JP2000105362A

JP2000105362A - カラー画像表示方式、画像表示装置および光照射装置

Info

Publication number: JP2000105362A
Application number: JP10276219A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Yonekubo; 政敏米窪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】光のロスがなく、画素表示素子の利用効率も
高いカラー表示方式を提供する。【解決手段】図１（ｃ）に示すように、ＲＧＢ各色を
含んだ白色光１を各色の光に分離し、隣接する３つの画
素表示素子３の各々に対しＲＧＢ各色の異なった色の光
を照射すると共に、周期的にそれらの色の光を交換ある
いは入れ替える。１つの画素表示素子３には、ＲＧＢ各
色の光が周期的に照射されるので、１つの画素表示素子
３で１つの画素をカラー表示できる。その一方で、他の
２色の光は、他の画素表示素子３に照射されるので、光
のロスは生じない。さらに、隣接する画素が異なる色で
画像を表示するので、動画再生時にも色ずれがない。し
たがって、本発明のカラー表示方式により、小型で明る
く、さらに高解像度のマルチカラー表示ができる画像表
示装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
ー等の画像表示装置およびそれに適した光照射装置に関
するものであり、特にカラー画像の表示に適した画像表
示装置および光照射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のカラー画像表示装置において、マ
ルチカラーを再現する方法として次のような２つのもの
が知られている。第１の表示方式は、白色光源を回転フ
ィルター等で３原色に時分割し、その時分割された光を
１つ画素表示素子で変調して１つの画素を表示するもの
である。第２の表示方式は、白色光源を３原色に色分解
し、それぞれの色に対して合計３つの画素表示素子を用
意して１つの画素を表示するものである。この中には、
それぞれの色の光束に対し１つの画像表示装置を設け、
合計３つの画像表示装置で形成された画像をスクリーン
などに照らして合成するもの、あるいは、画素表示素子
単位に３原色の異なるカラーフィルタを設置し、３つの
画素表示素子によって１つの画素を形成して表示するも
のが含まれる。そして、画素表示素子としては、液晶デ
バイス、マイクロ・ミラー・デバイス等が用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの方式により、
マルチカラーの画像を表示できるが、いつかの解決すべ
き課題が残されている。まず、白色光源を３原色に色分
解し、それぞれの色に対して合計３つの画素表示素子を
対応させて１画素を表示する、上記の第２の方式では、
光のロスがなく利用効率は良いものの、１つの画素を表
示するために高価な画像表示素子を３つも使う必要があ
り、コストが高い。また、１画素を表示するために３つ
の画素表示素子が必要となるので、高解像度の画像表示
に対応するには画素表示装置の素子密度をさらに上げる
必要があり、技術的および経済的に解決すべき問題が残
る。画像表示装置を３つ設けて合成することにより高解
像度の画像に対応することができるが、３つの画像表示
装置が必要となり、光学系も含めると装置が大型になり
コストも高くなる。さらに、合成する際に若干のずれが
生ずると色ずれが起き、見にくい画像となってしまう。

【０００４】一方、白色光源を回転フィルター等で３原
色に時分割に色分解し、１つ画素表示素子で１画素を表
示する上記の第１の方式は、画素表示素子は１つで済む
ので画像表示装置を小型にでき、また、低コストで実現
できる。しかしながら、白色光源を３つに時分割するの
で、２／３の光を常に使用できず、光の利用効率が悪
い。したがって、明るい画像を表示するには高輝度の光
源が必要となるので、その点で費用がかかり、また、消
費電力も高くなる。さらに時分割する表示周波数が低い
と動画を再生する時に、軌跡に沿って時分割された色が
順番に表示されて残像となるので、色ずれが観測される
という課題もある。

【０００５】そこで、本発明は、１つの画素表示単位あ
るいは画素表示手段で１画素のフルカラー表示が可能で
あり、光のロスの少ないカラー画像表示方式を提供する
ことを目的としている。さらに、１つの画像表示単位で
１画素のカラー表示をする際に、動画再生時に色ずれも
ないカラー画像表示方式を提供することを目的としてい
る。また、このカラー画像表示方式を用いた画像表示装
置およびこれに好適な光照射装置を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、隣接する画素単位に対し異なる色の光を照射し、
その色を周期的に交換することによりカラー表示を行う
カラー画像表示方式を提案する。このカラー画像表示方
式では、隣接する画素単位、例えば、１つの画素表示素
子、あるいは、複数の画素表示素子のグループで階調表
示などを行う場合はその単位といった画素表示手段に対
し、異なる色の光が照射され、さらに、その色が周期的
に交換される。したがって、１つの画素単位により１画
素のフルカラー（マルチカラー）表示を行うことができ
る。さらに、異なる色の光が隣接する画素単位に照射さ
れので、複数の色の光が同時に画像表示のために使用さ
れる。したがって、白色の光を分離した複数の色の光を
用いる場合でも、同時に複数の色の光を画像表示に使用
できるので、光の利用効率を向上できる。さらに、隣接
する画素単位に異なる色の光が照射されるので、動画を
表示する際は軌跡がグレーアウトされる。したがって、
色ずれが残るのも防止できる。少なくとも１次元方向、
すなわち、走査線方向あるいは副走査方向の少なくとも
いずれか、また、ＸあるいはＹ方向のいずれかに隣接す
る画素単位で異なる色の光が照射されるようにすること
により、残像による動画表示おける色ずれをほとんどな
くすことができる。また、１つの画素単位で１画素のカ
ラー表示できるので、静止画像で色ずれが発生すること
もなく、高品質で見やすいカラー画像を表示できる。

【０００７】本発明のカラー画像表示方式では、照射す
る色の数に対し、周期的に交換する画素単位の数が必ず
しも一致する必要はない。例えば、３原色の光を２つの
画素単位に対し交換しながら照射することにより、光の
利用効率を従来の１／３から２／３に高めることができ
る。あるいは、中間色を含めて４色以上の光を３つの画
素単位に対し交換しながら照射することにより、画像の
色調を変えることもできる。しかしながら、複数の色の
光を、その色の数の隣接する画素単位に対し周期的に交
換して照射することにより、白色の光を分離した複数の
色の光を全て常にカラー表示のために使用できる。した
がって、カラー表示のために使用されない色の光はな
く、光のロスを防ぐことができる。

