JP2004184641A - 投写型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の発光ダイオード素子をアレイ状に配列し、光源アレイの大型化を招くことなく、明るい光利用効率の高い投写型表示装置を提供する。
【解決手段】発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイ１０１を構成する。第一および第二フライアイレンズ１０２および１０３は矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、要素レンズの数量は、発光ダイオード素子アレイの数量と一致する。光源移動手段１０８により光源アレイ全体が第一フライレンズ１０２の光軸と垂直な面内を往復運動する。 この往復運動により、光源アレイ１０１の発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、第一フライアイレンズ１０２の要素レンズの光軸と、略一致したときに、中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯する。
【選択図】 図１
【解決手段】発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイ１０１を構成する。第一および第二フライアイレンズ１０２および１０３は矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、要素レンズの数量は、発光ダイオード素子アレイの数量と一致する。光源移動手段１０８により光源アレイ全体が第一フライレンズ１０２の光軸と垂直な面内を往復運動する。 この往復運動により、光源アレイ１０１の発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、第一フライアイレンズ１０２の要素レンズの光軸と、略一致したときに、中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源に複数の発光ダイオード素子を用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投写型表示装置は、主に１つの高圧水銀ランプを光源とし、３つまたは１つの２次元光変調器を照明し、投写レンズを用いてスクリーンに画像を拡大表示するものであった。
【０００３】
光源の高圧水銀ランプは、紫外から赤外に渡って発光特性を有する白色ランプであり、この白色光をカラー表示に必要な波長成分のみ選択するダイクロイックミラーや回転式のカラーフィルタなどを用いて２次元光変調器に光を照射する照明光学系で構成されている。
【０００４】
２次元光変調器としては、透過型や反射型の液晶パネルやディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などが知られている。この従来の投写型表示装置では、光源に用いられるランプは、通常放物面や楕円面形状の反射鏡と組み合わせて使用されるので比較的大型である。また、発熱が大きいこともあり、冷却用のファンを用いて点灯中の温度を管理する必要があった。そのため、装置全体を小型、軽量化するのに困難があった。
【０００５】
従来の投写型表示装置の欠点を解決するものとして、特許文献１に投写型表示装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４９４００号公報
【０００７】
図９は、この特許文献１に記載の投写型表示装置の構成図である。図９に示すように、光源９０１には発光ダイオード素子やレーザーダイオード素子を用い、これらをアレイ状に配置して一対のフライアイレンズ９０２、９０３の各要素レンズに対応させた光学系とすることで、個々の発光素子からの光束を２次元光変調器９０６に効率良く照射されるようになっている。ここで、２次元光変調器９０６は透過型液晶パネルで構成してある。
【０００８】
この、特許文献１に記載の技術では、光源に発光ダイオード素子やレーザーダイオード素子を用いているので、投射型表示装置全体の小型軽量化、光源の小電力化が達成されるというものである。しかしながら、この開示例のように発光ダイオード素子やレーザーダイオード素子を光源に使用する場合、実用的な輝度を得るのが困難であるという本質的な問題がある。
【０００９】
例えば投写型表示装置に使われている一般的な高圧水銀ランプの発光効率は、６０〜７０ルーメン／ワットである。一方、例えば、発光ダイオード素子における発光効率は１０〜４０ルーメン／ワットであり、発光効率は高圧水銀ランプには及ばない。
【００１０】
また、従来の投写型表示装置の光源ランプは１５０ワット〜２５０ワット程度の電力のものが使われており、例えば１５０ワットのものでは光源からは９０００ルーメン超の光束を発していることになる。これに対して、最近の高性能の発光ダイオードに１ワット程度のものがあるが、仮に発光効率が４０ルーメン／ワットとしても、光束量は４０ルーメンしかなく、高圧水銀ランプと同等の９０００ルーメンの光束を得ようとすると、実に２２５個必要という試算となる。
【００１１】
従来のフライアイレンズを用いた光学系では、発光素子とフライアイレンズの要素レンズは一対一に対応している。従って、使用する発光素子の数と同数の要素レンズを有するフライレンズが必要になる。この種の発光ダイオードはアセンブリされたモールド外装を含めてφ１０ｍｍ程度の大きさを有しており、仮に２２５個をマトリクス状に配置しようとすると非常に大きな光源アレイとなってしまい小型化ができないという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数の発光ダイオード素子をアレイ状に配列し、光源アレイの大型化を招くことなく、明るい光利用効率の高い投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光ダイオード素子を光源とし、前記発光ダイオード素子で発生する光束が、光軸が同一な一対の第一フライアイレンズと第二フライアイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、前記発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、前記発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイを構成し、前記光源アレイを移動させる光源アレイ移動機構を有し、前記光源アレイ移動機構により前記光源アレイ全体が前記第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動することを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第一および第二フライアイレンズは矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、前記光源アレイの前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記光源アレイに近い側の前記第一フライアイレンズの要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、発光ダイオード素子を光源とし、前記発光ダイオード素子で発生する光束が、光軸が同一な一対の第一フライアイレンズと第二フライアイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、前記発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、前記発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイを構成し、前記光源アレイを移動させる光源アレイ移動機構と、前記発光ダイオード素子アレイの内の個々の発光ダイオード素子を点灯／消灯制御する制御手段とを有し、前記第一および第二フライアイレンズは矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、前記光源アレイ移動機構により前記光源アレイ全体が前記第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動し、前記往復運動により、前記光源アレイの前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記光源アレイに近い側の前記第一フライアイレンズの要