| 【発明の名称】 |
投射型表示装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】宮脇 守
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| 【要約】 |
【課題】小型で、簡素化され、コストダウンを実現することができ、良好な画質を得ることが可能な投射型表示装置を提供する。
【解決手段】光源１１と、前記光源からの光を変調する光変調素子１７と、前記光変調素子により形成された像をスクリーン８、９に投射する光学系とを有する投射型表示装置において、前記光源と前記光変調素子との間にインテグレータ１３を有し、該インテグレータによって、前記スクリーンに対して主光線１０が傾きをもって投射される際に発生する歪を補償する光パターンで前記光変調素子を照明するように構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】光源と、前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子により形成された像をスクリーンに投射する光学系とを有する投射型表示装置において、前記光源と前記光変調素子との間にインテグレータを有し、該インテグレータによって、前記スクリーンに対して主光線が傾きをもって投射される際に発生する歪を補償する光パターンで前記光変調素子を照明することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】前記インテグレータが、ロッド型のインテグレータであることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】前記ロッド型のインテグレータは、前記光源からの光束の出射側が前記歪を補償する断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】前記ロッド型のインテグレータは、前記光源からの光の入射側が出射側と同様の断面形状を有することを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】前記ロッド型のインテグレータは、前記光源からの光の入射側から出射側に向けて末広がりのテーパ形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項６】前記インテグレータが、フライアイ型のインテグレータであることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項７】前記フライアイ型のインテグレータが、複数のフライアイレンズからなり、該複数のフライアイレンズの少なくとも一部のレンズが光軸に対して傾きをもつように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の投射型表示装置。
【請求項８】前記フライアイレンズにおいて、対のレンズ間の第１のフライアイレンズの傾き角をθ、第２のフライアイレンズの傾き角をψとし、正、負の関係がθ、ψ間で逆の関係にあるとき、θ×ψ≦０の関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の投射型表示装置。
【請求項９】請求項１〜８のいずれか１項に記載の投射型表示装置が、前記光源からの光を赤・青・緑の各色光に分離する色光分離手段と、前記各色光を変調する光変調素子と、該変調された各色光を合成する色光を合成手段と、該合成された光の像をスクリーンに投射する光学系とによって構成されていることを特徴とする投射型表示装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータや、ＴＶ用の新しい表示装置が各種提案されている。なかでも、投射型表示装置は、より小型な光変調素子を光学的に拡大し、表示するものであることから、大型になればなる程、よりコストパーフォーマンスが高まり、４０インチ以上の大面積のものにおいて多用されている。
【０００３】しかしながら、このような投射型表示装置においては、大面積になるに伴って投射距離が長くなり、表示装置の奥行きが長くなって大型化し、そのため、設置場所をとり、また移動させる点で不便であり、重量が増大するといった問題を招くこととなる。このようなことから、特許第２８９３８７７号に開示された光学系においては、スクリーン上での台形歪みを照明系側で補正する光学系を提示している。これによると、主光線の投射角度をスクリーンに対して斜めにし、上記奥行きを削減する場合、スクリーン上で生じる台形歪みを補正するべく構成した、スクリーン面に形成される像に共役な、結像される像に生じる間延びを補正するように構成されている。
【０００４】このように、スクリーン上での台形歪みを照明系側で補正する場合、つぎの１）および２）のような問題を有している。
１）照明系の構成が複雑となり、その調整マージンが狭く実用的でなく、大きさが大きくなって、照明系自身を入れるスペースで本来の奥行き削減の効果が削減されてしまうこと、この方式の本来有するコストパフォーマンスの良さを発揮することがてきない。
２）スクリーン面内の輝度、色ムラが発生し、コントラストが低くなる等、画質が従来方式より劣化しする。