【０００８】図１に、本発明の表示方式を上記の２つの
表示方式と対比して示してある。図１（ａ）は、上記の
第１の方式を模式的に示したものであり、赤色Ｒ、緑色
Ｇおよび青色Ｂの色の光を含んだ白色光１をフィルタ２
によって時間的に分解し、赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂ
（以降においてはＲＧＢ）の各色の光を順番に液晶など
の画素表示素子３に照射するようになっている。この方
式では、画素表示素子３で順番に供給されるＲＧＢ各色
の光を階調制御することにより１つの画素表示素子３で
１つの画素をカラー表示することができる。しかしなが
ら、ＲＧＢ各色の光が時間をおいて順番に供給されるの
で、他の２色の光はフィルタ２によって常時吸収あるい
は反射されていることになる。したがって、白色光１の
２／３は常時ロスになり光の利用効率が低い。

【０００９】図１（ｂ）は、上記第２の方式を模式的に
表示したものであり、ＲＧＢ各色を含んだ白色光１はそ
のまま画素表示素子３に供給される。したがって、フィ
ルタによる光のロスはなく、光の利用効率は高い。しか
しながら、各画素表示素子３は、ＲＧＢのいずれか１色
を階調制御するので、１つの画素をカラー表示するため
に３つの画素表示素子３が必要となる。したがって、画
素表示素子３の利用効率は低く、同密度の画像を表示す
る画像表示装置は大型になる。

【００１０】図１（ｃ）は、本発明のカラー表示方式を
示しており、ＲＧＢ各色を含んだ白色光１を各色の光に
分離し、隣接する３つの画素表示素子３の各々に対し、
ＲＧＢ３色の異なる色の光を照射すると共に、周期的に
ＲＧＢ各色の光を交換あるいは入れ替えるようにしてい
る。１つの画素表示素子３には、ＲＧＢ各色の光が周期
的に照射されるので、上記第１の方式と同様に１つの画
素表示素子３で１つの画素をカラー表示できる。その一
方で、他の２色の光は、他の画素表示素子３に照射され
るので、光のロスは生じない。したがって、本発明のカ
ラー表示方式は、光の利用効率と画素表示素子（手段）
の利用効率を共に高くすることができるものであり、小
型で明るく、さらに高解像度のマルチカラー表示ができ
る画像表示装置を提供できる。

【００１１】光のロスを防ぐことは、３原色に分解した
それぞれの光で画面の１／３づつを表示し、順番にずら
していく方法もあるが、この方法では、残像の影響を排
除することが難しく、動画あるいは静止画を表示したと
きの色ずれを防止できない。

【００１２】本発明のカラー表示方式を実現するには、
図１（ｃ）に示したような、複数の色の光を、隣接する
複数の画素表示手段の各々に対し周期的に交換して照射
可能な光照射装置５が必要となる。白色光を光源として
用いる場合は、白色光を分解した複数の色の光を、その
数の隣接する画素表示手段に対しそれぞれの色の光を周
期的に交換して照射可能な光照射装置が必要となる。

【００１３】複数の色の光を別々の画素表示手段に照射
し、さらに、交換するには、複数の色の光を空間的にも
分離することが望ましく、そのためには、それぞれの色
の光束を異なる所定の出射角度で出射すると共に、それ
ぞれの光束の出射角度または色を周期的に交換する光供
給手段を採用することができる。そして、分解された色
の数の画素表示手段に対しては、角度の異なる光束をそ
れぞれ集光する集光手段を用いることにより照射するこ
とができる。

【００１４】集光手段としてはマイクロレンズアレイが
好適であり、球面レンズあるいはシリンドリカルレンズ
がアレイ状に並んだものが採用でき、少なくとも１方向
に隣接する画素表示手段には異なる色の光束を集光する
ことができる。そして、光供給手段はマイクロレンズア
レイの方向に重なるように角度の異なる光束を出射する
ようにすれば良い。マルチカラー表示を行うには、光供
給手段で３原色の光束を出射するようにし、マイクロレ
ンズアレイは３個または３列の画素表示手段に対応する
ように配置された球面あるいはシリンドリカル面を備え
たマイクロレンズをアレイ状に配置すれば良い。

【００１５】もちろん、３原色に限らず、中間色を分離
して用いることも可能である。上記の従来の第１の方式
では、色の数を増やすと、光の利用効率が色の数に反比
例して低下してしまい、また、第２の方式では、画素を
表示するために必要な画素表示手段の色の数に比例して
増加し大型になる。これに対し、本発明のカラー表示方
式では、分離する色の数を増やしても光の利用効率が減
少したり、あるいは画素表示手段の利用効率が減少する
ことはない。したがって、表示目的などにより分離する
色の数、あるいはカラー表示に用いる色の数は自由に選
択できる。

【００１６】白色光を光源として用いる場合は、光供給
手段で、白色光を複数の色の光に分解し、それぞれの色
の光束を色毎に異なる所定の出射角度で出射すると共
に、それらの光束の出射角度を周期的に交換するように
することが望ましい。光束の出射角度を周期的に変える
には、光供給手段に、白色光から所定の色の光束に分離
可能な複数のミラーまたはプリズムを具備する第１の光
学素子群と、分離された光束の方向を変更可能な複数の
ミラーまたはプリズムを具備する第２の光学素子群に加
え、出射角度を変えるためのミラーあるいはプリズムな
どの第３の光学素子群を設けても良い。しかしながら、
第１または第２の光学素子群のミラーまたはプリズムの
角度または位置を周期的に変化させる機構を設けること
により光学素子の数を削減できる。また、白色光から所
定の色の光束を分離すると共に分離された光束の方向を
変更可能な複数のミラーまたはプリズムを用いる場合
は、これらのミラーまたはプリズムの角度または位置を
周期的に変化させる機構を設けることができる。

