JP2008009180A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動するミラー部を用いて画素数の増大を図りつつ、映像面における干渉縞の発生を抑制する。
【解決手段】ランプ２から入射した光を互いに異なる第１反射方向及び第２反射方向へ選択的に反射させ互いに異なる第１整列方向及び第２整列方向へ並べられた複数の反射素子と、各反射素子により第１反射方向へ反射された光を映像面１０３へ向けて反射し振動により映像面１０３に結像される光を所定の画素移動方向へ移動させるミラー部９１と、映像面１０３の光入射側に配置され所定の延在方向へ延びる複数の光遮蔽部が所定間隔で形成されミラー部９１により反射された光を透過するレンズ部１０２と、を備え、ミラー部９１は映像面１０３の画素移動方向が各光遮蔽部の延在方向と異なるよう振動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から入射した光を第１反射方向と第２反射方向とに選択的に反射させる複数の反射素子を利用するとともに、映像面に入射する光を振動させて画素数を増大させる表示装置に関する。

従来からプロジェクションテレビのような表示装置として、ＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のものが知られている。この種の表示装置は、光源から入射した光を所定の方向へ反射させる複数の反射素子が搭載されたＤＭＤ(Digital Micromirror Device)チップを有している。各反射素子は、ＤＭＤチップ上に縦横に整列されており、互いに独立して傾斜制御される。そして、各反射素子は、ランプ等の光源から入射する光を第１反射方向と第２反射方向とに選択的に反射させる。第１反射方向へ反射された光が映像面に入射し、第２反射方向へ反射された光は光吸収板により吸収される。

第１反射方向へ反射された光は、振動ミラーを有するスムースピクチャーを介して映像面へ入射する。振動ミラーにより映像面に結像する光を映像面上で所定方向へ振動させることで、映像面に結像される画素数を増やすことができる。振動ミラーは、映像面において縦方向に振動させるものが一般的である。

また、映像面の入射側には、光束を映像面の大きさに収束させるフレネルレンズと、光を拡散するレンチキュラーレンズとが配置される。レンチキュラーレンズは、入射側表面にて縦方向へ延びるよう形成される複数の凸部と、出射側表面にて縦方向へ延びるよう形成される複数の光遮蔽部と、を有している。各光遮蔽部は横方向に並べられ、凸部を透過する光以外の光を遮蔽するよう設けられている。

このように映像面における画素数を増やす他の表示装置として、特許文献１に記載されたプロジェクタ知られている。この表示装置においては、表示部の前方に垂直方向と水平方向に角度の変わるアクティブミラーを設け、このアクティブミラーを振動させることで画素数を増やしている。また、液晶パネルを振動させて画素数を増やす液晶プロジェクタも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平６−２６５８６７号公報 特開平５−１４２６５４号公報

しかしながら、特許文献２に記載の表示装置は、液晶パネルそのものを振動させているため、ＤＬＰ方式のものに比べて構造が複雑となり、振動制御が極めて困難である。

また、特許文献１に記載の表示装置においても、アクティブミラーによる映像面における光の振動方向と、レンチキュラーレンズにおける各光遮蔽部の形成方向とが一致しているため、光が映像面に結像した際に干渉縞が生じやすいという問題点がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動するミラー部を用いて画素数の増大を図りつつ、映像面における干渉縞の発生を抑制することのできる表示装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、
光源から出射した光を映像面に結像させる表示装置であって、
前記光源から入射した光を互いに異なる第１反射方向及び第２反射方向へ選択的に反射させ、互いに異なる第１整列方向及び第２整列方向へ並べられた複数の反射素子と、
前記複数の反射素子により前記第１反射方向へ反射された光を前記映像面へ向けて反射し、振動により前記映像面に結像される光を所定の画素移動方向へ移動させるミラー部と、
前記映像面の光入射側に配置され、所定の延在方向へ延びる複数の光遮蔽部が所定間隔で形成され、前記ミラー部により反射された光を透過するレンズ部と、を備え、
前記ミラー部は、前記映像面の前記画素移動方向が前記複数の光遮蔽部の前記延在方向と異なるよう振動することを特徴とする表示装置が提供される。

