(57)【要約】【課題】投写型表示装置において画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止する。【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からの光を所定の投写範囲に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のアスペクト比情報に応じて表示パネル１０２の被照明領域のアスペクト比を調節する複数の可動ミラー１２１，１３１を含む第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前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のアスペクト比情報に応じて前記ライトバルブの被照明領域のアスペクト比を調節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】
前記変調光学系は、複数の前記可動ミラーを含み前記投写範囲に応じて前記光源からの光を変調する第１光変調素子と、複数の前記可動ミラーを含み前記投写範囲に応じて前記第１光変調素子からの光をさらに変調する第２光変調素子とを有している、
請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記変調光学系と前記ライトバルブとの間の光路上に配置され、前記変調光学系からの光を拡大する拡大光学系をさらに備えた、
請求項１または２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記拡大光学系は、所定の曲率を有する反射ミラーである、
請求項３に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
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４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。
照明光学系は光源からの光束を効率よく、そしてムラ無くライトバルブに導くように構成されている。このため以下のような２つの機能を有している。
（１）光源から出射した円形形状の光束をライトバルブ上では短形形状となるように変換する。
（２）光源から出射した光束をマトリックス状に分割し再度重ねてライトバルブ上に導く。
この２つの機能を実現するために、例えばフライアイレンズ１とフライアイレンズ２を用いる方法がある（例えば、特許文献１の図１０参照）。このフライアイレンズ１，２は、マトリックス状に配置された微小レンズを有しており、フライアイレンズ１では光源からの光が微小レンズにより複数の光束に分割され、フライアイレンズ２では分割された光束が微小レンズにより被照明面の全面に重畳的に導かれる。上記の（１）の機能を実現するために、フライアイレンズ１の１つの微小レンズの形状はライトバルブの短形形状と相似形に設定されている。また上記の（２）の機能を実現するために、フライアイレンズ２の１つの微小レンズの光軸中心は対応するフライアイレンズ１の微小レンズの光軸中心と合うように調整されている。
【０００４】
しかしながら、表示する映像の種類によって画面の縦横比（アスペクト比）が変化するときもある（例えば映画ソフトはビスタサイズ、シネマサイズ、１６：９、４：３など）。例えば投写型表示装置が４：３のアスペクト比をもったライトバルブで構成されている場合、画面のアスペクト比が１６：９の映像ソフトを表示する際には、上下に黒帯が入った信号をライトバルブに入力することで、１６：９の映像をスクリーン上に投写できる。このとき、黒帯の部分はライトバルブで光が常時カットされるので、光源からの光を効率よくスクリーンに投写できない。
このように従来のライトバルブ式の投写型表示装置では、画面のアスペクト比の変化に対応させると、装置全体の光利用効率が低下する結果となる。
本発明の課題は、投写型表示装置において画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することにある。
【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のアスペクト比情報に応じてライトバルブの被照明領域のアスペクト比を調節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により照明光に変換され、ライトバルブに入射する。照明光は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、この光学像が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、映像信号のアスペクト比情報に応じて、変調光学系の可動ミラーによりライトバルブの被照明領域が調節される。このため、例えば映像のアスペクト比が４：３の場合も１６：９の場合もともにライトバルブ上に光学像が形成される領域のみに照明光を照射することができる。これにより、この投写型表示装置では、画面のアスペクト比が変化しても必要な領域にのみ照明光を照射することができ、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができる。
ここで、映像信号のアスペクト比情報とは、映像の再現に寄与する領域のアスペクト比情報のことを意味している。
【０００６】
第２の発明に係る投写型表示装置は、第１の発明において、変調光学系が複数の可動ミラーを含み投写範囲に応じて光源からの光を変調する第１光変調素子と、複数の可動ミラーを含み投写範囲に応じて第１光変調素子からの光をさらに変調する第２光変調素子とを有している。
第３の発明に係る投写型表示装置は、第１または第２の発明において、変調光学系とライトバルブとの間の光路上に配置され変調光学系からの光を拡大する拡大光学系をさらに備えている。
この場合、変調光学系に含まれる可動ミラーの可動範囲を小さくすることができ、変調光学系の小型化を図ることができる。
第４の発明に係る投写型表示装置は、第３の発明において、拡大光学系が所定の曲率を有する反射ミラーである。
第５の発明に係る投写型表示装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、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、映像信号のアスペクト比情報に応じて被照明領域を調節することができる。これにより、画面のアスペクト比が変化しても必要な領域にのみ照明光を照射することができ、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができる。
【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。
〔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からの光を拡大する拡大光学系としてのフィールドミラー１０３と、フィールドミラー１０３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において映像信号のアスペクト比情報に応じて被照明領域が調節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からの光を変調する変調光学系の一部としての第１光変調素子１２０と、第１光変調素子１２０からの光をさらに変調する変調光学系の一部としての第２光変調素子１３０とから構成されている。第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の構成については後述する。
【０００９】
フィールドミラー１０３は、照明光学系１０４の第２光変調素子１３０からの光を拡大するミラーであり、反射面が曲面により構成されている。表示パネル１０２は、フィールドミラー１０３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、例えば反射型液晶パネルや電気信号により動作する複数の可動ミラーを搭載する半導体デバイスなどが挙げられる。本実施形態では、表示パネル１０２のアスペクト比は４：３に設定されている。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〕第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０について
ここで図２および図３を用いて、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０について説明する。図２に第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の平面概略図、図３に第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０を構成する可動ミラー１２１，１３１の動作説明図を示す。
図２に示すように、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０は、マトリックス状に配置された複数の可動ミラー１２１，１３１と、可動ミラー１２１，１３１を支持および駆動する機構を含む基板１２２，１３２とから構成されている。可動ミラー１２１，１３１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１２１，１３１は、所定の範囲内で基板１２２，１３２に対する角度および高さを任意の値に調節可能である。