【００１７】さらに、光束の出射角度を交換する代わり
に、光束の色を周期的に交換するようにしても良い。こ
のためには、光供給手段に、白色光から複数の色を分離
して所定の方向に反射可能な回転ダイクロイックミラー
を複数設け、各々の回転ダイクロイックミラーの反射角
度が異なるようにしておくことができる。

【００１８】もちろん、光供給手段に、レーザーあるい
はＬＥＤなどのような複数の色をそれぞれ出射可能な光
源を設けておいても良い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００２０】（第１の実施の形態）図２に、本発明に係
る光カラー画像表示装置（以降では表示装置）の概略構
成を示してある。なお、以降の各図においては、光束を
中心光線で代表して表示するようにしている。本例の表
示装置１０は、白色光源１１と、この白色光源１１から
の白色光ＷをＲＧＢ各色に分解し所定の角度で画像表示
部２０に照射可能な光照射部３０と、画像を形成するた
めに画素表示素子が２次元のアレイ状に配置された画像
表示部２０と、この画像表示部２０からの出射光Ｌをス
クリーン９に投影する投射レンズ１２とを備えている。
光照射部３０は、光源１１から凹面鏡１３によって略平
行光束にされた白色光Ｗを赤色Ｒ、緑色Ｇおよび青色Ｂ
の各色の光束に分解して画像表示部２０の方向に出射す
る光供給部３９と、各色の光束を画像表示部２０の画素
表示素子に集光する集光部となるマイクロレンズアレイ
５０とを備えている。本例の光供給部３９は、白色光Ｗ
をＲＧＢ色の光に分離して反射する第１の光学素子群３
１と、この第１の光学素子群３１から得られたＲＧＢ各
色の光を画像表示部２０に向けて揃えて供給する第２の
光学素子群３２を備えている。

【００２１】第１の光学素子群３１は、白色光Ｗから赤
色Ｒの光を反射し、他を透過する第１のダイクロイック
ミラー３３と、緑色Ｇの光を反射し、他の光を透過する
第２のダイクロイックミラー３４と、残りの青色Ｂの光
を反射するミラー３５が光源１１の側からこの順番に並
んで配置されている。また、第２の光学素子群３２は、
第１の光学素子群３１のミラー３３、３４および３５か
ら反射されたＲＧＢ各色の光を画像表示部２０に向けて
反射するように適当な角度に調整されたミラー３６、３
７および３８を備えている。第２の光学素子群３２にお
いても、ミラー３７および３８には所定の色の光を反射
し、他の色の光は透過するダイクロイックミラーが採用
されており、第１の光学素子群３１で分離された各色の
光は第２の光学素子群３２で再び略重なるように合成さ
れて画像表示部２０の方向に向けて出射される。

【００２２】第１の光学素子群３１のミラー３３、３４
および３５は、それぞれが３つの角度に制御できるよう
になっており、ミラー３３が第１の角度Ａ１になると赤
色光Ｒは第２の光学素子群３２のミラー３６によって反
射され、画像表示部２０に第１の出射角度の光束φ１と
して供給される。さらに、ミラー３３が第２の角度Ａ２
になると、赤色光Ｒは第２の出射角度の光束φ２とな
り、第３の角度Ａ３になると第３の出射角度の光束φ３
となって画像表示部２０に供給される。緑色Ｇの光を反
射するミラー３４および青色Ｂの光を反射するミラー３
５も同様である。

【００２３】光照射部３０は、さらに、第１の光学素子
群３１のミラー３３、３４および３５の角度を制御する
角度制御機構４０を備えている。この角度制御機構４０
は、一定の周期（表示周波数）で各々のミラー３３、３
４および３５の角度をＡ１，Ａ２およびＡ３と変えるよ
うに電磁力、静電力あるいは電歪力などを利用して制御
する。このような回転可能なミラーの例としてはガルバ
ノミラー、ステップミラーなどがあり、同様の機構を用
いることにより、本例においてもダイクロイックミラー
３３、３４および３５の角度を制御することができる。
本例では、さらに、ミラー３３、３４および３５はそれ
ぞれ異なった角度（位相の異なる角度）になるように制
御され、例えば、ミラー３３は角度Ａ１、ミラー３４は
角度Ａ２、さらにミラー３５は角度Ａ３となるように制
御される。図２は、このようにミラー３３、３４および
３５の角度が設定されたタイミングを示しており、この
結果、白色光Ｗから分離された赤色Ｒの光束は第１の出
射角度の光束φ１となって画像表示部２０に供給され
る。一方、緑色Ｇの光束は第２の出射角度の光束φ２と
なり、また、青色Ｂの光束は第３の出射角度の光束φ３
となって画像表示部２０の前面に設置されたマイクロレ
ンズアレイ５０に向かって供給される。

【００２４】さらに、角度制御機構４０によって、表示
周波数の次のタイミングでは、ミラー３３が角度Ａ２、
ミラー３４が角度Ａ３、そしてミラー３５が角度Ａ１と
サイクリックに制御される。図３（ａ）はこのタイミン
グで光照射部３０から出射される光の様子を示してあ
り、赤色Ｒは第２の出射角度の光束φ２となり、緑色Ｇ
は第３の出射角度の光束φ３となり、青色Ｂは第１の出
射角度の光束φ１となって画像表示部２０に向かって供
給される。また、表示周波数の次のタイミングでは、角
度制御機構４０によって、ミラー３３、３４および３５
の角度がそれぞれ角度Ａ３、Ａ１およびＡ２に変えられ
る。したがって、図３（ｂ）に示すように、赤色Ｒは第
３の出射角度の光束φ３となり、緑色Ｇは第１の出射角
度の光束φ１となり、さらに、青色Ｂは第２の出射角度
の光束φ２となって画像表示部２０に向かって供給され
る。そして、画像表示部２０に向かって供給されたこれ
らの光束φ１、φ２およびφ３は、画像表示部２０の前
面に設置されたマイクロレンズアレイ５０によって各画
素表示素子に集光される。

