(57)【要約】【課題】機械的駆動部を用いることなく、光の利用効率がよく、解像度も高い投影型ディスプレイを提供する。【解決手段】光源１１と、光源１１から投射される光を複数の色に分光して異なる方向に同時に出射する手段であって、分光した各色の光の出射方向を時分割で変更して出射するダイクロイックミラー１２と、ダイクロイックミラー１２から出射した光を受光するライトバルブ１４とを備えた投影型ディスプレイとすることにより、機械的駆動部を用いることなく、光の利用効率がよく、解像度も高い投影型ディスプレイとすることができる。【選択図】                図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から投射される光を複数の色に分光して異なる方向に同時に出射する手段であって、前記分光した各色の光の出射方向を時分割で変更して出射する時分割分光手段と、
前記時分割分光手段から出射した光を受光し、前記時分割分光手段の出射する光に対応して表示画像を変化させるライトバルブと、
を備える投影型ディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載の投影型ディスプレイにおいて、
前記時分割分光手段と前記ライトバルブとの間に、前記時分割分光手段により分光された光の照射位置を制御するレンズ部を有すること、
を特徴とする投影型ディスプレイ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の投影型ディスプレイにおいて、
前記ライトバルブは、複数の画素を集合して形成されており、前記画素は、前記時分割分光手段から分光されて出射した光が順次照射され、照射される光に対応して表示を順次変更すること、
を特徴とする投影型ディスプレイ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の投影型ディスプレイにおいて、
前記時分割分光手段は、反射する光の色を時分割で変更可能なダイクロイックミラーが少なくとも４つ異なる角度で設けられていること、
を特徴とする投影型ディスプレイ。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の投影型ディスプレイにおいて、
前記時分割分光手段は、特定の色の光を反射するダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーにより反射された光を受光し、出射する角度を時分割で変化させる出射角度変更手段を有すること、
を特徴とする投影型ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からライトバルブに光を投射し、ライトバルブに形成された像を投影して表示する投影型ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影型ディスプレイとして、ライトバルブの入射側にマイクロレンズ素子を設け、ダイクロイックミラーを３枚用いて、光の三原色毎にマイクロレンズ素子への入射角を変えることにより、ライトバルブの各画素へ各色を入射させて、像を投影するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
また、ライトバルブの各画素に投射する光の三原色を、回転するカラーフィルタを用いて短時間の内に切り替えるフィールドシーケンシャルと呼ばれる手法により、像を投影するものもある（例えば、特許文献３参照）。
さらに、ダイクロイックミラーにより原色分離した光を、回転するプリズムを介してライトバルブ上を走査させることにより、像を投影するものが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１８１４８７号公報
【特許文献２】
特開平８−１１４７８０号公報
【特許文献３】
特開平８−１４０１０６号公報（第６図）
【特許文献４】
特許第３２８０９８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した特許文献１，２に記載のマイクロレンズ素子を用いる手法では、三原色を隣接する異なる画素へ別々に照射するので、光の利用効率はよい反面、解像度が１／３になってしまうという問題があった。
【０００５】
また、特許文献３の手法では、光源から射出された光の１／３程度しか利用できず、効率が悪いという問題があった。
【０００６】
さらに、特許文献３及び特許文献４の手法では、プリズムを回転させることにより、光の走査を行うので、機械的に回転する機構が必要となり、騒音及び振動が発生するという問題があり、その上、軸受け部の摩耗などにより寿命が短く、信頼性が低いという問題があった。
【０００７】
さらにまた、特許文献３及び特許文献４の手法では、分光した光を走査することにより、色われ（カラーブレイク）が発生し、画質が劣化してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明の課題は、機械的駆動部を用いることなく、光の利用効率がよく、解像度も高い投影型ディスプレイを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項１の発明は、光源（１１，２１１）と、前記光源から投射される光を複数の色に分光して異なる方向に同時に出射する手段であって、前記分光した各色の光の出射方向を時分割で変更して出射する時分割分光手段（１２，２１２，２１５）と、前記時分割分光手段から出射した光を受光し、前記時分割分光手段の出射する光に対応して表示画像を変化させるライトバルブ（１４，２１４）と、を備える投影型ディスプレイである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の投影型ディスプレイにおいて、前記時分割分光手段（１２，２１２，２１５）と前記ライトバルブ（１４，２１４）との間に、前記時分割分光手段により分光された光の照射位置を制御するレンズ部（１３，２１３）を有すること、を特徴とする投影型ディスプレイである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の投影型ディスプレイにおいて、前記ライトバルブ（１４，２１４）は、複数の画素（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）を集合して形成されており、前記画素は、前記時分割分光手段から分光されて出射した光が順次照射され、照射される光に対応して表示を順次変更すること、を特徴とする投影型ディスプレイである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の投影型ディスプレイにおいて、前記時分割分光手段（１２）は、反射する光の色を時分割で変更可能なダイクロイックミラーが少なくとも４つ異なる角度で設けられていること、を特徴とする投影型ディスプレイである。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の投影型ディスプレイにおいて、前記時分割分光手段（２１２，２１５）は、特定の色の光を反射するダイクロイックミラー（２１２）と、前記ダイクロイックミラーにより反射された光を受光し、出射する角度を時分割で変化させる出射角度変更手段（２１５）を有すること、を特徴とする投影型ディスプレイである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による投影型ディスプレイの第１実施形態の全体構成を示す断面図である。
