(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、該光源から出射した光を複数の波長帯域光に分離する光分離手段と、入射光を変調して画像を形成するライトバルブと、前記光分離手段で分離されたそれぞれの光を走査して前記ライトバルブに入射させる光走査手段と、前記光分離手段と前記光走査手段の間の光路上に配置され前記ライトバルブに入射させる光の形状を整形するためのスリットとを備え、前記スリットの開口形状は、方形以外の特定の形状である表示装置において、
前記スリットの特定の開口形状は、前記光分離手段で分離された光束の走査方向に直交する方向における輝度ムラに基づいて決定された曲線を有する形状であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、前記スリットの特定の開口形状は、前記走査方向に直交する方向の両端部と該両端部を除く中央部において、前記走査方向の幅が前記両端部で広く、前記中央部で狭くなるように構成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表示装置において、前記スリットの特定の開口形状は、前記両端部の走査方向の幅は該両端部の全域において均一で、かつ前記中央部の走査方向の幅は該中央部の全域において均一で、該両端部と該中央部の接続部分は階段状に幅が変化するように構成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の表示装置において、前記スリットの開口が形成される部材は、前記スリットの中央部の走査方向と直交方向の長さ及び該中央部の走査方向における幅を自在に調整可能に構成されていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置、より具体的には、光束を走査してライトバルブに照射し、ライトバルブで変調することによって画像光を生成し、画像光の投写等によって画像表示を行う表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源と、ライトバルブと、照明光をライトバルブ上で走査させる光学系とを有し、ライトバルブで変調することにより表示画像光を得るようにした表示装置が提供されている。このような表示装置は、投写レンズ等の投写手段によってライトバルブによって得られた画像光をスクリーン等に投写するようにした投写表示装置を構成することができる。上記のライトバルブにおける照明光の変調は、駆動電子回路によってライトバルブの各部分をアドレスして、各部分に変調のための駆動信号を付与することにより実行される。
【０００３】
上記のごとくの表示装置に関し、例えば、特開平６−３１９１４８号公報によれば、単一のライトバルブと、そのライトバルブ上を走査する照明光を提供するために互いに同軸に配置した３つの回転プリズムを用いた照明系を備えた彩色表示装置が開示されている。上記公報に記載されている光学系においては、照明光をライトバルブ上で走査する手段として、３つの回転プリズムの入射側光路上にそれぞれ方形のスリットを備え、ライトバルブ上で走査する照明光を整形して方形となるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような装置においては、照明光の走査方向に垂直な方向において光密度の不均一が生じると、ライトバルブで生成される画面の輝度不均一に直結する。また、このような不均一性を解消するために、フライアイレンズを使用して照明光の均一性を向上させることができるが、ライトバルブの画面内輝度不均一を完全に解消するために、フライアイレンズの製造上の誤差を抑えて高精度のフライアイレンズを得ようとすると、フライアイレンズの製造条件が厳しくなって高価なものになってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、フライアイレンズのような輝度の均一性を向上させる部材の有無にかかわらず、ライトバルブにおける走査照明光の輝度を均一にし、またフライアイレンズを使用する構成においてもそれを高価なものにする必要なく、均一輝度の照明光によって画像表示を行うことができる表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の技術手段は、光源と、該光源から出射した光を複数の波長帯域光に分離する光分離手段と、入射光を変調して画像を形成するライトバルブと、前記光分離手段で分離されたそれぞれの光を走査して前記ライトバルブに入射させる光走査手段と、前記光分離手段と前記光走査手段の間の光路上に配置され前記ライトバルブに入射させる光の形状を整形するためのスリットとを備え、前記スリットの開口形状は、方形以外の特定の形状である表示装置において、前記スリットの特定の開口形状は、前記光分離手段で分離された光束の走査方向に直交する方向における輝度ムラに基づいて決定された曲線を有する形状であることを特徴としたものである。