【００２５】図４に、画像表示部２０の近傍を拡大して
示してある。本例の画像表示部２０は２次元にアレイ状
に配置された複数の画素表示素子２１と、これを出射側
（スクリーン側）から支持する透明な支持プレート２２
とを備えている。図４に示した画像表示部２０では、画
素表示素子２１として透過型の液晶表示素子を用いた例
を示しているが、画素表示素子２１は透過型の液晶表示
素子に限定されることはなく、反射型の液晶表示素子、
さらには、反射角度を変えて光を変調するマイクロレン
ズミラーデバイス、エバネセントデバイスなどのマイク
ロマシンを応用した光スイッチング素子など、光の強度
を階調制御することができる様々な画素表示素子を用い
ることができる。

【００２６】本例の画像表示部２０には、さらに、光の
入射方向に、複数のマイクロレンズ５１がアレイ状に配
置されたマイクロレンズアレイ５０が設けられている。
このマイクロレンズアレイ５０は、１つのマイクロレン
ズ５１が３つの画素表示素子２１ａ、２１ｂおよび２１
ｃに対し照射角度の異なる３つの光束φ１、φ２および
φ３をそれぞれ集光できるように配置されている。この
ために、マイクロレンズ５１としては３個の画素表示素
子に対応した球面状のレンズあるいは、３列の画素表示
素子に対応したシリンドリカル状のレンズのものを採用
できる。また、１つのマイクロレンズ５１に対応した３
つの画素表示素子２１ａ、２１ｂおよび２１ｃには、照
射角度の異なる３つの光束φ１、φ２およびφ３がそれ
ぞれ照射される。このため、これらの光束φ１、φ２お
よびφ３を階調制御した出射光が平行光束となるよう
に、画素表示素子２１ａ、２１ｂおよび２１ｃの入射あ
るいは出射面は微少な角度でそれぞれ傾斜している。出
射光に対するこのような角度調整は、マイクロプリズム
などを用いて行うことも可能である。また、反射型の画
素表示素子であれば、素子の反射方向を微調整したり、
マイクロレンズアレイ５０の入射側と異なったマイクロ
レンズ５１を用いて出射光の角度調整を行うようにして
ももちろん良い。

【００２７】図５に、１つのマイクロレンズ５１に対応
した３つの画素表示素子２１ａ、２１ｂおよび２１ｃに
光照射部３０により供給される光が変化する様子を示し
てある。まず、時刻ｔ１から始まる表示周波数のタイミ
ングでは上述したように赤色Ｒの光束が第１の照射角度
の光束φ１として供給され、緑色Ｇの光束が第２の照射
角度の光束φ２として供給され、さらに、青色Ｂの光束
が第３の照射角度の光束φ３として供給される。したが
って、マイクロレンズ５１によってこれらの光束φ１、
φ２およびφ３は隣接する表示素子２１ａ、２１ｂおよ
び２１ｃのそれぞれ集光される。このため、表示素子２
１ａには赤色Ｒの光束が照射され、表示素子２１ｂには
緑色Ｇの光束が照射され、さらに、表示素子２１ｃには
青色Ｂの光束が照射される。すなわち、隣接する表示素
子２１ａ、２１ｂおよび２１ｃに異なった色の光が照射
される。

【００２８】時刻ｔ２から始まる次のタイミングでは、
ＲＧＢ各色の光束の照射角度が変わり、第１の照射角度
の光束φ１が青色Ｂ、第２の照射角度の光束φ２が赤色
Ｒ、そして第３の照射角度の光束φ３が緑色Ｇとなる。
このため、隣接する表示素子２１、２１ｂおよび２１ｃ
に照射される色が交換され、表示素子２１、２１ｂおよ
び２１ｃは青色Ｂ、赤色Ｒおよび緑色Ｇの光束によって
それぞれ照射される。さらに、時刻ｔ３から始まる次の
タイミングでは、ＲＧＢ各色の光束の照射角度が再び変
わり、第１の照射角度の光束φ１が緑色Ｇ、第２の照射
角度の光束φ２が青色Ｂ、そして第３の照射角度の光束
φ３が赤色Ｒとなる。このため、表示素子２１、２１ｂ
および２１ｃに照射される色はさらに交換され、表示素
子２１、２１ｂおよび２１ｃは緑色Ｇ、青色Ｂおよび赤
色Ｒの光束によってそれぞれ照射される。そして、次の
時刻ｔ４から始まるタイミングでは、ＲＧＢ各色の光束
の照射角度が時刻ｔ１と同じになるので、隣接する表示
素子２１ａ、２１ｂおよび２１ｃに照射される光束は再
び交換（入れ替え）られて、それぞれの表示素子２１
ａ、２１ｂおよび２１ｃは時刻ｔ１と各々が同じ色の光
束で照射される。

【００２９】このように、本例の表示装置１０において
は、画像表示部２０の各画素表示素子２１にＲＧＢ各色
の光束が順番に照射される。したがって、これらの色の
光束を、それぞれの色の光が照射されているタイミング
の間で階調制御することにより、１つの画素表示素子２
１により１つの画素をフルカラー表示することができ
る。そして、白色光Ｗが３原色に分離されたうちの１つ
の色の光束が１つの画素表示素子２１に照射されている
間は、他の色の光束は上下あるいは左右の他の画素表示
素子２１に照射される。したがって、白色光Ｗを分離し
た色の光束は何れかの画素表示素子２１に照射されるこ
とになり、同時に画面を形成するために利用されるの
で、白色光Ｗをロスすることなく画像表示用に利用する
ことができる。

【００３０】また、本例の表示装置１０では、動画を再
生する時に色ずれがない。図６にその様子を示してあ
る。図６（ａ）に示すように黒を背景とした画像上を白
い表示がすばやく移動する動画の場合、上記で示した従
来の第１の方式である回転カラーフィルタ等を利用する
カラー画像表示装置においては、時分解された同色が順
次表示されるので、図６（ｂ）に示すように各色がずれ
て表示され大変見にくい。これに対し、本発明によれ
ば、図５に示したように隣り合った画素はＲＧＢ各々の
異なった色を表示する。このため隣り合った画素は同色
にならず、白色が移動するときに色が順次表示されても
鑑賞位置からは図６（ｃ）のように並置混色されるので
グレーアウトし違和感がない。したがって、本例の画像
表示装置１０を用いてカラー画像を表示すると色ずれが
発生しないので、映画等を長時間観賞する時の疲労を大
変少なくすることができる。