本実施形態における投影型ディスプレイは、投影ユニット１０，投影レンズ２０，ミラー３０，スクリーン４０等を有した背面投影型のディスプレイ装置である。
投影ユニット１０から投射される映像光は、投影レンズ２０によりミラー３０を介してスクリーン４０へ投影される。
【００１５】
図２は、投影ユニット１０内部の構成を示す図である。
投影ユニット１０の内部には、光源１１，ダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅ，マイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４等が設けられている。
光源１１は、白色光を発光する光源であり、超高圧水銀ランプ等を用いる。
【００１６】
ダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅは、屈折率可変液晶を用いて、時分割で各ミラーの反射波長の閾値を変化させ、光源１１から投射される光を三原色に分光して異なる方向に同時に出射する手段であって、分光した各色の光の出射方向を時分割で変更して出射する時分割分光手段である。
なお、時分割分光手段として、ダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅに、屈折率可変液晶を用いているが、屈折率を変化させることができる材料として、ＢａＴｉＯ３  、ＢａＳｒＮｂＯ６  等を用いてもよい。
図３は、ダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅの１フィールド中の動作を説明する図である。
上述の時分割は、映像の１フィールドを１／３にした時間、すなわち１／１８０秒毎に行われ、この１フィールドを時分割で３分割した表示を３回行うことにより、１フィールドを構成している。以下の説明では、この１／１８０秒毎の表示期間を、便宜上第１〜第３タームと呼ぶ。
【００１７】
図３（ａ）は、第１タームにおけるダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅの状態を示す図である。第１タームでは、ダイクロイックミラー１２ａは、Ｒ（赤）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｂは、Ｇ（緑）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｃは、Ｂ（青）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。その他のダイクロイックミラー１２ｄ，ｅは、どのような状態となっていてもよい。このようにダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅを設定することにより、Ｂ成分がマイクロレンズ素子１３に対して略直交する方向から照射され、Ｇ成分がＢ成分よりも図中反時計回り方向（以下、ＣＣＷ方向）に角度を持って照射され、Ｒ成分がＧ成分よりもさらにＣＣＷ方向に角度を持って照射される。
【００１８】
図４は、第１タームにおけるマイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４付近の一部を拡大して示した図である。
マイクロレンズ素子１３は、微少な単位レンズを入射側に並べて配置したレンズシートであり、ライトバルブ１４の入射側に設けられている。
ライトバルブ１４は、光の通過量をコントロールする液晶パネルであり、多数のセルが並んで配置されている。ライトバルブ１４は、ダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅの出射する光に対応して表示画像を変化させるようになっている。図４と、後述の図５，６では、説明の便宜上、ライトバルブ１４のなかの３つのセル１４ａ，１４ｂ，１４ｃに着目して説明する。
第１タームでは、セル１４ａには、Ｒ成分が集光し、セル１４ｂには、Ｂ成分が集光し、セル１４ｃには、Ｇ成分が集光する。
【００１９】
図３に戻って、図３（ｂ）は、第２タームにおけるダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅの状態を示す図である。第２タームでは、ダイクロイックミラー１２ａは、全ての成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｂは、Ｒ（赤）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｃは、Ｇ（緑）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｄは、Ｂ（青）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。残るダイクロイックミラー１２ｅは、どのような状態となっていてもよい。このようにダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅを設定することにより、Ｇ成分がマイクロレンズ素子１３に対して略直交する方向から照射され、Ｒ成分がＧ成分よりもＣＣＷ方向に角度を持って照射され、Ｂ成分がＧ成分よりも図中時計回り方向（以下、ＣＷ方向）に角度を持って照射される。
【００２０】
図５は、第２タームにおけるマイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４付近の一部を拡大して示した図である。
第２タームでは、第１タームに対して、各色成分のマイクロレンズ素子１３への入射角度が変わっているため、セル１４ａには、Ｂ成分が集光し、セル１４ｂには、Ｇ成分が集光し、セル１４ｃには、Ｒ成分が集光する。
