JP2006011259A - 投射型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
光源に発光素子を用いる投射型画像表示装置において、簡易構成かつ小型化が可能な技術の提供。
【解決手段】
光源の複数の発光素子をその各光軸を互いに非平行状としかつ1次元状に配列し、該発光素子からの出射光を、光偏向素子により該発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向して走査し、投射光として画面に画像表示を行う構成とする。これによって、投射レンズなしでも1次元状の光源の拡大像が得られるようにし、所定のアスペクト比の拡大像を得る。
【選択図】 図2
光源に発光素子を用いる投射型画像表示装置において、簡易構成かつ小型化が可能な技術の提供。
【解決手段】
光源の複数の発光素子をその各光軸を互いに非平行状としかつ1次元状に配列し、該発光素子からの出射光を、光偏向素子により該発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向して走査し、投射光として画面に画像表示を行う構成とする。これによって、投射レンズなしでも1次元状の光源の拡大像が得られるようにし、所定のアスペクト比の拡大像を得る。
【選択図】 図2
Description
本発明は、投射型画像表示装置に係り、特に、レーザダイオードやLED(発光ダイオード)などの発光素子を用いて成る光源の出射光をスクリーンに投射して画像表示を行うテレビやコンピュータ用ディスプレイ等の表示装置技術に関する。
業務用途の液晶プロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。そのどちらにおいても、超高圧水銀ラン等の光源から出射した光束を、照明光学系によりライトバルブとしての液晶パネルに照射し、液晶パネルの変調作用によって作られた2次元画像を投射レンズによって投射拡大する構成のものが一般的であった。
これに対して、近年、発光ダイオード(以下、LEDという)やレーザダイオード(以下、レーザという)等の半導体発光素子を画素として2次元状に配列し、各発光素子の明るさを映像信号に応じて変えて(光変調して)、2次元画像を形成し、2次元画像を拡大投射する方式の投射型画像表示装置が知られるようになってきた。
このような装置においては、発光素子例えばLEDの画素数がそのまま表示画像の画素数となるため、高解像度の画像を表示するためには膨大な数のLEDが必要となる。例えば、800ドット×600ドットの解像度の画像を表示するには、単色画像の場合でも480,000個のLEDが必要(カラーの場合はその3倍が必要)となり、その結果として、装置の大型化、消費電力やコストの増加などにつながる。
このような装置においては、発光素子例えばLEDの画素数がそのまま表示画像の画素数となるため、高解像度の画像を表示するためには膨大な数のLEDが必要となる。例えば、800ドット×600ドットの解像度の画像を表示するには、単色画像の場合でも480,000個のLEDが必要(カラーの場合はその3倍が必要)となり、その結果として、装置の大型化、消費電力やコストの増加などにつながる。
これらを改善する投射型画像表示装置として、光偏向素子を用いて、一方向あるいは直交二方向の走査を行う方式のものが提案されている。このうち、二方向の走査を行う方式の投射型画像表示装置は、例えば、特開2003−21800号公報(特許文献3)と特開2003−172900号公報(特許文献6)等で開示されおり、また、一方向の走査を行う方式の投射型画像表示装置は、例えば、特開2001−265275号公報(特許文献1)と特開2003−21801号公報(特許文献4)と特開2003−21804号公報(特許文献5)等で開示されている。
まず、図9を用いて、二方向の走査を行う方式について説明する。図9において、光源1zから出射した光束はコリメータレンズ4によって平行光束に変換され、次に、第1光偏向素子2aと第2光偏向素子2bによって、スクリーン3上で水平方向および垂直方向に走査される。すなわち、本投射型画像表示装置は、光源1zからの光束をスクリーン3上で水平方向および垂直方向に走査して、2次元画像を得る方式である。図9の場合、先ず、第2光偏向素子2bの角度を定め、その状態で、第1光偏向素子2aの角度を順次変えることで、スクリーン3に図のような走査を実現している。この走査に同期して光源1zのONとOFFを行うことで2次元画像の光変調を行うことができる。
特許文献6記載の技術は、2次元状ブロック光源(例えばレーザを3×3のマトリクス状に配置した光源)を光偏向素子によって走査するものであり、部分画像の2次元走査である。
また、特許文献3及び特許文献6記載の技術は、光源として、赤色用光源と緑色用光源と青色用光源を並べて配置し、スクリーン上の同じ画素形成場所を照射するタイミングを、各色光に応じてずらし、赤色用光源と緑色用光源と青色用光源をそれぞれ色合成手段(例えばクロスダイクロイックプリズム)で色合成してから光偏向素子で走査する方式のものである。
なお、特許文献3記載の技術には投射レンズがなく、特許文献6記載の技術では、投射レンズがあるが、特許文献6においても、その実施例1の中で「投影光学系はレーザ故に省略可能」と記載されており、必須の構成要件ではない。
また、特許文献3及び特許文献6記載の技術は、光源として、赤色用光源と緑色用光源と青色用光源を並べて配置し、スクリーン上の同じ画素形成場所を照射するタイミングを、各色光に応じてずらし、赤色用光源と緑色用光源と青色用光源をそれぞれ色合成手段(例えばクロスダイクロイックプリズム)で色合成してから光偏向素子で走査する方式のものである。
