(57)【要約】【課題】投写型表示装置の画質を向上させる。【解決手段】投写型表示装置１００は、光源１０５と、光源１０５からの光を照明光に変調する照明光学系１０４と、照明光学系１０４からの光を映像信号に応じた光学像に変調する表示パネル１０２と、表示パネル１０２からの光を拡大投写する投写レンズ１０１とを備えている。照明光学系１０４は、マトリックス状に配置され映像信号に応じて表示パネル１０２に入射する光を変調する複数の可動ミラー１２１を含む光変調素子１２０を有している。【選択図】図１
2007256830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を照明光に変調する照明光学系と、
前記照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブと、
前記ライトバルブからの光を拡大投写する投写光学系とを備え、
前記照明光学系は、マトリックス状に配置され前記映像信号に応じて前記ライトバルブに入射する光を変調する複数の可動ミラーを含む変調光学系を有している、
投写型表示装置。
【請求項２】
前記照明光学系は、前記光源からの光を前記変調光学系の各可動ミラーに対して略均一に集光する少なくとも１つのレンズを含むレンズ群をさらに有している、
請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記照明光学系のレンズ群は、ロットレンズを含んでいる、
請求項２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記投写光学系のＦナンバーは、前記可動ミラーにより変化する前記照明光学系の出射側のＦナンバーの最小値以下である、
請求項１から３のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、前記変調光学系からの光を前記ライトバルブ上に集光する少なくとも１つのレンズを含む第２レンズ群をさらに有している、
請求項２または３に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記ライトバルブと前記変調光学系とは、前記第２レンズ群によって略共役関係にある、
請求項５の投写型表示装置。
【請求項７】
前記可動ミラーの角度と高さとは、任意の値に可変である、
請求項１から６のいずれかに記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置、特に液晶パネルや電気信号により動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイスなどのライトバルブを用いた投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置は画面の大型化が容易であるため、プレゼンテーションやホームシアターなどに用いられている。この種の投写型表示装置は、主に、光源と、光源からの光を均一化するための照明光学系と、照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調する液晶パネルなどのライトバルブと、ライトバルブにより形成された光学像を拡大投写する投写レンズと、投写レンズからの光が投写されるスクリーンとから構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平３−１１１８０６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種のライトバルブ方式の投写型表示装置では、照明光学系からの均一な光がライトバルブに照射され、ライトバルブの透過率や反射率を映像信号に応じて変化させている。これにより、映像信号に応じた光学像がライトバルブにより形成され、投写レンズを介してスクリーン上に映像が再現される。すなわち、この投写型表示装置では、均一な照明光を部分的に絞ることで輝度分布としての光学像を形成し映像を再現している。
このような構成においては、例えば黒地に小さい面積の白パターンを表示したときも、全面にわたり白パターンを表示したときも、スクリーン上に再現された白パターンの輝度は等しくなる。このため、スクリーン上に再現される映像のコントラストが低い傾向にある。
それに対して、例えばブラウン管を用いたＣＲＴディスプレイでは、黒地に小さい面積の白パターンを表示したときの輝度を、全面にわたり白パターンを表示したときの輝度よりも明るくすることができる。なぜなら、ブラウン管の場合は映像信号の輝度情報に応じて電子ビームのビーム強度を変化させることができるためである。
このような特性の違いにより、ＣＲＴディスプレイは投写型表示装置に比べてコントラストの高い美しい映像を再現できる。