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、Ｒ、Ｂ、Ｇ用に独立した３個の光源アレイを有し、前記３個の光源アレイで形成される光束が、前記３個の光源アレイに接続した個々の第一フライアレイレンズを経てクロスダイクロプリズムで合成され、第二フライアレイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、前記３個の光源アレイの個々は、複数の発光ダイオード素子アレイで構成され、前記発光ダイオード素子アレイは、複数の発光ダイオード素子で構成され、前記３個の光源アレイは、それぞれ個々の光源アレイ移動機構に接続され、前記光源アレイ移動機構により、前記３個の光源アレイの個々がが前記個々の第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動し、前記３個の光源アレイ内の発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の点灯／消灯を制御する制御手段を有し、前記第一フライアレイレンズの個々と第二フライアイレンズは、矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、前記往復運動により、前記３個の光源アレイの個々の前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記３個の光源アレイの個々に近い側の前記第一フライアイレンズの個々の要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイは３個以上の発光ダイオード素子により構成されことを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個の発光ダイオード素子の個々は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個の発光ダイオード素子は、全て同じ色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個を超える数量の発光ダイオード素子で構成される場合、３個の発光ダイオード素子の個々は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子であり、３個を超えた発光ダイオード素子は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子から選ばれた発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００２１】
請求項９記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個を超える数量の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個を超える数量の発光ダイオード素子は、全て同じ色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイは３個以上の発光ダイオード素子により構成され、前記Ｒ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て赤色を発光する発光ダイオードで構成され、前記Ｂ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て青色を発光する発光ダイオードで構成され、前記Ｇ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て緑色を発光する発光ダイオードで構成されことを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の投写型表示装置の実施形態を示す構成図である。図１に示すように、本発明の実施形態の投写型表示装置は、光源となる複数の発光ダイオード素子アレイで構成される光源アレイ１０１、一対の第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３、フィールドレンズ１０４、コンデンサレンズ１０５、２次元光変調器１０６、投写レンズ１０７、光源アレイ１０１を往復運動させる光源移動手段１０８、光源アレイ１０１を構成する複数の発光ダイオード素子アレイの内の個々の発光ダイオード素子を点灯させる光源駆動回路１０９、個々の発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０、および２次元光変調器１０６を駆動する駆動回路１１１とを有し構成される。
【００２５】
図２は、図１に示した、光源アレイ１０１、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３を、示す斜視図である。図２に示すように、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３は、平凸形状で外形が矩形の要素レンズを、縦６×横４の合計２４個並べて構成してある。図１に示した２次元光変調器１０６の有効表示領域のアスペクト比と第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズのアスペクト比とは相似としておくことが望ましい。これは、第一フライアイレンズ１０２の要素レンズの輪郭を有する光源の像が２次元光変調器１０６の有効表示領域に結像するためで、アスペクト比が相似からずれていると光源からの光を有効に利用できないためである。
【００２６】
図２において、光源アレイ１０１を構成する発光ダイオード素子アレイ２０１は、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズ１個に対して１個であり、Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色を呈する３個の発光ダイオード素子で構成される。発光ダイオード素子の大きさにもよるが、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の配列ピッチＰ内に収まる数の発光ダイオード素子で発光ダイオード素子アレイ２０１を構成し、光源アレイ１０１に配置することが可能である。
【００２７】
個々の発光ダイオード素子の実装間隔は０．５ｍｍ程度まで実用化されている。例えば、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズの大きさが縦３ｍｍ×横４ｍｍであって、発光ダイオード素子のチップの大きさが０．３ｍｍであれば実装間隔を０．５ｍｍとして横方向に５個の発光ダイオード素子を並べ、発光ダイオード素子アレイ２０１は５個の発光ダイオード素子で構成することができる。さらに、発光ダイオード素子のチップの大きさが０．３ｍｍよりさらに小さくなれば、５個以上ｎ個（ｎは６以上の任意の整数）の発光ダイオード素子で、発光ダイオード素子アレイ２０１を構成することができるようになる。
【００２８】
フィールドレンズ１０４およびコンデンサレンズ１０５は第二フライアイレンズ１０３からの光束を効率良く２次元光変調器１０６に導くための補助光学素子である。２次元光変調器１０６としては透過型のＴＮ液晶パネルのほか、Ｌｃｏｓなどの反射型の液晶パネルやＤＭＤなどの表示デバイスを使用することができる。図１において、２次元光変調器１０６は透過型の液晶パネルを例として示している。この場合、液晶パネルの前後には偏光板が必要となる。
【００２９】
ここで、発光ダイオード素子について説明する。一般に、発光ダイオード素子は、放電ランプとは異なり、連続点灯はもちろんのこと、パルス点灯が可能である。特にパルス点灯ではデュティ比を所定に設定することで、消費電力は一定のままで出力を容易に増加させることができる。
【００３０】
すなわち、点灯時間のデュティ比を１／２にすれば、瞬時の電力は２倍にすることができる。フラアイレンズを使用した照明系においては、従来は、フライアイレンズの１つの要素レンズに対して１つの発光ダイオード素子が対応して配置されることで照明系が成立している。
【００３１】
従って、フライアイレンズの各要素レンズのピッチに対応する間隔で発光ダイオード素子も配置されることになる。フライアイレンズの要素レンズの大きさは発光の大きさ比べると充分大きいので、発光ダイオード素子同士の隙間に新たな発光ダイオード素子を配置することは可能である。
【００３２】
