate 6, and the object plane 7 of the projection lens 8 in this embodiment. FIG. 8 shows the positional relationship of the incident light beam on the object plane 7 of the projection lens when one screen is divided into two images. In FIG. 7, reference numeral 42 denotes a lenticular lens corresponding to the two pixel rows, and reference numeral 43 denotes a lenticular lens array including a plurality of lenticular lenses 42. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
【0044】以下、本実施の形態において上記レンチキ
ュラーレンズアレイ43と、アクチュエータ5b1、5
b2により画像をシフトさせ高精細な画像を表示する動
作を図7及び図8を用いて説明する。本実施の形態にお
いては1画面(1フレーム)を2つの画像(2フィール
ド)に分割して表示する。In the present embodiment, the lenticular lens array 43 and the actuators 5b1, 5
The operation of shifting the image by b2 and displaying a high-definition image will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, one screen (one frame) is divided into two images (two fields) and displayed.
【0045】第1のフィールドでは光変調素子3とレン
チキュラーレンズアレイ43、及び遮光板6との相対位
置は図7(a)の位置にある。レンチキュラーレンズア
レイ43と遮光板6とは平行であり、遮光板6はレンチ
キュラーレンズの焦点の位置に配置されている。遮光板
6に設けられた光透過領域61は画素列ピッチでストラ
イプ状に設けられ、その幅は10μm程度である。光変
調素子3がON状態のときの光変調素子3の隣接する2
列からの出射光201、211及び202、212は中
心軸を異にする別のレンチキュラーレンズにより出射光
201’、211’及び202’、212’のように集
光され投射レンズ8に入射する。このとき、レンチキュ
ラーレンズ42の光軸と平行に入射した光は遮光板6の
遮光部62で遮光されることなく投射レンズ8に入射す
るので有効な光の損失はない。一方、光変調素子3がO
FF状態のときの散乱された透過光は、第1の実施の形
態で図4を用いて説明したのと同様に遮光板6の遮光部
62によって遮光されるため、コントラストの低下を防
止することができる。投射レンズ8の物体面7は、光変
調素子3からの光が水平方向に1/2に集光される位置
に設けられている。従って投射レンズの物体面7での表
示画像は図8(a)のように水平方向に間引かれた状
態、即ち離散的に縮小された状態となる。In the first field, the relative positions of the light modulation element 3, the lenticular lens array 43, and the light shielding plate 6 are at the positions shown in FIG. The lenticular lens array 43 and the light-shielding plate 6 are parallel, and the light-shielding plate 6 is arranged at the focal point of the lenticular lens. The light transmitting regions 61 provided on the light shielding plate 6 are provided in a stripe pattern at a pixel column pitch, and have a width of about 10 μm. 2 adjacent to the light modulation element 3 when the light modulation element 3 is in the ON state.
The outgoing lights 201, 211 and 202, 212 from the rows are condensed like other outgoing lights 201 ', 211' and 202 ', 212' by another lenticular lens having a different central axis, and enter the projection lens 8. At this time, the light incident parallel to the optical axis of the lenticular lens 42 is incident on the projection lens 8 without being blocked by the light-shielding portion 62 of the light-shielding plate 6, so that there is no effective light loss. On the other hand, when the light modulation element 3 is O
The scattered transmitted light in the FF state is shielded by the light shielding portion 62 of the light shielding plate 6 in the same manner as described in the first embodiment with reference to FIG. Can be. The object surface 7 of the projection lens 8 is provided at a position where the light from the light modulation element 3 is converged in half in the horizontal direction. Therefore, the image displayed on the object surface 7 of the projection lens is thinned out in the horizontal direction as shown in FIG. 8A, that is, discretely reduced.