なお、特許文献3記載の技術には投射レンズがなく、特許文献6記載の技術では、投射レンズがあるが、特許文献6においても、その実施例1の中で「投影光学系はレーザ故に省略可能」と記載されており、必須の構成要件ではない。
次に、図10を用いて、一方向の走査を行う方式につき説明する。光源の発光素子が等間隔で1次元状に配列された1次元状の光源100から出射した光束は、投射レンズ5によって1次元状の拡大像としてスクリーン3に投射されるが、光路の途中に設けた光偏向素子2によって、上記1次元の方向(発光素子の配列方向)と直交する方向(図10ではスクリーン3の水平方向)に走査することで、スクリーン3に2次元画像を得る方式である。この走査に同期して1次元状光源100の各光源のONとOFFを行うことで2次元画像の光変調を行う。
なお、もし投射レンズ5がない場合は、光偏向素子によって一方向(ここでは水平方向)には走査されるが、走査方向(水平方向)と直交する方向には像が拡大されないため、所定のアスペクト比4:3、あるいは16:9等の2次元画像が得られない。
なお、もし投射レンズ5がない場合は、光偏向素子によって一方向(ここでは水平方向)には走査されるが、走査方向(水平方向)と直交する方向には像が拡大されないため、所定のアスペクト比4:3、あるいは16:9等の2次元画像が得られない。
ところで、光源の方式が異なるが同じ走査方式の投射型画像表示装置が、特開2002−341269号公報(特許文献2)等に記載されている。投射レンズを用いることや走査の方法は上記図10で説明したものと同じである。直接、光源のONとOFFで光変調を行うのではなく、回折機能を有する1次元状の光変調素子に光源からの光を照射する点が異なっている。
上記した従来技術のうち、2つの光偏向素子による2次元状の光の走査方式では、2つの光偏向素子の偏向角度の組合わせに同期させて光源のON・OFFを制御する必要があるため、高度な制御技術が必要となる。また、第1光偏向素子2aによって光束が光偏向されるため、第2光偏向素子2bはその分大型化する。また、1次元状光源と1つの光偏向素子と投射レンズとにより2次元状画像を得る技術では、投射レンズが装置の小型化や低コスト化を阻害する。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、光源に発光素子を用いる投射型画像表示技術において、一方向のみに光偏向を行いかつ投射レンズは使わない構成で2次元画像が得られるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、簡易構成で小型の投射型画像表示装置を提供することにある。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、光源に発光素子を用いる投射型画像表示技術において、一方向のみに光偏向を行いかつ投射レンズは使わない構成で2次元画像が得られるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、簡易構成で小型の投射型画像表示装置を提供することにある。
上記課題点を解決するために、本発明では、LEDやレーザなど複数の発光素子のそれぞれを、その光軸が互いに非平行となる状態で1次元状に配して光源を構成する。これにより、所定の投射距離においては所定の大きさで拡大した1次元状光源像を得る。また、該1次元状光源像に直交する方向に光走査を行う光偏向素子を組合せる。これによって、スクリーンにて所定の2次元画像(アスペクト比4:3、16:9など)を得る。
上記1次元状の光源は、例えば、一点の虚像点から出射したように配置する。個々の発光素子を、1枚もしく実質的に1枚の共通的な基板にそれぞれ垂直に配置した後で、この基板を曲げて円弧状に変形させる構成としてもよい。
また、光源の配光分布の角度が大きい場合は、各光源にコリメータレンズを配置し、平行光束化するかまたはビームウェストが被写体面付近にくるようにして、光の利用効率の向上を図る。
さらに、カラー映像を得る場合は、上記1次元状の光源を、赤色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された赤色光用光源と、緑色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された緑色光用光源と、青色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された青色光用光源とから成る構成とする。また、該1次元状光源と光偏向素子との間には、該光源からの出射光を色合成して該光偏向素子側に出射する色合成手段を設ける。
上記1次元状の光源は、例えば、一点の虚像点から出射したように配置する。個々の発光素子を、1枚もしく実質的に1枚の共通的な基板にそれぞれ垂直に配置した後で、この基板を曲げて円弧状に変形させる構成としてもよい。
また、光源の配光分布の角度が大きい場合は、各光源にコリメータレンズを配置し、平行光束化するかまたはビームウェストが被写体面付近にくるようにして、光の利用効率の向上を図る。
さらに、カラー映像を得る場合は、上記1次元状の光源を、赤色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された赤色光用光源と、緑色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された緑色光用光源と、青色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された青色光用光源とから成る構成とする。また、該1次元状光源と光偏向素子との間には、該光源からの出射光を色合成して該光偏向素子側に出射する色合成手段を設ける。