しかしながら、このように配置した発光ダイオード素子を点灯させるだけでは、有効に２次元光変調器を照明することはできない。フラアイレンズの光軸からずれた位置にある発光ダイオード素子からの光束は、光軸が合致した位置にある発光ダイオード素子からの光束と同様な光学的な作用をしない。
【００３３】
図３は、発光ダイオード素子からの光が、フライアレイレンズを透過し、２次元光変調器に至る光学系を示す光学系図である。図３に示すように、フライアイレンズを用いた照明において、光源である発光ダイオード素子３０１からの光束は第一フライアイレンズの要素レンズ３０２に入射し、第一フライアイレンズの要素レンズ３０２の輪郭を第二フライアイレンズの要素レンズ３０３の近傍に結像し、その像がフィールドレンズ１０４やコンデンサレンズ１０５を経て２次元光変調器１０６の有効表示領域に重畳して結像されるという原理によるものである。従って、第一フライアイレンズの光軸に対して、発光ダイオード素子の中心がずれていると、第二フライアイレンズに効率良く結像できない。
【００３４】
そこで、光源アレイを移動する手段により、各発光ダイオード素子の中心とフライアイレンズの各要素レンズの光軸が略一致したときのみ、略一致した位置にある発光ダイオード素子のみ所定のデュティ比で点灯させることができれば、光源アレイを構成する発光ダイオード素子が全て常時点灯しているときと同じ光量を得ることができる。
【００３５】
すなわち、１つの要素レンズに対してｍ個（ｍは３以上の整数）の発光ダイオード素子を機能させることができるので、照明光としてｍ倍の光量を獲得できる。かつ光源アレイ全体の物理的な大きさを大型化することはない。また、光源アレイを構成する発光ダイオード素子は同じ発光色を呈するもので構成するほか、Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色を呈するものを混在させて構成することも可能である。
【００３６】
光源アレイを構成する発光ダイオード素子を同じ発光色を呈するもので構成する前者の場合には、光源アレイを３個用意し、それぞれＲ用、Ｂ用、Ｇ用とし、これら３個の光源アレイから多量に射出する光束をプリズムなどで合成し、かつ、これらの光源アレイを時分割的に点灯制御すれば１枚の２次元光変調器に対してカラー表示が可能になる。
【００３７】
光源アレイを構成する発光ダイオード素子を、Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色を呈するものを混在させて構成する後者の場合には、１つの光源アレイで構成し、第一フライレンズの各要素レンズに対応する発光ダイオード素子を、例えば３個とし、これら３個を各々Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色の発光ダイオード素子とする。移動手段による１往復の動作において、第一フライアイレンズの各要素レンズの光軸と各発光ダイオード素子の中心とはＲ→Ｂ→Ｇ→Ｇ→Ｂ→Ｒの順に合致するするようにする。略一致したときに所定のデュティ比で点灯するよう制御することで時分割のカラー表示が可能になる。
【００３８】
図４は、本発明の投写型表示装置の第一実施形態の動作を示す動作図である。図４において、図１の光源アレイ１０１の一部と第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズの一部が示されている。以下、図１、２および図４を参照し、本発明の投写型表示装置の第一実施形態の動作を説明する。
【００３９】
まず、Ｒ、Ｂ、Ｇの３個の発光ダイオード素子４０１、４０２、４０３が隣接配置された発光ダイオード素子アレイ２０１は、最初の状態において、Ｒ、Ｂ、Ｇのいずれかの発光ダイオード素子が第一フライアイレンズ１０２の要素レンズ４０４の光軸４０６とほぼ合致した位置関係におかれる。
【００４０】
図４において、赤色発光ダイオード素子４０１が要素レンズ４０４の光軸４０６とほぼ合致した位置にあるとする（左上の状態１）。この状態で、赤色発光ダイオード素子４０１が光源駆動回路１０９および発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０により点灯する。次に、光源アレイ１０１に接続された光源移動手段１０８により青色発光ダイオード素子４０２の中心が要素レンズ４０４の光軸４０６と略一致するよう光源アレイ１０１の移動が行われる（状態２）。この状態で、光源駆動回路１０９および発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０により赤色発光ダイオード素子４０１の消灯と青色発光ダイオード素子４０２の点灯が瞬時に行われる。このあと、同様に緑色発光ダイオード素子４０３が要素レンズ４０４の光軸４０６と略一致したときに（状態３）、青色発光ダイオード素子４０２の消灯と緑色発光ダイオード素子４０３の点灯が瞬時に行われる。この動作を片道として光源移動手段１０８による往復運動を行い、状態１（Ｒ）→状態２（Ｂ）→状態３（Ｇ）→状態３（Ｇ）→状態２（Ｂ）→状態１（Ｒ）というサイクルを形成する。そしてこの往復運動を繰り返し実行する。すなわち、図４において、左上の状態１から反時計まわりに状態が移動し、往復運動を繰り返す。
【００４１】
光源移動手段１０８としては、リニアステッピングモーターによる駆動やアクチュエーターなど回転運動を直線往復運動に変える機構を使えば良い。以上、述べたように、図４は、１サイクルでの発光ダイオード素子と要素レンズとの位置変化を示している。
【００４２】
図５は、本発明の投写型表示装置の第一実施形態における、各色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。図５に示すように、Ｒ→Ｂ→Ｇ→Ｇ→Ｂ→Ｒの繰り返しで発生する時分割の光束が第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３、フィールドレンズ１０４、コンデンサレンズ１０５を透過し、２次元光変調器１０６（液晶パネル）の有効表示領域を均一に照明する。
【００４３】
時分割で形成される光束に対して、発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０および２次元光変調器１０６の駆動回路１１１を同期させることで、カラー表示が可能になり投写レンズ１０７によりスクリーン（図示せず）上に画像が拡大投写される。
【００４４】
次に、本発明の投写型表示装置の第二実施形態を説明する。第一実施形態においては、１つの要素レンズに対して３個の異なる発光色の発光ダイオード素子で１サイクルを形成したが、同色の発光色で１サイクルを形成することも可能である。第二実施形態では、図４に示した第一実施形態でのＲ、Ｂ、Ｇの３個の発光ダイオード素子４０１、４０２、４０３が同色に置き換わった状態である。図６は、本発明の投写型表示装置の第二実施形態における、同色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。図６に示すように、例えば同色の発光ダイオード素子を３個使いそれらが光源移動手段１０８により、要素レンズの光軸と略一致したときに１／３のデュティ比で点灯するよう制御することで、３個の発光ダイオード素子が連続点灯しているのと同じ光量を２次元光変調器１０６に照射することが可能になる。
【００４５】
この場合は、同色の発光ダイオード素子を３個用いて各発光ダイオード素子からの光束を１つの光路に合流させて照明光を得ればよい。各発光ダイオード素子とも、１つの要素レンズに対して１サイクルで対応させる発光ダイオード素子の数に応じて光量を増加させることができる。
【００４６】
ここで、発光ダイオード素子より発する光束はランダム偏光光である。したがって、ＴＮ液晶パネルを２次元光変調器１０６として用いる場合、偏光統一のための偏光変換素子を使うことが望ましい。偏光統一した照明光を使うことで光利用効率が向上する。偏光変換素子としては周知の技術である偏光ビームスプリッターアレイを用いればよく、同素子を第二フライアイレンズ１０３とフィールドレンズ１０４の間に配置して構成することができる。
【００４７】
上記の第一および第二実施形態では、発光ダイオード素子アレイ２０１は、３個の発光ダイオード素子で構成したが、先に述べたように、発光ダイオード素子アレイ２０１は、５個の発光ダイオード素子で構成できる。５個の発光ダイオード素子を使用する場合は、ホワイトバランスを考慮し、ある色の発光ダイオード素子を複数個にすることができる。
【００４８】