【0046】次に第2のフィールドでは、フィールド信
号に同期して振動するアクチュエータ5b1、5b2に
よりレンチキュラーレンズアレイ43に入射する光の光
軸に直交する面内で水平方向にレンチキュラーレンズア
レイ43を移動させて図7(b)に示す位置に移動させ
る。ここで図7(a)の位置から図7(b)の位置まで
のレンチキュラーレンズアレイ43の移動量は光変調素
子3の画素ピッチpと同じ50μmである。光変調素子
3がON状態のときの光変調素子3の隣接する2列から
の出射光201、211及び202、212はそれぞれ
中心軸を同一にするレンチキュラーレンズ42により出
射光201”、211”及び202”、212”のよう
に集光され投射レンズ8に入射する。このとき、第1フ
ィールドと同様に、レンチキュラーレンズ42の光軸に
平行に入射した光は遮光部62で遮光されずに遮光板6
を透過するので有効な光の損失はない。また、光変調素
子3がOFF状態のときは、第1のフィールドと同様に
コントラストを低下させる散乱光が遮光板6の遮光部6
2により遮断され、投射レンズ8に入射することはな
い。投射レンズの物体面7では図8(b)の位置に集光
されており、レンチキュラーレンズアレイ43により離
散的に縮小された水平方向の間隙部を第2のフィールド
で補間したことになる。Next, in the second field, the lenticular lens array 43 is moved in the horizontal direction in a plane orthogonal to the optical axis of the light incident on the lenticular lens array 43 by the actuators 5b1 and 5b2 which vibrate in synchronization with the field signal. Then, it is moved to the position shown in FIG. Here, the moving amount of the lenticular lens array 43 from the position of FIG. 7A to the position of FIG. 7B is 50 μm, which is the same as the pixel pitch p of the light modulation element 3. When the light modulating element 3 is in the ON state, the outgoing lights 201, 211 and 202, 212 from two adjacent rows of the light modulating element 3 are respectively emitted by the lenticular lens 42 having the same central axis. The light is converged as 202 ″ and 212 ″ and enters the projection lens 8. At this time, similarly to the first field, the light incident parallel to the optical axis of the lenticular lens 42 is not
, So that there is no effective light loss. When the light modulation element 3 is in the OFF state, scattered light for lowering the contrast is applied to the light shielding portion 6 of the light shielding plate 6 as in the first field.
2 and does not enter the projection lens 8. In the object plane 7 of the projection lens, the light is condensed at the position shown in FIG. 8B, and the gap in the horizontal direction discretely reduced by the lenticular lens array 43 is interpolated in the second field.
【0047】上記第1及び第2のフィールドにより、1
フレーム全ての画像情報が、図8(c)に示すように投
射レンズの物体面7即ちスクリーン9上で形成され、精
細度の低い光変調素子3を用いて精細度の高い表示が実
現できる。According to the first and second fields, 1
As shown in FIG. 8C, the image information of all the frames is formed on the object surface 7 of the projection lens, that is, on the screen 9, and the display with high definition can be realized by using the light modulation element 3 with low definition.
【0048】次に第2のフレームの第1のフィールドで
は、フィールド信号に同期して振動するアクチュエータ
5b1、5b2によりレンチキュラーレンズアレイ43
に入射する光の光軸に直交する面内で水平方向にレンチ
キュラーレンズアレイ43を移動させて図7(a)の位
置に移動させる。ここで図7(b)の位置から図7
(a)の位置までのレンチキュラーレンズアレイ43の
移動量は光変調素子3の画素ピッチpと同じ50μmで
ある。この結果、光変調素子3からの出射光は、投射レ
ンズの物体面7で図8(a)の位置に集光され、第1の
フレームの第1のフィールドと同じ位置に戻る。以下、
第1のフレームと同様に離散的に縮小された水平方向の
間隙部を補間し、精細度の高い表示を実現する。Next, in the first field of the second frame, the lenticular lens array 43 is driven by the actuators 5b1 and 5b2 which vibrate in synchronization with the field signal.
The lenticular lens array 43 is moved in the horizontal direction within a plane orthogonal to the optical axis of the light incident on the, and is moved to the position shown in FIG. Here, from the position of FIG.
The amount of movement of the lenticular lens array 43 up to the position (a) is 50 μm, which is the same as the pixel pitch p of the light modulation element 3. As a result, the light emitted from the light modulation element 3 is focused on the object plane 7 of the projection lens at the position shown in FIG. 8A, and returns to the same position as the first field of the first frame. Less than,
Similar to the first frame, a discretely reduced horizontal gap is interpolated to realize high-definition display.