【０００５】そこで、本発明は、上記課題を解決し、小型で、簡素化され、コストダウンを実現することができ、良好な画質を得ることが可能な投射型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】本発明は、上記課題を達成するため、つぎの（１）〜（９）のように構成した投射型表示装置を提供するものである。
（１）光源と、前記光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子により形成された像をスクリーンに投射する光学系とを有する投射型表示装置において、前記光源と前記光変調素子との間にインテグレータを有し、該インテグレータによって、前記スクリーンに対して主光線が傾きをもって投射される際に発生する歪を補償する光パターンで前記光変調素子を照明することを特徴とする投射型表示装置。
（２）前記インテグレータが、ロッド型のインテグレータであることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（３）前記ロッド型のインテグレータは、前記光源からの光束の出射側が前記歪を補償する断面形状を有することを特徴とする上記（２）に記載の投射型表示装置。
（４）前記ロッド型のインテグレータは、前記光源からの光の入射側が出射側と同様の断面形状を有することを特徴とする上記（３）に記載の投射型表示装置。
（５）前記ロッド型のインテグレータは、前記光源からの光の入射側から出射側に向けて末広がりのテーパ形状に形成されていることを特徴とする上記（２）に記載の投射型表示装置。
（６）前記インテグレータが、フライアイ型のインテグレータであることを特徴とする上記（１）に記載の投射型表示装置。
（７）前記フライアイ型のインテグレータが、複数のフライアイレンズからなり、該複数のフライアイレンズの少なくとも一部のレンズが光軸に対して傾きをもつように形成されていることを特徴とする上記（６）に記載の投射型表示装置。
（８）前記フライアイレンズにおいて、対のレンズ間の第１のフライアイレンズの傾き角をθ、第２のフライアイレンズの傾き角をψとし、正、負の関係がθ、ψ間で逆の関係にあるとき、θ×ψ≦０の関係を満たすことを特徴とする上記（７）に記載の投射型表示装置。
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の投射型表示装置が、前記光源からの光を赤・青・緑の各色光に分離する色光分離手段と、前記各色光を変調する光変調素子と、該変調された各色光を合成する色光を合成手段と、該合成された光の像をスクリーンに投射する光学系とによって構成されていることを特徴とする投射型表示装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、上記した構成を適用して、インテグレータによって、前記スクリーンに対して主光線が傾きをもって投射される際に発生する歪を補償するパターンを前記光変調素子に結像するように構成することで、小型で、簡素化され、コストダウンを実現することができ、良好な画質を得ることが可能な投射型表示装置を提供することが可能となる。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］本発明の実施例１における投射型表示装置の側断面図を図１に示す。図１において、１はキャビネット、２は投射レンズ、３はランプ、光変調素子への照明系、光変調素子、光変調素子用駆動回路基板、電源、制御系基板等がはいっているボックス、４、５、６はミラー、７はスクリーンユニット、８はレンチキュラーレンズスクリーン、９はフレネルレンズスクリーンである。
【０００９】図１の１０に示す如く、変調された光束は、投射レンズ２を通り、ミラー４、５、６で折りかえされて、スクリーンへ投影される。光束の主光線１０から明らかなように、スクリーンへの入射角は斜めに傾いており、９に示すフレネルレンズは偏心系のものを用い、９から８のレンチキュラレンズスクリーンへ入射する光束は、スクリーンの面に対して、極力、垂直になるように配置されている。したがってスクリーンへの斜め投射にともなう歪は、光変調素子への照明パターンを、その歪を打ち消す如く設定されており、スクリーン上では歪のない像が投射されている。
【００１０】次に、スクリーン上で発生する歪を打ち消す光学系の構成について、図２を用いて説明する。図２において、１１はランプの発光管、１２はリフレクター、１３はロッド型インテグレーター、１４はリレー系レンズ、１５はミラー、１６はダイクロもしくはカラーフィルターの回転板、１７は光変調器、１８は投射レンズ、１９、２０、２１、２２、２３は光束、２４、２５、２６、２７は上記１６のカラーフィルター回転板の各フィルターを示す。
【００１１】図２に示す如く、発光管１１から出射した光束は、リフレクター１２により反射して、１９に示す如く、ロッドインテグレータの開口にしぼり込まれる。図２には、赤外、紫外カットフィルターは省略してあるが、従来通り設けることが望ましい。ロッドインテグレータ１３の出射口の形状は、スクリーンへ斜入射により発生する台型歪を補正する逆台形パターンの形状となっており、リレー系レンズ１４により、インテグレータ出射口は光変調素子１７と共役関係に配置されており、光変調素子表面に、上記台形歪を補正する逆台形パターンが結像される。上記構成が、本実施例の特徴的構成であり、これにより簡単な光学系で、補正パターンが光変調素子に形成可能となる。