図７は、本発明の投写型表示装置の別の実施形態を示す構成図である。第一実施形態との違いは、Ｒ、Ｂ、Ｇ用に独立した光源アレイ７０１、７０２、７０３を備え、各々の光源アレイで形成される光束をクロスダイクロプリズム７１２で合成して２次元光変調器の照明光を得るというものである。第一フライアイレンズ７０４、７０５、７０６と第二フライレンズ７０７との空間にクロスダイクロプリズム７１２を配置した。
【００４９】
光源アレイ７０１、７０２、７０３は、それぞれ光源アレイ移動手段７１３、７１４、７１５に接続されており、光源駆動回路７１６により光源アレイ７０１、７０２、７０３内の発光ダイオード素子の点灯／消灯が制御されている。また、２次元光変調器としてはＤＭＤ７１０を例にとってある。ＤＭＤ７１０への入射直前にはプリズム７０９を用意した。ＤＭＤ７１０は、ＤＭＤ駆動回路７１７により駆動される。
【００５０】
光源アレイ７０１、７０２、７０３からはＤＭＤ７１０に対して時分割のカラーの光束を供給する必要があるので、例えば光源アレイ７０１をＲ用、７０２をＢ用、７０３をＲ用とした場合、経過時間に対してＲ→Ｂ→Ｇの繰り返しの光束が発生しなくてはいけない。ＤＭＤはパルス幅変調により画像をつくり出している。
【００５１】
図８は、本発明の投写型表示装置の別の実施形態における、光源アレイ７０１、７０２、７０３をそれぞれＲ、Ｂ、Ｇ用とした場合の、光源アレイの点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。いま、Ｒ→Ｂ→Ｇという変化がＴ時間に行われるとすると、Ｒ、Ｂ、Ｇそれぞれの光源アレイ７０１、７０２、７０３の点灯時間はＴ／３づつということになる。すなわち、図８に示すタイミングチャートのようになる。このようにして、光源アレイ７０１、７０２、７０３からの時分割のカラーの光束は、クロスダイクロプリズム７１２、第二フライアレイレンズ７０７、フィールドレンズ７０８、プリズム７０９を経て、ＤＭＤ７１０を照明し、ＤＭＤ７１０で変調された画像が投写レンズ７１１でスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。
【００５２】
この本発明の投写型表示装置の別の実施形態では、フライアイレンズの要素レンズ１個に対して３個の同色の発光ダイオード素子とした。従って、従来のように、フライアイレンズの要素レンズと発光ダイオード素子とを同数とする構成に比べて光源アレイを大型化することなく、ほぼ３倍の高輝度化が可能になった。ここで、先に述べたように、フライアイレンズの要素レンズ１個に対して５個の同色の発光ダイオード素子とすることが可能である。この場合、さらに、高輝度化が可能である。
【００５３】
また、本発明の投写型表示装置の別の実施形態では、２次元光変調器が１つからなる単板式を例にとったが、単板以外の３板方式を構成することも可能である。
【００５４】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、上述した実施形態は本発明の好適な実施の形態であり、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投写型表示装置によれば、フライアイレンズの要素レンズ１個に対し複数の発光ダイオード素子を配置し光学系を構成したので、光源アレイを大型化することなく高輝度化が図られる。
【００５６】
さらに、移動機構を用いて光源アレイの内の発光ダイオード素子を往復運動させているので、フライアイレンズの要素レンズの数の整数倍の発光ダイオード素子を実装し、それらが要素レンズの光軸と略一致したときのみ所定のデュティ比でパルス点灯するよう制御しているので、光源アレイを大型化することなく、実装したすべての発光ダイオード素子が常時点灯しているのと同じだけの光束量を照明光として効率よく利用できるので、高輝度かつ小型の投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投写型表示装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した、光源アレイ１０１、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３を、示す斜視図である。
【図３】発光ダイオード素子からの光が、フライアレイレンズを透過し、２次元光変調器に至る光学系を示す光学系図である。
【図４】本発明の投写型表示装置の第一実施形態の動作を示す動作図である。
【図５】本発明の投写型表示装置の第一実施形態における、各色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の投写型表示装置の第二実施形態における、同色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の投写型表示装置の別の実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明の投写型表示装置の別の実施形態における、光源アレイ７０１、７０２、７０３をそれぞれＲ、Ｂ、Ｇ用とした場合の、光源アレイの点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】特開２００１−２４９４００号公報に記載の投写型表示装置の構成図である。
【符号の説明】
１０１ 光源アレイ
１０２、７０４、７０５、７０６ 第一フライアイレンズ
１０３、７０７ 第二フライアイレンズ
１０４、７０８ フィールドレンズ
１０５ コンデンサレンズ
１０６ ２次元光変調器
１０７、７１１ 投写レンズ
１０８ 光源移動手段
１０９、７１６ 光源駆動回路
１１０ 制御回路
１１１ 駆動回路
２０１ 発光ダイオード素子アレイ
３０１ 発光ダイオード素子
３０２、４０４ 第一フライアイレンズの要素レンズ
３０３、４０５ 第二フライアイレンズの要素レンズ
４０１ 赤色発光ダイオード素子、
４０２ 青色発光ダイオード素子
４０３ 緑色発光ダイオード素子
４０６ 第一フライアイレンズの光軸
７０１ Ｒ光源アレイ
７０２ Ｂ光源アレイ
７０３ Ｇ光源アレイ
７０９ プリズム
７１０ ＤＭＤ
７１２ クロスダイクロプリズム
７１３、７１４、７１５ 光源アレイ移動手段
７１７ ＤＭＤ駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源に複数の発光ダイオード素子を用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の投写型表示装置は、主に１つの高圧水銀ランプを光源とし、３つまたは１つの２次元光変調器を照明し、投写レンズを用いてスクリーンに画像を拡大表示するものであった。
【０００３】
光源の高圧水銀ランプは、紫外から赤外に渡って発光特性を有する白色ランプであり、この白色光をカラー表示に必要な波長成分のみ選択するダイクロイックミラーや回転式のカラーフィルタなどを用いて２次元光変調器に光を照射する照明光学系で構成されている。
【０００４】
２次元光変調器としては、透過型や反射型の液晶パネルやディジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）などが知られている。この従来の投写型表示装置では、光源に用いられるランプは、通常放物面や楕円面形状の反射鏡と組み合わせて使用されるので比較的大型である。また、発熱が大きいこともあり、冷却用のファンを用いて点灯中の温度を管理する必要があった。そのため、装置全体を小型、軽量化するのに困難があった。
【０００５】
従来の投写型表示装置の欠点を解決するものとして、特許文献１に投写型表示装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４９４００号公報
【０００７】
図９は、この特許文献１に記載の投写型表示装置の構成図である。図９に示すように、光源９０１には発光ダイオード素子やレーザーダイオード素子を用い、これらをアレイ状に配置して一対のフライアイレンズ９０２、９０３の各要素レンズに対応させた光学系とすることで、個々の発光素子からの光束を２次元光変調器９０６に効率良く照射されるようになっている。ここで、２次元光変調器９０６は透過型液晶パネルで構成してある。
【０００８】
この、特許文献１に記載の技術では、光源に発光ダイオード素子やレーザーダイオード素子を用いているので、投射型表示装置全体の小型軽量化、光源の小電力化が達成されるというものである。しかしながら、この開示例のように発光ダイオード素子やレーザーダイオード素子を光源に使用する場合、実用的な輝度を得るのが困難であるという本質的な問題がある。
【０００９】
