JPH1055029A - Projection type display device - Google Patents
Projection type display deviceInfo
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- JPH1055029A JPH1055029A JP8229378A JP22937896A JPH1055029A JP H1055029 A JPH1055029 A JP H1055029A JP 8229378 A JP8229378 A JP 8229378A JP 22937896 A JP22937896 A JP 22937896A JP H1055029 A JPH1055029 A JP H1055029A
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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１０に示す。図１０において１は光源、３は光
変調素子、６は投射レンズ、８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６でスクリーン８上に
拡大投射されて表示される。2. Description of the Related Art FIG. 10 shows a schematic configuration of a typical conventional projection display device. In FIG. 10, 1 is a light source, 3 is a light modulation element, 6 is a projection lens, and 8 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 8 by the projection lens 6 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１１にその基本構成を示す。図１１
において、６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６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１２（ａ）〜
（ｄ）に示すような４つの画像について、図１２（ｂ）
の画像は図１２（ａ）の画像に対して水平方向に半画素
ピッチずらし、図１２（ｃ）の画像は図１２（ａ）の画
像に対して垂直方向に半画素ピッチずらし、図１２
（ｄ）の画像は図１２（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１２（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. 11 shows the basic configuration. FIG.
In the figure, 6 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 6. 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. 12B shows the four images shown in FIG.
12A is shifted by a half pixel pitch in the horizontal direction with respect to the image of FIG. 12A, and the image of FIG. 12C 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. 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１３に投射
表示装置の基本構成を示す。図１３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、６は投射レ
ンズ、８はスクリーンである。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. 13 shows a basic configuration of the projection display device. In FIG. 13, reference numeral 1 denotes a light source, 3 denotes a light modulation element composed of a liquid crystal panel for display, 14 denotes a liquid crystal panel for controlling the polarization direction, 15 denotes a quartz plate, 6 denotes a projection lens, and 8 denotes a screen. 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違い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. Accordingly, the transmittance of the light passing through the polarizing plate for converting natural light into linearly polarized light and the light passing through the polarization direction rotating means is about 15 to 20%, and the resolution can be increased, but the light use efficiency is extremely reduced. I get only dark images.
【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を有する光学素子と、光学素子に
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 an optical element having a light-shielding unit having a light-shielding region that shields light other than the emitted light, so as to interpolate an image separated on a screen by the optical element.
Projection area changing means for changing the image projection area on the screen to project an image displayed on the light modulation element,
This is achieved by a projection display apparatus characterized in that a time-division display in which one frame is composed of a plurality of fields is performed.
【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り、遮光手段が、マイクロレン
ズアレイ上に形成され、光透過領域が、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. The light-shielding means is formed on the microlens array, and the light-transmitting regions are two-dimensionally arranged.
【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、レンチキュラーレンズアレイ上に形成さ
れ、光透過領域が、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,
The light-shielding means is formed on the lenticular lens array, and the light-transmitting regions are arranged in a stripe pattern.
【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７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で構成される光学素子
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 type 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; An optical element including a plurality of light transmitting areas for transmitting light emitted from the light means and a light shielding means having a light shielding area for shielding light other than the emitted light, and the light element separated on the screen by the light condensing means. A projection area changing means for projecting a display image by the light modulation element so as to interpolate the image, time-division by discretely reducing light emitted from the light modulation element and interpolating the discrete gap. display Is a basic that you do. In the projection display device according to the present embodiment, the light source, the condensing optical component,
In addition to components used in conventional projection display devices such as a light modulation element such as a liquid crystal light valve for display and a projection lens, which are composed of a large number of pixels arranged in a dimension, projection from the light modulation element is performed. A light-condensing means for condensing light emitted from the light modulation element for each of a plurality of pixels and discretely reducing the light on the optical path leading to the means, and supplying a discretely reduced gap to the light modulation element; The gap image is interpolated by moving the light converging means or the projecting means in a plane perpendicular to the incident optical axis in synchronization with the signal to increase the number of pixels in the display image.
We aim at high definition. Further, a light-shielding means having a plurality of light transmission regions for transmitting light emitted from the light-collecting means parallel to the optical axis of the light-collecting optical element is provided, so that scattered light from the light modulation element is shielded. be able to.