本発明によれば、光源に発光素子を用いる投射型画像表示装置において、簡易かつ小型の構成とすることができる。
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付し、重複説明を避ける。
各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付し、重複説明を避ける。
図1〜図3は、本発明の第1の実施例の説明図である。
図1は、本発明の第1の実施例としての投射型画像表示装置の光学系の基本構成を示す図である。
図1において、10は、複数の半導体の発光素子を所定方向例えば垂直方向に1次元状に配列した光源、2は、1次元状の光源10からの光を該光源10の各発光素子の配列方向(垂直方向)と直交する方向例えば水平方向に走査(=光偏向)するための光偏向素子としてのミラー、3はスクリーンである。光源10の各発光素子としては、光束の広がりが小さく平行性の良いつまり放射指向性の高い、例えばレーザまたはスーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode)等を用いる。この他、光束の広がりが、拡大された2次元画像の画素間隔に比べて小さければ、LEDも適用可能である。なお、2次元画像の画素間隔は、もともとの画像情報でのアスペクト比の画素数によって定まる画素間隔をいう。スクリーン3は、アスペクト比が横長のものとし、スクリーン3の短辺に平行なX方向(縦方向)を垂直方向、長辺に平行なY方向(横方向)を水平方向と呼ぶものとする。
図1は、本発明の第1の実施例としての投射型画像表示装置の光学系の基本構成を示す図である。
図1において、10は、複数の半導体の発光素子を所定方向例えば垂直方向に1次元状に配列した光源、2は、1次元状の光源10からの光を該光源10の各発光素子の配列方向(垂直方向)と直交する方向例えば水平方向に走査(=光偏向)するための光偏向素子としてのミラー、3はスクリーンである。光源10の各発光素子としては、光束の広がりが小さく平行性の良いつまり放射指向性の高い、例えばレーザまたはスーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode)等を用いる。この他、光束の広がりが、拡大された2次元画像の画素間隔に比べて小さければ、LEDも適用可能である。なお、2次元画像の画素間隔は、もともとの画像情報でのアスペクト比の画素数によって定まる画素間隔をいう。スクリーン3は、アスペクト比が横長のものとし、スクリーン3の短辺に平行なX方向(縦方向)を垂直方向、長辺に平行なY方向(横方向)を水平方向と呼ぶものとする。
図1の構成において、光源10の各発光素子からの出射光は、光偏向素子としてのミラー2(例えばSi基板上に形成されたミラー面が電磁力により回転共振する振動ミラーであるマイクロメカニカルミラー)で反射し、スクリーン3に照射される。光偏向素子としてのミラー2を回転させることで、スクリーン3での光源像が発光素子の配列方向(垂直方向)と直交する方向(水平方向)に走査される。
光源10は、複数の発光素子がX方向の垂直方向にかつ1次元状に配列され、光偏向素子としてのミラー2の回転に連動(同期)して光源10の各発光素子のON・OFFを行う。つまり、光源10は、ミラー2の回転角度に対応して各発光素子の光出射強度を変調(光変調)し垂直方向の1次元画像を形成する。この1次元像をミラー2によりスクリーン3上で水平方向に走査して2次元状の画像をスクリーン3上に表示する。
上記図1では水平方向の走査につき説明した。以下、図2、図3を用いて、垂直方向の像面サイズの拡大作用について説明する。
図2は、第1の実施例における光源10の説明図である。光源10とスクリーン3で光線の照射関係を直線光学系で示し、光偏向素子としてのミラー2は図示しない。図2(a)はその垂直断面、図2(b)は水平断面である。光源10の発光素子の数は、スクリーン3上に投射する画像の垂直画素数に等しい数(走査線に等しい数)とするが、図2においては、説明の簡単化のために発光素子の数は5個としてある。該5個の発光素子11、12、13、14、15(以下、発光素子11、12、13、14、15をまとめて発光素子1という)は、1枚あるいは実質的に1枚とみなせる共通的な平らな基板11上に1次元状に配列される。
図2は、第1の実施例における光源10の説明図である。光源10とスクリーン3で光線の照射関係を直線光学系で示し、光偏向素子としてのミラー2は図示しない。図2(a)はその垂直断面、図2(b)は水平断面である。光源10の発光素子の数は、スクリーン3上に投射する画像の垂直画素数に等しい数(走査線に等しい数)とするが、図2においては、説明の簡単化のために発光素子の数は5個としてある。該5個の発光素子11、12、13、14、15(以下、発光素子11、12、13、14、15をまとめて発光素子1という)は、1枚あるいは実質的に1枚とみなせる共通的な平らな基板11上に1次元状に配列される。
図2(a)の垂直断面において、光源10を構成する複数の発光素子1は、基板11の略円弧状の配列面上に、各光軸を互いに非平行状とされ1次元状に配列される。すなわち、発光素子1のうち発光素子11はその光軸をZ方向に対し上向きにして配され、発光素子12はその光軸をやや上向きにして配され、発光素子13はその光軸を真直ぐ(Z方向に平行)にして配され、発光素子14はその光軸をやや下向きにして配され、発光素子15はその光軸を下向きにして配される。具体的には、これら各発光素子1は、スクリーン3において、垂直方向(X方向)で所定の拡大倍率となるように、その光軸の向きを合わせて配置される。このとき、図2(b)の水平断面においては、ミラー2(図示せず)の水平方向(Y方向)の走査作用により、水平方向に拡大されるため、所定のアスペクト比で拡大された2次元画像が形成される。