本発明の表示装置によれば、各反射素子にて第１反射方向へ反射した光により映像面に映像が結像される。そして、第１反射方向へ反射した光は、振動するミラー部により反射されることから、映像面に結像される光が所定の画素移動方向へ移動される。すなわち、ミラー部の振動周期に対応させて各反射素子の制御を行うことにより、映像面における画素数を各反射素子の数より多くすることができる。
このとき、映像面において光が画素移動方向へ振動するが、透過部においてこの画素移動方向と異なる方向に光遮蔽部が形成されているので、光の干渉が抑制される。

本発明によれば、ミラー部を振動させて画素数の増大を図りつつも、光の干渉を抑制して、映像面における干渉縞の発生を抑制することができる。

図１から図９は本発明の一実施形態を示すもので、図１は表示装置の概略構成上面説明図である。

この表示装置１は、ＤＬＰ（Digital Light Processing）方式プロジェクタテレビであり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）のカラーセグメントを含むカラーホイール４を用いて、光源としてのランプ２から出射される光を時間的に分割し、この分割した光を光変調部であるＤＭＤチップ８、スムースピクチャー９等を介してスクリーン１０に入射させることにより、カラー映像が表示されるようになっている。

具体的に、表示装置１は、例えば高圧放電灯からなり白色光を出射するランプ２と、ランプ２から出射した光の紫外波長成分を取り除くＵＶカットフィルター３と、ＵＶカットフィルター３を透過した光が入射する円盤状のカラーホイール４と、カラーホイール４を透過した光が案内されるライトトンネル５と、ライトトンネル５から出射した光の光強度分布及び偏光状態を調整する照明光学系６と、を備えている。また表示装置１は、照明光学系６により調整された光が照射されるＤＭＤチップ８と、照明光学系６とＤＭＤチップ８の間に介在しＤＭＤチップ８にて後述する第１反射方向へ反射した光を所定方向へ反射させるプリズム７と、プリズム７により反射された光が入射され単一画素から複数の表示画素を表現するスムースピクチャー９と、スムースピクチャー９から出射した光が投影されるスクリーン１０と、を備えている。

カラーホイール４は、赤セグメント、緑セグメント及び青セグメントを含み、光の入射方向に対して垂直な円盤状に形成される。各セグメントは、例えば、可視光の波長を選択的に通過させる性質を有するダイクロイックフィルタにより構成される。赤セグメント、緑セグメント及び青セグメントは周方向に並んで配されており、カラーホイール４がモータにより回転駆動されると各セグメントが所定の時間間隔で光の進路に出現する。本実施形態においては、カラーホール４には、赤セグメント、緑セグメント及び青セグメントがそれぞれ２つずつ設けられ、計６つのセグメントに分割されている。

ライトトンネル５は、カラーホイール４から入射する光の輝度分布を均一化する。ライトトンネル５は、例えば反射膜を蒸着したなるミラーが内壁に設けられ、可視光全波長にわたって高い反射率を有している。

照明光学系６は、フライアイレンズ６１、偏光変換素子（図示せず）、集光レンズ６２等をこの順に入射側から有している。フライアイレンズ６１及び集光レンズ６２は、光束断面における光強度分布を均一化する。また、偏光変換素子は、ランプ２から出射された不定偏光状態の光束を、光の振動方向が一方向に揃った偏光に変換する。

プリズム７は、照明光学系６から入射する光を透過してＤＭＤチップ８へ導くとともに、ＤＭＤチップ８にて反射した画像光をスムースピクチャー９に導く。すなわち、本実施形態においては、プリズム７はダイクロイックプリズムを構成している。

図２に示すように、ＤＭＤチップ８は、上面視で略四角形状の反射部８ａと、反射部８ａを包囲する外枠８ｂとを有している。図３に示すように、反射部８ａには、微細な複数の反射素子８ｃが縦方向及び横方向に並べられている。ここで、各反射素子８ｃは互いに異なる第１整列方向及び第２整列方向へ並べられていればよく、本実施形態のように縦横に直交して並べられていなくともよい。１つのＤＭＤチップ８あたりの反射素子８ｃの数は、例えば、４８万〜２００万個である。ＤＭＤチップ８における光の画素数は、チップに搭載されている各反射素子８ｃの数である。

