JP2011169988A - Projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投射型表示装置に関する。 The present invention relates to a projection display device.
従来から、投射型表示装置の１つとしてプロジェクターが知られている。プロジェクターは、設置が容易であることや、大画面の画像を表示可能であること等の特長を有している。従来のプロジェクターは、例えば、照明光学系、光変調素子、および投射光学系を備えている。照明光学系から射出された光は、光変調素子に変調された後に投射光学系によりスクリーン等に投射され、画像を表示する。 Conventionally, a projector is known as one of projection display devices. The projector has features such as being easy to install and capable of displaying a large screen image. A conventional projector includes, for example, an illumination optical system, a light modulation element, and a projection optical system. The light emitted from the illumination optical system is modulated by the light modulation element and then projected onto a screen or the like by the projection optical system to display an image.
従来の投射光学系として、系全体の焦点距離を変えて投射倍率の変更を実現するものが知られている。投射光学系の焦点距離の変更に伴うピントずれを抑える方法としては、例えば下記の２つの方法が挙げられる。第１の方法は、開口絞り等により拡散角を制限して被写体深度を深くする方法である。第２の方法は、光変調素子に対して投射光学系の全体をその光軸方向に移動させる方法である。 As a conventional projection optical system, one that changes the focal length of the entire system and realizes a change in projection magnification is known. For example, the following two methods can be cited as a method for suppressing the focus shift caused by the change in the focal length of the projection optical system. The first method is a method of increasing the subject depth by limiting the diffusion angle with an aperture stop or the like. The second method is a method of moving the entire projection optical system in the optical axis direction with respect to the light modulation element.
第１の方法は、最も簡便な方法であるが、開口絞りに遮られる光の光量の分だけ光の利用効率が低下してしまう。第２の方法は、光の利用効率の低下を回避可能であるが、投射光学系を移動させる機構が必要となる。一般に投射光学系はレンズ枚数に応じた相応の重量物であり、第２の方法では、投射光学系の全体を移動させるので、移動機構が大型になるおそれや移動量の精度が低下するおそれがある。 The first method is the simplest method, but the light use efficiency is reduced by the amount of light blocked by the aperture stop. The second method can avoid a decrease in light use efficiency, but requires a mechanism for moving the projection optical system. In general, the projection optical system is a heavy object corresponding to the number of lenses, and in the second method, the entire projection optical system is moved. is there.
第１、第２の方法の不都合を解消する技術として、特許文献１に開示されている技術が挙げられる。特許文献１のズームレンズは、拡大側から順に、正の屈折力を有する第１、第２レンズ群、負の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群から構成されている。変倍動作中に、第１、第４レンズ群は固定されており、第２、第３レンズ群が連動して光軸上を移動する。特許文献１では、複数の移動機構に分担させて複数のレンズ群を移動させるので、個々の移動機構を小型にするこが可能である。また、レンズ群ごとの慣性力を小さくすることができ、移動量を高精度に制御可能になる。
As a technique for solving the disadvantages of the first and second methods, there is a technique disclosed in
特許文献１の技術にあっては、次に説明するように、装置構成が複雑になるおそれがある。複数の移動機構により複数のレンズ群を連動させて移動させるので、複数のレンズ群で光軸を揃えることが難しくなり、移動機構の構成やその制御系の構成が複雑になるおそれがある。また、収差の補償等に起因してレンズ群ごとのレンズの組合せが複雑になり、投射光学系の構成が複雑になるおそれもある。
In the technique of
一般に、仰角または俯角をもって画像を投射すると、表示画像に台形歪を生じることが知られている。光変調素子に対して投射光学系をその光軸方向の直交方向に移動させると、台形歪を光学的に補正することができ、台形歪を画像処理により補正するよりも表示に寄与しない画素数を減らすことができる。光学的な補正方法を特許文献１に適用すると、複数のレンズ群で光軸を一致させることが難しくなり画像品質が低下するおそれや、移動機構の数が増すことにより制御系がさらに複雑になるおそれがある。
In general, it is known that when an image is projected at an elevation angle or depression angle, a trapezoidal distortion occurs in a display image. When the projection optical system is moved relative to the light modulation element in the direction orthogonal to the optical axis direction, the trapezoidal distortion can be optically corrected, and the number of pixels that do not contribute to display rather than correcting the trapezoidal distortion by image processing. Can be reduced. When the optical correction method is applied to
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、装置構成をシンプルにすることが可能な投射型表示装を置提供することを目的の１つとする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a projection display device that can simplify the device configuration.