【0049】従来の投射表示装置では光変調素子3の画
素数で決まる解像度でしかスクリーン9上に表示するこ
とができなかったが、本実施の形態の投射型表示装置に
よると水平解像度を光変調素子3の画素数で決まる解像
度の2倍の解像度で表示することができるようになる。
画像を離散的にする手段としてレンチキュラーレンズア
レイ43を用いているので、光変調素子3からの出射光
を遮光させる手段のように光の利用効率を低下させるこ
とはなく、また、間隙部の補間をアクチュエータ5によ
る機械的な振動で行うようにしているので、偏光板や画
像をシフトするための液晶パネル等の光吸収を伴う光学
系を光変調素子3から投射レンズ8に至る光路上に配置
しなくて済み、光の利用効率を低下させずに明るく高精
細な画像を表示することが可能となる。また、光変調素
子3により散乱されて透過した光は、光学素子の投射レ
ンズ側に設けた各集光光学素子に対応する光透過領域を
有する遮光板6の遮光部62により遮光されるので、明
るくコントラストの高い高精細な画像を表示することが
できるようになる。In the conventional projection display device, it was possible to display on the screen 9 only at a resolution determined by the number of pixels of the light modulation element 3, but according to the projection type display device of the present embodiment, the horizontal resolution is changed by light modulation. The image can be displayed at twice the resolution determined by the number of pixels of the element 3.
Since the lenticular lens array 43 is used as a means for making the image discrete, the light use efficiency is not reduced unlike the means for blocking the light emitted from the light modulation element 3, and the interpolation of the gap is not performed. Is performed by mechanical vibration of the actuator 5, so that an optical system with light absorption such as a polarizing plate or a liquid crystal panel for shifting an image is arranged on the optical path from the light modulation element 3 to the projection lens 8. It is possible to display a bright and high-definition image without lowering the light use efficiency. Further, the light scattered and transmitted by the light modulation element 3 is shielded by the light shielding part 62 of the light shielding plate 6 having a light transmission area corresponding to each light condensing optical element provided on the projection lens side of the optical element. A bright, high-contrast, high-definition image can be displayed.
【0050】本実施の形態において、レンチキュラーレ
ンズ42により焦点を結んだ後で光変調素子からの出射
光が1/2に集光されている位置を投射レンズの物体面
7の位置としたが、焦点を結ぶ前の光変調素子からの出
射光が1/2に集光されている位置であってもかまわな
い。このとき、投射レンズの物体面7での各フィールド
での画像形成位置は異なるので、スクリーン上での画像
形成位置も異なってくる。In the present embodiment, the position where the light emitted from the light modulation element is focused to 後 で after being focused by the lenticular lens 42 is set as the position of the object plane 7 of the projection lens. The position may be a position where the light emitted from the light modulation element before being focused is converged to 1 /. At this time, since the image forming position in each field on the object plane 7 of the projection lens is different, the image forming position on the screen is also different.
【0051】また、本実施の形態では、光変調素子3の
2画素列に対応した複数のレンチキュラーレンズ42か
らなるレンチキュラーレンズアレイ43を用いて2つの
フィールドで1フレームを形成するような構成とした
が、3画素列や4画素列などi画素列に対応した複数の
レンチキュラーレンズ42からなるレンチキュラーレン
ズアレイ43を用いてiフィールドで1フレームを形成
する構成としてもよい。このとき、アクチュエータ5に
よるレンチキュラーレンズアレイ43の1つのフィール
ド信号に対する水平方向の移動量Lhは、水平方向の画
素ピッチをphとしたとき、画素ピッチphの整数倍で ph≦Lh≦(i−1)×ph の範囲にある。In this embodiment, one frame is formed by two fields using a lenticular lens array 43 composed of a plurality of lenticular lenses 42 corresponding to two pixel columns of the light modulation element 3. However, a configuration in which one frame is formed in i-fields using a lenticular lens array 43 including a plurality of lenticular lenses 42 corresponding to i-pixel columns such as a three-pixel column or a four-pixel column may be employed. At this time, the horizontal movement amount Lh of the lenticular lens array 43 with respect to one field signal by the actuator 5 is an integer multiple of the pixel pitch ph, where ph is the horizontal pixel pitch, and ph ≦ Lh ≦ (i−1). ) × ph.