【０００４】
しかしながら、ＣＲＴディスプレイに比べて、投写型表示装置は大型化が比較的容易であり、前述のようにプレゼンテーションやホームシアターなどに用いられることから需要が増大しており、コントラストなどを含めた画質の向上が期待されている。
本発明の課題は、投写型表示装置において画質の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る投写型表示装置は、光源と、光源からの光を照明光に変調する照明光学系と、照明光学系からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブと、ライトバルブからの光を拡大投写する投写光学系とを備えている。照明光学系は、マトリックス状に配置され映像信号に応じてライトバルブに入射する光を変調する複数の可動ミラーを含む変調光学系を有している。
この投写型表示装置では、光源からの光が照明光学系を介してライトバルブに入射し、ライトバブルにより映像信号に応じた光学像に変調される。この光学像は投写光学系により拡大投写され映像が再現される。
ここでは、照明光学系の変調光学系により映像信号に応じて光が変調されライトバルブに入射する。例えば、小さい面積の白パターンを表示する場合に、変調光学系の複数の可動ミラーが映像信号に応じて駆動され、光源からの光をライトバルブ上の白パターンに対応する領域に集めることができる。すなわち、従来であれば映像の再現に寄与しないはずの光を映像の再現に寄与させることができる。これにより、従来に比べて映像のコントラストを高めることができ、画質の向上を図ることができる。
第２の発明に係る投写型表示装置は、第１の発明の装置において、照明光学系が光源からの光を変調光学系の各可動ミラーに対して略均一に集光する少なくとも１つのレンズを含むレンズ群をさらに有している。
【０００６】
これにより、各可動ミラーに入射する光がほぼ等しくなり、映像に応じて可動ミラーの動作の制御が安定する。
第３の発明に係る投写型表示装置は、第２の発明の装置において、照明光学系のレンズ群がロットレンズを含んでいる。
第４の発明に係る投写型表示装置は、第１から第３の発明のいずれかの装置において、投写光学系のＦナンバーが可動ミラーにより変化する照明光学系の出射側のＦナンバーの最小値以下である。
これにより、投写型表示装置全体の光利用効率がさらに向上する。
第５の発明に係る投写型表示装置は、第２または第３の発明の装置において、照明光学系が変調光学系からの光をライトバルブ上に集光する少なくとも１つのレンズを含む第２レンズ群をさらに有している。
第６の発明に係る投写型表示装置は、第５の発明の装置において、ライトバルブと変調光学系とが第２レンズ群によって略共役関係にある。
これにより、変調光学系による光の変調が再現される映像に反映されやすくなる。
第７の発明に係る投写型表示装置は、第１から第６の発明のいずれかの装置において、可動ミラーの角度と高さとは任意の値に可変である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る投写型表示装置では、照明光学系が複数の可動ミラーを含む変調光学系を有しているため、従来であれば映像の再現に寄与しないはずの光を映像の再現に寄与させることができる。これにより、映像のコントラストを向上させることができ、画質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
〔１〕全体構成
図１に本発明の第１実施形態としての投写型表示装置１００の概略構成図の一例を示す。なお、ここでは単板式（カラーフィルタ方式）の投写型表示装置を例に説明する。
この投写型表示装置１００は、主に、光源１０５と、光源１０５からの光を照明光に変調する照明光学系１０４と、照明光学系１０４からの光を映像信号に応じた光学像に変調するライトバルブとしての表示パネル１０２と、表示パネル１０２からの光を拡大投写する投写光学系としての投写レンズ１０１と、投写レンズ１０１からの光が投写されるスクリーン１０６とから構成されている。
光源１０５は、電圧の印可により発光するランプ１１５と、ランプ１１５からの光を集光するリフレクタ１１６とから構成されている。ランプ１１５としては、例えば超高圧水銀ランプなどが挙げられる。
この投写型表示装置１００は、照明光学系１０４において映像信号に応じて照明光が変調されることに特徴を有している。具体的には、照明光学系１０４は、光源１０５からの光を取り込むレンズ群１１１と、レンズ群１１１から出射した光を映像信号に応じて変調する変調光学系としての光変調素子１２０とから構成されている。レンズ群１１１は、全体として正のパワーを有しており、例えば２枚のフライアイレンズやロットレンズなどから構成されている。レンズ群１１１からの光により、光変調素子１２０は全体あるいは一部の領域を均一に照明されている。