【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は図２のＡ−
Ａ’線での断面図、図４は本実施の形態における光変調
素子と凸レンズとの位置関係を示す説明図であり、図４
は光変調素子と凸レンズとの位置関係を示す平面図、図
５及び図６はマイクロレンズアレイの遮光部の作用を説
明するための図４Ｂ−Ｂ’線での断面図である。図７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.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A ′, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the light modulation element and the convex lens in the present embodiment.
Is a plan view showing the positional relationship between the light modulation element and the convex lens, and FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views taken along the line BB 'of FIG. FIG. 7 shows the positional relationship of the incident light beam 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は投射レンズ、７は投射レン
ズ６の物体面、８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６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。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 projection lens, 7 is an object surface of the projection lens 6, and 8 is Screen. The micro lens array 4 is arranged on an optical path from the light modulation element 3 to the projection lens 6, and one convex lens is formed corresponding to four pixels of the light modulation element 3. The actuator 5 includes actuators 5a1 and 5a2 that vibrate the microlens array 4 in the vertical direction (vertical direction on the paper) and actuators 5b1 and 5b2 that vibrate in the horizontal direction (normal direction on the paper).
(Not shown). 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.
【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及び図３に示すマイクロレンズアレイ
４は、片面に集光光学素子であるマイクロレンズ４１を
設け、反対面に光透過領域を有する遮光部４２を設けた
板状になっており。マイクロレンズ４１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。一方、反対側の遮光部４２は、例えばクロム（Ｃ
ｒ）等からなる金属膜により形成されている。まず、Ｃ
Ｒ等からなる金属膜を蒸着法により蒸着する。次に、フ
ォトリソグラフィー技術を用いて光透過領域４３となる
部分の金属膜をエッチングにより除去する。その後マス
クの除去を行い所望のパターンが形成される。上記工程
により入射側に凸レンズからなるマイクロレンズ４１が
多数形成され、出射側に各マイクロレンズ４１に対応し
た光透過領域４３を有する遮光部４２が形成されたマイ
クロレンズアレイ４が形成される。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 FIGS. 2 and 3 has a plate-like shape in which a microlens 41 which is a condensing optical element is provided on one surface and a light shielding portion 42 having a light transmitting area is provided on the other surface. . The micro lens 41 is formed 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, the light modulation element 3 is formed on the metal thin film.
A window for ion exchange is opened by photolithography at an interval (100 μm pitch) twice the pixel pitch p.
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, and this is used as a lens effect. I do. Micro lens 41 made of a convex lens manufactured by the above process
Are designed to collect as much as possible light beams emitted from the four pixels. Finally, the metal mask is removed. On the other hand, the opposite light shielding portion 42 is made of, for example, chrome (C
r) and the like. First, C
A metal film made of R or the like is deposited by a deposition method. Next, the portion of the metal film that becomes the light transmitting region 43 is removed by etching using photolithography technology. After that, the mask is removed to form a desired pattern. Through the above steps, a large number of microlenses 41 composed of convex lenses are formed on the incident side, and the microlens array 4 in which the light shielding portion 42 having the light transmitting area 43 corresponding to each microlens 41 is formed on the exit side. 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 strain piezoelectric ceramic material. The actuator 5 is adhered to the side of the microlens array 4,
By applying a voltage in synchronization with a field signal supplied to the light modulation element 3, the microlens array 4 can be moved and changed in a horizontal / vertical direction orthogonal to the optical axis of light incident on the microlens array 4. .
【００２５】本実施の形態におけるマイクロレンズアレ
イ４及びアクチュエータ５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４乃至図７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４及び
図７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 an image by the microlens array 4 and the actuator 5 and displaying a high-definition image according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, one screen (frame) is divided into four images (fields) and displayed. Note that the actual planar shape of each microlens is 4 as shown in FIG.
Each pixel has a rectangular shape including the entirety of the pixel within its aperture, but in the plan views of FIGS. 4 and 7, each microlens is shown by a solid or broken circle in order to clarify the position of each microlens.