【０００８】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記スリットの特定の開口形状は、前記走査方向に直交する方向の両端部と該両端部を除く中央部において、前記走査方向の幅が前記両端部で広く、前記中央部で狭くなるように構成とすることを特徴としたものである。
【０００９】
第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記スリットの特定の開口形状は、前記両端部の走査方向の幅は該両端部の全域において均一で、かつ前記中央部の走査方向の幅は該中央部の全域において均一で、該両端部と該中央部の接続部分は階段状に幅が変化するように構成することを特徴としたものである。
【００１０】
第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記スリットの開口が形成される部材は、前記スリットの中央部の走査方向と直交方向の長さ及び該中央部の走査方向における幅を自在に調整可能に構成とすることを特徴としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明による表示装置の実施形態の一例を添付された図面を参照して以下に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同様の機能を有する部分には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る表示装置の第１の実施形態を示す概略構成図で、図中、１０は光源部、１１はランプ、１２は楕円面反射鏡、１３はコールドミラー、１４は照明光出射口、２０はダイクロイックミラー系、２１，２２はダイクロイックミラー、２３，２４はミラー、３０は開口板、ＯR，ＯG，ＯBはそれぞれ赤，緑，青の３原色光を通過させるためのスリット、４０は回転プリズム、５０，６０はリレーレンズ、７０はライトバルブ、８０は投写レンズである。
【００１３】
光源部１０は、ランプ１１及び楕円面反射鏡１２を有している。ランプ１１からの出射光は、コールドミラー１３に照射される。コールドミラー１３で反射した光束は一連のレンズ群（図示せず）によって変形され、方形断面光束となって照明光出射口１４を通過し、ダイクロイックミラー系２０に入射する。ダイクロイックミラー系２０は、入射した白色光束を赤、緑、青の三原色光束に分離する。
【００１４】
ダイクロイックミラー系２０は、入射光束の中央部で互いに直交するように配置された２つのダイクロイックミラー２１，２２と、これらダイクロイックミラー２１，２２で分離された光を反射する２つのミラー２３，２４とを有している。ダイクロイックミラー２１，２２では、入射する白色光束のうち緑色光成分のみを通過させ、赤色光成分を上方に反射させてミラー２３に向かわせるとともに、青色光成分を下方に反射させてミラー２４に向かわせる。そしてミラー２３は赤色成分を反射させ、ミラー２４は青色成分を反射させ、それぞれ緑色光の進行方向に出射させる。
【００１５】
すなわちダイクロイックミラー系２０は、白色光束を三原色のカラーバンドＲ，Ｇ，Ｂの光束に分離し、これら分離光を垂直方向に並進する状態で出射させる機能を有する。分離された光束は、開口板３０に垂直方向に並設された３つのスリットＯR，ＯG，ＯBをそれぞれ通過する。
【００１６】
各スリットＯR，ＯG，ＯBを通過した三原色の光束は、回転プリズム４０による光学的走査機構に入射する。回転プリズム４０は、例えば、断面が方形で、かつ平坦な等面積の４側面を有するプリズム部材によって構成され、映像信号に同期して駆動するモータ（図示せず）により水平方向の中心軸の周りに回転する。これにより、回転プリズム４０に入射する入射光は、上記等面積の４側面のいずれかに入射して屈折し、リレーレンズ５０に向かって出射する。このときに、回転プリズム４０の回転によって、三原色の光束が上方もしくは下方に順次に走査される。
【００１７】
走査された三原色の光束Ｒ，Ｇ，Ｂは、２つのリレーレンズ５０，６０を経て、ライトバルブ７０に向かって出射する。リレーレンズ５０，６０は、各スリットＯR，ＯG，ＯBから出射した光束をライトバルブ７０上で結像する結像系を構成している。ライトバルブ７０は、方形作動面を有する透過型ＬＣＤからなり、順次走査される三原色の光束が入射される。ライトバルブ７０には、色に応じた映像情報が入力され、その映像情報に応じて入射光を変調して映像光を得る。この映像光を投射レンズ８０で投写することによって、例えば投射スクリーンのような適切な観測面上に表示画面を投影表示することができる。
【００１８】
図２は、本発明のスリット構成を導くための矩形スリット構成を示す図で、図３は、図２に示すスリットを使用した場合の表示画面に生じる輝度の不均一を概念的に示す図である。上述したような表示装置の光学系において、図２に示すような方形の開口Ｏ1を有するスリットを使用した場合に、図３に示すように、投影表示される表示画面９０において輝度の不均一が生じることがある。すなわち、表示画面９０の走査方向９１の直交方向における中央部９２から両端部９３にかけてグラデーション状に徐々に輝度が低下して、連続的な輝度の不均一が発生する。
【００１９】