【０００９】
光変調素子１２０は、レンズ群１１１からの光を変調し表示パネル１０２に導くための素子であり、レンズ群１１１と表示パネル１０２との間の光路上に配置されている。光変調素子１２０の構成については後述する。
表示パネル１０２は、照明光学系１０４からの光を映像信号に応じた光学像に変調するための素子であり、例えば透過型液晶パネルなどが挙げられる。投写レンズ１０１は、表示パネル１０２により形成された光学像をスクリーン１０６に拡大投写する。
〔２〕光変調素子１２０について
ここで図２および図３を用いて、光変調素子１２０について説明する。図２に光変調素子１２０の平面概略図、図３に光変調素子１２０を構成する可動ミラー１２１の動作説明図を示す。
図２に示すように、光変調素子１２０は、マトリックス状に配置された複数の可動ミラー１２１と、可動ミラー１２１を支持および駆動する機構を含む基板１２２とから構成されている。可動ミラー１２１は、微小な矩形の平面ミラーから構成されており、例えば表示パネル１０２の画素数と同じだけ設けられている。なお、図２では、便宜上、可動ミラー１２１の数量は実際考えられる数量よりも少なくしている。
【００１０】
図３に示すように、個々の可動ミラー１２１は、所定の範囲内で基板１２２に対する角度および高さを任意の値に調節可能である。レンズ群１１１からの光を表示パネル１０２のいずれの画素へも反射可能なように、可動ミラー１２１の角度および高さの可動範囲は決定されている。
各可動ミラー１２１の角度および高さが任意の値に可変であるため、従来とは異なり照明光学系１０４の焦点距離や照明範囲が変化する。このため、照明光学系１０４の出射側のＦナンバーは光変調素子１２０の可動ミラー１２１により可変となる。本実施形態では、投写レンズ１０１のＦナンバーは、照明光学系１０４の出射側のＦナンバーの最小値以下に設定されている。
以上の構成により、この光変調素子１２０は、任意に全体の反射面形状を変化させることができ、照明範囲や照度を任意に調節することができる。例えば、光変調素子１２０により、レンズ群１１１からの光を表示パネル１０２上の任意の領域に集光することができる。
なお、光変調素子１２０などの変調光学系については、例えば特許第３６５７２５９号などに記載されているものが考えられる。このため、ここでは可動ミラー１２１や基板１２２などの詳細な説明については省略する。
【００１１】
〔３〕各駆動部について
図１に示すように、投写型表示装置１００は、光源１０５を駆動するランプ駆動部１５１と、光変調素子１２０の可動ミラー１２１を駆動する光変調素子駆動部１５２と、表示パネル１０２を駆動する表示パネル駆動部１５３と、各駆動部の動作の制御や演算を行うためのＣＰＵ１５４，ＲＯＭ１５５，ＲＡＭ１５６とをさらに備えている。
ランプ駆動部１５１は、ランプ１１５に接続されており、ランプ１１５に電圧を印可してランプ１１５を発光させる。光変調素子駆動部１５２は、光変調素子１２０の基板１２２に接続されており、可動ミラー１２１の支持部に電圧を印可して個々の可動ミラー１２１の角度や高さを別個に調節する。表示パネル駆動部１５３は、外部から順次送られてくる映像信号に応じて表示パネル１０２の各画素に電圧を印可し照明光学系１０４からの光を光学像に変調する。表示パネル駆動部１５３は、例えば順次送られてくる映像信号を記憶するための表示メモリなどを有している。
ＣＰＵ１５４は、各駆動部１５１，１５２，１５３の動作を制御する回路、あるいは外部から取得した情報に基づいて演算を行う回路などを有しており、バス１５８を介してＲＯＭ１５５，ＲＡＭ１５６，各駆動部１５１，１５２，１５３に接続されている。バス１５８には、例えば映像信号を出力可能な映像出力機器１５７が接続されている。
【００１２】
〔４〕動作
投写型表示装置１００の動作について説明する。
図１に示すように、光源１０５からの光は、照明光学系１０４のレンズ群１１１により均一な光に変換され、光変調素子１２０に対して均一に照射される。光変調素子１２０に入射した光は、個々の可動ミラー１２１により反射される。可動ミラー１２１により反射された光は、表示パネル１０２に入射する。例えば表示パネル１０２が透過型の液晶パネルの場合は、映像信号に応じて表示パネル駆動部１５３からの電圧が液晶層に印可され、光変調素子１２０からの光は表示パネル１０２上において輝度分布としての光学像に変調される。表示パネル１０２を透過した光は投写レンズ１０１によりスクリーン１０６に拡大投写され、スクリーン１０６上に映像が再現される。
