(57)【要約】【課題】構造が簡単なため、低コストで、かつ、高信頼性であり、光の利用効率が高くて、単色光の重ね合わせによる色ずれが発生しないとともに、色バランスを調整しやすい単板方式画像投射表示装置を提供する。【解決手段】単板方式画像投射表示装置は、異なる単色光を発生する半導体発光素子ＬＥＤと、半導体発光素子ＬＥＤから発生した単色光を反射する単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤと、画像信号に同期して逐次時分割的に半導体発光素子ＬＥＤが作動するように制御するとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤを画像信号により制御する制御手段Ｃと、半導体発光素子ＬＥＤから発生した単色光をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤに入射させるとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤからの反射光を投射する光学系ＯＰとを具備している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる単色光を発生する半導体発光素子と；
半導体発光素子から発生した単色光を反射する単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスと；
画像信号に同期して逐次時分割的に半導体発光素子が作動するように制御するとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスを画像信号により制御する制御手段と；
半導体発光素子から発生した単色光をデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射させるとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスからの反射光を投射する光学系と；
を具備していることを特徴とする単板方式画像投射表示装置。
【請求項２】
半導体発光素子は、赤色光、緑色光および青色光を発光することを特徴とする請求項１記載の単板方式画像投射表示装置。
【請求項３】
制御手段は、半導体発光素子の作動時間を制御することにより光量を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の単板方式画像投射表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル・マイクロミラー・デバイスを備えた単板方式画像投射表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスを備えた単板方式画像投射表示装置は、高圧放電ランプなどの光源、カラーホイールやカラーディスクと称されるカラーフィルター、単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスおよび光学系を具備している。光源は、白色光を発生し、発生した白色光をカラーフィルターに入射させる。カラーフィルターは、赤色、緑色および青色からなるフィルターが回転モータにより回転して白色光を赤色光、緑色光および青色光に時分割的に色分解する。色分解された単色光は、光学系を経由して単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスに逐次入射する。単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスは、多数のマイクロミラーをマトリクス状に配置してなり、画像信号に応じて所要のマイクロミラーを駆動してプロジェクションレンズに向けて反射させる。その結果、カラーの画像が投射され、スクリーンなどに画像を表示することができる。（従来技術１）　従来技術１によれば、光の利用効率が高く、３原色の重ね合わせによる色ずれが発生しない。また、液晶方式で起こりがちな色むらがなく、単一色の背景などを美しく表示できる。さらに、色調をディジタル制御しやすいといった利点がある。
【０００３】
一方、特開２０００−１９４２７５公報には、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色光を発生する発光ダイオードなどの半導体発光素子と、３色光が個別に照射される液晶透過式の３つの画素パネル部とを具備し、３つの画素パネル部を透過した光を合成して投射するように構成した画像表示装置が記載されている。（従来技術２）　従来技術２によれば、低消費電力化を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術１においては、回転モータおよびカラーフィルターを用いて色分解を行なう必要がある。そのため、構造が複雑になるとともに、コスト高になり、信頼性も低下するとともに透過光量が減衰してスクリーン照度が低下するという問題がある。また、光源に高圧放電ランプを用いると、寿命中にバルブが破裂することがあり、安全性に不安があるとともに、消費電力も大きくなる。
【０００５】