各反射素子８ｃは、入射した光を反射させる板状の表面部８ｄと、表面部８ｄを支持する支持部８ｅと、支持部８ｅを駆動して表面部８ｄを傾斜させる駆動部（図示せず）と、を有している。各反射素子８ｃは、それぞれ独立して表面部８ｄの傾斜が制御される。表面部８ｄは上面視にて正方形状に形成され、支持部８ｅは表面部８ｄをその中心部分で支持している。図３に示すように、支持部８ｅの上端が表面部８ｄに露出し、非面状部をなしている。

各反射素子８ｃは、表面部８ｄの傾斜角が調整されるようになっている。図４に示すように、各反射素子８ｃの表面部８ｄは、２つの傾斜角をとるよう制御され、ランプ２から入射した光を互いに異なる第１反射方向及び第２反射方向へ選択的に反射させる。ここで、各反射素子８ｃは、入力映像信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御され、ＯＮ状態のときに一方の傾斜角に制御され、ＯＦＦ状態のときに他方の傾斜角に制御される。尚、本実施形態においては、一方の傾斜角はＤＭＤチップ８の基準水平面に対して０°であり、ＯＮ状態のときは各表面部８ｄは特に姿勢変化しないようになっている。そして、各反射素子８ｃがＯＮ状態のときランプ２からの光はプリズム７へ向かい、ＯＦＦ状態のときランプ２からの光は図示しない光吸収部材へ向かう。

各反射素子８ｃからプリズム７に入射した光はスムースピクチャー９へと入射する。スムースピクチャー９は、各反射素子８ｃにより第１反射方向へ反射された光をスクリーン１０へ向けて反射する振動ミラー９１と、振動ミラー９１の入射側と出射側に配されるレンズ９２，９３，９４と、を有している。入射側に配されたレンズ９２，９３は、例えば、光束を振動ミラー９１の大きさに揃える等のように、入射に際しての光学調整を行う。出射側に配されたレンズ９４は、スクリーン１０の大きさに光束を拡げる等のように、出射に際しての光学調整を行う。

振動ミラー９１は、所定周期で所定角度だけ光を振動するよう制御される。本実施形態においては、図５に示すように、振動ミラー９１の振動により、映像面１０３においてＤＭＤチップ８の光画素Ｌが水平方向へ移動する。すなわち、本実施形態においては、画素移動方向が水平方向となっている。尚、映像面１０３においては、１ｍｍ四方の画素として光画像Ｌが結像している。また、映像面１０３における光画素Ｌの振幅は、各光画素Ｌの半分の寸法となるよう設定されている。尚、図５に示すように、映像面１０３に結像すると光画素Ｌは、各辺が水平方向に対して４５°傾斜した正方形状を呈している。

スクリーン１０は、光の入射側に配置される板状のフレネルレンズ１０１と、板状のレンチキュラーレンズ１０２と、各レンズ１０１，１０２を透過した光が結像する映像面１０３と、を有している。

図６は、フレネルレンズ１０１及びレンチキュラーレンズ１０２の断面図である。
具体的に、フレネルレンズ１０１は、スムースピクチャー９１からの光束を映像面１０３に対応する大きさとなるよう収束させる。図６に示すように、フレネルレンズ１０１は、光出射側の表面に、断面にて中央側が突出するよう形成された複数の傾斜面１０１ａを有している。図７に示すように、各傾斜面１０１ａは、同心円状に形成され、各傾斜面１０１ａの径方向寸法は、例えば０．０５８ｍｍである。

また、レンチキュラーレンズ１０２は、光入射側の表面に、上下方向へ延び入射する光を拡散する複数の凸部１０２ａが左右に並んで形成されている。各凸部１０２ａ間のピッチは、例えば０．１５０ｍｍである。図６に示すように、凸部１０２ａは断面にて半円形を呈している。また、レンチキュラーレンズ１０２は、光出射側の表面に、各凸部１０２ａにて光を透過する部分以外を光学的に遮蔽する複数の光遮蔽部１０２ｂが形成されている。光遮蔽部１０２ｂは上下方向へ延び所定間隔で左右に並んで形成され、各光遮蔽部１０２ｂによりスリット１０２ｃが形成される。ここで、左右方向について見たときの、光遮蔽部１０２ｂの形成寸法と、各スリット１０２ｃの寸法との割合は、７：３である。