【００３１】なお、上記では、光供給部３９のうち、白
色光ＷをＲＧＢ各色の光束に分解する第１の光学素子群
３１のミラー３３、３４および３５の角度を制御して画
像表示部２０に供給される各色の光束の出射角度を変え
て光束φ１、φ２およびφ３を形成している。これに代
わり、図７に示すように、分離された各色の光束の向き
を画像表示部２０に向けて揃える機能を備えた第２の光
学素子群３２の各ミラー３６、３７および３８の角度を
角度制御機構４０で制御して光束φ１、φ２およびφ３
を形成することももちろん可能である。図７に示した画
像表示装置１０の構成は、図２に基づき説明した画像表
示装置に対し、角度制御機構４０で制御するミラーが異
なる以外は同じであるので、共通の符号を付して詳しい
説明は省略する。

【００３２】（第２の実施の形態）本発明にかかる画像
表示装置１０に適用できる光照射部３０の構成は上記の
他に幾つか考えられる。以下では、特に、光照射部３０
のうち、マイクロレンズアレイ５０に対し色毎に出射角
度の異なった光束φ１、φ２およびφ３を照射する光供
給部３９のいくつかの例を説明する。なお、以下の各実
施の形態においては、画像表示部２０およびマイクロレ
ンズアレイ５０は共通するので、光供給部３９の構成の
みを示して説明する。

【００３３】図８に示した光供給部３９は、色分解する
機能を備えた第１の光学素子群３１を構成するミラー３
３、３４および３５と、各光束を略揃えて全体的な方向
を画像表示部２０へ向ける機能を備えた第２の光学素子
群３２を構成するミラー３６、３７および３８の両方の
角度を制御することにより、色の異なる光束を出射角度
の異なる光束φ１、φ２およびφ３として出射し、さら
に、表示周波数のタイミングで交換できるようにした例
である。さらに、本例の光供給部３９においては、これ
らのミラー３３、３４、３５、３６、３７および３８が
取り得るポジションを２つにしてそれぞれのミラーを２
値制御できるようにしている。

【００３４】このため、本例の第１の光学素子群３１を
構成するミラー３３、３４および３５は、２つの角度
（ポジションＨおよびＬ）にそれぞれをセットできよう
になっている。また、第２の光学素子群３２を構成する
ミラー３６、３７および３８も、２つの角度（ポジショ
ンＨおよびＬ）にそれぞれをセットできるようになって
いる。さらに、角度制御機構４０は、これらのミラー３
３、３４、３５、３６、３７および３８のポジションを
ＨおよびＬに個別に設定する機能を備えている。

【００３５】これらのミラーのポジションＬおよびＨ
は、図９に示したように選択されている。この図９で
は、赤色Ｒの光束を制御するミラー３３および３６を例
に示してある。すなわち、ミラー３３がポジションＨで
ミラー３６がポジションＬのときに赤色Ｒの光束は第１
の照射角度の光束φ１として画像表示部２０に供給され
る。また、ミラー３３およびミラー３６のポジションが
両方ともＨまたはＬのときは第２の照射角度の光束φ２
として供給され、さらに、ミラー３３のポジションがＬ
でミラー３６のポジションがＨのときには第３の照射角
度の光束φ３として供給される。したがって、２つのミ
ラー３３および３６を２値制御することにより、赤色Ｒ
の光束を３つの照射角度の異なる光束φ１、φ２あるい
はφ３として供給することができる。他の緑色Ｇの光束
および青色Ｂの光束についても同様に制御できる。な
お、ポジションＨおよびＬはミラーの角度の状態が便宜
的に光軸に対し大きいときと小さいときを表している
が、各々のミラーで同じ角度である必要はなく、組み合
わせによって図９に示したような照射角度の異なる光束
が得られるようになっていれば良い。

【００３６】図１０に、本例の光供給部３９の各ミラー
を制御して、図５に示したように各画素表示素子２１
ａ、２１ｂおよび２１ｃにＲＧＢ各色の光束を照射する
様子をタイミングチャートを用いて示してある。本図に
示すように、本例の光供給部３９においては、各ミラー
に供給する制御信号の位相を表示周波数に同期してずら
すことにより、ＲＧＢ各色の光束の照射角度を変えて画
像表示部２０に供給することが可能であり、マイクロレ
ンズアレイ５０で各画素表示素子２１に各色の光束を交
換しながら照射できる。

【００３７】（第３の実施の形態）図１１に、上記と異
なった光供給部３９の例を示してある。本例の光供給部
３９は、白色光Ｗから３原色を分解抽出する第１の光学
素子群３１と、抽出されたＲＧＢ各色の光束を再び合成
して画像表示部２０の方向に導く第２の光学素子群３２
に加え、これらＲＧＢ各色の光束の出射角度を制御する
第３の光学素子群４５を設けてある。このため、本例の
光供給部３９では、第１および第２の光学素子群３１お
よび３２を構成する各ミラーの角度は一定に保たれてお
り、角度制御機構４０は第３の光学素子群４５を構成す
る光学素子を制御してＲＧＢ各色の光束を第１、第２お
よび第３の出射角度の光束φ１、φ２およびφ３として
供給する。

【００３８】本例の第３の光学素子群４５には、適当な
角度で旋回する、または、適当な周期で回転する２つの
ガルバノミラーからなる光学素子の組み合わせ４６、４
７および４８が用意されており、それぞれの組み合わせ
で各色毎の光束の向きを制御できるようになっている。

【００３９】図１２に示した光供給部３９は、ＲＧＢ各
色の光束の出射角度を制御する第３の光学素子群４５と
してマイクロミラーアレイ６０を採用した例である。マ
イクロミラーアレイ６０は、複数のマイクロ・ミラー６
１が２次元的に配置されたものであり、静電場などを用
いて反射角度を制御できるようになっている。本例で
は、複数のマイクロ・ミラー６１が３つの領域６２ｒ、
６２ｇおよび６２ｂの領域に区分けされて角度が制御さ
れるようになっており、領域６２ｒで赤色Ｒの光束の出
射角度を制御し、領域６２ｇで緑色Ｇの光束の出射角度
を制御し、さらに、領域６２ｂで青色Ｂの光束の出射角
度を制御するようにしている。