【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４（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。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５（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、光
透過領域４３を透過して投射レンズ６に導かれる。一
方、光変調素子３がＯＦＦ状態の場合（図５（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６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、マイクロレン
ズアレイ４の出射側に遮光部４２を設けているので、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、光透過領域４３を透過し、散乱光は遮
光部４２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。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. 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. 5A), 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 vertically 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 43, and guided to the projection lens 6. On the other hand, when the light modulation element 3 is in the OFF state (FIG. 5B), no voltage is applied to the cell, and 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 modulation element 3
The light transmitted through is refracted in various directions by the microlenses 41 of the microlens array 4. When the scattered light reaches the object surface 7 of the projection lens and enters the projection lens 6, the scattered light is displayed on a screen and lowers the contrast. In the present embodiment, since the light shielding portion 42 is provided on the emission side of the micro lens array 4, the light transmitted straight through the light modulation element 3 and transmitted
And the scattered light is shielded by the light shielding part 42, so that a bright and high-contrast image can be displayed.
【００２７】このとき、光透過領域４３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表示が
行えるが、遮光部４２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４３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０．４３２
ｍｍ程度のガラス基板でマイクロレンズアレイ４を作製
し、光透過領域４３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。At this time, as the light transmitting area 43 is made smaller, the scattered light is blocked, and an image with high contrast can be displayed. However, it is not desirable that the light shielding section 42 reduces the amount of transmitted light. The optimal light transmission area 43 can be obtained from the numerical aperture of the lens unit and the thickness of the microlens array 4 substrate. For example, the condensing optical element is set to NA = 0.11.
When the microlens 41 has a condensing angle of 6.6 °,
Since the focal length is 0.432 mm, the thickness is 0.432 mm.
If the microlens array 4 is manufactured using a glass substrate of about mm and the diameter of the light transmitting region 43 is set to about 10 μm,
A bright and very high-contrast image can be displayed.
【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４（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６（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、光透過領域４
３を通過した出射光１０１’、１０２’となり投射レン
ズ６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部４２により遮光されること
なく投射レンズ６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５で示したよ
うに遮光部４２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６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７（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 positions of the pixels of the light modulation element 3 and the microlenses 41 are 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. 6A, 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 and the light transmission area 4
Outgoing light 101 ′ and 102 ′ passing through 3 enter the projection lens 6. At this time, the light incident parallel to the optical axis of the microlens 41 is incident on the projection lens 6 without being blocked by the light blocking unit 42, so that there is no light loss. On the other hand, the transmitted light scattered by the light modulation element 3 is shielded by the light shielding portion 42 as shown in FIG. 5, so that it is possible to prevent a decrease in image contrast on the screen. On the object surface 7 of the projection lens 6, the light from the light modulation element 3 is almost 1 /
4 is set to the position where light is condensed. Object plane 7 of projection lens
As shown in FIG. 7 (a), the displayed image is thinned out in each of the horizontal and vertical directions, that 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４（ｂ）の位置に移動する。ここで図４（ａ）の位置
から図４（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６（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、光透過領域４３を透過して出射光１０
１”、１０２”となり投射レンズ６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部４２により遮光されるこ
となく投射レンズ６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
ドと同様に遮光部４２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６に入射することはな
い。投射レンズ６の物体面７では図７（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. 4A to the position of FIG. 4B 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.
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 43 to emit outgoing light 10.
1 ”and 102” are incident on the projection lens 6. At this time, similarly to the first field, light incident parallel to the optical axis of the microlens 41 enters the projection lens 6 without being shielded by the light shielding unit 42, so that there is no light loss. When the light modulating element 3 is in the OFF state, the light is blocked by the light shielding unit 42 as in the first field, and scattered light that lowers the contrast does not enter the projection lens 6. On the object plane 7 of the projection lens 6, the light is condensed at the position shown in FIG. 7B, and the vertical gap discretely reduced by the microlens array 4 in the first field is the second space.
Field is interpolated.
【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４（ｃ）の位置に移動する。ここで図４（ｂ）の位置
から図４（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６の物体面７で図７（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. 4B to the position in FIG. 4C 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 converged on the object plane 7 of the projection lens 6 at the position shown in FIG. 7C, and is discretely reduced by the microlens array 4 in the second field. This means that the horizontal gap has been 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４
（ｄ）の位置に移動する。ここで図４（ｃ）の位置から
図４（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６の物体面７で図７（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のフィールドで離散
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 moving amount of the microlens array 4 from the position of FIG. 4C to the position of FIG. 4D 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 6 at the position shown in FIG.