例えば投写型表示装置に使われている一般的な高圧水銀ランプの発光効率は、６０〜７０ルーメン／ワットである。一方、例えば、発光ダイオード素子における発光効率は１０〜４０ルーメン／ワットであり、発光効率は高圧水銀ランプには及ばない。
【００１０】
また、従来の投写型表示装置の光源ランプは１５０ワット〜２５０ワット程度の電力のものが使われており、例えば１５０ワットのものでは光源からは９０００ルーメン超の光束を発していることになる。これに対して、最近の高性能の発光ダイオードに１ワット程度のものがあるが、仮に発光効率が４０ルーメン／ワットとしても、光束量は４０ルーメンしかなく、高圧水銀ランプと同等の９０００ルーメンの光束を得ようとすると、実に２２５個必要という試算となる。
【００１１】
従来のフライアイレンズを用いた光学系では、発光素子とフライアイレンズの要素レンズは一対一に対応している。従って、使用する発光素子の数と同数の要素レンズを有するフライレンズが必要になる。この種の発光ダイオードはアセンブリされたモールド外装を含めてφ１０ｍｍ程度の大きさを有しており、仮に２２５個をマトリクス状に配置しようとすると非常に大きな光源アレイとなってしまい小型化ができないという問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数の発光ダイオード素子をアレイ状に配列し、光源アレイの大型化を招くことなく、明るい光利用効率の高い投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光ダイオード素子を光源とし、前記発光ダイオード素子で発生する光束が、光軸が同一な一対の第一フライアイレンズと第二フライアイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、前記発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、前記発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイを構成し、前記光源アレイを移動させる光源アレイ移動機構を有し、前記光源アレイ移動機構により前記光源アレイ全体が前記第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動することを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第一および第二フライアイレンズは矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、前記光源アレイの前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記光源アレイに近い側の前記第一フライアイレンズの要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴としている。
【００１５】
請求項３記載の発明は、発光ダイオード素子を光源とし、前記発光ダイオード素子で発生する光束が、光軸が同一な一対の第一フライアイレンズと第二フライアイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、前記発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、前記発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイを構成し、前記光源アレイを移動させる光源アレイ移動機構と、前記発光ダイオード素子アレイの内の個々の発光ダイオード素子を点灯／消灯制御する制御手段とを有し、前記第一および第二フライアイレンズは矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、前記光源アレイ移動機構により前記光源アレイ全体が前記第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動し、前記往復運動により、前記光源アレイの前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記光源アレイに近い側の前記第一フライアイレンズの要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴としている。
【００１６】
請求項４記載の発明は、Ｒ、Ｂ、Ｇ用に独立した３個の光源アレイを有し、前記３個の光源アレイで形成される光束が、前記３個の光源アレイに接続した個々の第一フライアレイレンズを経てクロスダイクロプリズムで合成され、第二フライアレイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、前記３個の光源アレイの個々は、複数の発光ダイオード素子アレイで構成され、前記発光ダイオード素子アレイは、複数の発光ダイオード素子で構成され、前記３個の光源アレイは、それぞれ個々の光源アレイ移動機構に接続され、前記光源アレイ移動機構により、前記３個の光源アレイの個々がが前記個々の第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動し、前記３個の光源アレイ内の発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の点灯／消灯を制御する制御手段を有し、前記第一フライアレイレンズの個々と第二フライアイレンズは、矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、前記往復運動により、前記３個の光源アレイの個々の前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記３個の光源アレイの個々に近い側の前記第一フライアイレンズの個々の要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴としている。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイは３個以上の発光ダイオード素子により構成されことを特徴としている。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個の発光ダイオード素子の個々は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個の発光ダイオード素子は、全て同じ色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個を超える数量の発光ダイオード素子で構成される場合、３個の発光ダイオード素子の個々は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子であり、３個を超えた発光ダイオード素子は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子から選ばれた発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００２１】
請求項９記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイが３個を超える数量の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個を超える数量の発光ダイオード素子は、全て同じ色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴としている。
【００２２】
請求項１０記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記発光ダイオード素子アレイは３個以上の発光ダイオード素子により構成され、前記Ｒ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て赤色を発光する発光ダイオードで構成され、前記Ｂ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て青色を発光する発光ダイオードで構成され、前記Ｇ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て緑色を発光する発光ダイオードで構成されことを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の投写型表示装置の実施形態を示す構成図である。図１に示すように、本発明の実施形態の投写型表示装置は、光源となる複数の発光ダイオード素子アレイで構成される光源アレイ１０１、一対の第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３、フィールドレンズ１０４、コンデンサレンズ１０５、２次元光変調器１０６、投写レンズ１０７、光源アレイ１０１を往復運動させる光源移動手段１０８、光源アレイ１０１を構成する複数の発光ダイオード素子アレイの内の個々の発光ダイオード素子を点灯させる光源駆動回路１０９、個々の発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０、および２次元光変調器１０６を駆動する駆動回路１１１とを有し構成される。