図3は、出射光の光束断面の拡大作用の説明図で、図3(a)はその垂直断面、図3(b)は水平断面を示す図である。図3では、垂直断面と水平断面での光線の広がりを明確にするために、光偏向素子としてのミラー2の図示を省いたいわゆる直線光学系を示す。また、ミラー2の位置はスクリーン3までの距離に比べて十分に光源10に近いため、図3(b)の水平断面図では、ミラー2の位置に光源10があるものとしている。
図3(a)の垂直断面において、光源10は、複数の発光素子1が、その各光軸を上記図2(a)のように互いに傾けて配列され、該各光軸が、光束出射側とは反対側の1点で交差するようにされ、全体の光線がスクリーン3側に広がって光束断面積が拡大するようになっている。1次元状の光源10の虚像(上記1点で交差する点)を想定すると、光源10から出射した光線は、図3(a)で図紙面左側の仮想点光源(虚像位置)10'から出射した光線とみなせる。光源10から仮想点光源10'までの距離をL1、光源10の位置すなわちミラー2の位置からスクリーン3までの距離をL2、光源10の高さをHとすると、スクリーン3での像の高さBは数1で求まる。スクリーン3において、所定のアスペクト比の2次元画像を得るためには、アスペクト比4:3の像面の場合、スクリーン3での像の幅Aを、数2で示すようにBの4/3倍とする必要がある。
B=H(L1+L2)/L1 …(数1)
A=4B/3=4H(L1+L2)/3L1 …(数2)
また、図3(b)から、スクリーン3での像の幅Aと光偏向素子2の振り角αとの間には次の数3が成立する。
A=2L2tan(α/2) …(数3)
ここで、数2と数3を用いて数4を得る。
tan(α/2)=2H(L1+L2)/3L1L2 …(数4)
数4から、所定アスペクト比の拡大像を得るためには、投射距離L2、すなわち、光源10(ミラー2)からスクリーン3までの距離L2に応じて、ミラー2での回転角度を変える必要がある。例えば、点線で示す位置にスクリーン3'がある場合、数4から、図3(b)のようにミラー2の振り角を角αより大きな角βに補正する必要がある。
A=4B/3=4H(L1+L2)/3L1 …(数2)
また、図3(b)から、スクリーン3での像の幅Aと光偏向素子2の振り角αとの間には次の数3が成立する。
A=2L2tan(α/2) …(数3)
ここで、数2と数3を用いて数4を得る。
tan(α/2)=2H(L1+L2)/3L1L2 …(数4)
数4から、所定アスペクト比の拡大像を得るためには、投射距離L2、すなわち、光源10(ミラー2)からスクリーン3までの距離L2に応じて、ミラー2での回転角度を変える必要がある。例えば、点線で示す位置にスクリーン3'がある場合、数4から、図3(b)のようにミラー2の振り角を角αより大きな角βに補正する必要がある。
実際には、光偏向素子としてのミラー2で光が走査されるため、上記のように光源10とミラー2との間の距離L3を無視できず、光源10とミラー2が同一位置にあるとみなせず、例えば図3(b)のM点にミラー2'がある場合、振り角が角γとなるように補正を行うことになる。
一方、光偏向素子としてのミラーのメカ的な回転角度は変えずに、予め、回転角度をある程度大きく確保した上で、光源10の発光タイミングをずらすようにしても、所定のアスペクト比をもった2次元像を得ることができる。
一方、光偏向素子としてのミラーのメカ的な回転角度は変えずに、予め、回転角度をある程度大きく確保した上で、光源10の発光タイミングをずらすようにしても、所定のアスペクト比をもった2次元像を得ることができる。
なお、上記説明では、光源10を構成する複数の各発光素子1の光軸を互いに傾けて、光束出射側とは反対側の一点で該光軸の延長線が交差するようにしたが、本発明はこれに限定されず、精度が許されるならば、上記一点を含むその近傍領域内で該光軸の延長線が交差するようにしてもよい。
以上のように、第1の実施例によれば、光偏向素子としてのミラー2により一方向のみに光偏向することでスクリーンに2次元画像を形成することができる。この結果、投射型画像表示装置を、1個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
以上のように、第1の実施例によれば、光偏向素子としてのミラー2により一方向のみに光偏向することでスクリーンに2次元画像を形成することができる。この結果、投射型画像表示装置を、1個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
図4は、本発明の第2の実施例の説明図である。図4において、図2と同一の機能を有する要素には図2の場合と同一の符号を付し、その説明を省くものとする。本第2の実施例は、1次元状の光源の各発光素子からの光束の広がりを補正するために、コリメータレンズを、光源と光偏向素子との間に設ける場合の例である。他の構成は、基本的には上記第1の実施例の場合と同様であるとする。
図4において、41、42、43、44、45は、発光素子11、12、13、14、15毎に配され、該発光素子からの出射光の光束を平行化し上記光偏向素子側に出射するコリメータレンズである(以下、コリメータレンズ41、42、43、44、45をまとめてコリメータレンズ4という)。1次元状の光源10の各発光素子1としては、光束の広がりがレーザと比べて大きいLEDを用いるものとする。