一方、制御部１５０では、例えば映像格納部に格納された映像信号に基づいて各フレーム毎の輝度分布情報がＣＰＵにより取得され、各フレーム毎の輝度分布情報がＲＡＭに順次格納される。この輝度分布情報に基づいて光変調素子１２０の各可動ミラー１２１の角度および高さが調節される。具体的には、例えば、ＣＰＵにおいて輝度分布情報から１フレームの輝度の合計値が算出され、輝度分布情報および輝度の合計値から画素ごとの輝度の割合が算出される。前述のように、１つの可動ミラー１２１で反射する光量はほぼ同一であるため、各画素の輝度の割合および当該画素の表示パネル１０２上の位置に応じて、各画素へ光を反射させる可動ミラー１２１およびその角度や高さが決定される。例えば、黒地に小さい面積の白パターンが写し出された映像の場合、表示パネル１０２上の白パターンに対応する領域に光が均一に集まるように、各可動ミラー１２１の角度および高さが調節される。また、映像信号の水平同期パルスおよび垂直同期パルスがＣＰＵにより取得される。この同期パルス情報に基づいて、可動ミラー１２１の動作と表示パネル１０２の動作との同期がとられる。そして、光変調素子１２０により変調された照明光がさらに表示パネル１０２により光学像に変調され、投写レンズ１０１を介してスクリーン１０６上に再現される。
【００１３】
〔４〕効果
以上に述べたように、この投写型表示装置１００では、照明光学系１０４の光変調素子１２０により映像信号に応じて変調された光が表示パネル１０２に入射する。この変調された光は、映像信号の輝度分布情報に基づいて表示パネル１０２上の光が必要な領域に集められる。すなわち、従来であれば映像の再現に寄与しないはずの光を映像の再現に寄与させることができる。これにより、この投写型表示装置１００では、従来に比べて映像のコントラストを高めることができ、画質の向上を図ることができる。
また、この投写型表示装置１００では、光源１０５からの限られた光を映像信号に応じて積極的に変調させて、装置全体の光利用効率を高めることができる。このため、映像のコントラストを高める必要がない場合には、光源１０５として低出力のランプ１１５を採用することができ、投写型表示装置１００のランニングコストの低減を図ることができる。また、投写レンズ１０１のＦナンバーが可動ミラー１２１により変化する照明光学系１０４の出射側のＦナンバーの最小値以下であるため、投写型表示装置１００全体の光利用効率がさらに向上する。
さらに、レンズ群１１１により各可動ミラー１２１にほぼ等しく光が入射するため、光変調素子１２０による映像信号に応じて変調された光の状態が安定する。
【００１４】
以上のように、この投写型表示装置１００では、従来に比べてコントラストの高い高画質の映像を再現することができる。
なお、本実施形態では、照明光学系１０４のレンズ群１１１が２枚のフライアイレンズから構成されているが、全体として正のパワーを有していれば、ロットレンズやその他のレンズにより構成されていてもよい。
また、画質の向上の観点から考えて、可動ミラー１２１の数は表示パネル１０２の画素数と同じかあるいは表示パネル１０２の画素数よりも多く設けられることが望ましいが、これに限定されるものではない。
また、投写型表示装置１００としては単板式のカラーフィルタ方式のものに限られず、例えば単板式の色順次方式（ロットレンズおよびカラーホイールを備えたもの）や３板式の投写型表示装置であってもよい。なお、単板式の色順次方式の場合は、光変調素子１２０の可動ミラー１２１の動作をＲ，Ｇ，Ｂの色変調のタイミングに同調させる。３板式の場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各成分ごとに表示パネルおよび光変調素子が設けられる。
＜第２実施形態＞
前述の第１実施形態に係る投写型表示装置１００は、ライトバルブとして透過型の表示パネル１０２を搭載しているが、反射型の表示パネルを搭載していてもよい。図４を用いて、本発明の第２実施形態としての投写型表示装置２００について説明する。図４に本発明の第２実施形態としての投写型表示装置２００の概略構成図の一例を示す。なお、第１実施形態と異なる構成を中心に説明することとし、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を用いる。
【００１５】
図４に示すように、第２実施形態に係る投写型表示装置２００は、主に、光源１０５と、光源１０５からの光を映像信号に応じて変調する照明光学系２０４と、照明光学系２０４からの光を映像信号に応じた光学像に変調する反射型の表示パネル２０２と、投写レンズ１０１と、スクリーン１０６とから構成されている。
表示パネル２０２としては、例えば反射型の液晶パネルや電気信号に応じて動作する複数のミラーを搭載する半導体デバイスなどが挙げられる。このように投写型表示装置２００では反射型の表示パネル２０２を搭載するため、照明光学系２０４の構成が第１実施形態と異なる。