【００２５】
図２は、図１に示した、光源アレイ１０１、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３を、示す斜視図である。図２に示すように、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３は、平凸形状で外形が矩形の要素レンズを、縦６×横４の合計２４個並べて構成してある。図１に示した２次元光変調器１０６の有効表示領域のアスペクト比と第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズのアスペクト比とは相似としておくことが望ましい。これは、第一フライアイレンズ１０２の要素レンズの輪郭を有する光源の像が２次元光変調器１０６の有効表示領域に結像するためで、アスペクト比が相似からずれていると光源からの光を有効に利用できないためである。
【００２６】
図２において、光源アレイ１０１を構成する発光ダイオード素子アレイ２０１は、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズ１個に対して１個であり、Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色を呈する３個の発光ダイオード素子で構成される。発光ダイオード素子の大きさにもよるが、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の配列ピッチＰ内に収まる数の発光ダイオード素子で発光ダイオード素子アレイ２０１を構成し、光源アレイ１０１に配置することが可能である。
【００２７】
個々の発光ダイオード素子の実装間隔は０．５ｍｍ程度まで実用化されている。例えば、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズの大きさが縦３ｍｍ×横４ｍｍであって、発光ダイオード素子のチップの大きさが０．３ｍｍであれば実装間隔を０．５ｍｍとして横方向に５個の発光ダイオード素子を並べ、発光ダイオード素子アレイ２０１は５個の発光ダイオード素子で構成することができる。さらに、発光ダイオード素子のチップの大きさが０．３ｍｍよりさらに小さくなれば、５個以上ｎ個（ｎは６以上の任意の整数）の発光ダイオード素子で、発光ダイオード素子アレイ２０１を構成することができるようになる。
【００２８】
フィールドレンズ１０４およびコンデンサレンズ１０５は第二フライアイレンズ１０３からの光束を効率良く２次元光変調器１０６に導くための補助光学素子である。２次元光変調器１０６としては透過型のＴＮ液晶パネルのほか、Ｌｃｏｓなどの反射型の液晶パネルやＤＭＤなどの表示デバイスを使用することができる。図１において、２次元光変調器１０６は透過型の液晶パネルを例として示している。この場合、液晶パネルの前後には偏光板が必要となる。
【００２９】
ここで、発光ダイオード素子について説明する。一般に、発光ダイオード素子は、放電ランプとは異なり、連続点灯はもちろんのこと、パルス点灯が可能である。特にパルス点灯ではデュティ比を所定に設定することで、消費電力は一定のままで出力を容易に増加させることができる。
【００３０】
すなわち、点灯時間のデュティ比を１／２にすれば、瞬時の電力は２倍にすることができる。フラアイレンズを使用した照明系においては、従来は、フライアイレンズの１つの要素レンズに対して１つの発光ダイオード素子が対応して配置されることで照明系が成立している。
【００３１】
従って、フライアイレンズの各要素レンズのピッチに対応する間隔で発光ダイオード素子も配置されることになる。フライアイレンズの要素レンズの大きさは発光の大きさ比べると充分大きいので、発光ダイオード素子同士の隙間に新たな発光ダイオード素子を配置することは可能である。
【００３２】
しかしながら、このように配置した発光ダイオード素子を点灯させるだけでは、有効に２次元光変調器を照明することはできない。フラアイレンズの光軸からずれた位置にある発光ダイオード素子からの光束は、光軸が合致した位置にある発光ダイオード素子からの光束と同様な光学的な作用をしない。
【００３３】
図３は、発光ダイオード素子からの光が、フライアレイレンズを透過し、２次元光変調器に至る光学系を示す光学系図である。図３に示すように、フライアイレンズを用いた照明において、光源である発光ダイオード素子３０１からの光束は第一フライアイレンズの要素レンズ３０２に入射し、第一フライアイレンズの要素レンズ３０２の輪郭を第二フライアイレンズの要素レンズ３０３の近傍に結像し、その像がフィールドレンズ１０４やコンデンサレンズ１０５を経て２次元光変調器１０６の有効表示領域に重畳して結像されるという原理によるものである。従って、第一フライアイレンズの光軸に対して、発光ダイオード素子の中心がずれていると、第二フライアイレンズに効率良く結像できない。
【００３４】
そこで、光源アレイを移動する手段により、各発光ダイオード素子の中心とフライアイレンズの各要素レンズの光軸が略一致したときのみ、略一致した位置にある発光ダイオード素子のみ所定のデュティ比で点灯させることができれば、光源アレイを構成する発光ダイオード素子が全て常時点灯しているときと同じ光量を得ることができる。
【００３５】
すなわち、１つの要素レンズに対してｍ個（ｍは３以上の整数）の発光ダイオード素子を機能させることができるので、照明光としてｍ倍の光量を獲得できる。かつ光源アレイ全体の物理的な大きさを大型化することはない。また、光源アレイを構成する発光ダイオード素子は同じ発光色を呈するもので構成するほか、Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色を呈するものを混在させて構成することも可能である。
【００３６】
光源アレイを構成する発光ダイオード素子を同じ発光色を呈するもので構成する前者の場合には、光源アレイを３個用意し、それぞれＲ用、Ｂ用、Ｇ用とし、これら３個の光源アレイから多量に射出する光束をプリズムなどで合成し、かつ、これらの光源アレイを時分割的に点灯制御すれば１枚の２次元光変調器に対してカラー表示が可能になる。
【００３７】
光源アレイを構成する発光ダイオード素子を、Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色を呈するものを混在させて構成する後者の場合には、１つの光源アレイで構成し、第一フライレンズの各要素レンズに対応する発光ダイオード素子を、例えば３個とし、これら３個を各々Ｒ、Ｂ、Ｇの発光色の発光ダイオード素子とする。移動手段による１往復の動作において、第一フライアイレンズの各要素レンズの光軸と各発光ダイオード素子の中心とはＲ→Ｂ→Ｇ→Ｇ→Ｂ→Ｒの順に合致するするようにする。略一致したときに所定のデュティ比で点灯するよう制御することで時分割のカラー表示が可能になる。
【００３８】
図４は、本発明の投写型表示装置の第一実施形態の動作を示す動作図である。図４において、図１の光源アレイ１０１の一部と第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３の要素レンズの一部が示されている。以下、図１、２および図４を参照し、本発明の投写型表示装置の第一実施形態の動作を説明する。
【００３９】
まず、Ｒ、Ｂ、Ｇの３個の発光ダイオード素子４０１、４０２、４０３が隣接配置された発光ダイオード素子アレイ２０１は、最初の状態において、Ｒ、Ｂ、Ｇのいずれかの発光ダイオード素子が第一フライアイレンズ１０２の要素レンズ４０４の光軸４０６とほぼ合致した位置関係におかれる。
【００４０】
