(57)【要約】【課題】色の再現範囲を拡げることを可能とした表示装置を提供する。【解決手段】光源１０と、光源１０の光を第一の光Ｌ１と第二の光Ｌ２とに分離する光分離手段１４と、画像情報を色情報と輝度情報とに分離する情報分離手段１３と、光分離手段１４により分離した第一の光Ｌ１から色情報に基づいて所定の色光を時間順次に生成する色時分割手段１５と、色時分割手段１５に同期して、光分離手段１４により分離した第二の光Ｌ２を輝度情報に基づいて変調することで輝度を変化させた輝度変調光を時間順次に生成する輝度変調光生成手段１６と、色時分割手段１５による所定の色光と輝度変調光生成手段による輝度変調光とを合成する光合成手段１７と、色時分割手段１５及び輝度変調光生成手段１６に同期して、光合成手段１７による合成光を変調することにより複数の画素を含む光学像を生成する光変調素子１１と、を備える表示装置１である。【選択図】図１
2009162986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源の光を第一の光と第二の光とに分離する光分離手段と、
画像情報を色情報と輝度情報とに分離する情報分離手段と、
前記光分離手段により分離した前記第一の光から前記色情報に基づいて所定の色光を時間順次に生成する色時分割手段と、
該色時分割手段に同期して、前記光分離手段により分離した前記第二の光を前記輝度情報に基づいて変調することで輝度を変化させた輝度変調光を時間順次に生成する輝度変調光生成手段と、
前記色時分割手段による前記所定の色光と前記輝度変調光生成手段による前記輝度変調光とを合成する光合成手段と、
前記色時分割手段及び前記輝度変調光生成手段に同期して、前記光合成手段による合成光を変調することにより複数の画素を含む光学像を生成する光変調素子と、を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光変調素子として液晶ライトバルブを用いることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記色時分割手段が回転軸回りに複数の色のフィルタを有するカラーホイールを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記光変調素子により生成された前記光学像を被投射面上に拡大投射する投射手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記輝度変調光生成手段として画素構造を有しない液晶装置を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源により液晶ライトバルブ等の光変調素子を照明し、その光変調素子で変調された画像光を投射レンズ等の投射光学系でスクリーンに拡大投射するプロジェクタ（表示装置）が広く知られている。
【０００３】
このようなプロジェクタに用いられる光源としては、通常白色光を射出する高圧水銀ランプが使用されており、射出された白色光を、カラーホイールを用いて時間軸方向に、Ｒ、Ｇ、Ｂ色に分離し、それぞれの色を光変調素子でさらに有効透過時間を調整することで投射画像を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２１９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記カラーホイールを用いる場合、光源の光を時分割することによりＲ，Ｇ，Ｂ各色の色光が生成される。しかしながら、この場合、輝度情報と色情報とが同時に制御されるため、輝度変調に色変調が連動することにより、色の再現範囲が狭められてしまうといった問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、色の再現範囲を拡げることを可能とした表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の表示装置は、光源と、該光源の光を第一の光と第二の光とに分離する光分離手段と、画像情報を色情報と輝度情報とに分離する情報分離手段と、前記光分離手段により分離した前記第一の光から前記色情報に基づいて所定の色光を時間順次に生成する色時分割手段と、該色時分割手段に同期して、前記光分離手段により分離した前記第二の光を前記輝度情報に基づいて変調することで輝度を変化させた輝度変調光を時間順次に生成する輝度変調光生成手段と、前記色時分割手段による前記所定の色光と前記輝度変調光生成手段による前記輝度変調光とを合成する光合成手段と、前記色時分割手段及び前記輝度変調光生成手段に同期して、前記光合成手段による合成光を変調することにより複数の画素を含む光学像を生成する光変調素子と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の表示装置によれば、分離された光源の第一、第二の光は色情報又は輝度情報に基づき色生成用、又は輝度変調用に用いられる。そして、色情報に基づいて生成された色光と、色情報とは独立する輝度情報に基づいて変調された輝度変調光とを合成した光を変調することで光学像が生成される。よって、時間順次に生成された光学像の残像効果により映像を認識可能とすることができる。したがって、このようにして得られる映像は、従来のように色情報と輝度情報とが同時に制御することで表示される映像に比べ、色の再現範囲を拡げることができる。