以上の構成により、この第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０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、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の反射面をフライアイミラーに形状を調節することにより、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０により従来の２つのフライアイレンズと同様に光源１０５からの光を均一にすることができる。
なお、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０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１２１，１３１や基板１２２，１３２などの詳細な説明については省略する。
〔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、第１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。
【００１１】
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、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の基板１２２，１３２に接続されており、可動ミラー１２１，１３１の支持部に電圧を印可して個々の可動ミラー１２１，１３１の角度や高さを別個に調節する。ここでは２つの光変調素子１２０，１３０に対して１つの光変調素子駆動部１５２を備えているが、駆動部を別個に設けてもよい。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。
〔４〕動作
図１〜図５を用いて投写型表示装置１００の動作について説明する。図４にアスペクト比４：３に対応する第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の概略構成図、図５にアスペクト比１６：９に対応する第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の概略構成図を示す。なお、図４および図５の上側および左側に示す図は第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の概略断面図である。
【００１２】
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、第１光変調素子１２０に対して均一に照射される。第１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、順次送られてくる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、第１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、映像出力機器１５７から順次送られてくる映像信号がＲＡＭ１５６に一旦格納される。格納された映像信号から映像のアスペクト比情報がＣＰＵ１５４により取得される。ＲＯＭ１５５には、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０を所定の反射面形状に駆動するための複数の駆動データが格納されており、例えば、アスペクト比に対応する駆動データがＣＰＵ１５４により選択される。選択された駆動データに基づいて光変調素子駆動部１５２により第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の可動ミラー１２１，１３１の角度および高さが調節される。
【００１３】
例えば、再現される映像のアスペクト比が表示パネル１０２のアスペクト比と同じ４：３の場合、アスペクト比４：３に対応する第１駆動データがＣＰＵ１５４により選択される。図４に示すように、この第１駆動データに基づいて、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０は３×３のフライアイミラーを構成するように各可動ミラー１２１，１３１の角度および高さが調節される。この場合、１つの反射面１２３，１３３は表示パネル１０２の相似形（アスペクト比が４：３）を有している。第１光変調素子１２０の複数の反射面１２３により光源１０５からの光は９個の光束に分割され、分割された光束は第２光変調素子１３０の反射面１３３により表示パネル１０２上に重畳的に照射される。これにより、表示パネル１０２および投写レンズ１０１を介してスクリーン１０６にはアスペクト比４：３の映像が再現される。
また、再現される映像のアスペクト比が１６：９の場合、ＣＰＵ１５４によりアスペクト比１６：９に対応する第２駆動データが選択される。図５に示すように、この第２駆動データに基づいて、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０は４×３のフライアイミラーを構成するように可動ミラー１２１，１３１の角度および高さが調節される。１つの反射面１２４，１３４はアスペクト比が１６：９である。第１光変調素子１２０の複数の反射面１２４により光源１０５からの光は１２個の光束に分割され、分割された光束は第２光変調素子１３０の反射面１３４により表示パネル１０２上に重畳的に照射される。このとき、表示パネル１０２上の被照明領域のアスペクト比は、反射面１２４，１３４と相似形である１６：９となる。このため、表示パネル１０２および投写レンズ１０１を介して、スクリーン１０６にはアスペクト比１６：９の映像が再現される。言い換えると、表示パネル１０２にはアスペクト比１６：９の映像信号が入力されるため、映像の再現に寄与しない領域が表示パネル１０２やスクリーン１０６の上下にできるが、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０により被照明領域のアスペクト比が１６：９に調節されているため、表示パネル１０２上の映像の再現に寄与しない領域には照明光学系１０４からの照明光が照射されない。
【００１４】
〔５〕効果
以上に述べたように、この投写型表示装置１００では、映像のアスペクト比が４：３の場合は被照明領域のアスペクト比が４：３となるように第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０により調節される。また、映像のアスペクト比が１６：９の場合は、被照明領域のアスペクト比が１６：９となるように第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０により調節される。このため、この投写型表示装置１００では、映像のアスペクト比が変化しても表示パネル１０２上の必要な領域にのみ照明光を照射することができ、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができる。
〔６〕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。
例えば、本実施形態では、照明光学系１０４が第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０により構成されているが、これらの素子以外にレンズなどが含まれていてもよい。
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。
【００１５】
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、第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の可動ミラー１２１，１３１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マイクロミラーアレイＭＥＭＳ素子が設けられる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の投写型表示装置は、画面のアスペクト比の変化に伴う光利用効率の低下を防止することができるため、光利用効率が高い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】
【００１７】
【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】第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の平面概略図。
【図３】第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０を構成する可動ミラー１２１，１３１の動作説明図。
【図４】アスペクト比４：３に対応する第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の概略構成図。
【図５】アスペクト比１６：９に対応する第１光変調素子１２０および第２光変調素子１３０の概略構成図。
【符号の説明】
【００１８】
１００  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）
１０３  フィールドミラー
１０４  照明光学系
１０５  光源
１０６  スクリーン
１２０  第１光変調素子
１２１  可動ミラー
１２２  基板
１３０  第２光変調素子
１３１  可動ミラー
１３２  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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