これに対して、従来技術２は、単色光を発生する半導体発光素子と画像パネル部とからなる組を３つ用いるので、コスト高になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、構造が簡単なため、低コストで、かつ、高信頼性であり、しかも、光の利用効率が高くて、単色光の重ね合わせによる色ずれが発生しないとともに、色バランスを調整しやすい単板方式画像投射表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を達成するための手段】請求項１の発明の単板方式画像投射表示装置は、異なる単色光を発生する半導体発光素子と；半導体発光素子から発生した単色光を反射する単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスと；画像信号に同期して逐次時分割的に作動するように半導体発光素子を制御するとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスを画像信号により制御する制御手段と；半導体発光素子から発生した単色光をデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射させるとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスからの反射光を投射する光学系と；を具備していることを特徴としている。
【０００８】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【０００９】
まず、最初に構成について説明する。本発明の単板方式画像投射表示装置は、半導体発光素子、デジタル・マイクロミラー・デバイス、制御手段および光学系を構成要素として構成されている。
【００１０】
＜半導体発光素子について＞　　半導体発光素子は、単色光を発生する手段であり、発光ダイオードやレーザーダイオードなどを用いることができる。単色光としてはたとえば赤色光、緑色光および青色光などを用いることができる。
【００１１】
また、半導体発光素子は、集光効率を高めるために、適当な反射手段と組み合わせることができる。たとえば、半導体発光素子を反射鏡の焦点位置に配設して、半導体発光素子の発光を反射鏡で集光して光学系のコンデンサレンズに入射させるように構成する。この場合、各発光色を担当する複数の半導体発光素子に対して、反射鏡を共通に配設することができるし、各発光色の半導体発光素子に対して個別に反射鏡を配設することもできる。また、半導体発光素子の中に微小な反射鏡を組み込むこともできる。
【００１２】
さらに、半導体発光素子の発光を画面に対して所要の程度に均一な輝度で光学系のコンデンサレンズに入射させるために、各単色光を発生する半導体発光素子を複数組用いて、これらを配線基板に分散して配列させることができる。この構成を採用することにより、発光部を薄形に構成することが可能になる。
【００１３】
＜デジタル・マイクロミラー・デバイスについて＞　　デジタル・マイクロミラー・デバイスは、ＤＭＤ（登録商標）とも称され、画像の各画素に対応して微小ミラーが多数整列し、画像信号に応じて各微小ミラーが電気的に駆動されて個別に機械的に変位するように構成されている。そして、光学系を経由して微小ミラーに入射した光を所定方向へ反射させたり、非所定方向へ反射させたりする画像反射手段である。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、単一であるので、各単色光に対して時分割的に応動する。
【００１４】
＜制御手段について＞　　制御手段は、半導体発光素子およびデジタル・マイクロミラー・デバイスを互いに同期させて制御する手段である。そして、異なる単色光を画像信号の各色信号に同期して逐次時分割的に発光させるように半導体発光素子を制御する。他方、デジタル・マイクロミラー・デバイスを画像信号に応じて微小ミラーを個別に制御する。すなわち、画像信号の色分割された各色信号に応じて微小ミラーを個別に制御する。
【００１５】
＜光学系について＞　　光学系は、半導体発光素子から発生した各単色光を単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射させるとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスからの反射光をスクリーンなどに向けて投射する。すなわち、光学系は、主として半導体発光素子から発生した単色光をデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射させる部分と、デジタル・マイクロミラー・デバイスからの反射光を投射する部分に機能が分かれている。前者の機能については、主としてコンデンサーレンズが用いられ、また必要に応じてライトインテグレータ、光路を変更するミラーやプリズムなどの光学手段が選択的に付加される。後者の機能については、主としてプロジェクションレンズが用いられ、ＴＩＲプリズムなどの光学手段が所要に応じて選択的に付加される。
【００１６】
＜本発明の作用について＞　　次に、本発明の作用について説明する。画像信号に同期して制御手段により制御されて、半導体発光素子が第１の単色光としてたとえば赤色光を発生すると、赤色光は、光学系を経由してデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射する。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、画像信号中の赤色信号に対応して微小ミラーが個別に制御されるので、微小ミラーが光学系のプロジェクションレンズに向けて赤色画像のみを所定方向へ反射する。その結果、赤色画像が投射され、スクリーンに投影される。
【００１７】
次に、半導体発光素子が第２の単色光としてたとえば緑色光を発生すると、緑色光は、光学系を経由してデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射する。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、画像信号中の緑色信号に対応して微小ミラーが個別に制御されるので、微小ミラーが光学系のプロジェクションレンズに向けて緑色画像のみを所定方向へ反射する。その結果、緑色画像が投射され、スクリーンに投影される。