【０００８】
また、上記表示装置においては、前記光変調素子として液晶ライトバルブを用いるのが好ましい。
この構成によれば、合成部による合成光を画素毎に変調することで光学像を良好に生成することができる。
【０００９】
また、上記表示装置においては、前記色時分割手段が回転軸回りに複数の色のフィルタを有するカラーホイールを含むのが好ましい。
この構成によれば、例えば、白色光を回転するカラーホイールに透過させることでＲ，Ｇ，Ｂ各色の色光を時間順次で生成することが可能となる。
【００１０】
また、上記表示装置においては、前記光変調素子により生成された前記光学像を被投射面上に拡大投射する投射手段を備えるのが好ましい。
この構成によれば、光合成部により生成した光学像を例えば被投射面としてのスクリーン上に拡大投射することが可能となる。よって、小型な装置により大きな映像を表示することができる。
【００１１】
また、上記表示装置においては、前記輝度変調光生成手段として画素構造を有しない液晶装置を用いるのが好ましい。
画素構造を有しない液晶装置は、その構成が簡便なものとなり、低コストとされる。本発明によれば、輝度変調装置におけるコストを低減することで、表示装置全体としてのコスト低減を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る表示装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１３】
図１は本実施形態のプロジェクタ（表示装置）の概略構成図である。プロジェクタ１は、図１に示されるように、光源１０と、光源１０の光を時間順次で変調することでＲ，Ｇ，Ｂ各色の光学像を生成する液晶ライトバルブ（光変調素子）１１と、この液晶ライトバルブ１１における光学像をスクリーン（被投射面）Ｓ上に拡大投射する投射レンズ１２と、を備える。さらにプロジェクタ１は、スクリーンＳ上に表示する画像を構成するための画像情報を色情報と輝度情報とに分離する情報分離手段１３を備えており、色情報及び輝度情報のそれぞれに基づき光源１０の光を制御可能となっている。
【００１４】
プロジェクタ１は、光源１０の光を分離する光分離手段１４と、色情報に基づいて所定の色光を生成する色時分割手段１５と、輝度情報に基づいて輝度変調光を生成する輝度変調光生成手段１６と、これら色時分割手段１５及び輝度変調光生成手段１６を透過した光（所定の色光及び輝度変調光）を合成する合成手段１７を備えている。
【００１５】
光源１０は、光を射出する高圧水銀ランプ１０ａと、高圧水銀ランプ１０ａから射出された光を反射させるリフレクタ１０ｂとを備えている。高圧水銀ランプ１０ａは、白色光を射出するランプである。
【００１６】
液晶ライトバルブ１１は、透過型の液晶装置から構成される。液晶ライトバルブ１１は、画素電極およびこれを駆動するための薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたＴＦＴアレイ基板と、全面にわたって共通電極が形成された対向基板との間に、ＴＮ（Twisted Nematic）型の液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。液晶ライトバルブ１１は、図２に示されるように複数の画素５１から構成される画素領域５０を有している。各画素５１は光源１０の光をそれぞれ変調可能となっている。
【００１７】
また、液晶ライトバルブ１１には、詳細については後述するようにＲ，Ｇ，Ｂ各色の色光が時間順次に入射されるようになっている。また、液晶ライトバルブ１１は、色時分割手段１５及び輝度変調光生成手段１６に同期するようになっている。すなわち、液晶ライトバルブ１１は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の色光についてそれぞれ変調を行うことで、スクリーンＳ上にＲ，Ｇ，Ｂ各色による光学像（変調像）を時間順次に射出可能となり、したがってスクリーンＳ上に残像効果によってカラー画像を表示させることが可能となる。
【００１８】
光分離手段１４としては、光源１０の光を２つに分離できるものであれば種々のものを用いることができる。本実施形態では光源１０からの光がグラスファイバ１４ａにより分離され、分離された各々の光が色時分割手段１５と輝度変調光生成手段１６とに入射する。なお、グラスファイバ１４ａと光源１０との間には、ロッドレンズ１４ｒが設けられており、光源１０の光が良好にグラスファイバ１４ａ内に導かれるようになっている。
【００１９】
色時分割手段１５は、高圧水銀ランプ（光源１０）１１ａから射出された光を波長域の異なる複数の色光に時間的に分離して（時間順次）繰り返し射出するためのものである。なお、色時分割手段１５には、光分離手段１４により分離された第一の光Ｌ１が入射されるようになっている。
【００２０】
具体的には、色時分割手段１５は、回転カラーフィルタ（カラーホイール）１５ａと、この回転カラーフィルタを回転させる電動モータなどの駆動手段１５ｂと、を備えている。回転カラーフィルタは円盤状であり、その回転軸Ｋ周りに複数の赤色フィルタ１５Ｒ，緑色フィルタ１５Ｇ，青色フィルタ１５Ｂが配列されている。そして、上記情報分離手段１３による色情報に基づき回転カラーフィルタ１５ａの回転を制御することで、高圧水銀ランプ１０ａから射出された光がいずれかの色フィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）上に照射され、各色フィルタの光学特性によって、所定の色光が時間順次に射出される。