【0052】また、本実施の形態において、アクチュエ
ータ5は高歪率圧電セラミック材料からなる積層型の圧
電素子を用いたが、光変調素子3に供給するフィールド
信号の周波数に同期させてレンチキュラーレンズアレイ
43に入射する光の光軸に直交する面内でレンチキュラ
ーレンズアレイ43を光変調素子3の画素ピッチpの整
数倍移動変化させることができる手段であればよい。従
って、光変調素子3に供給するフィールド信号の周波数
が数10Hz〜数100Hzであるから、アクチュエー
タ5には電磁アクチュエータ、リニアアクチュエータ、
ステッピングモータなどを用いることができる。In this embodiment, the actuator 5 uses a laminated piezoelectric element made of a high-strain-rate piezoelectric ceramic material, but the lenticular lens array is synchronized with the frequency of the field signal supplied to the light modulation element 3. Any means capable of moving and changing the lenticular lens array 43 by an integral multiple of the pixel pitch p of the light modulation element 3 in a plane orthogonal to the optical axis of the light incident on the light modulation element 3 may be used. Therefore, since the frequency of the field signal supplied to the light modulation element 3 is several tens Hz to several hundreds Hz, an electromagnetic actuator, a linear actuator,
A stepping motor or the like can be used.
【0053】本実施の形態においても、レンチキュラー
レンズアレイ43の移動の代わりに投射レンズ8を移動
させても同一の効果が得られるが、1つの画面(フレー
ム)を複数の画像(フィールド)に分割したときの各画
像におけるスクリーン上での画素位置が、集光手段若し
くは光変調素子3を移動変化させた場合と異なる。この
とき投射レンズ8を構成するレンズ群の何れを移動変化
させてもよいが、最軽量のレンズを移動変化させるのが
望ましいので、一般的には後玉のレンズを移動変化させ
るようにする。In this embodiment as well, the same effect can be obtained by moving the projection lens 8 instead of moving the lenticular lens array 43, but one screen (frame) is divided into a plurality of images (fields). The pixel position on the screen in each image at the time of the change is different from the case where the condensing unit or the light modulation element 3 is moved and changed. At this time, any of the lens groups constituting the projection lens 8 may be moved and changed. However, since it is desirable to move and change the lightest lens, generally, the rear lens is moved and changed.
【0054】また、本実施の形態において、レンチキュ
ラーレンズアレイ43を水平方向に振動させ高精細な画
像を得るようにしたが、レンチキュラーレンズ42の形
状を変えて垂直方向に高精細な画像を得るようにしても
かまわない。さらに、このレンチキュラーレンズアレイ
43と振動手段を2組用いて水平及び垂直方向に解像度
を高めることも可能である。このとき、遮光板6は、第
1のレンチキュラーレンズアレイの出力側に設ける第1
の遮光板と、第2のレンチキュラーレンズアレイの出力
側に設ける第2の遮光板として、レンチキュラーレンズ
アレイと遮光板との組を2組設けてもかまわない。ま
た、投射レンズ8側の第2のレンチキュラーレンズアレ
イの出力側だけに遮光板を設けたり、第2のレンチキュ
ラーレンズアレイの入射面に遮光部を設けたりすること
も可能である。この場合、2つの遮光板を設けるよりも
部品点数を少なくできるだけでなく、第1のレンチキュ
ラーレンズアレイから出力される散乱光をより多く遮光
することができるようになる。In this embodiment, the lenticular lens array 43 is vibrated in the horizontal direction to obtain a high-definition image. However, the shape of the lenticular lens 42 is changed to obtain a high-definition image in the vertical direction. It doesn't matter. Further, it is possible to increase the resolution in the horizontal and vertical directions by using two sets of the lenticular lens array 43 and the vibrating means. At this time, the light shielding plate 6 is provided on the output side of the first lenticular lens array.
As the second light-shielding plate provided on the output side of the second light-shielding plate and the second lenticular lens array, two sets of a lenticular lens array and a light-shielding plate may be provided. Further, it is also possible to provide a light shielding plate only on the output side of the second lenticular lens array on the side of the projection lens 8, or to provide a light shielding portion on the incident surface of the second lenticular lens array. In this case, the number of components can be reduced as compared with the case where two light shielding plates are provided, and more scattered light output from the first lenticular lens array can be shielded.