図４は、本発明の表示装置に適用されるスリット構成の一例を示す図である。本実施形態では、図４に示したような形状の開口Ｏ2を有するスリットを使用することにより、投影画像の輝度分布を均一にする。例えば、図３において走査方向の直交方向に対応するｘ軸上の位置ｘにおける輝度がＬ（ｘ）であるとき、輝度を均一にするスリット形状は、図４に示すようにｙ方向（走査方向に対応）が直線で、ｘ方向（走査方向の直交方向に対応）が曲線のスリット形状となる。このとき曲線部分は、ｙ（ｘ）＝Ｃ÷Ｌ（ｘ）（Ｃは定数）で表すことができる。なお、ここではスリットをｘ軸に対称な形状とし、ｙ（ｘ）は片側の形状を表す。また図２及び図４のスリットのいずれの場合においても、スリットの開口が照明光で満たされていることを前提とする。また、上記関係式を満足するとき、Ｃの値はできる限り大きくとるほうが、表示画面の輝度が向上する。
【００２０】
（実施形態２）
図５は、本発明に係る表示装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の光学系は、図１で示した第１の実施形態の光学系に対して光束平均化レンズ群１６を加え、さらに図１の楕円面反射鏡１２を放物面反射鏡１５に変更した光学系である。なお、楕円面反射鏡１２はその断面が楕円の一部によって構成された形状を有し、また放物面反射鏡１５は、断面が放物線によって構成されたものである。光束平均化レンズ群１６は、フライアイレンズ１７，ＰＳコンバータ１８、及びコンデンサレンズ１９により構成されている。
【００２１】
本実施形態の光学系では、光束平均化レンズ群１６にフライアイレンズ１７を使用するため、第１の実施形態における楕円面反射鏡１２で集光した光学系よりも集光効率や光束の均一性に優れる。ランプ１１から出射した光束は、フライアイレンズ１７を通過することにより、３原色の各色に対応するスリットＯR，ＯG，ＯBにおいて長方形に集光されるが、フライアイレンズ１７は製造上の制約から、完璧な形状を得ることができない場合がある。
【００２２】
図６は、フライアイレンズの精度によって生じる照明光の形状を概念的に示す図で、フライアイレンズ系を経てスリットに入射する直前の照明光の形状を図６（Ａ）に、スリットを通過したあとの照明光を図６（Ｂ）に示すものである。例えば、フライアイレンズ１７を構成する各セルの端部形状が設計値からずれて製作された場合、照明光がその部分においてぼやけてしまう。すなわち、図６（Ａ）に示したように、スリットＯR，ＯG，ＯBに入射する照明光は、投影画面の両端に相当する両端部１０１において、光束の密度が低くなって広がった形状となる。そのため、理想の照明光形状に基づいた図２に示したような方形の開口Ｏ1を有するスリットを通過させると、スリットの両端部１０１では中央部１００よりもより多くの光量が遮られるため、図６（Ｂ）に示すように、両端部１０１の光量が少なく、中央部１００に比して両端部１０１の輝度が低い光束となってしまう。
【００２３】
図７は、本発明の表示装置に適用するスリットの構成の他の例を示す図である。上記のように両端部１０１の光密度が低い照明光をライトバルブの画面上に走査させると、走査方向の長さが等しいにもかかわらず、照明光の両端部１０１と中央部１００で光密度が異なるため、結果として不均一な輝度分布となってしまう。そこで、図７に示すような開口Ｏ3を有するスリットを構成する。
【００２４】
すなわち、走査方向に直交する方向の両端部１０１と両端部を除く中央部１００において、走査方向の幅が両端部１０１で広く、中央部１００で狭くなるようにし、両端部１０１の走査方向の幅はその全域において均一で、かつ中央部１００の走査方向の幅はその全域において均一で、両端部１０１と中央部１００の接続部分は階段状に幅が変化するように構成されている。すなわち本実施形態のスリットの開口Ｏ3は、凹形状の底辺を対象軸として左右対称に凹型の開口を有する１２角形を有している。このような形状にすることにより、密度が低下した部分の照明光の通過面積を相対的に増加させ、画面上を走査したときに、照明光の面積と密度が積分されて均一な輝度分布を得ることができるようになる。
【００２５】
また、上記のようなフライアイレンズ１７による照明光密度の不均一に起因するものでなくても、画面上を走査させた状態で輝度分布が同様の状態で不均一になっていれば、図７に示すような形状の開口Ｏ3を有するスリットを用いることによって、輝度分布を補正することが可能である。輝度分布の不均一の要因に関わりなく、図２に示したような方形の開口Ｏ1を有するスリットを使用したときの輝度分布が、図８に示す表示画面９０において中央部の高輝度部分９４と両端部の低輝度部分９５とに別れてしまう場合、以下の手法で輝度の不均一を改善できる。
【００２６】
すなわち、表示画面９０における高輝度部分９４の輝度をａ、低輝度部分９５の輝度をｂとするとき、輝度不均一を改善するためには、図７におけるｘとｙの比がｘ：ｙ＝ｂ：ａであるスリットを用いればよい。なお、いずれの場合においても、スリットの開口が照明光で満たされていることを前提とする。また、上記関係式と前提を満たせば、ｘの値はできる限り大きくとるほうが表示画面の輝度が向上する。