【００４０】図１３に示した光供給部３９では、出射角
度を制御する第３の光学素子群４５を構成する光学素子
としてプリズムを用いた例である。そして、本例では、
３種類の角度を有する楔型のプリズム６３ａ、６３ｂお
よび６３ｃを１セットとし、複数のセットのプリズムを
ベルト状６４にして一定の周期で回転移動させるように
している。このようなプリズムベルト６４が第１の光学
素子群３１から第２の光学素子群３２に供給されるＲＧ
Ｂ各色の光束を一定の速度で横断すると、このプリズム
ベルト６４を通過したＲＧＢ各色の光束の角度が異な
り、さらにその角度はサイクリックに変わる。したがっ
て、第２の光学素子群３２からは、ＲＧＢ各色の光束が
第１、第２および第３の出射角度を持つ光束φ１、φ２
およびφ３のいずれかとして入れ替わり（交換）しなが
ら出射される。

【００４１】ベルト状のような光学素子を移動する方式
で出射角度を制御するには、図１４に示したような、回
折方向が周期的に変わるマイクロプリズム６５を多数設
けたシート６６を用いて実現することも可能である。

【００４２】このように、第３の光学素子群４５を構成
する光学素子は多種多様なものを採用できる。同様に、
本例に限らず、上述した例あるいは以下に述べる例で
も、第１および第２の光学素子群３１および３２を構成
する光学素子もミラーあるいはダイクロイックミラーに
限定されることはなく、ダイクロイックプリズムなどの
所定の色を選択して反射あるいは透過する種々の光学素
子を採用することができる。また、白色光源１１として
は上記で説明したように白色ランプの他に、白色レーザ
ーなどの他の光源を採用できることはもちろんである。

【００４３】（第４の実施の形態）図１５に示した光供
給部３９では、白色光ＷからＲＧＢ各色の光束を抽出す
る機能と、それを合成して画像表示部２０の方向に導く
機能と、さらに、ＲＧＢ各色の出射角度を制御する機能
を１つの光学素子によって実現するようにしている。こ
のために、本例においては、近接させて設置した３枚の
ダイクロイックミラー７１、７２および７３のそれぞれ
の角度をカム７４とモータ７５の組み合わせによって３
段階に切替えられるようになっている。そして、モータ
７５を制御機構４０で制御する。

【００４４】図１６に３番目に位置し青色Ｂの光束を処
理するミラー７３を抜き出して示してある。このミラー
７３は旋回中心７７を中心として旋回するようになって
おり、バネ７６によってミラー７３の操作部７８が常に
カム７４と接触するようになっている。カム７４は、ミ
ラー７３の角度を大きくする部分７４ａ、小さくする部
分７４ｃ、さらにその中間に維持する部分７４ｂとが設
けられている。したがって、このカム７４をモータ７５
で回転することによりミラー７３の角度が制御できる。
他のミラー７１および７２も同様の構成で角度が制御で
きるようになっており、これら３つのミラー７１、７２
および７３の角度を表示周波数で同期して変え、ＲＧＢ
各色の光束を第１、第２および第３の出射角度の光束φ
１、φ２およびφ３として交換しながら出射する。

【００４５】（第５の実施の形態）図１７に上記と異な
った光供給部３９の例を示してある。上記の例では、Ｒ
ＧＢ各色の光束の出射角度を順番に入れ替えることによ
り出射角度の異なる光束φ１、φ２およびφ３としてい
たのに対し、本例では、出射角度の異なる光束φ１、φ
２およびφ３の色を順番に交換することにより、マイク
ロレンズアレイ５０で画像表示部２０の画素表示素子２
１に対しそれぞれの色の光束を周期的に交換して照射で
きるようにしている。このため、本例の光供給部３９
は、第１の回転ダイクロックミラー８１と、第２の回転
ダイクロイックミラー８２と、ミラー８３とが白色光Ｗ
の光路に順番に配置されている。第１および第２の回転
ダイクロイックミラー８１および８２は、図１８（ａ）
および（ｂ）にそれぞれ示してあるように、円盤状のダ
イクロイックミラーであり、３原色のそれぞれを反射
し、他の色を透過できる３つの領域Ｒ、ＧおよびＢに分
割されている。これら第１および第２の回転ダイクロイ
ックミラー８１および８２は制御機構４０によって表示
周波数に同期して回転するようになっており、さらに、
反射する色の位相をずらし、第１および第２の回転ダイ
クロイックミラー８１および８２から異なった色が反射
されるようになっている。そして、第１および第２の回
転ダイクロイックミラー８１および８２を透過した色の
光がミラー８３によって反射される。

【００４６】これら第１の回転ダイクロイックミラー８
１、第２の回転ダイクロイックミラー８２および固定式
のミラー８３は、それぞれ若干異なった角度で画像表示
部２０の方向に向けて光束を反射できるように調整され
ている。このため、例えば、第１の回転ダイクロイック
ミラー８１からは第３の出射角度の光束φ３が出射さ
れ、第２の回転ダイクロイックミラー８２からは第２の
出射角度の光束φ２が出射され、さらに、固定式のミラ
ー８３から第１の出射角度の光束φ１が出射されるよう
になっている。そして、第１および第２の回転ダイクロ
イックミラー８１および８２が同期して回転することに
より、光束φ３、φ２およびφ１は赤色Ｒ、緑色Ｇおよ
び青色Ｂの光束に順番に入れ替わる（交換される）。し
たがって、図４に示したように画像表示部２０の前面に
位置するマイクロレンズアレイ５０には、それぞれの色
が異なり、さらにその色が順番に入れ替わると共に、角
度の異なる３つの光束φ１、φ２およびφ３が照射され
る。このため、マイクロレンズ５１によって対応する３
つの画素２１ａ、２１ｂおよび２１ｃには異なった色の
光が表示周波数に同期して入れ替わりながら照射され
る。したがって、本例の光供給部３９を備えた光照射部
３０を用いることにより、上記の実施の形態で説明した
画像表示装置と同様に光の利用効率が高く、また、画素
表示素子の利用効率も高い画像表示装置を実現できる。