【0055】集光手段として第1の実施の形態で使用し
たマイクロレンズアレイに対し、本実施の形態で使用し
たレンチキュラーレンズアレイでは、画素の形状を有効
に使うという点で有利であり、光の利用効率を落とすこ
となく明るく且つコントラストの高い高精細な画像を表
示することが可能である。In contrast to the microlens array used in the first embodiment as the light condensing means, the lenticular lens array used in the present embodiment is advantageous in that the shape of the pixel is used effectively, It is possible to display a bright, high-contrast, high-definition image without lowering the usage efficiency.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、光変調素
子の画素数を増やすことなく投射表示画像の高精細化が
可能である。また、本発明においては、画像を離散的に
する手段としてマイクロレンズアレイやレンチキュラー
レンズアレイ等の集光手段を用いているため、光変調素
子からの出射光を遮光させる手段のように光の利用効率
を低下させることはなく、また、アクチュエータによる
機械的な振動で間隙部の補間をしているので、光変調素
子から投射手段に至る光路上に、偏光板や画像をシフト
するための偏光方向を旋回させる液晶パネル等の光吸収
を伴う光学系を配置する必要はなく、光の利用効率を低
下させずに明るく高精細な画像を表示することが可能と
なる。さらに、光変調素子により散乱されて透過した光
は、遮光板の遮光部により遮光されるので、明るく且つ
コントラストの優れた高精細な画像を表示することがで
きる。As described above, according to the present invention, it is possible to increase the definition of a projected display image without increasing the number of pixels of the light modulation element. Further, in the present invention, since a light condensing means such as a microlens array or a lenticular lens array is used as a means for making an image discrete, the use of light such as a means for blocking light emitted from a light modulation element is used. The efficiency is not reduced and the gap is interpolated by the mechanical vibration of the actuator, so that the polarization direction for shifting the polarizing plate or image is on the optical path from the light modulation element to the projection means. It is not necessary to dispose an optical system with light absorption such as a liquid crystal panel for turning the light, and a bright and high-definition image can be displayed without lowering the light use efficiency. Further, since the light scattered and transmitted by the light modulation element is shielded by the light shielding portion of the light shielding plate, a bright and high-definition image with excellent contrast can be displayed.
【0057】また振動手段である圧電素子等のアクチュ
エータは、数μm〜数10μmの振動振幅、及び数10
Hz〜数100Hzの低い振動周波数で動作するので、
集光手段の移動の切り替え時間を1ミリ秒以下にするこ
とができる。このように十分な応答性を有しているので
画像のコントラストの低下は生じない。An actuator such as a piezoelectric element as a vibration means has a vibration amplitude of several μm to several tens μm,
Since it operates at a low vibration frequency of Hz to several hundred Hz,
The switching time of the movement of the light collecting means can be set to 1 millisecond or less. Since the responsiveness is sufficient, the contrast of the image does not decrease.
【0058】さらに本発明で使用する光学部品は、ガラ
ス基板上に作成されたマイクロレンズアレイ或いはレン
チキュラーレンズアレイ、遮光板、及び圧電素子等のア
クチュエータといった簡単な構造で且つ光変調素子と同
等の大きさ(数cm程度)であるから、本発明の投射型
表示装置を従来の表示装置とほぼ同じ大きさにすること
ができる。さらに、より高精細な画像表示を行わせるた
めに画面の分割数を増やした場合でも、水晶板とTN液
晶パネルを用いた従来の表示装置のように画面分割数に
応じて部品点数が増えるようなことはなく、装置の大き
さは従来の装置とほぼ同じにすることができる。また本
発明で新たに使用する光学部品は高精度で且つ安価に製
造できるので、装置のコストも従来と殆ど変わることが
ない。Further, the optical component used in the present invention has a simple structure such as a microlens array or lenticular lens array formed on a glass substrate, a light shielding plate, and an actuator such as a piezoelectric element, and has a size equivalent to that of a light modulation element. Therefore, the projection type display device of the present invention can be made almost the same size as a conventional display device. Furthermore, even when the number of screen divisions is increased to perform higher-definition image display, the number of parts is increased according to the number of screen divisions as in a conventional display device using a crystal plate and a TN liquid crystal panel. No matter what, the size of the device can be almost the same as a conventional device. Further, the optical components newly used in the present invention can be manufactured with high precision and at low cost, so that the cost of the apparatus hardly changes from the conventional one.