図８は、表示装置の制御部を示す概略構成ブロック図である。
図８に示すように、表示装置１００は、ＣＰＵ２１０とメモリ２２０とを含む制御部２００を有している。ＣＰＵ２１０は、メモリ２２０に記憶されたソフトウェアを実行することで、バスに接続された各構成部を総括的に制御する。本実施形態においては、バスにインターフェース部２３０が接続されており、インターフェース部２３０を介してランプ２の光量、カラーホイール４の回転、ＤＭＤ素子８の各反射素子８ｃの傾斜角度、振動ミラー９１の振動状態等を総括的に制御する。また、メモリには、ＣＰＵ２１０が各プログラムを実行する上で必要とされるプログラム、データ等が格納される。

また、表示装置１００は、アナログ放送を受信可能なアンテナ２４０を備え、Ａ／Ｄコンバータ２４２を介して、制御部２００にて映像信号を取得可能に構成されている。制御部２００は、ランプ２を点灯させるためのランプ点灯回路２５０と、カラーホイール４に接続されたモータ２６０を制御するためのカラーホイール制御回路２６２と、ＤＭＤチップ８を制御するためのＤＭＤ制御回路２７０と、振動ミラー９１を制御するためのスムースピクチャー制御回路２８０とに接続されている。そして、制御部２００にて取得された映像信号に基づいて、ランプ２、カラーホイール４、ＤＭＤ素子８、振動ミラー９１等が制御される。

以上のように構成された表示装置１では、ＤＮＤチップ８の反射素子８ｃにて第１反射方向へ反射した光により映像面１０３に映像が結像される。そして、第１反射方向へ反射した光は、振動ミラー９１により反射されることから、図５に示すように、映像面１０３に結像される光が所定の画素移動方向へ移動される。すなわち、振動ミラー９１の振動周期に対応させてＤＭＤチップ８の制御を行うことにより、映像面１０３における画素数を各反射素子８ｃの数より多くすることができる。本実施形態においては、カラーホイール４に赤、緑及び青のセグメントを２つずつ設けており、振動ミラー９１の振動周期と、カラーホイール４における各色セグメントが光を透過する周期とを調整することにより、１つの光画素Ｌを利用して２つの画素が表現される。

このとき、映像面１０３において光画素Ｌが画素移動方向へ振動するが、レンチキュラーレンズ１０２において画素移動方向と異なる方向に各光遮蔽部１０２ｂが形成されているので、光の干渉が抑制される。
特に、本実施形態においては、画素移動方向は映像面１０３における水平方向であり、各光遮蔽部１０２ｂの延在方向は上下方向でり、この２つの方向が直交している。これにより、光の干渉を最小限に抑えることができる。
このように、振動ミラー９１を振動させて画素数の増大を図りつつも、光の干渉を抑制して、映像面１０３における干渉縞の発生を抑制することができる。

ここで、本実施形態においては、各反射素子８ｃの表面部８ｄに支持部８ｅの上端が露出しており、各反射素子８ｃの表面部８ｄは完全な平面ではなく、支持部８ｅの上端部分において僅かに光が乱反射する。すなわち、画像面１０に黒色を表示させるべく各反射素子８ｃの表面部８ｄが第２反射方向を指向している場合であっても、各反射素子８ｃの表面部８ｄにおける支持部８ｅ上端における乱反射により、乱反射した光の一部が第１反射方向へ僅かに入射する。そして、第１反射方向へ入射した支持部８ｅにて乱反射した光Ｄは、スムースピクチャー９により映像面１０３にて横方向に振動し、図９に示すように水平な筋状に入射する場合がある。このときも、レンチキュラーレンズ１０２において画素移動方向と異なる方向に各光遮蔽部１０２ｂが形成されているので、光の干渉が抑制され、映像面１０３上の筋が強調されて表示されるようなことはない。これにより、映像面１０３に黒色を表現する際の干渉縞の発生を防止することができる。

尚、前記実施形態においては、表示装置１としてプロジェクションテレビを例示したが、テレビ以外に用いられる他の表示装置であっても本発明を適用可能であることは勿論である。