【００４７】図１９に示した光供給部３９では、第１の
回転ダイクロイックミラー８１、第２の回転ダイクロイ
ックミラー８２および固定式のミラー８３が近接して配
置されており、光供給部３９をコンパクトに構成でき、
光照射部３０を小さなサイズに纏めることができる。さ
らに、このように第１および第２の回転ダイクロイック
ミラー８１および８２と、固定式のミラー８３を近接し
て配置しても、それぞれのミラーにより反射された色の
光は、他のミラーを透過するので所定の方向に向かって
合成することが可能である。また、反射される位置が近
接するので、微少に照射角度の異なる光束φ１、φ２お
よびφ３を合成しやすくなり、光路の設計が容易とな
る。

【００４８】図２０に示した光供給部３９は、さらに、
第１および第２の回転ダイクロイックミラーとしての機
能を１つの光学素子８５で実現させた例である。この光
学素子８５は、円錐状のプリズムであり、中心軸を中心
に表示周波数に同期して回転できるようになっている。
そして、底面８５ａと側面８５ｂが図１８（ａ）および
（ｂ）に示したのと同様に、位相をずらしてＲＧＢ各色
を選択して反射する領域に分割されている。したがっ
て、この光学素子８５を回転させることにより、図１８
に示した光供給部と同様に照射角度の異なる３つの光束
φ１、φ２およびφ３が合成された光束が得られ、それ
ぞれの光束φ１、φ２およびφ３の色は表示周波数に同
期して交換されるようになる。

【００４９】図２１に示した光供給部３９は、第１およ
び第２の回転ダイクロイックミラー８１および８２を透
過した色の光を反射するための固定式のミラーを省略し
たものである。このため、第１および第２の回転ダイク
ロイックミラー８１および８２によって抽出および反射
された光束を第１および第２の固定式ミラー８６および
８７により反射し、第１および第２の回転ダイクロイッ
クミラー８１および８２を透過した光束と合成して画像
表示部２０に向けて照射するようになっている。

【００５０】（第６の実施の形態）図２２に示した画像
表示装置１０は、光供給部３９に、ＲＧＢ各色のレーザ
９１、９２および９３を用いた光源部９０を設けてあ
る。したがって、本例の光供給部３９では色分解するた
めの光学素子は不要となる。このため、本例では、それ
ぞれのレーザ９１、９２および９３から出射されたＲＧ
Ｂ各色の光束の向きを変えて合成する第２の光学素子群
３２の各ミラー３６、３７および３８の角度を制御して
出射角度の異なる光束φ１、φ２およびφ３を供給する
ようにしている。もちろん、光源部３９にはレーザに限
らずＬＥＤなどの発光素子を用いることが可能である。

【００５１】なお、上記では、本発明にかかる画像表示
装置を用いた投射装置を例に説明しているが、投影用の
装置に限定されることはなく、カラー画像を直視する画
像表示装置などのカラー表示を行う全ての装置に対し本
発明を適用することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のカラー
画像表示方式では、隣接する画素表示手段に対し異なる
色の光を照射し、その色を周期的に交換している。特
に、白色をＲＧＢに分割した光束を利用する場合は、色
と同数の隣接する画素表示手段に対し、それぞれの色の
光束を照射すると共に周期的にそれぞれの色を交換する
ようにしている。したがって、白色をＲＧＢに分割した
全て光を常に画像表示に利用できるため光のロスが少な
い。さらに、１つの画素表示手段が全ての色で照射され
るので、１つの画素表示手段で１つの画素のマルチカラ
ー表示が可能である。したがって、画素表示手段の数が
少なくて良いので、画像表示装置を安価に、また、小型
にできる。さらに、カラー表示のために画素表示手段を
増やさなくて良いので、歩留まりが向上し、高解像度化
あるいは高密度化も容易となる。

【００５３】また、１画素を表示するために複数の画素
表示手段を使う場合のように画素ずれによるにじみもな
く高品質のカラー画像を表示できる。さらに、隣接する
画素が異なる色を表示しながら画像が形成されるので、
残像による影響がなく、動画再生時にも色ずれがない。
したがって、目に優しい画像を表示できる。

【００５４】このように、本発明のカラー画像表示方式
およびこれを用いた画像表示装置は、従来のカラー表示
方式の欠点を一気に解決できるものであり、また、種々
の画素表示手段を用いたカラー画像表示装置に適用でき
るものである。したがって、プロジェクタに限らず、様
々なカラー画像を表示する装置において有用な発明であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示方式を従来の他の表示方式と比較
して説明する図であり、図１（ａ）および（ｂ）は従来
の方式を示し、図１（ｃ）は本発明の表示方式を模式的
に示してある。