図４において、赤色発光ダイオード素子４０１が要素レンズ４０４の光軸４０６とほぼ合致した位置にあるとする（左上の状態１）。この状態で、赤色発光ダイオード素子４０１が光源駆動回路１０９および発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０により点灯する。次に、光源アレイ１０１に接続された光源移動手段１０８により青色発光ダイオード素子４０２の中心が要素レンズ４０４の光軸４０６と略一致するよう光源アレイ１０１の移動が行われる（状態２）。この状態で、光源駆動回路１０９および発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０により赤色発光ダイオード素子４０１の消灯と青色発光ダイオード素子４０２の点灯が瞬時に行われる。このあと、同様に緑色発光ダイオード素子４０３が要素レンズ４０４の光軸４０６と略一致したときに（状態３）、青色発光ダイオード素子４０２の消灯と緑色発光ダイオード素子４０３の点灯が瞬時に行われる。この動作を片道として光源移動手段１０８による往復運動を行い、状態１（Ｒ）→状態２（Ｂ）→状態３（Ｇ）→状態３（Ｇ）→状態２（Ｂ）→状態１（Ｒ）というサイクルを形成する。そしてこの往復運動を繰り返し実行する。すなわち、図４において、左上の状態１から反時計まわりに状態が移動し、往復運動を繰り返す。
【００４１】
光源移動手段１０８としては、リニアステッピングモーターによる駆動やアクチュエーターなど回転運動を直線往復運動に変える機構を使えば良い。以上、述べたように、図４は、１サイクルでの発光ダイオード素子と要素レンズとの位置変化を示している。
【００４２】
図５は、本発明の投写型表示装置の第一実施形態における、各色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。図５に示すように、Ｒ→Ｂ→Ｇ→Ｇ→Ｂ→Ｒの繰り返しで発生する時分割の光束が第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３、フィールドレンズ１０４、コンデンサレンズ１０５を透過し、２次元光変調器１０６（液晶パネル）の有効表示領域を均一に照明する。
【００４３】
時分割で形成される光束に対して、発光ダイオード素子の点灯を制御する制御回路１１０および２次元光変調器１０６の駆動回路１１１を同期させることで、カラー表示が可能になり投写レンズ１０７によりスクリーン（図示せず）上に画像が拡大投写される。
【００４４】
次に、本発明の投写型表示装置の第二実施形態を説明する。第一実施形態においては、１つの要素レンズに対して３個の異なる発光色の発光ダイオード素子で１サイクルを形成したが、同色の発光色で１サイクルを形成することも可能である。第二実施形態では、図４に示した第一実施形態でのＲ、Ｂ、Ｇの３個の発光ダイオード素子４０１、４０２、４０３が同色に置き換わった状態である。図６は、本発明の投写型表示装置の第二実施形態における、同色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。図６に示すように、例えば同色の発光ダイオード素子を３個使いそれらが光源移動手段１０８により、要素レンズの光軸と略一致したときに１／３のデュティ比で点灯するよう制御することで、３個の発光ダイオード素子が連続点灯しているのと同じ光量を２次元光変調器１０６に照射することが可能になる。
【００４５】
この場合は、同色の発光ダイオード素子を３個用いて各発光ダイオード素子からの光束を１つの光路に合流させて照明光を得ればよい。各発光ダイオード素子とも、１つの要素レンズに対して１サイクルで対応させる発光ダイオード素子の数に応じて光量を増加させることができる。
【００４６】
ここで、発光ダイオード素子より発する光束はランダム偏光光である。したがって、ＴＮ液晶パネルを２次元光変調器１０６として用いる場合、偏光統一のための偏光変換素子を使うことが望ましい。偏光統一した照明光を使うことで光利用効率が向上する。偏光変換素子としては周知の技術である偏光ビームスプリッターアレイを用いればよく、同素子を第二フライアイレンズ１０３とフィールドレンズ１０４の間に配置して構成することができる。
【００４７】
上記の第一および第二実施形態では、発光ダイオード素子アレイ２０１は、３個の発光ダイオード素子で構成したが、先に述べたように、発光ダイオード素子アレイ２０１は、５個の発光ダイオード素子で構成できる。５個の発光ダイオード素子を使用する場合は、ホワイトバランスを考慮し、ある色の発光ダイオード素子を複数個にすることができる。
【００４８】
図７は、本発明の投写型表示装置の別の実施形態を示す構成図である。第一実施形態との違いは、Ｒ、Ｂ、Ｇ用に独立した光源アレイ７０１、７０２、７０３を備え、各々の光源アレイで形成される光束をクロスダイクロプリズム７１２で合成して２次元光変調器の照明光を得るというものである。第一フライアイレンズ７０４、７０５、７０６と第二フライレンズ７０７との空間にクロスダイクロプリズム７１２を配置した。
【００４９】
光源アレイ７０１、７０２、７０３は、それぞれ光源アレイ移動手段７１３、７１４、７１５に接続されており、光源駆動回路７１６により光源アレイ７０１、７０２、７０３内の発光ダイオード素子の点灯／消灯が制御されている。また、２次元光変調器としてはＤＭＤ７１０を例にとってある。ＤＭＤ７１０への入射直前にはプリズム７０９を用意した。ＤＭＤ７１０は、ＤＭＤ駆動回路７１７により駆動される。
【００５０】
光源アレイ７０１、７０２、７０３からはＤＭＤ７１０に対して時分割のカラーの光束を供給する必要があるので、例えば光源アレイ７０１をＲ用、７０２をＢ用、７０３をＲ用とした場合、経過時間に対してＲ→Ｂ→Ｇの繰り返しの光束が発生しなくてはいけない。ＤＭＤはパルス幅変調により画像をつくり出している。
【００５１】
図８は、本発明の投写型表示装置の別の実施形態における、光源アレイ７０１、７０２、７０３をそれぞれＲ、Ｂ、Ｇ用とした場合の、光源アレイの点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。いま、Ｒ→Ｂ→Ｇという変化がＴ時間に行われるとすると、Ｒ、Ｂ、Ｇそれぞれの光源アレイ７０１、７０２、７０３の点灯時間はＴ／３づつということになる。すなわち、図８に示すタイミングチャートのようになる。このようにして、光源アレイ７０１、７０２、７０３からの時分割のカラーの光束は、クロスダイクロプリズム７１２、第二フライアレイレンズ７０７、フィールドレンズ７０８、プリズム７０９を経て、ＤＭＤ７１０を照明し、ＤＭＤ７１０で変調された画像が投写レンズ７１１でスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。
【００５２】
この本発明の投写型表示装置の別の実施形態では、フライアイレンズの要素レンズ１個に対して３個の同色の発光ダイオード素子とした。従って、従来のように、フライアイレンズの要素レンズと発光ダイオード素子とを同数とする構成に比べて光源アレイを大型化することなく、ほぼ３倍の高輝度化が可能になった。ここで、先に述べたように、フライアイレンズの要素レンズ１個に対して５個の同色の発光ダイオード素子とすることが可能である。この場合、さらに、高輝度化が可能である。
【００５３】
また、本発明の投写型表示装置の別の実施形態では、２次元光変調器が１つからなる単板式を例にとったが、単板以外の３板方式を構成することも可能である。
【００５４】
以上、本発明の実施形態を詳細に説明したが、上述した実施形態は本発明の好適な実施の形態であり、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投写型表示装置によれば、フライアイレンズの要素レンズ１個に対し複数の発光ダイオード素子を配置し光学系を構成したので、光源アレイを大型化することなく高輝度化が図られる。
【００５６】
さらに、移動機構を用いて光源アレイの内の発光ダイオード素子を往復運動させているので、フライアイレンズの要素レンズの数の整数倍の発光ダイオード素子を実装し、それらが要素レンズの光軸と略一致したときのみ所定のデュティ比でパルス点灯するよう制御しているので、光源アレイを大型化することなく、実装したすべての発光ダイオード素子が常時点灯しているのと同じだけの光束量を照明光として効率よく利用できるので、高輝度かつ小型の投写型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の投写型表示装置の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した、光源アレイ１０１、第一フライアイレンズ１０２および第二フライアイレンズ１０３を、示す斜視図である。
【図３】発光ダイオード素子からの光が、フライアレイレンズを透過し、２次元光変調器に至る光学系を示す光学系図である。
【図４】本発明の投写型表示装置の第一実施形態の動作を示す動作図である。