【図1】本発明の第1の実施の形態による投射型表示装
置の基本構成図である。FIG. 1 is a basic configuration diagram of a projection display device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態による投射型表示装
置のマイクロレンズアレイの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a microlens array of the projection display device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子と凸レンズとの位置関係を示す平面図で
ある。FIG. 3 is a plan view showing a positional relationship between a light modulation element and a convex lens of the projection display device according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子から投射レンズの物体面までの光軸に平
行な面の図3A−A’断面での断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a plane parallel to the optical axis from the light modulation element of the projection display device according to the first embodiment of the present invention to the object plane of the projection lens, taken along the line AA ′ of FIG. 3;
【図5】本発明の第1の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子から投射レンズの物体面までの光軸に平
行な面の図3A−A’断面での断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a plane parallel to an optical axis from the light modulation element of the projection display device according to the first embodiment of the present invention to the object plane of the projection lens, taken along the line AA ′ of FIG. 3;
【図6】本発明の第1の実施の形態による投射型表示装
置の1画面を4つの画像に分割したときの投射レンズの
物体面での入射光束の位置関係を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a positional relationship of an incident light beam on an object plane of the projection lens when one screen of the projection display according to the first embodiment of the present invention is divided into four images.
【図7】本発明の第2の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子とレンチキュラーレンズアレイと投射レ
ンズの物体面との位置関係を示した斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a positional relationship among a light modulation element, a lenticular lens array, and an object plane of a projection lens of a projection display according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第2の実施の形態による投射型表示装
置の1画面を2つの画像に分割したときの投射レンズの
物体面での入射光束の位置関係を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a positional relationship of an incident light beam on an object plane of a projection lens when one screen of a projection display according to a second embodiment of the present invention is divided into two images.
【図9】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図であ
る。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional projection display device.
【図10】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図で
ある。FIG. 10 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional projection display device.
【図11】従来の投射型表示装置により投射された画像
の構成を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of an image projected by a conventional projection display device.
【図12】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図で
ある。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional projection display device.
1 光源 2 コリメート変換レンズ 3 光変調素子 4 マイクロレンズアレイ 5 アクチュエータ 6 遮光板 7 投射レンズ8の物体面 8 投射レンズ 9 スクリーン 41 マイクロレンズ 42 レンチキュラーレンズ 43 レンチキュラーレンズアレイ 61 光透過領域 62 遮光部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Collimating conversion lens 3 Light modulation element 4 Micro lens array 5 Actuator 6 Shielding plate 7 Object plane of projection lens 8 Projection lens 9 Screen 41 Micro lens 42 Lenticular lens 43 Lenticular lens array 61 Light transmission area 62 Light shielding part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 5/74 H04N 5/74 A (72)発明者 藤曲 啓志 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H04N 5/74 H04N 5/74 A (72) Inventor Keishi Fujimagari 430 Nakaicho, Ashigagami-gun, Kanagawa Prefecture Green Tech Inside Fuji Xerox Co., Ltd.