【００１８】
さらに、半導体発光素子が第３の単色光としてたとえば青色光を発生すると、青色光は、光学系を経由してデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射する。デジタル・マイクロミラー・デバイスは、画像信号中の青色信号に対応して微小ミラーが個別に制御されるので、微小ミラーが光学系のプロジェクションレンズに向けて青色画像のみを所定方向へ反射する。その結果、青色画像が投射され、スクリーンに投影される。
【００１９】
以上の赤色画像、緑色画像および青色画像が短い時間間隔で逐次切り換わりながら投影されるので、人の目には残像作用により３原色画像が加色混光されてカラー画像として見える。
【００２０】
また、本発明においては、以上説明した構成に伴い以下に示す特長がある。
【００２１】
１．回転するカラーフィルターが不要である。このため、構造が簡単になり、低コストで、かつ、高信頼性である。
【００２２】
２．単色光を個別に制御できるので、色バランスの調整が容易である。すなわち、各単色光を同一の作動周期で逐次切り換えて作動させる場合であっても、ＰＷＭ制御によりオンデューティを変化させることで、容易に色バランスを調整することができる。
【００２３】
３．単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いるので、光の利用効率が高くて、単色光の重ね合わせによる色ずれが発生しない。
【００２４】
請求項２の発明の単板方式画像投射表示装置は、請求項１記載の単板方式画像投射表示装置において、半導体発光素子は、赤色光、緑色光および青色光を発光することを特徴としている。
【００２５】
本発明は、加色混光により白色光を得やすくて単色光として好適な赤色光、緑色光および青色光の３原色光を用いる構成を規定している。
【００２６】
請求項３の発明の単板方式画像投射表示装置は、請求項１または２記載の単板方式画像投射表示装置において、制御手段は、半導体発光素子の作動時間を制御することにより光量を変化させることを特徴としている。
【００２７】
本発明は、色バランスや光量を調整したり、調節したりするのに好適な構成を規定している。
【００２８】
すなわち、色バランスは、各単色光間の相対的な光量比率を変更することで調整できる。また、光量を変えるには、光量比率を固定しておいて各単色光の発光量レベルを一緒に変更することで実現できる。そして、本発明においては、半導体発光素子の作動時間を変えることで単色光の発光量を変える構成である。これを実現するためには、たとえば半導体発光素子の駆動電流をＰＷＭ制御すればよい。
【００２９】
ＰＷＭ制御で色バランスを調整するには、所要の特定発光色の半導体発光素子に対する駆動電流のオンデューティを増減させればよい。また、発光量を調節するには、全部の半導体発光素子に対する駆動電流のオンデューティを増減させればよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
図１および図２は、本発明の単板方式画像投射表示装置の第１の実施形態を示し、図１は概念図、図２は半導体発光素子の正面図である。本実施形態の単板方式画像投射表示装置は、半導体発光素子ＬＥＤ、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤ、画像信号発生手段ＩＧ、制御手段Ｃおよび光学系ＯＰからなる。
【００３２】
半導体発光素子ＬＥＤは、図２に示すように、３組の半導体発光素子ＬＥＤＲ、ＬＥＤＧ、ＬＥＤＢからなる。ＬＥＤＲは赤色発光形の発光ダイオード、ＬＥＤＧは緑色発光形の発光ダイオード、ＬＥＤＢは青色発光形の発光ダイオードである。各発光色の半導体発光素子ＬＥＤＲ、ＬＥＤＧ、ＬＥＤＢは、それぞれ同数の複数が配線基板ＰＢに均等に分散して実装されている。すなわち、各発光色の半導体発光素子ＬＥＤＲ、ＬＥＤＧ、ＬＥＤＢが半径方向および円周方向にそれぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の順に隣接して配置されている。なお、配線基板ＰＢの中心部には、Ｒ、Ｇ、Ｂが３角形の各頂角に位置するように配置されている。以上のように、半導体発光素子ＬＥＤは、３組の半導体発光素子ＬＥＤＲ、ＬＥＤＧ、ＬＥＤＢが全体として盤状をなして薄形に構成されている。
【００３３】
デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤは、１チップの半導体デバイスからなる単一の構成で、１画面の画素に対応する多数のマイクロミラーアレイを備えていて、各マイクロミラーを画像信号の各色信号に同期して個別に制御できるように構成されている。
【００３４】
画像信号発生手段ＩＧは、画像信号を発生する手段であり、動画像および静止画像のいずれをも発生することができる。また、テレビジョン放送を受信してテレビジョン画像を利用したり、やパソコン画像を利用したりするように構成してもよい。
【００３５】
制御手段Ｃは、３組の半導体発光素子ＬＥＤＲ、ＬＥＤＧ、ＬＥＤＢと単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤとを画像信号に同期して制御する。すなわち、３組の半導体発光素子ＬＥＤＲ、ＬＥＤＧ、ＬＥＤＢを画像信号の各色信号に同期して逐次切り換えながら所定のオンデューティで駆動させる。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤのマイクロミラーを画像信号の各色信号ごとに制御して、各色画像をスクリーンへ反射する。