【００２１】
輝度変調光生成手段１６には、光分離手段１４により分離された第二の光Ｌ２が入射されるようになっている。そして、輝度変調光生成手段１６は、上記情報分離手段１３から送信される輝度情報に基づき、輝度変調を行うものである。したがって、輝度変調光生成手段１６は、第二の光の輝度（明るさ）を０〜１００％の間で変化させることが可能となっている。
【００２２】
本実施形態では、輝度変調光生成手段１６として透過型液晶装置が用いられる。輝度変調光生成手段１６は、第二の光の輝度を変化させることができる構成であればよく、透過型液晶装置は上記液晶ライトバルブ１１のように複数の画素が形成される必要は無い。したがって、図３に示されるように輝度変調光生成手段１６を構成する透過型液晶装置６０は画素構造を有さず、輝度変調領域６１のみを有している。輝度変調領域６１は、一対の透明電極間に液晶が挟持された構成となっており、透過する光量を調整可能とされ、これにより第二の光Ｌ２の輝度を変化させることができる。このように画素構造を有しない液晶装置は、その構成が簡便なものとなり、低コストとされる。したがって、輝度変調光生成手段１６におけるコストを低減することで、プロジェクタ１全体としてのコスト低減を図ることができる。
【００２３】
色時分割手段１５及び輝度変調光生成手段１６を透過した光を合成する合成手段１７は、例えば４枚のミラーにより構成される。具体的には、色時分割手段１５から射出された所定の色光を含む光は第一ミラーＭ１により、その光路が９０°反射された後、第二ミラーＭ２により再度９０°反射されることでロッドレンズＲに入射される。一方、輝度変調光生成手段１６から射出された輝度変調光は第三ミラーＭ３により、その光路が９０°反射された後、第四ミラーＭ４により再度９０°反射されることで上記ロッドレンズＲに入射される。
【００２４】
また、上記色時分割手段１５及び上記輝度変調光生成手段１６は、互いが同期して駆動される。よって、ロッドレンズＲには所定の色光に対応する輝度変調光が入射するようになっている。このような構成に基づき、本実施形態に係るプロジェクタ１は、ロッドレンズＲ内において所定の色光と輝度変調光とを重ねることで所定の色光（例えば、赤（Ｒ）光）の輝度を種々に変化させることが可能となる。すなわち、濃い赤色から薄い赤色までの光を生成することが可能となる。また、緑（Ｇ）光、青（Ｂ）光についても、上記色時分割手段１５及び上記輝度変調光生成手段１６により様々な輝度（濃淡）の光を生成することが可能となる。
【００２５】
ところで、従来のカラーホイールを用いたプロジェクタは、光源の光を時分割することによりＲ，Ｇ，Ｂ各色の色光を生成していた。すなわち、輝度情報と色情報とが同時に制御されるため、輝度変調に色変調が連動してしまうことで色の再現範囲が狭められる可能性があった。
【００２６】
これに対し、本実施形態に係るプロジェクタ１は、光源１０からの光を第一の光及び第二の光に分離し、これら第一、第二の光について色情報及び輝度情報に基づき、それぞれ上述の処理を行った後、合成手段１７により合成した光を液晶ライトバルブ１１に入射させるようにしている。すなわち、色の再現範囲の広い色光を液晶ライトバルブ１１に入射させることが可能となる。
【００２７】
また、合成手段１７によって合成された光を液晶ライトバルブ１１に良好に導くべく、上記合成手段１７の一部を構成するロッドレンズＲと液晶ライトバルブ１１との間にリレーレンズを設けるようにしてもよい。リレーレンズは、開口絞りに対して略対称に配置された前段レンズ群、後段レンズ群からなる等倍結像レンズである。前段レンズ群、後段レンズ群は、複数の凸レンズ及び凹レンズを含んで構成されているが、レンズの形状、大きさ、配置間隔及び枚数、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更されるものである。
【００２８】
液晶ライトバルブ１１は、図２に示したように複数の画素５１から構成される画素領域５０を有している。よって、液晶ライトバルブ１１は、合成手段１７から射出されたＲ，Ｇ，Ｂ光について各画素５１にて変調を行うことで各色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を含む光学像を投射レンズ１２に射出する。これにより、上記各色光を含む光学像は投射レンズ１２を介してスクリーンＳ上に拡大投射される。このように投射レンズ１２を備えることで、プロジェクタ本体の小型化を実現するとともにスクリーンＳ上に大きな画像を表示することができる。
【００２９】
ここで、上述したように液晶ライトバルブ１１には色の再現範囲の広い色光が入射されるので、液晶ライトバルブ１１による上記各色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を含む光学像についても色の再現範囲を拡げることができる。
【００３０】