【００１２】図２に示す本実施例の構成において、光変調素子としてＤＭＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）を１枚構成で用い、１６に示すカラーフィルター回転板を図２（ｂ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗと順次切換えることにより、フルーカラー表示を行うように構成することができる。なお、図２では、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗと４種類のフィルターを用いて、表示を行い例を示しているが、明るさよりも色再現を実現する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルターで構成しても良い。また、図２には、ＤＭＤを用いた例を示したが、色順次表示を行う場合でも、ＤＭＤ以外に、ミラーをアナログ的に振る、Ａｕｕでも高速応答液晶をＳｉ基板に駆動回路上に設けたデバイスでも良いことは言うまでもない。さらに、色順次を用いた単板構成以外に、一般的に用いられる３板構成の液晶表示素子型でも上記インテグレータの構成は有効である。
【００１３】次に、所望の歪補正パターン像が、インテグレータから出射可能な原理について、図３を用いて説明する。図３（ａ）に、図２の１３に示すロッドインテグレータの斜視図を示す。ランプからの光束は、３２に示すロッド開口から入射し、ロッド内部を全反射して、ロッド出射部３３から出射する。この時、３２の開口部の断面を図３（ｂ）の３４に、ロッド出射部３３の断面を図３（ｃ）の３５に示す。図３から明らかなように、ランプの光束の入口側からは、ランプの集光光束が、殆んど入射する形状（図３で正方形をしているが）となっているのに対して、出射側の形状は台形歪を補正（償）する逆台形形状に加工されている。
【００１４】上記構成により、入射光束は、ロッド内部で全反射をくり返し、ミキシングされるために、３３の出射口では、ほぼ均一な形状に対応した光束が得られる。ミキシングを増やし均一化をより図るには、ロッドの長さを長くすること、ロッド径を細くして、全反射回数を増やすこと、等によって対応することができる。
【００１５】以上に説明したように、本実施例によれば、複雑な光学系を用いずに、所望の補正パターンが光変調素子上に結像することができ、調整部を用いることなく、実用上の問題が極めて少ない投射型表示装置を構成することができる。また、ロッドインテグレータも小型であり、照明系あるいは光学ユニット等も小型化することができ、奥行きの削減化を図ることが可能となる。また、ロッド等は安い部材であることから、低コスト化が実現できる。また、インテグレータによる、輝度ムラ、ランプの発光点の色差による色ムラ等も、低減でき、画像品位を向上させることが可能となる。
【００１６】次に、本発明のコンセプトであるインテグレータによる台形補正パターン形状の他の形態を用いた実施例２〜実施例４について、以下に説明する。
［実施例２］本発明の実施例２について、図４を用いて説明する。図４（ａ）の４１はロッドインテグレータの斜視図である。ランプからの光束入射側４２の断面を図４（ｂ）の４４に、また出射側４３の断面を図４（ｃ）の４５に示す。図４から明らかなように、所望の出射パターンと同等のパターンが入口、開口の断面にも用いられている。上記構造を採用する事により、ロッドインテグレータの加工が容易となり、さらなるコストダウンが実現できる。
【００１７】［実施例３］本発明の実施例３について、図５を用いて説明する。図５（ａ）の５１はロッドインテグレータの斜視図である。ランプからの光束が入射する部分５２の断面を図５（ｂ）の５４に、また出射箇所５３の断面を図５（ｃ）の５５に示す。実施例３での構成の特徴は、入射側から出口側に向かって、テーパー形状となっている点である。ロッドへの入口はランプからの光束が取り込める最小限のサイズとし、ロッドの径を小さくして全反射回数を増やしミキシングが十分進むことが望ましい。一方ロッドの出口は、光変調素子サイズと同等もしくは、それ以下程度の形状として、リレー系レンズの結像倍率をそれ程大きくしない方が光学ユニットサイズの小型化、リレー系レンズの小型化に便利となる。
【００１８】したがって、ロッドの入口と出口の大きさは、それぞれの要求にあったサイズにするために、本実施例では図５に示す如く、テーパー形状が採られている。これによって、全体としてのエンジンサイズの小型化を図ることができる。
【００１９】［実施例４］次に、台形補正パターン投射インテグレータにおいて、上記したロッド型以外の構成を採用した実施例４について、図６を用いて説明する。図６において、６２は放物型形状のリフレクター、６３は第１フライアイレンズ、６４は第２フライアイレンズ、６５はＰＳ変換素子、６６はミラー、６７は液晶表示素子、６８は偏光板、６９はミラーである。