Claims (6)
る画像を投射手段によりスクリーン上に拡大投射する投
射型表示装置において、 前記光変調素子から前記投射手段に至る光路上に位置
し、前記スクリーン上の画像が複数画素毎に分離される
ように、前記光変調素子の複数の画素のうち隣接する所
定数の画素からの出射光をそれぞれの口径内に含む複数
の集光光学素子を隣接配置した集光手段と、 前記集光光学素子の光軸にほぼ平行に入射した光の前記
集光手段からの出射光を透過させる複数の光透過領域と
当該出射光以外の光を遮光する遮光領域とを有する遮光
手段と、 前記集光手段により前記スクリーン上で分離された画像
を補間するように、前記スクリーン上の画像投射領域を
変更して前記光変調素子で表示される画像を投射させる
投射領域変更手段とを備え、 複数のフィールドで1フレームを構成する時分割表示を
行うことを特徴とする投射型表示装置。1. A projection display device for enlarging and projecting an image displayed by a light modulation element having a plurality of pixels on a screen by a projection means, wherein the projection display apparatus is located on an optical path from the light modulation element to the projection means, As the image on the screen is separated for each of a plurality of pixels, a plurality of light-condensing optical elements including in respective apertures light emitted from a predetermined number of adjacent pixels among the plurality of pixels of the light modulation element. A light condensing means disposed adjacently, a plurality of light transmitting regions for transmitting light emitted from the light condensing means of light incident substantially parallel to the optical axis of the light condensing optical element, and blocking light other than the emitted light A light-shielding means having a light-shielding area; and an image projection area on the screen is changed so as to interpolate an image separated on the screen by the light-collecting means, thereby projecting an image displayed by the light modulation element. Sa That a projection area changing means, a projection display device which is characterized in that the time division display of one frame is composed of a plurality of fields.
接する(i×j)画素からの出射光をそれぞれの口径内
に含む複数の凸レンズを有するマイクロレンズアレイで
あることを特徴とする投射型表示装置。2. The projection type display device according to claim 1, wherein said light condensing means sets light emitted from an adjacent (i × j) pixel among a plurality of pixels of said light modulation element within a diameter of each pixel. A projection type display device comprising a micro lens array having a plurality of convex lenses.
前記光透過領域は、前記光変調素子の画素ピッチにほぼ
等しい間隔で2次元状に配置されていることを特徴とす
る投射型表示装置。3. The projection type display device according to claim 2, wherein the light shielding means is located near a focal plane of the light condensing means,
The projection type display device, wherein the light transmission regions are two-dimensionally arranged at intervals substantially equal to a pixel pitch of the light modulation element.
接するiラインの画素からの出射光をそれぞれの口径内
に含む複数の断面半円形状マイクロレンズを有するレン
チキュラーレンズアレイであることを特徴とする投射型
表示装置。4. The projection type display device according to claim 1, wherein the light condensing means includes a plurality of pixels included in an adjacent i-line among the plurality of pixels of the light modulation element, each of the plurality of pixels including within its aperture. A projection-type display device comprising a lenticular lens array having a semicircular microlens in cross section.
前記光透過領域は、前記光変調素子の画素ピッチにほぼ
等しい間隔でストライプ状に配置されていることを特徴
とする投射型表示装置。5. The projection type display device according to claim 4, wherein said light shielding means is located near a focal plane of said light condensing means,
The projection type display device, wherein the light transmission regions are arranged in stripes at intervals substantially equal to a pixel pitch of the light modulation element.
表示装置において、 前記光変調素子は、透過散乱モードを有する液晶高分子
複合体であることを特徴とする投射型表示装置。6. The projection display device according to claim 1, wherein the light modulation element is a liquid crystal polymer composite having a transmission scattering mode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8229380A JPH1055025A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Projection type display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8229380A JPH1055025A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Projection type display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1055025A true JPH1055025A (en) | 1998-02-24 |
Family
ID=16891279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8229380A Withdrawn JPH1055025A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Projection type display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1055025A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001096932A1 (en) * | 2000-06-16 | 2001-12-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Projection type image display device |
JP2002072980A (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-12 | Nec Corp | Color video display method and device |
CN108732115A (en) * | 2018-05-18 | 2018-11-02 | 中国矿业大学(北京) | A kind of schlieren system for observing circular pipe flow field |
-
1996
- 1996-08-12 JP JP8229380A patent/JPH1055025A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7202917B2 (en) | 2000-06-16 | 2007-04-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Projection type image display device |
JP2002072980A (en) * | 2000-08-31 | 2002-03-12 | Nec Corp | Color video display method and device |
CN108732115A (en) * | 2018-05-18 | 2018-11-02 | 中国矿业大学(北京) | A kind of schlieren system for observing circular pipe flow field |
CN108732115B (en) * | 2018-05-18 | 2023-09-29 | 中国矿业大学(北京) | Schlieren system for observing flow field in circular pipeline |
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