【００３６】
光学系ＯＰは、半導体発光素子ＬＥＤから発生した単色光をデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤに入射させる部分がコンデンサーレンズＣＬ、光インテグレータＬＩ、リレーレンズＲＬおよび第１のプリズムＰＺ１から構成されている。また、デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤからの反射光をスクリーン（図示しない。）へ投射する部分が第２のプリズムＴＩＲおよびプロジェクションレンズＰＬから構成されている。
【００３７】
そうして、画像信号発生手段ＩＧから発生した画像信号の各色信号に同期して制御手段Ｃが半導体発光素子ＬＥＤを制御する。すなわち、赤色信号に同期して赤色発光形半導体発光素子ＬＥＤＲを駆動させる。赤色発光形半導体発光素子ＬＥＤＲが駆動されると、赤色発光が発生する。そして、赤色発光は、コンデンサーレンズＣＬで集光されて、光インテグレータＬＩ、リレーレンズＲＬおよび第１のプリズムＰＺ１を経由してデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤに入射する。デジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤは、画像信号の赤色信号に応じて画像のうち赤色部分に該当するマイクロミラーのみが赤色光を所定方向へ反射する。反射した赤色光は、赤色画像を構成している。赤色画像は、第１および第２のプリズムＰＺ１、ＴＩＲを通過してプロジェクションレンズＰＬに入射する。プロジェクションレンズＰＬは、赤色画像をスクリーンへ投射するので、スクリーンには赤色画像が投影される。
【００３８】
次に、赤色発光に引き続き、制御手段Ｃは、緑色信号に同期して緑色発光形半導体発光素子ＬＥＤＧを駆動させる。緑色光は、赤色光のときと同様にデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤに入射する。そのときデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤは、緑色信号に応動するので、緑色画像の画素に該当するマイクロミラーのみが緑色光を反射する。その結果、緑色画像が赤色光のときと同様に形成され、スクリーンに投射される。
【００３９】
さらに、緑色発光に引き続き、制御手段Ｃは、青色信号に同期して青色発光形半導体発光素子ＬＥＤＢを駆動させる。青色光は、赤色光のときと同様にデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤに入射する。そのときデジタル・マイクロミラー・デバイスＤＭＤは、青色信号に応動するので、青色画像の画素に該当するマイクロミラーのみが青色光を反射する。その結果、青色画像が赤色光のときと同様に形成され、スクリーンに投射される。
【００４０】
以上のように、赤色画像、緑色画像および青色画像が画像信号に同期して逐次切り換えられてスクリーンに投射されるので、人の目にはカラー画像として見える。
【００４１】
図３は、本発明の単板方式画像投射表示装置の第２の実施形態を示す概念図である。図において、図１および図２と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。本実施形態は、光学系ＯＰが異なっている。すなわち、第１および第２のプリズムＰＺ１、ＴＩＲを省略した構成となっている。
【００４２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、異なる単色光を発生する半導体発光素子と、単色光を反射する単一のデジタル・マイクロミラー・デバイスと、画像信号に同期して逐次時分割的に半導体発光素子が作動するように制御するとともに、デジタル・マイクロミラー・デバイスを画像信号により制御する制御手段と、単色光をデジタル・マイクロミラー・デバイスに入射させ、デジタル・マイクロミラー・デバイスからの反射光を投射する光学系とを具備していることにより、構造が簡単なため、低コストで、かつ、高信頼性であり、しかも、光の利用効率が高くて、単色光の重ね合わせによる色ずれが発生しないとともに、色バランスを調整しやすい単板方式画像投射表示装置を提供することができる。
【００４３】
請求項２の発明によれば、半導体発光素子は、赤色光、緑色光および青色光を発光することにより、加色混光により白色光を得やすい単板方式画像投射表示装置を提供することができる。
【００４４】
請求項３の発明によれば、制御手段は、半導体発光素子の作動時間を制御することにより光量を変化させることにより、色バランスや光量を調整したり、調節したりするのに好適な単板方式画像投射表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単板方式画像投射表示装置の第１の実施形態を示す概念図
【図２】同じく半導体発光素子の正面図
【図３】本発明の単板方式画像投射表示装置の第２の実施形態を示す概念図
【符号の説明】
Ｃ…制御手段、ＣＬ…コンデンサーレンズ、ＤＭＤ…デジタル・マイクロミラー・デバイス、ＩＧ…画像信号発生手段、ＬＥＤ…半導体発光素子、ＯＰ…光学系、ＰＬ…プロジェクションレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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