【００２０】発光管１１から出射した光束は、放物リフレクター６２で反射され、７１に示す如く、第１フライアイレンズ６３へ、第１フライアイレンズ６３からの出射光７２は、第２フライアイレンズ６４を経てＰＳ変換素子に入射する。この第１フライアイレンズ６３と第２フライアイレンズ６４との２枚構成により、補正パターンとなる逆台形パータンが形成される。
【００２１】その詳細な構成に対して、図７を用いて説明する。８１は第１フライアイレンズ、８２は第２フライアイレンズで、各格子の領域に成形で作られたレンズ部が配置されている。
第１フライアイレンズの上辺図８３の断面を（ａ−１）に第１フライアイレンズの下辺図８４の断面を（ａ−２）に第２フライアイレンズの上辺図８５の断面を（ｂ−１）に第２フライアイレンズの下辺図８６の断面を（ｂ−２）に示す。
【００２２】まず、第１フライアイレンズ８１の上辺部の断面（ａ−１）から明らかなように、図７（ａ）に向かって左側のレンズは、８３ラインの内側へ光束が向くようにレンズが傾いて配置され、外側の傾きを｜θ1｜、｜θ4｜とし、内側部レンズの傾きを｜θ2｜、｜θ3｜とすると、｜θ1｜、｜θ4｜＞｜θ2｜、｜θ3｜と外側に向かうにつれて、内側への傾き角が大きくなっている。中心をはさみ、対称な位置では、｜θ1｜＝｜θ4｜｜θ2｜＝｜θ3｜で対応する角度となっており、その傾きの方向は、逆になっている。
【００２３】一方第１フライアイの下辺部の断面（ａ−２）から明らかなように図７（ａ）に向って下側に位置するレンズは、８４ラインの外側へ光束が向くようにレンズが傾いて配置され、より外側の傾き角｜θ5｜、｜θ8｜は、内側の傾き角｜θ6｜、｜θ7｜よりも大きい。つまり｜θ5｜、｜θ8｜＞｜θ6｜、｜θ7｜となり、かつ対称な位置では、つぎのように、傾き角は等しい。
｜θ5｜＝｜θ8｜｜θ6｜＝｜θ7｜また、８３、８４のラインにそっての第１フライアイの長さｌ1、ｌ2とするとき、ｌ1＝ｌ2となっている。
【００２４】一方、第２フライアイレンズ８２の方は、第２フライアイレンズ８２の上辺部８５の断面を（ｂ−１）、第２フライアイの下辺部８６の断面を（ｂ−２）に示す。８５にそっての長さｌ3、８６にそっての長さｌ4とするとき、ｌ3＜ｌ4となっている。
【００２５】図７（ｂ）の紙面に向かって８５のラインの左側よりレンズは外側に向い中央に向かうにつれ、以下のように、その角度は小さくなり、｜θ9｜、｜θ12｜＞｜θ10｜、｜θ11｜対称な位置では、つぎのように、その角度も対応している。
｜θ9｜＝｜θ12｜｜θ10｜＝｜θ11｜一方、第２フライアイの下底部８６は、逆に８６のラインの左側より中央に向かって内側に傾き、外側になるにつれ角度は大きくなっている。
｜θ13｜、｜θ16｜＞｜θ14｜、｜θ15｜｜θ13｜＝｜θ10｜｜θ14｜＝｜θ15｜図８に、第１、第２フライアイの上底部の光束の進み方（ａ）、第１、第２フライアイの下底部の光束の進み方（ｂ）について示す。ランプから出射した光束のうち上底部へ入射する光束９１、９４は９２、９５に示す如く第１フライアイでより内側に曲げられ、第２フライアイで平行光９３、９６へ変換される。一方ランプから出射した光束のうち、下底部へ入射する光束９７、１００は、９８、１０１に示す如く、外側へ曲げられ、第２フライアイで平行光へ変換される。
【００２６】上記第１、第２フライアイは、各レンズが傾いて設けられているが、上記レンズの形成には、成形にて作製するため、各レンズの傾き等の制御は不要で全体の位置調整が実現できる。
【００２７】本実施例においては、ロッド型よりもさらに、優れた点を有する。この点について、図９を用いて説明する。図９において、１０５は逆台形補正の光変調素子上でのパターンである。台形パターンの短辺側の光束１０６の全光量と、長辺側の光束１０７の全光量は、ほぼ等しい。したがってスクリーン上で写し出される面内の輝度も光学系で補正されており、表示でのダイナミックレンジが拡大し、高コントラスト表示が可能になった。
【００２８】以上をまとめると、フライアイ型の場合、少なくとも２つ以上のフライアイレンズがあり、光束が通過する対のレンズの傾き角をθ、ψとする時、θが正ならψは負、θが負ならψは正となり、次式の関係θ×ψ≦０を満たすように構成することで、表示でのダイナミックレンジが拡大し、高コントラスト表示が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、小型で、簡素化され、コストダウンを実現することができ、良好な画質を得ることが可能な投射型表示装置を実現することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年４月２１日（２０００．４．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０５２８９
【弁理士】
【氏名又は名称】長尾 達也
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３０５６４９（Ｐ２００１−３０５６４９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１２０９８５（Ｐ２０００−１２０９８５） |
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