【００２１】
図３に戻って、図３（ｃ）は、第３タームにおけるダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅの状態を示す図である。第３タームでは、ダイクロイックミラー１２ａ，１２ｂは、全ての成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｃは、Ｒ（赤）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｄは、Ｇ（緑）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー１２ｅは、Ｂ（青）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。このようにダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅを設定することにより、Ｒ成分がマイクロレンズ素子１３に対して略直交する方向から照射され、Ｇ成分がＲ成分よりもＣＷ方向に角度を持って照射され、Ｂ成分がＧ成分よりもＣＷ方向に角度を持って照射される。
【００２２】
図６は、第３タームにおけるマイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４付近の一部を拡大して示した図である。
第３タームでは、第１ターム及び第２タームに対して、各色成分のマイクロレンズ素子１３への入射角度がさらに大きく変わっているため、セル１４ａには、Ｇ成分が集光し、セル１４ｂには、Ｒ成分が集光し、セル１４ｃには、Ｂ成分が集光する。
【００２３】
本実施形態によれば、ダイクロイックミラーにより分光した光は、常に何れかのセルを照射しているので、利用していない光が殆ど無く、光の利用効率を高くすることができる。
また、第１ターム（図４）〜第３ターム（図６）を順次繰り返して像を表示することにより、１つのセルがＲ，Ｇ，Ｂ全ての光を順次表示することとなり、光の投射方向が変わらない従来のマイクロレンズ素子を用いた投影型ディスプレイのように解像度が１／３となることが無く、高解像度の表示を行うことができる。
さらに、常にＲ，Ｇ，Ｂ全ての光が画面全体に分布するので、これらの光を走査することにより発生する色われも生じることなく、高品質な画像を得ることができる。
【００２４】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態における投影ユニット１０を別の形態としたものであり、その他の第１実施形態と同様な部分についての詳細な説明は、適宜省略する。
図７は、本発明の第２実施形態における投影ユニット２１０内部の構成を示す図である。
投影ユニット２１０の内部には、光源２１１，ダイクロイックミラー２１２ａ〜２１２ｃ，マイクロレンズ素子２１３，ライトバルブ２１４，出射角度変更手段２１５等が設けられている。
光源２１１，マイクロレンズ素子２１３，ライトバルブ２１４は、第１実施形態における光源１１，マイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４と同様な部材である。
【００２５】
ダイクロイックミラー２１２ａ〜２１２ｃは、第１実施形態におけるダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅとは異なり、従来から広く用いられている通常のダイクロイックミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１２ａは、Ｒ（赤）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー２１２ｂは、Ｇ（緑）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。ダイクロイックミラー２１２ｃは、Ｂ（青）成分を反射し、他の成分を透過するようになっている。
【００２６】
出射角度変更手段２１５は、マイクロレンズ素子２１３の入射面付近に設けられ、ダイクロイックミラー２１２ａ〜２１２ｃと組み合わせられることにより時分割分光手段を形成する部分である。
出射角度偏向手段２１５は、第１のプリズム層２１５ａと第２のプリズム層２１５ｂとを対向して配置され（図８〜１０参照）、これら第１のプリズム層２１５ａと第２のプリズム層２１５ｂとの間隙を時間毎に屈折率を変化させることのできる液晶２１５ｃで充填されている。この液晶の屈折率を時分割で変化させることにより、出射角度偏向手段２１５から出射する光を偏向（出射角度を変える）ことができる。具体的には、第１実施形態と同様に１／１８０秒毎に液晶２１５ｃの屈折率を変化させる。ここでも、第１ターム〜第３タームとして説明を行う。
なお、時分割分光手段として、液晶２１５ｃを用いているが、屈折率を変化させることができる材料として、ＢａＴｉＯ３  、ＢａＳｒＮｂＯ６  等を用いてもよい。
【００２７】
図８は、出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、Ｒ成分のみを示した図である。
図８中において、実線は、第１タームにおける光路を示し、点線は、第２タームにおける光路を示し、波線は、第３タームにおける光路を示している。
第１タームは、液晶２１５ｃの屈折率が最も低い状態であり、第１タームは、液晶２１５ｃの屈折率が第１タームよりも高く第３タームよりも低い中間の状態であり、第３タームは、液晶２１５ｃの屈折率が最も高い状態である。
ダイクロイックミラー２１２ａから反射されたＲ成分の光は、いずれのタームであっても同一方向から出射角度偏向手段２１５に入射するが、第１ターム〜第３タームそれぞれにおいて液晶２１５ｃの屈折率が変わることにより、出射角度偏向手段２１５から射出する方向が３通りに変化する。
【００２８】
図９は、出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、Ｇ成分のみを示した図である。
図１０は、出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、Ｂ成分のみを示した図である。
Ｇ成分及びＢ成分の場合にも、Ｒ成分の場合と同様に、第１ターム〜第３タームそれぞれにおいて液晶２１５ｃの屈折率が変わることにより、出射角度偏向手段２１５から射出する方向が３通りに変化する。
【００２９】
図１１は、出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、第１タームにおける光路を示す図である。