The vertical gaps discretely reduced in the third field by the microlens array 4, ie, the horizontal gaps discretely reduced in the first field, are 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７（ｅ）
に示すように投射レンズ６の物体面７即ちスクリーン８
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 the figure, the object plane 7 of the projection lens 6, that is, the screen 8
, 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４（ａ）の位置に移動する。ここで図４
（ｄ）の位置から図４（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６の物体面７で図７（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. 4A 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 converged on the object plane 7 of the projection lens 6 at the position shown in FIG. 7A, 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８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６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、マイクロレンズアレイ
４の出射側に設けられた遮光部４２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 is possible to display on the screen 8 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 6, a bright and high-definition image can be displayed without reducing the light use efficiency. Also, the light modulation element 3
The light that is scattered and transmitted by the microlens array 4 is shielded by the light shielding portion 42 provided on the emission side of the microlens array 4, so that a bright, high-contrast 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６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８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６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 6 instead of vibrating the microlens array 4. In this case, the pixel position on the screen 8 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 lens of the projection lens 6, 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。
この場合には、レンズの形成位置の移動に合わせて予め
１つの画面を複数の画像に分割したときの分割数に応じ
た光透過領域４３を画素ピッチｐで設けておく必要があ
る。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.
In this case, it is necessary to previously provide the light transmission areas 43 at a pixel pitch p according to the number of divisions when one screen is divided into a plurality of images in accordance with the movement of 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８及び図９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部を
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 device 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 unit is the same as that of the first embodiment.
【００４３】図８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、及び投射レンズ６の
物体面７の位置関係を示した斜視図である。図９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８において９
１は２画素列に対応するレンチキュラーレンズであり、
９は複数のレンチキュラーレンズ９１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. 8 is a perspective view showing the positional relationship between the light modulating element 3, the lenticular lens array, and the object plane 7 of the projection lens 6 in this embodiment. FIG. 9 shows the object plane 7 of the projection lens when one screen is divided into two images.
2 shows the positional relationship of the incident light flux. In FIG. 8, 9
1 is a lenticular lens corresponding to two pixel rows,
Reference numeral 9 denotes a lenticular lens array including a plurality of lenticular lenses 91. 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９と、アクチュエータ５ｂ１、５ｂ
２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８及び図９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 9 and the actuators 5b1, 5b
The operation of shifting the image by 2 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９との相対位置は図８（ａ）の
位置にある。レンチキュラーレンズアレイ９はレンチキ
ュラーレンズ９の出射側面近傍に各レンチキュラーレン
ズ９１の焦点が結ばれるようになっている。レンチキュ
ラーレンズアレイ９の出射側に設けられた遮光部９２
は、画素ピッチｐの２倍の間隔でストライプ状の光透過
領域９３を有しており、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９１、９
１’により出射光２０１’、２１１’及び２０２’、２
１２’のように集光され投射レンズ６に入射する。この
とき、レンチキュラーレンズ９１、９１’の光軸と平行
に入射した光は遮光部９２で遮光されることなく投射レ
ンズ６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ＯＦＦ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５を用いて説明したと同様に遮光
部９２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６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９（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 position between the light modulation element 3 and the lenticular lens array 9 is at the position shown in FIG. The lenticular lens array 9 is configured such that the focus of each lenticular lens 91 is focused near the exit side surface of the lenticular lens 9. Shielding portion 92 provided on the emission side of lenticular lens array 9
Has stripe-shaped light transmitting regions 93 at intervals of twice the pixel pitch p, and the width thereof is about 10 μm.
Outgoing lights 201, 211 and 202, 212 from two adjacent rows of the light modulation element 3 when the light modulation element 3 is ON.
Are different lenticular lenses 91 and 9 having different central axes.