図4において、41、42、43、44、45は、発光素子11、12、13、14、15毎に配され、該発光素子からの出射光の光束を平行化し上記光偏向素子側に出射するコリメータレンズである(以下、コリメータレンズ41、42、43、44、45をまとめてコリメータレンズ4という)。1次元状の光源10の各発光素子1としては、光束の広がりがレーザと比べて大きいLEDを用いるものとする。
コリメータレンズ4は、所定の投射距離で、スクリーン3上での発光素子の像のスポットサイズが例えば最小となるように、その焦点距離を変えたり、または、その配設位置を変えたりされる。例えば、表示可能なスクリーンサイズ(例えば50インチから70インチ)のうちの中心となるスクリーンサイズ(例えば60インチ)の投射距離でコリメータレンズ4の最適化を行ったり、または、発光素子からの広がる光束をコリメータレンズ4で平行光束に変換したりしても、光束の広がりを拡大された画素像の間隔以内にすることは可能である。
なお、厳密には、スクリーン3でのスポットサイズを最小とすることと、コリメータレンズ4で平行光束に変換することとは異なるが、光源10からスクリーン3までの距離L2が数mと大きい場合には特に、コリメータレンズ4で平行光束に変換することは有効である。
上記本発明の第2の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン3に2次元画像を形成することができる。この結果、投射型画像表示装置を、1個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
なお、厳密には、スクリーン3でのスポットサイズを最小とすることと、コリメータレンズ4で平行光束に変換することとは異なるが、光源10からスクリーン3までの距離L2が数mと大きい場合には特に、コリメータレンズ4で平行光束に変換することは有効である。
上記本発明の第2の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン3に2次元画像を形成することができる。この結果、投射型画像表示装置を、1個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
図5は、本発明の第3の実施例の説明図である。図5においても、図2と同一の機能を有する要素には図2の場合と同一の符号を付し、その説明を省くものとする。本第3の実施例は、1次元状の光源内で、各発光素子を配列した基板を略円弧状に曲げた状態とすることで複数の発光素子の各光軸を互いに非平行状にする場合の例である。他の構成は、基本的には上記第1の実施例の場合と同様であるとする。
図5において、12は基板である。1次元状の光源20は、発光素子11〜15が基板12上に、それぞれ例えば各光軸を垂直にして配され、該基板12が曲げられて所定曲率の略円弧状とされることにより、各発光素子11〜15の各光軸が互いに所定の非平行状態とされる。基板12は、予め所定の円弧状に曲げたものを用い、これに発光素子11〜15を取付けることで該発光素子の各光軸が互いに非平行状となるようにしてもよいが、異なる拡大倍率の投射型画像表示装置を得るためには、上記のように、各発光素子11〜15を基板12に取付けた後で該基板12を曲げるとした構成の方が曲率半径を容易に変えられるため適している。
上記本発明の第3の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン3に2次元画像を形成することができ、投射型画像表示装置を、簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
図5において、12は基板である。1次元状の光源20は、発光素子11〜15が基板12上に、それぞれ例えば各光軸を垂直にして配され、該基板12が曲げられて所定曲率の略円弧状とされることにより、各発光素子11〜15の各光軸が互いに所定の非平行状態とされる。基板12は、予め所定の円弧状に曲げたものを用い、これに発光素子11〜15を取付けることで該発光素子の各光軸が互いに非平行状となるようにしてもよいが、異なる拡大倍率の投射型画像表示装置を得るためには、上記のように、各発光素子11〜15を基板12に取付けた後で該基板12を曲げるとした構成の方が曲率半径を容易に変えられるため適している。
上記本発明の第3の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン3に2次元画像を形成することができ、投射型画像表示装置を、簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
以上述べた第1、第2、第3の実施例は、いずれも、単色光の1次元状の光源10を用いた投射型画像表示装置に関するものである。
以下、上記技術を用いたカラー投射型画像表示装置の例につき述べる。
図6、図7は、本発明の第4の実施例の説明図である。図6は、第4の実施例としてのカラー投射型画像表示装置の光学系の基本構成を示し、図7は、本第4の実施例に係るカラー投射型画像表示装置のブロック構成を示す。図6においても、図2と同一の機能を有する要素には図2の場合と同一の符号を付し、その説明を省くものとする。
図6において、30は、赤色光(R光)、緑色光(G光)及び青色光(B光)を発生する光源、31Rは、光源30を形成する光源であって赤色光(R光)を発光する複数の発光素子1Ri(iは任意の発光素子を示す添え字)を1次元状に配列した光源、31Gは、同じく光源30を形成する光源であって緑色光(G光)を発光する複数の発光素子1Giを1次元状に配列した光源、31Bは、同じく光源30を形成する光源であって青色光(B光)を発光する複数の発光素子1Biを1次元状に配列した光源である(以下、光源31R、31G、31Bを、特定しない場合は単に光源31という)。各光源31は、例えば上記第1の実施例の装置の光源10において各発光素子1iを上記R光の発光素子1Ri、G光の発光素子1Gi、B光の発光素子1Giで置換えたものである。