具体的には、照明光学系２０４は、光源１０５からの光の均一化を図るロットレンズ２１３と、ロットレンズ２１３からの光を時系列的に順次色変調するカラーホイール２１２と、色変調された光を光変調素子１２０に導くレンズ２１１と、レンズ２１１からの光を映像信号に応じて変調して表示パネル２０２に入射させる光変調素子１２０とから構成されている。
カラーホイール２１２は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の色フィルタを円周方向に並べた円盤状の部材であり、カラーディスクとも呼ばれる部材である。カラーホイール２１２が回転することにより、ロットレンズ２１３からの光の色変調が順次行われる。
【００１６】
この投写型表示装置２００では、光源１０５からの光がロットレンズ２１３により均一化される。この均一化された光は、カラーホイール２１２により順次色変調され、レンズ２１１を介して光変調素子１２０に入射する。このとき、色変調された均一な光により、光変調素子１２０の各可動ミラー１２１が照明される。光変調素子１２０に入射した光は、色変調のタイミングおよび映像信号に応じて可動ミラー１２１が駆動され、第１実施形態と同様に映像信号の輝度分布情報に応じて変調される。光変調素子１２０により変調された光は、表示パネル２０２で反射し、映像信号に応じた光学像が形成される。この光学像が投写レンズ１０１により拡大投写され、スクリーン１０６上に映像が再現される。
この投写型表示装置２００では、照明光学系２０４が光変調素子１２０を有しているため、前述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、投写型表示装置２００は、色順次方式に限られず、例えば表示パネル２０２が反射型液晶パネルの場合はカラーフィルタ方式であってもよい。
＜第３実施形態＞
また、第２実施形態に係る投写型表示装置２００の照明光学系２０４の構成として、以下のような場合も考えられる。図５に本発明の第３実施形態に係る投写型表示装置３００の概略構成図を示す。なお、第２実施形態と異なる構成を中心に説明することとし、第１および第２実施形態と同じ構成については同じ符号を用いる。
【００１７】
図５に示すように、この投写型表示装置３００は、照明光学系３０４が第２レンズ群としての第２レンズ３１４をさらに有している。第２レンズ３１４は、光変調素子１２０と表示パネル２０２との間の光路上に配置されており、光変調素子１２０により変調された光を表示パネル２０２上に集光する。また、光変調素子１２０と表示パネル２０２とは第２レンズ３１４によって略共役関係にある。
この投写型表示装置３００では、第２実施形態と同様の効果が得られることに加え、第２レンズ３１４を配置することにより、光変調素子１２０による光の変調が映像に反映されやすくなる。すなわち、映像のコントラストをより高めることができ、映像の画質をさらに向上させることができる。
＜その他の実施形態＞
本発明は上記の実施形態に限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更または修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の投写型表示装置は、映像のコントラストを高くできる効果を有しているため、高画質の投写型表示装置が必要とされる分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置１００の概略構成図。
【図２】光変調素子１２０の平面概略図。
【図３】光変調素子１２０を構成する可動ミラー１２１の動作説明図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置２００の概略構成図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る投写型表示装置２００の概略構成図。
【符号の説明】
【００２０】
１００，２００，３００  投写型表示装置
１０１  投写レンズ（投写光学系）
１０２  表示パネル（ライトバルブ）
１０４  照明光学系
１０５  光源
１０６  スクリーン
１１１  レンズ群
１２０  光変調素子（変調光学系）
１２１  可動ミラー
１２２  基板
２１３  ロットレンズ
３１４  第２レンズ（第２レンズ群）
【図１】
2007256830.tif 000003
【図２】
2007256830.tif 000004
【図３】
2007256830.tif 000005
【図４】
2007256830.tif 000006
【図５】
2007256830.tif 000007