また、前記実施形態においては、カラーホイール４を用い、白色のランプ２と１つのＤＭＤチップ８によりカラー映像を得るものを示したが、ランプ２及びＤＭＤチップ８がそれぞれ複数設けられたものであってもよい。例えば、赤色、緑色及び青色の３つのランプ２を備え、各色ごとにＤＭＤチップ８を設けた表示装置１であってもよい。

また、前記実施形態においては、映像面１０３における画素移動方向と、レンチキュラーレンズ１０２の各光遮蔽部１０２ｂの延在方向とが直交するものを示したが、例えば図１０及び図１１に示すように、これら２つの方向が直交せずとも異なる方向に移動するものであればよい。ここで、図１０及び図１１は変形例を示すものであり、図１０は映像面上に表示される光画素の説明図であり、図１１は映像面上に表示される乱反射の光の説明図である。図１０及び図１１では、これらの２つの方向のなす角が２２．５°となっている。そして、２つの方向のなす角は、５°以上９０°以下にて干渉縞を抑制する効果が大きくなる。

また、前記実施形態においては、各反射素子８ｃが正方形状の表面部８ｄを有するものを示したが、表面部８ｄの形状は任意であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態を示す表示装置の概略構成上面説明図である。 ＤＭＤチップの外観斜視図である。 ＤＭＤチップの反射部を拡大した斜視図である。 ＤＭＤチップの反射素子の動作状態を示す説明図である。 映像面上に表示される光画素の説明図である。 フレネルレンズ及びレンチキュラーレンズの断面図である。 フレネルレンズ及びレンチキュラーレンズの外観斜視図である。 表示装置の制御部を示す概略構成ブロック図である。 映像面上に表示される乱反射の光の説明図である。 変形例を示すものであり映像面上に表示される光画素の説明図である。 変形例を示すものであり映像面上に表示される乱反射の光の説明図である。

符号の説明

１ 表示装置
２ ランプ
３ ＵＶカットフィルター
４ カラーホイール
５ ライトトンネル
６ 照明光学系
７ プリズム
８ ＤＭＤチップ
８ａ 反射部
８ｂ 外枠
８ｃ 反射素子
８ｄ 表面部
８ｅ 支持部
９ スムースピクチャー
１０ スクリーン
６１ フライアイレンズ
６２ 集光レンズ
９１ 振動ミラー
９２ レンズ
９３ レンズ
９４ レンズ
１０１ フレネルレンズ
１０１ａ 傾斜面
１０２ レンチキュラーレンズ
１０２ａ 凸部
１０２ｂ 光遮蔽部
１０２ｃ スリット
１０３ 映像面
２００ 制御部
２１０ ＣＰＵ
２２０ メモリ
２３０ インターフェース部
２４０ アンテナ
２４２ Ａ／Ｄコンバータ
２５０ ランプ点灯回路
２６０ モータ
２６２ カラーホイール制御回路
２７０ ＤＭＤ制御回路
２８０ スムースピクチャー制御回路
Ｄ 乱反射した光
Ｌ 光画素

Claims (5)

1. 光源から出射した光を映像面に結像させる表示装置であって、
   前記光源から入射した光を互いに異なる第１反射方向及び第２反射方向へ選択的に反射させ、互いに異なる第１整列方向及び第２整列方向へ並べられた複数の反射素子と、
   前記複数の反射素子により前記第１反射方向へ反射された光を前記映像面へ向けて反射し、振動により前記映像面に結像される光を所定の画素移動方向へ移動させるミラー部と、
   前記映像面の光入射側に配置され、所定の延在方向へ延びる複数の光遮蔽部が所定間隔で形成され、前記ミラー部により反射された光を透過するレンズ部と、を備え、
   前記ミラー部は、前記映像面の前記画素移動方向が前記複数の光遮蔽部の前記延在方向と異なるよう振動することを特徴とする表示装置。
2. 前記複数の光遮蔽部の前記延在方向と、前記映像面の前記画素移動方向とが直交することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記反射素子は、前記光源から入射した光を反射させる反射面と、該反射面上に配置された非面状部と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記非面状部は、前記反射面を支持する支持部であることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記レンズ部はレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の表示装置。