1 ', the emitted light 201', 211 'and 202', 2
The light is condensed as shown at 12 ′ and enters the projection lens 6. At this time, the light incident parallel to the optical axes of the lenticular lenses 91 and 91 ′ is incident on the projection lens 6 without being blocked by the light blocking unit 92, so that there is no effective light loss. On the other hand, the scattered transmitted light when the light modulation element 3 is in the OFF state is:
Since the light is shielded by the light shielding unit 92 in the same manner as described with reference to FIG. 5 in the first embodiment, it is possible to prevent a decrease in contrast. The object surface 7 of the projection lens 6 is provided at a position where the light from the light modulation element 3 is converged in a horizontal direction by ２. Therefore, the image displayed on the object plane 7 of the projection lens is thinned out in the horizontal direction as shown in FIG. 9A, 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９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９を移動させて図８（ｂ）に示す位置に移動させる。
ここで図８（ａ）の位置から図８（ｂ）の位置までのレ
ンチキュラーレンズアレイ９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Ｏ
Ｎ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９１により出射光２
０１”、２１１”及び２０２”、２１２”のように集光
され投射レンズ６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９１の光軸に平行に
入射した光は遮光部９２で遮光されずにレンチキュラー
レンズアレイ９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
部９２により遮断され、投射レンズ６に入射することは
ない。投射レンズの物体面７では図９（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９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 9 is moved in the horizontal direction within a plane orthogonal to the optical axis of the light incident on the lenticular lens array 9 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 9 from the position of FIG. 8A to the position of FIG. 8B is 50 μm, which is the same as the pixel pitch p of the light modulation element 3. The light modulation element 3 is O
In the N state, the outgoing lights 201, 211, 202, and 212 from two adjacent rows of the light modulation element 3 are output by the lenticular lens 91 having the same central axis.
The light is condensed like 01 ″, 211 ″ and 202 ″, 212 ″ and enters the projection lens 6. At this time, similarly to the first field, light incident parallel to the optical axis of the lenticular lens 91 passes through the lenticular lens array 9 without being blocked by the light blocking portion 92, so that there is no effective light loss.
Further, when the light modulation element 3 is in the OFF state, the scattered light for lowering the contrast is blocked by the light shielding unit 92 like the first field, and does not enter the projection lens 6. In the object plane 7 of the projection lens, the light is condensed at the position shown in FIG. 9B, and the gap in the horizontal direction discretely reduced by the lenticular lens array 9 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９（ｃ）に示すように投
射レンズの物体面７即ちスクリーン８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. 9C, the image information of all the frames is formed on the object plane 7 of the projection lens, that is, on the screen 8, 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９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９を移動させて図８（ａ）の位置に
移動させる。ここで図８（ｂ）の位置から図８（ａ）の
位置までのレンチキュラーレンズアレイ９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９（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 actuators 5b1 and 5b2 which vibrate in synchronization with the field signal are lenticular in the horizontal direction in a plane orthogonal to the optical axis of the light incident on the lenticular lens array 9. The lens array 9 is moved to the position shown in FIG. Here, the movement amount of the lenticular lens array 9 from the position of FIG. 8B to the position of FIG. 8A 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 condensed on the object plane 7 of the projection lens at the position shown in FIG. 9A, and returns to the same position as the first field of the first frame. Hereinafter, similarly to the first frame, the gaps in the horizontal direction that are discretely reduced are interpolated to realize a display with high definition.
【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８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９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６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、レンチキュラーレン
ズアレイ９の投射レンズ側に設けた遮光部９２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 8 only at a resolution determined by the number of pixels of the light modulation element 3. However, according to the projection type display device of this 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 9 is used as a means for making the image discrete, the light use efficiency is not reduced unlike the means for shielding the light emitted from the light modulation element 3, and the gap interpolation 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 6. 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 unit 92 provided on the projection lens side of the lenticular lens array 9, so that a bright, high-contrast, high-definition image can be displayed. become.
【００５０】本実施の形態において、レンチキュラーレ
ンズ９１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６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６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８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 converged to 後 で after being focused by the lenticular lens 91 is the position of the object plane 7 of the projection lens 6. Alternatively, the position may be a position where the light emitted from the light modulation element before being focused is converged to に. At this time, since the image forming position in each field on the object plane 7 of the projection lens 6 is different, the image forming position on the screen 8 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９１か
らなるレンチキュラーレンズアレイ９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９１からなるレンチキュラーレンズア
レイ９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９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 the present embodiment, one frame is formed by two fields using a lenticular lens array 9 composed of a plurality of lenticular lenses 91 corresponding to two pixel rows of the light modulation element 3. But,
One frame may be formed in the i-field using a lenticular lens array 9 including a plurality of lenticular lenses 91 corresponding to the i-pixel row such as a 3-pixel row or a 4-pixel row. At this time, the horizontal movement amount Lh of the lenticular lens array 9 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
９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９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 9 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 as the actuator 5.