【図５】本発明の投写型表示装置の第一実施形態における、各色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の投写型表示装置の第二実施形態における、同色の発光ダイオード素子の点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の投写型表示装置の別の実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明の投写型表示装置の別の実施形態における、光源アレイ７０１、７０２、７０３をそれぞれＲ、Ｂ、Ｇ用とした場合の、光源アレイの点灯／消灯のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図９】特開２００１−２４９４００号公報に記載の投写型表示装置の構成図である。
【符号の説明】
１０１ 光源アレイ
１０２、７０４、７０５、７０６ 第一フライアイレンズ
１０３、７０７ 第二フライアイレンズ
１０４、７０８ フィールドレンズ
１０５ コンデンサレンズ
１０６ ２次元光変調器
１０７、７１１ 投写レンズ
１０８ 光源移動手段
１０９、７１６ 光源駆動回路
１１０ 制御回路
１１１ 駆動回路
２０１ 発光ダイオード素子アレイ
３０１ 発光ダイオード素子
３０２、４０４ 第一フライアイレンズの要素レンズ
３０３、４０５ 第二フライアイレンズの要素レンズ
４０１ 赤色発光ダイオード素子、
４０２ 青色発光ダイオード素子
４０３ 緑色発光ダイオード素子
４０６ 第一フライアイレンズの光軸
７０１ Ｒ光源アレイ
７０２ Ｂ光源アレイ
７０３ Ｇ光源アレイ
７０９ プリズム
７１０ ＤＭＤ
７１２ クロスダイクロプリズム
７１３、７１４、７１５ 光源アレイ移動手段
７１７ ＤＭＤ駆動回路
Claims (10)
- 発光ダイオード素子を光源とし、前記発光ダイオード素子で発生する光束が、光軸が同一な一対の第一フライアイレンズと第二フライアイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、
前記発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、
前記発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイを構成し、
前記光源アレイを移動させる光源アレイ移動機構を有し、
前記光源アレイ移動機構により前記光源アレイ全体が前記第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動することを特徴とする投写型表示装置。 - 前記第一および第二フライアイレンズは矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、
前記光源アレイの前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記光源アレイに近い側の前記第一フライアイレンズの要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。 - 発光ダイオード素子を光源とし、前記発光ダイオード素子で発生する光束が、光軸が同一な一対の第一フライアイレンズと第二フライアイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、
前記発光ダイオード素子を複数個配置し発光ダイオード素子アレイを構成し、
前記発光ダイオード素子アレイを複数個配置し光源アレイを構成し、
前記光源アレイを移動させる光源アレイ移動機構と、
前記発光ダイオード素子アレイの内の個々の発光ダイオード素子を点灯／消灯制御する制御手段とを有し、
前記第一および第二フライアイレンズは矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、
前記光源アレイ移動機構により前記光源アレイ全体が前記第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動し、
前記往復運動により、前記光源アレイの前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記光源アレイに近い側の前記第一フライアイレンズの要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴とする投写型表示装置。 - Ｒ、Ｂ、Ｇ用に独立した３個の光源アレイを有し、前記３個の光源アレイで形成される光束が、前記３個の光源アレイに接続した個々の第一フライアレイレンズを経てクロスダイクロプリズムで合成され、第二フライアレイレンズを含む照明光学系により２次元光変調器を照明し、前記２次元光変調器により変調された画像光を投写レンズによりスクリーンに拡大表示する投写型表示装置において、
前記３個の光源アレイの個々は、複数の発光ダイオード素子アレイで構成され、
前記発光ダイオード素子アレイは、複数の発光ダイオード素子で構成され、
前記３個の光源アレイは、それぞれ個々の光源アレイ移動機構に接続され、前記光源アレイ移動機構により、前記３個の光源アレイの個々がが前記個々の第一フライレンズの光軸と垂直な面内を往復運動し、
前記３個の光源アレイ内の発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の点灯／消灯を制御する制御手段を有し、
前記第一フライアレイレンズの個々と第二フライアイレンズは、矩形形状の複数の要素レンズがアレイ状に集合して構成され、前記要素レンズの数量は、前記発光ダイオード素子アレイの数量と一致し、
前記往復運動により、前記３個の光源アレイの個々の前記発光ダイオード素子アレイの内の発光ダイオード素子の中心が、前記３個の光源アレイの個々に近い側の前記第一フライアイレンズの個々の要素レンズの光軸とが略一致したときに、前記中心の略一致した発光ダイオード素子が点灯し、略一致していないときは消灯することを特徴とする投写型表示装置。 - 前記発光ダイオード素子アレイは３個以上の発光ダイオード素子により構成されことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
- 前記発光ダイオード素子アレイが３個の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個の発光ダイオード素子の個々は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項５記載の投写型表示装置。
- 前記発光ダイオード素子アレイが３個の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個の発光ダイオード素子は、全て同じ色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項５記載の投写型表示装置。
- 前記発光ダイオード素子アレイが３個を超える数量の発光ダイオード素子で構成される場合、３個の発光ダイオード素子の個々は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子であり、３個を超えた発光ダイオード素子は、赤色、青色、緑色の色を発光する発光ダイオード素子から選ばれた発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項５記載の投写型表示装置。
- 前記発光ダイオード素子アレイが３個を超える数量の発光ダイオード素子で構成される場合、前記３個を超える数量の発光ダイオード素子は、全て同じ色を発光する発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項５記載の投写型表示装置。
- 前記発光ダイオード素子アレイは３個以上の発光ダイオード素子により構成され、前記Ｒ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て赤色を発光する発光ダイオードで構成され、前記Ｂ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て青色を発光する発光ダイオードで構成され、前記Ｇ用の光源アレイを構成する前記発光ダイオード素子アレイを構成する前記発光ダイオード素子は、全て緑色を発光する発光ダイオードで構成されことを特徴とする請求項４記載の投写型表示装置。
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