図6において、30は、赤色光(R光)、緑色光(G光)及び青色光(B光)を発生する光源、31Rは、光源30を形成する光源であって赤色光(R光)を発光する複数の発光素子1Ri(iは任意の発光素子を示す添え字)を1次元状に配列した光源、31Gは、同じく光源30を形成する光源であって緑色光(G光)を発光する複数の発光素子1Giを1次元状に配列した光源、31Bは、同じく光源30を形成する光源であって青色光(B光)を発光する複数の発光素子1Biを1次元状に配列した光源である(以下、光源31R、31G、31Bを、特定しない場合は単に光源31という)。各光源31は、例えば上記第1の実施例の装置の光源10において各発光素子1iを上記R光の発光素子1Ri、G光の発光素子1Gi、B光の発光素子1Giで置換えたものである。
図6において、光源31Rの上からi番目の発光素子1Riから出射した光束は、光偏向素子としてのミラー2で走査されて、スクリーン3上にR光の第i走査ラインの1次元状画像を形成する。同様に、1次元状光源31Gの発光素子1Giから出射した光束はG光の第i走査ラインの1次元状画像を形成し、1次元状光源31Bの発光素子1Biから出射した光束はB光の第i走査ラインの1次元状画像を形成する。この過程で、例えば、発光素子1Riから出射したR光束が上記第i走査ライン上の画素領域Pi、j+1を照射するとき、発光素子1Giから出射したG光束は画素領域Pi、jを照射し、発光素子1Biから出射したB光束は画素領域Pi、j−1を照射する。従って、発光素子1Riから出射したR光束が画素領域Pi、j+2に移動すると、発光素子1Giから出射したG光束が画素領域Pi、j+1を照射し、さらに発光素子1Giから出射したG光束が画素領域Pi、j+2に移動すると、発光素子1Biから出射したB光束が画素領域Pi、j+1を照射することになる。すなわち、任意の画素領域Pi、j+1は短い時間間隔でR光、G光、B光が照射されることになり、カラー画素として認識されることになる。ただし、カラー画素として認識されるには、任意の画素領域Pi、j+1を照射する各色の発光素子の光変調を、対応する画素信号Si、j+1に基づいた各色の画素信号で行う必要がある。そのため、光源31Rの発光素子1RiをR用画素信号RSi、j+1で光変調するとき、1次元状光源31Gの発光素子1Giを1つ前のG用画素信号GSi、jで光変調し、1次元状光源31Bの発光素子1Biを2つ前のB用画素信号BSi、j−1で光変調するようにする。このようにすれば、任意の画素領域Pi、j+1を同一の画素信号に基づいたカラー色光で照射することができる。
図7は、本第4の実施例に係るカラー投射型画像表示装置のブロック構成図である。
図7において、51は、入力された映像信号を各原色信号に分離したり、調整するための映像信号処理回路、52は、映像信号から水平同期信号Hと垂直同期信号Vを分離するための同期信号分離回路、53は、水平同期信号Hによって光偏向素子2の動作を制御する光偏向素子制御回路、54R、54G、54Bはそれぞれ、映像信号処理回路51からの映像信号をメモリし、光偏向素子としてのミラー2による走査に適するように映像信号のタイミングを変換するための画像メモリ、55R、55G、55Bはそれぞれ、画像メモリ54R、54G、54Bからの映像信号によって各発光素子31R、31G、31Bを駆動するための発光素子駆動回路、56は、同期信号分離回路52からの水平同期信号Hと垂直同期信号Vによって画像メモリ54R、54G、54Bの動作を制御するための画像位置制御回路である。
図7において、51は、入力された映像信号を各原色信号に分離したり、調整するための映像信号処理回路、52は、映像信号から水平同期信号Hと垂直同期信号Vを分離するための同期信号分離回路、53は、水平同期信号Hによって光偏向素子2の動作を制御する光偏向素子制御回路、54R、54G、54Bはそれぞれ、映像信号処理回路51からの映像信号をメモリし、光偏向素子としてのミラー2による走査に適するように映像信号のタイミングを変換するための画像メモリ、55R、55G、55Bはそれぞれ、画像メモリ54R、54G、54Bからの映像信号によって各発光素子31R、31G、31Bを駆動するための発光素子駆動回路、56は、同期信号分離回路52からの水平同期信号Hと垂直同期信号Vによって画像メモリ54R、54G、54Bの動作を制御するための画像位置制御回路である。
図7の構成において、入力された映像信号は、映像信号処理回路51で信号の調整と各原色信号への分離が行われ、それぞれ赤色用画像メモリ54R、緑色用画像メモリ54G、青色用画像メモリ54Bへ入力される。各画像メモリ54R、54G、54Bでは、画像位置制御回路56からの制御信号によって一画面分の映像信号を書込んだ後、画面の垂直方向の一列の信号をグループ化した一列毎の映像信号データに変換して、それぞれ各色用発光素子駆動回路55R、55G、55Bへ出力する。各色用発光素子駆動回路55R、55G、55Bは、入力された映像信号データに従って、各1次元状光源31R、31G、31Bを駆動(光変調)し、1次元状の光源31R、31G、31Bに映像の垂直方向の一列に相当する画像を表示する。