【００２７】
（実施形態３）
図９は、本発明による表示装置の第３の実施形態を説明するための概略構成図で、表示装置に適用するスリットの開口形状を可変に設定可能な開口板の他の構成例を示すものである。本実施形態の表示装置は、実施形態２で説明した図５に示す光学系において、図９に示すスリットを適用した構成を有するものである。
【００２８】
スリットが形成された開口板３０は可動部を有し、スリットの開口形状を調整することができる。すなわち、開口板３０は、スリット用の開口が設けられたベースユニット３１を有し、そのベースユニット３１に対してスリットの開口Ｏの形状を変化させるための遮光板３２が留め具３５によって固定されている。そしてさらにベースユニット３１の裏側にも、同様の目的で同形状の遮光板３３が留め具３５と同じ部材を用いて固定されている。また、２つの遮光板３２，３３は、互いにバンド３４で接続され、遮光板３２，３３の位置を移動させることができるようになっている。
【００２９】
バンド３４の長さは、遮光板３２，３３を一つの遮光板とみなしたときに、遮光板３２，３３がスリットの開口Ｏにおいて走査方向の直交方向に対応する方向（図８の縦方向）の中心に位置するように、決められている。遮光板３２，３３は、走査方向に対応する方向及びその直交方向（図８の横方向及び縦方向）に、バンド３４をたるませることなく自在に移動させることができ、また移動させた状態で留め具３５によって固定することができる。
【００３０】
上記のような遮光板３２，３３とその保持のための留め具３５及びバンド３４によるユニットは、スリットの両側（走査方向に対応する方向における両側）に設けられていて、これらのユニットによってスリットの開口Ｏの形状を調整することができる。
【００３１】
ここで、図１に示す実施形態１と同様な構成を持つ光学系において、図９に示したような開口板３０を適用する。このときにスリットの開口Ｏを最大に広げて開口形状を長方形にし、この状態で画像の輝度分布を確認する。このとき、図８に示す表示画面９０内で、中央部の高輝度部分９４の輝度をａ、両端部の低輝度部分９５の輝度をｂとし、またその幅がｐ：ｑであった場合、この輝度不均一を改善するためには、図９においてｕ：ｖ＝ｐ：ｑ、かつｘ：ｙ＝ｂ：ａとなるように開口Ｏを調整する。ただし、いずれの場合においても、スリットの開口Ｏが照明光で満たされていることを前提とする。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光分離手段で分離された光束の走査方向に直交する方向における輝度ムラに基づいて、スリットの開口形状を方形以外の特定の形状とすることにより、表示画面の輝度分布を均一にすることができる表示装置を得ることができる。また、フライアイレンズを使用する場合には、スリットにおいて表示画面の輝度が均一になるように調整できるため、フライアイレンズ自体の高い精度を要求しなくてもよく、低コストで光学系を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明のスリット構成を導くための矩形スリット構成を示す図である。
【図３】図２に示すスリットを使用した場合の表示画面に生じる輝度の不均一を概念的に示す図である。
【図４】本発明の表示装置に適用されるスリット構成の一例を示す図である。
【図５】本発明に係る表示装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】フライアイレンズの精度によって生じる照明光の形状を概念的に示す図である。
【図７】本発明の表示装置に適用するスリットの構成の他の例を示す図である。
【図８】表示画面における輝度分布の一例を説明するための図である。
【図９】本発明による表示装置の第３の実施形態を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１０…光源部、１１…ランプ、１２…楕円面反射鏡、１３…コールドミラー、１４…照明光出射口、１５…放物面反射鏡、１６…光束平均化レンズ群、１７…フライアイレンズ、１８…ＰＳコンバータ、１９…コンデンサレンズ、２０…ダイクロイックミラー系、２１，２２…ダイクロイックミラー、２３，２４…ミラー、３０…開口板、３１…ベースユニット、３２，３３…遮光板、３４…バンド、３５…留め具、４０…回転プリズム、５０，６０…リレーレンズ、７０…ライトバルブ、８０…投写レンズ、９０…表示画面、９１…走査方向、９２…中央部、９３…両端部、９４…高輝度部分、９５…低輝度部分、１００…中央部、１０１…両端部。
【図１】
0003998503.tif 000002
【図２】
0003998503.tif 000003
【図３】
0003998503.tif 000004
【図４】
0003998503.tif 000005
【図５】
0003998503.tif 000006
【図６】
0003998503.tif 000007
【図７】
0003998503.tif 000008
【図８】
0003998503.tif 000009
【図９】
0003998503.tif 000010