以上述べたように、本実施形態に係るプロジェクタ１は、分離された光源１０の光（第一の光、及び第二の光）は色情報又は輝度情報に基づき色生成用、又は輝度生成用に用いられる。そして、色情報に基づいて輝度変調光生成手段１６により生成された色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）と、色情報とは独立する輝度情報に基づいて変調された輝度変調光とを合成した光を変調することが各色光に対応する光学像が時間順次に生成される。よって、時間順次に生成された光学像の残像効果によりスクリーンＳ上に映像を表示することができる。ここで、時間順次に生成される光学像は、それぞれ色の再現範囲が拡げられたものとなっているので、スクリーンＳ上に色の再現範囲が拡大された画像を表示することができる。
【００３１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。上記実施形態においては、色時分割手段１５から射出された所定の色光と、輝度変調光生成手段１６から射出された輝度変調光とを合成する合成手段１７として、４枚のミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４を用いたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、所定の色光及び輝度変調光のいずれか一方をリレーレンズ内に入射させ、他方の光をリレーレンズ内に導き、リレーレンズ内で光を合成する構成としてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、輝度変調光生成手段１６として、図３に示したような画素構造を有さず輝度変調領域６１のみを有する液晶装置を用いたが本発明はこれに限定されない。輝度変調光生成手段１６は、上述したように第二の光の輝度を変化させる構成であればよく、複数の画素構造を有した一般的な透過型液晶装置を用いることができ、例えば上記液晶ライトバルブ１１と同一構成からなる液晶ライトバルブを用いてもよい。このようにすれば、複数の画素毎において光変調が可能とされるため、光源１０から分離された第二の光の輝度を０〜１００％の間で良好に変化させることができる。また、液晶ライトバルブ１１と同一構成のものを用いるため、プロジェクタ１における構成部材の種類を減らすことができ、ひいてはコスト低減を図ることができる。
【００３３】
また、上記実施形態においては、光源１０として、高圧水銀ランプ１０ａとリフレクタ１０ｂとを備えたものを例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源１０として、液晶装置に用いられるバックライトや、有機ＥＬ素子等の従来から照明装置として用いられるものであれば種々のものに置き換え可能である。
【００３４】
また、上記実施形態においては、液晶ライトバルブ１１により生成された画像を被投射面（スクリーンＳ）上に投射手段（投射レンズ１２）により投射することで、投射型の表示装置（プロジェクタ）に本発明を適用した場合について説明した。
【００３５】
本発明は、投射型の表示装置ではなく、直視型の表示装置にも適用可能である。すなわち、上記投射レンズ１２を設けず、液晶ライトバルブ１１により生成された画像を直接視認する表示装置としても適用可能である。この表示装置によれば、カラーホイールを用いた場合であっても、色の再現範囲が拡大された画像を視認することができる。
【００３６】
また、上記液晶ライトバルブ１１により生成された光学像をスクリーンＳ上に投射する投射手段として接眼レンズを用いることができる。この構成によれば、接眼レンズを覗くことにより、ユーザに高精細且つ高コントラストの画像を視認させることが可能となる。したがって、デジタルカメラのファインダーに用いられるエレクトリックビューファインダー（ＥＶＦ）への応用も可能である。その他、小型且つ高精細であるという特徴を活かして、自動車のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、携帯機器用のマイクロプロジェクタ、ＡＶ機器のインパネ表示、大型の情報表示板（電光掲示板等）等の情報表示装置への応用も可能である。例えばヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、自動車のフロントウィンドウシールド（部分反射手段）上に画像を投射するものであり、主に速度メータやガソリン残量、警告等の情報を表示可能なものである。そのため、ヘッドアップディスプレイは、自動車の狭いダッシュボードに設置されるため、小型高精細のパネルが望ましく、本発明の表示装置は好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】プロジェクタの概略構成を示す図である。
【図２】液晶ライトバルブの概略構成を示す平面図である。
【図３】輝度変調光生成手段を構成する透過型液晶装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…プロジェクタ（表示装置）、１０…光源、１１…液晶ライトバルブ、１２…投射レンズ、１３…情報分離手段、１４…光分離手段、１５…色時分割手段、１６…輝度変調光生成手段、１７…合成手段、６０…透過型液晶装置（液晶装置）、Ｌ１…第一の光、Ｌ２…第二の光
【図１】
2009162986.tif 000003
【図２】
2009162986.tif 000004
【図３】
2009162986.tif 000005