ここで、光偏向素子としてのミラー2は、光偏向素子制御回路53によって反射面の角度が変化するように制御されており、各光源31からの光路を水平方向に走査するように動作する。該水平方向の走査を、映像信号の水平方向走査と同期して行うことにより、スクリーン3上に投射された垂直方向に一列の画像は、水平方向に走査され、2次元画像が形成されることになる。
上記本発明の第4の実施例によれば、カラー投射型画像表示装置を、光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
上記本発明の第4の実施例によれば、カラー投射型画像表示装置を、光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。
図8は、本発明の第5の実施例としてのカラー投射型画像表示装置の説明図である。上記第4の実施例では、スクリーン上の同一画素領域を色光毎に時間的にずらして照射しカラー画像を得る構成としたが、これに対し、本第5の実施例は、光源からの色光を色合成手段で合成し、該合成した光(以下、カラー色光という)をスクリーンに投射する場合の例である。
図8において、41R、41G、41Bはそれぞれ、例えば第1の実施例による図2のように、出射側とは反対側で光軸が一点で交差するように1次元状に配列された複数の発光素子(例えばLED)から成る光源で、そのうち、41Rは赤色光(R光)を発生する光源、41Gは緑色光(G光)を発生する光源、41Bは青色光(B光)を発生する光源である。また、7は、光源41R、41G、41Bからの色光を色合成する色合成手段で、該色合成手段7は、R光を反射するダイクロイックミラー71と、G光を反射しR光を透過するダイクロイックミラー72と、B光を反射しR光、G光を透過するダイクロイックミラー73とから成る。また、45R、45G、45Bは、映像信号に応じて、各光源41R、41G、41Bを、その発光強度を変えるように駆動し、各色光の1次元状画像を形成する光源駆動回路である。
図8の構成において、各光源41R、41G、41Bがそれぞれ、光源駆動回路45R、45G、45Bにより駆動され、該各光源41R、41G、41Bから出射した1次元状画像の各光束は、色合成手段7を構成するダイクロイックミラー71、72、73で同一光路上に色合成され、1次元状のカラー画像とされる。該色合成された1次元状のカラー画像は、光偏向素子としてのミラー2による反射によりスクリーン3上において水平方向に走査されて2次元画像とされる。
上記本発明の第5の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン3に2次元画像を形成することができ、カラー投射型画像表示装置を、1個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。特に、上記第4の実施例構成に対しては、スクリーン3上の同一画素領域を色光毎に時間的にずらして照射する必要がないため、その分、画面を明るくすることができ、また、各光源駆動回路45R、45G、45Bを制御するための制御回路を簡単な構成とすることができる。装置の低コスト化も可能となる。
上記本発明の第5の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン3に2次元画像を形成することができ、カラー投射型画像表示装置を、1個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。特に、上記第4の実施例構成に対しては、スクリーン3上の同一画素領域を色光毎に時間的にずらして照射する必要がないため、その分、画面を明るくすることができ、また、各光源駆動回路45R、45G、45Bを制御するための制御回路を簡単な構成とすることができる。装置の低コスト化も可能となる。
上記第5の実施例構成では、色合成手段7としてダイクロイックミラー71、72、73を用いたが、この他に、クロスダイクロイックプリズムなどを用いることも可能である。この場合は、該クロスダイクロイックプリズムの隣り合う3面にそれぞれ、各光源41R、41G、41Bを配し、該光源の配されてない面から合成光を得ることができる。また、図8の構成においては、ダイクロイックミラー71は反射型ミラーであってもよい。
なお、上記各実施例では1個の光偏向素子(ミラー)を用いる構成としたが、本発明はこれに限定されず、複数個の光偏向素子を用い、これを一方向に光偏向するように制御する構成としてもよい。
1、11、12、13、14、15…発光素子、
2…ミラー、
3…スクリーン、
4、41、42、43、44、45…コリメータレンズ、
7…色合成手段、
10、20、30、31、31R、31G、31B、41、41R、41G、41B…光源、
11、12…基板、
45…光源駆動回路、
51…映像信号処理回路、
52…同期信号分離回路、
53…光偏向素子制御回路、
54R、54G、54B…画像メモリ、
55R、55G、55B…発光素子駆動回路、
56…画像位置制御回路、
71、72、73…ダイクロイックミラー。
2…ミラー、
3…スクリーン、
4、41、42、43、44、45…コリメータレンズ、
7…色合成手段、
10、20、30、31、31R、31G、31B、41、41R、41G、41B…光源、
11、12…基板、
45…光源駆動回路、
51…映像信号処理回路、
52…同期信号分離回路、
53…光偏向素子制御回路、
54R、54G、54B…画像メモリ、
55R、55G、55B…発光素子駆動回路、
56…画像位置制御回路、
71、72、73…ダイクロイックミラー。
Claims (9)
- 映像信号に基づき光源の出射光の強度を変え光学像を形成する投射型画像表示装置であって、