【図２】第１の実施の形態にかかる画像表示装置の概要
を示す図である。

【図３】図２に示す画像表示装置における光供給部の動
作を説明する図である。

【図４】図２に示す画像表示装置の画像表示部およびそ
の近傍の構成を拡大して示す図である。

【図５】本発明の表示方式によって各画素表示素子に照
射される光束の色が変化する様子を示す図である。

【図６】本発明の表示方式により色ずれが発生しな様子
を示す図である。

【図７】第１の実施の形態にかかる画像表示装置の異な
る例を示す図である。

【図８】第２の実施の形態にかかる画像表示装置のう
ち、光供給部の構成を示す図である。

【図９】図８に示す光供給部の制御方法を説明する図で
ある。

【図１０】図８に示す光供給部を備えた画像表示装置に
おいて各画素表示素子に色の異なる光束を照射する制御
を説明する図である。

【図１１】第３の実施の形態にかかる画像表示装置のう
ち、光供給部の構成を示す図である。

【図１２】第３の実施の形態にかかる光供給部の異なっ
た例を示す図である。

【図１３】第３の実施の形態にかかる光供給部のさらに
異なった例を示す図である。

【図１４】図１３に示した光供給部に採用可能なプリズ
ムシートの例を示す図である。

【図１５】第４の実施の形態にかかる画像表示装置のう
ち、光供給部の構成を示す図である。

【図１６】図１５に示したカムを拡大して示す図であ
る。

【図１７】第５の実施の形態にかかる画像表示装置のう
ち、光供給部の構成を示す図である。

【図１８】図１７に示した回転ダイクロックミラーの概
要を示す図である。

【図１９】第４の実施の形態にかかる光供給部の異なっ
た例を示す図である。

【図２０】第４の実施の形態にかかる光供給部のさらに
異なった例を示す図である。

【図２１】第４の実施の形態にかかる光供給部のさらに
異なった例を示す図である。

【図２２】第５の実施の形態にかかる画像表示装置の概
要を示す図である。

【符号の説明】

１白色光２色分解用のフィルタ３画素表示手段５光照射手段１０画像表示装置１１光源１２投射レンズ２０画像表示部２１画素表示素子３０光照射部３１第１の光学素子群３２第２の光学素子群３３−３８ミラー３９光供給部４０制御機構４５第３の光学素子群５０マイクロレンズアレイ５１マイクロレンズ６０マイクロミラーアレイ６１マイクロミラー６４プリズムベルト７１−７３ミラー７４ミラー駆動用のカム７５モータ８１、８２回転ダイクロイックミラー８３、８６、８７固定式ミラー８５円錐状のダイクロイックプリズム９０光源部９１、９２、９３レーザ

フロントページの続きＦターム(参考） 2H088 EA14 HA13 HA21 HA23 HA25 HA28 MA03 MA06 MA20 2H093 NC49 ND08 ND17 ND20 ND34 ND42 ND53 NE06 NG02 5C006 AA01 AA02 AA11 AA22 AF52 AF85 BB11 EA01 EC11 FA41 FA51 FA54 FA56 5G435 AA00 AA04 AA18 BB12 BB15 BB16 BB17 CC12 DD02 DD05 EE18 FF03 GG01 GG03 GG04 GG08 GG10 GG28 GG46 LL15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隣接する画素単位に対し異なる色の光を
照射し、その色を周期的に交換することによりカラー表
示を行うカラー画像表示方式。
【請求項２】請求項１において、複数の色の光を、そ
の色の数の隣接する前記画素単位に対し周期的に交換し
て照射するカラー画像表示方式。
【請求項３】隣接する画素表示手段に対し異なる色の
光を照射し、その色を周期的に交換可能な光照射装置。
【請求項４】請求項３において、複数の色の光を、そ
の色の数の隣接する前記画素表示手段に対し周期的に交
換して照射可能な光照射装置。
【請求項５】請求項４において、白色光を複数の色の
光に分解して照射可能な光照射装置。
【請求項６】請求項３において、複数の色の光束を異
なる所定の出射角度で出射すると共に、それぞれの光束
の出射角度または色を周期的に交換する光供給手段と、前記隣接する画素表示手段に対し角度の異なる前記光束
をそれぞれ集光する集光手段とを有することを特徴とす
る光照射装置。
【請求項７】請求項６において、前記集光手段はマイ
クロレンズアレイであり、前記光供給手段は前記マイク
ロレンズアレイの方向に前記光束が重なるように出射す
ることを特徴とする光照射装置。
【請求項８】請求項６において、前記光供給手段は３
原色の光束を出射し、前記マイクロレンズアレイは３個
または３列の前記画素表示手段に対応するように配置さ
れたマイクロレンズを備えていることを特徴とする光照
射装置。
【請求項９】請求項６において、前記光供給手段は、
白色光を複数の色の光に分解し、それぞれの色の光束を
色毎に異なる所定の出射角度で出射すると共に、それら
の光束の出射角度を周期的に交換することを特徴とする
光照射装置。
【請求項１０】請求項９において、前記光供給手段
は、白色光から所定の色の光束に分離可能な複数のミラ
ーまたはプリズムを具備する第１の光学素子群と、分離
された光束の方向を変更可能な複数のミラーまたはプリ
ズムを具備する第２の光学素子群と、前記分離された光
束の方向を周期的に変更可能な複数のミラーまたはプリ
ズムを具備する第３の光学素子群とを備えていることを
特徴とする光照射装置。
【請求項１１】請求項９において、前記光供給手段
は、白色光から所定の色の光束に分離可能な複数のミラ
ーまたはプリズムを具備する第１の光学素子群と、分離
された光束の方向を変更可能な複数のミラーまたはプリ
ズムを具備する第２の光学素子群と、前記第１または第
２の光学素子群のミラーまたはプリズムの角度または位
置を周期的に変化させる機構とを備えていることを特徴
とする光照射装置。
【請求項１２】請求項９において、前記光供給手段
は、白色光から所定の色の光束を分離すると共に分離さ
れた光束の方向を変更可能な複数のミラーまたはプリズ
ムと、これらのミラーまたはプリズムの角度または位置
を周期的に変化させる機構とを備えていることを特徴と
する光照射装置。
【請求項１３】請求項６において、前記光供給手段
は、白色光を複数の色の光に分解し、それぞれの色の光
束を異なる所定の出射角度で出射すると共に、それらの
光束の色を周期的に交換することを特徴とする光照射装
置。
【請求項１４】請求項１３において、前記光供給手段
は、白色光から複数の色を分離して所定の方向に反射可
能な回転ダイクロイックミラーを複数備えており、各々
の前記回転ダイクロイックミラーの反射角度が異なるこ
とを特徴とする光照射装置。
【請求項１５】請求項６において、前記光供給手段
は、複数の色の光源を備えていることを特徴とする光照
射装置。
【請求項１６】請求項１に記載のカラー画像表示方式
を用いた画像表示装置。
【請求項１７】請求項３に記載の光照射装置と、アレ
イ状に配置された複数の前記画素表示手段とを有するこ
とを特徴とする画像表示装置。