ダイクロイックミラー２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃによりＲ，Ｇ，Ｂ各成分の光が異なる方向から出射角度偏向手段２１５に入射するので、各成分が異なるセルに分かれて入射している。
【００３０】
図１２は、出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、第２タームにおける光路を示す図である。
第２タームでは、液晶２１５ｃの屈折率が第１タームよりも高く変わることにより、第１タームとは異なるセルに各成分が入射している。
【００３１】
図１３は、出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、第３タームにおける光路を示す図である。
第３タームでは、液晶２１５ｃの屈折率が第１，第２タームよりもさらに高く変わることにより、第１，第２タームとは異なるセルに各成分が入射している。また、図１３には、第１，第２タームにおけるセルに入射している各成分の分布を合わせて示している。ここで、任意のあるセルを着目してみると、第１〜第３タームと液晶２１５ｃの屈折率が変わることにより、あるセルに入射する光は、Ｒ，Ｇ，Ｂが順序よく（この順番は、セルにより異なる）入れ替わることが判る。
【００３２】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ダイクロイックミラーにより分光した光は、常に何れかのセルを照射しているので、利用していない光が殆ど無く、光の利用効率を高くすることができる。
また、第１ターム（図１１）〜第３ターム（図１３）を順次繰り返して像を表示することにより、１つのセルがＲ，Ｇ，Ｂ全ての光を順次表示することとなり、光の投射方向が変わらない従来のマイクロレンズ素子を用いた投影型ディスプレイのように解像度が１／３となることが無く、高解像度の表示を行うことができる。
【００３３】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
例えば、各実施形態において、背面投影型のディスプレイを例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、観察方向から像をスクリーンに投影するディスプレイであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）光源から投射される光を複数の色に分光して異なる方向に同時に出射する手段であって、分光した各色の光の出射方向を時分割で変更して出射する時分割分光手段と、時分割分光手段から出射した光を受光するライトバルブとを備えるので、光の利用効率がよく、解像度も高い投影型ディスプレイを提供することができる。
【００３５】
（２）時分割分光手段とライトバルブとの間に、時分割分光手段により分光された光の照射位置を制御するレンズ部を有するので、簡単な構成で、分光された光を確実に制御することができる。
【００３６】
（３）ライトバルブは、時分割分光手段の出射する光に対応して表示画像を変化させるので、１枚のライトバルブにより、本発明を実現することができる。
【００３７】
（４）ライトバルブの画素は、時分割分光手段から分光されて出射した光が順次照射され、照射される光に対応して表示を順次変更するので、高解像度の表示を行うことができる。
【００３８】
（５）時分割分光手段は、反射する光の色を時分割で変更可能なダイクロイックミラーが少なくとも４つ異なる角度で設けられているので、機械的駆動部を用いることなく時分割で分光をすることができる。
【００３９】
（６）時分割分光手段は、特定の色の光を反射するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーにより反射された光を受光し、出射する角度を時分割で変化させる出射角度変更手段を有するので、機械的駆動部を用いることなく時分割で分光をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影型ディスプレイの第１実施形態の全体構成を示す断面図である。
【図２】投影ユニット１０内部の構成を示す図である。
【図３】ダイクロイックミラー１２ａ〜１２ｅの１フィールド中の動作を説明する図である。
【図４】第１タームにおけるマイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４付近の一部を拡大して示した図である。
【図５】第２タームにおけるマイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４付近の一部を拡大して示した図である。
【図６】第３タームにおけるマイクロレンズ素子１３，ライトバルブ１４付近の一部を拡大して示した図である。
【図７】本発明の第２実施形態における投影ユニット２１０内部の構成を示す図である。
【図８】出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、Ｒ成分のみを示した図である。
【図９】出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、Ｇ成分のみを示した図である。
【図１０】出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、Ｂ成分のみを示した図である。
【図１１】出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、第１タームにおける光路を示す図である。
【図１２】出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、第２タームにおける光路を示す図である。
【図１３】出射角度偏向手段２１５付近の一部を拡大した図であり、第３タームにおける光路を示す図である。
【符号の説明】
１０  投影ユニット
１１，２１１  光源
１２（１２ａ〜１２ｅ），２１２（２１２ａ〜２１２ｃ）  ダイクロイックミラー
１３，２１３  マイクロレンズ素子
１４，２１４  ライトバルブ
２０  投影レンズ
３０  ミラー
４０  スクリーン
２１５  出射角度変更手段
【図１】
2004163630.tif 000003
【図２】
2004163630.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004163630.tif 000011
【図１０】
2004163630.tif 000012
【図１１】
2004163630.tif 000013
【図１２】
2004163630.tif 000014
【図１３】
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