複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ1次元状に配列されて成る光源と、
上記各発光素子を映像信号に基づき駆動し該各発光素子の出射光の強度を変える発光素子駆動回路と、
上記発光素子からの出射光を、上記発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向する光偏向素子と、
映像信号に同期して上記光偏向素子の光偏向を制御する制御回路と、
を備え、
上記光偏向された光を上記発光素子の配列方向と直交する方向に走査された投射光として、画面に画像表示を行う構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。 - 上記複数の発光素子は、上記各光軸の延長線が、出射光側と反対側において一点もしくはその近傍領域内で交わるように配列されている請求項1に記載の投射型画像表示装置。
- 上記複数の発光素子は、共通基板上に互いに光軸を傾けて配された構成または円弧状取付け部を有する共通基板上に互いに光軸を傾けて配された構成である請求項1に記載の投射型画像表示装置。
- 映像信号に基づき光源の出射光の強度を変え光学像を形成する投射型画像表示装置であって、
複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ1次元状に配列されて成る光源と、
上記各発光素子を映像信号に基づき駆動し該各発光素子の出射光の強度を変える発光素子駆動回路と、
上記発光素子からの出射光を、上記発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向する光偏向素子と、
映像信号に同期して上記光偏向素子の光偏向を制御する制御回路と、
上記発光素子と上記光偏向素子の間に配され、該発光素子からの出射光の光束を平行化し上記光偏向素子側に出射するコリメータレンズと、
上記光偏向素子からの反射光が投射されるスクリーンと、
を備え、
上記光偏向された光を上記発光素子の配列方向と直交する方向に走査された投射光として、画面に画像表示を行う構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。 - 上記コリメータレンズは、上記発光素子からの出射光の光束のビームウェストが被写体面付近となる構成を有する請求項4に記載の投射型画像表示装置。
- 上記光源は、赤色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された赤色光用光源と、緑色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された緑色光用光源と、青色光を発生する複数の発光素子が1次元状に配列された青色光用光源とから成る構成である請求項1から5のいずれかに記載の投射型表示装置。
- 映像信号に基づき光源の出射光の強度を変え光学像を形成する投射型画像表示装置であって、
赤色光を発生する複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ1次元状に配列された赤色光用光源と、緑色光を発生する複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ1次元状に配列された緑色光用光源と、青色光を発生する複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ1次元状に配列された青色光用光源とを備えて成る光源と、
上記各色光を発生する上記各発光素子を映像信号に基づき駆動し該各発光素子の出射光の強度を変える発光素子駆動回路と、
上記発光素子からの出射光を、上記発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向する光偏向素子と、
映像信号に同期して上記光偏向素子の光偏向を制御する制御回路と、
上記光源と上記光偏向素子との間に配され、該光源からの出射光を色合成して該光偏向素子側に出射する色合成手段と、
上記光偏向素子からの反射光が投射されるスクリーンと、
を備え、
上記光偏向された光を上記発光素子の配列方向と直交する方向に走査された投射光として、画面に画像表示を行う構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。 - 上記色合成手段は、クロスダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーにより構成される請求項7に記載の投射型画像表示装置。
- 上記光源は、画像の走査線数と同数の発光素子が1列に配列された構成である請求項1から8のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004191500A JP2006011259A (ja) | 2004-06-29 | 2004-06-29 | 投射型画像表示装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100848695B1 (ko) | 2005-08-29 | 2008-07-28 | 송태선 | 광원 모듈 및 이를 이용한 3차원 입체 영상 표시 장치용 광주사장치 |
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-
2004
- 2004-06-29 JP JP2004191500A patent/JP2006011259A/ja active Pending
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