【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９の移動の代わりに投射レンズ６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６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。Also in this embodiment, the same effect can be obtained by moving the projection lens 6 instead of moving the lenticular lens array 9, 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 6 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９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９１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９
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、遮光部９２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
遮光部と、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の遮光部として設けてもかまわないが、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、投射レンズ６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部を設けたりすることも可能
である。In this embodiment, the lenticular lens array 9 is vibrated in the horizontal direction to obtain a high-definition image. However, the shape of the lenticular lens 91 is changed to obtain a high-definition image in the vertical direction. It doesn't matter. Further, the lenticular lens array 9
It is also possible to increase the resolution in the horizontal and vertical directions by using two sets of vibration means. At this time, the light shielding portion 92 is
A first light-shielding portion provided on the output side of the lenticular lens array and a second light-shielding portion provided on the output side of the second lenticular lens array may be provided, but the first light-shielding portion may be provided on the incident surface of the second lenticular lens array. It is also possible to provide a light-shielding portion, or to provide a light-shielding portion only on the output side of the second lenticular lens array on the side of the projection lens 6.
【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、光学素子の遮光手段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, the light scattered and transmitted by the light modulation element is shielded by the light shielding means of the optical element, so that 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、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。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 and an actuator such as a piezoelectric element, and has the same size (number) as the light modulation element. cm), the projection display device of the present invention can be made approximately 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.
【００５９】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 parts 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
置のマイクロレンズアレイの図２Ａ−Ａ’断面での断面
図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the microlens array of the projection display device according to the first embodiment of the present invention, taken along the line AA ′ of FIG. 2;
【図４】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装
置の光変調素子と凸レンズとの位置関係を示す平面図で
ある。FIG. 4 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４Ｂ−Ｂ’断面での断面図であり、マイクロ
レンズアレイの遮光部を説明する図である。FIG. 5 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 BB ′ of FIG. 4; FIG. 3 is a diagram illustrating a light shielding portion of a microlens array.
【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４Ｂ−Ｂ’断面での断面図であり、投射領域
の変更を説明する図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the 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 BB ′ of FIG. It is a figure explaining change of a projection field.
【図７】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. 7 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 the projection display device according to the first embodiment of the present invention is divided into four images.
【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. 8 is a perspective view illustrating a positional relationship among a light modulation element, a lenticular lens array, and an object plane of a projection lens of a projection display device according to a second embodiment of the present invention.
【図９】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. 9 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の構成を示す説明図で
ある。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional projection display device.
【図１２】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. 12 is an explanatory diagram showing a configuration of an image projected by a conventional projection display device.
【図１３】従来の投射型表示装置の構成を示す説明図で
ある。FIG. 13 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 投射レンズ ７ 投射レンズ６の物体面 ８ スクリーン ９ レンチキュラーレンズアレイ ４１ マイクロレンズ ４２ 遮光部 ４３ 光透過領域 ９１ レンチキュラーレンズ ９２ 遮光部 ９３ 光透過領域 REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 collimating conversion lens 3 light modulation element 4 micro lens array 5 actuator 6 projection lens 7 object surface of projection lens 6 screen 9 lenticular lens array 41 micro lens 42 light shielding part 43 light transmitting area 91 lenticular lens 92 light shielding part 93 light Transmission area
───────────────────────────────────────────────────── 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を有
する光学素子と、 前記光学素子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 areas 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 An optical element having light-shielding means having a light-shielding area, and an image projection area on the screen is changed and displayed on the light modulation element so as to interpolate an image separated on the screen by the optical element. And a projection area changing means for projecting an image, 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.
れ、前記光透過領域は、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 said light shielding means is formed on said microlens array, and said light transmitting area is two-dimensionally arranged. Type display device.
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.
形成され、前記光透過領域は、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 formed on said lenticular lens array, and said light transmitting areas are arranged in a stripe shape. Display device.
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 type display device according to claim 1, wherein said light modulation element is a liquid crystal polymer composite having a transmission scattering mode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8229378A JPH1055029A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Projection type display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8229378A JPH1055029A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Projection type display device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1055029A true JPH1055029A (en) | 1998-02-24 |
Family
ID=16891245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8229378A Withdrawn JPH1055029A (en) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | Projection type display device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1055029A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-08-12 JP JP8229378A patent/JPH1055029A/en not_active Withdrawn
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031104 |