本発明では、前記目的を達成するために以下の手段を採用している。
本発明の投射型表示装置は、画像データに基づいて光量が調整された光を射出する複数の発光素子が配列された発光素子アレイと、前記発光素子アレイから射出された光を被投射面に投射する投射光学系と、前記発光素子アレイを移動させて前記投射光学系に対する前記発光素子アレイの相対位置を変化させる移動機構と、を備えていることを特徴とする。
In the present invention, the following means are adopted in order to achieve the object.
A projection display device according to the present invention includes a light emitting element array in which a plurality of light emitting elements emitting light whose light amount has been adjusted based on image data is arranged, and light emitted from the light emitting element array on a projection surface. A projection optical system for projecting; and a moving mechanism for moving the light emitting element array to change a relative position of the light emitting element array with respect to the projection optical system.
このようにすれば、画像データに基づいて光量が調整された光が発光素子アレイから射出され、発光素子アレイから射出される光が全体として画像を示す光線束になる。この光が投射光学系により投射され、被投射面に画像が表示される。投射光学系に対する発光素子アレイの相対位置が変化すると、投射光学系により投射された光が結像する位置が変化する。すなわち、移動機構が発光素子アレイを移動させることにより、画像が表示される位置や表示画像のサイズが変化する。したがって、投射倍率を変更する機能やピントを調整する機能を移動機構により実現することができ、これらの機能を投射光学系に持たせる必要性が低くなる。よって、投射光学系の構成が複雑になることが回避され、投射型表示装置の構成をシンプルにすることができる。 In this way, light whose light amount has been adjusted based on the image data is emitted from the light emitting element array, and the light emitted from the light emitting element array becomes a light bundle showing an image as a whole. This light is projected by the projection optical system, and an image is displayed on the projection surface. When the relative position of the light emitting element array with respect to the projection optical system changes, the position at which the light projected by the projection optical system forms an image changes. That is, the position where the image is displayed and the size of the display image change as the moving mechanism moves the light emitting element array. Therefore, the function of changing the projection magnification and the function of adjusting the focus can be realized by the moving mechanism, and the necessity of providing these functions to the projection optical system is reduced. Therefore, the configuration of the projection optical system is prevented from becoming complicated, and the configuration of the projection display device can be simplified.
本発明に係る投射型表示装置は、代表的な態様として以下のような態様をとりえる。 The projection display device according to the present invention can take the following aspects as typical aspects.
前記移動機構は、前記投射光学系の光軸に沿う方向に前記発光素子アレイを移動させる第１の移動部を含んでいるとよい。
このようにすれば、発光素子アレイを移動させる前後で、投射光学系により投射された光の結像位置が投射光学系の光軸に沿う方向に変化する。したがって、投射倍率を変更する機能やピントを調整する機能を第１の移動部により実現することができ、これらの機能を投射光学系に持たせるよりも装置構成をシンプルにすることができる。
The moving mechanism may include a first moving unit that moves the light emitting element array in a direction along the optical axis of the projection optical system.
In this way, before and after the light emitting element array is moved, the imaging position of the light projected by the projection optical system changes in a direction along the optical axis of the projection optical system. Therefore, the function of changing the projection magnification and the function of adjusting the focus can be realized by the first moving unit, and the apparatus configuration can be simplified as compared with the case where these functions are provided in the projection optical system.
前記移動機構は、前記投射光学系の光軸に略直交する方向に前記発光素子アレイを移動させる第２の移動部を含んでいるとよい。
このようにすれば、発光素子アレイを移動させる前後で、投射光学系により投射された光の結像位置が投射光学系の光軸に略直交する方向に変化するので、投射光学系の光軸と略直交する方向に表示画像の位置を調整することができる。したがって、表示画像の台形歪の発生を抑制しつつ被投射面の斜方から画像を表示することが可能になり、台形歪を光学的に補正する機能を投射光学系に持たせるよりも装置構成をシンプルにすることができる。
The moving mechanism may include a second moving unit that moves the light emitting element array in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the projection optical system.
In this way, the imaging position of the light projected by the projection optical system changes in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the projection optical system before and after the light emitting element array is moved. The position of the display image can be adjusted in a direction substantially orthogonal to the direction. Therefore, it is possible to display an image from an oblique direction of the projection surface while suppressing the occurrence of trapezoidal distortion of the display image, and the apparatus configuration is more than having the function of optically correcting the trapezoidal distortion in the projection optical system. Can be simplified.
射出する光の波長が互いに異なる複数の前記発光素子アレイと、前記複数の発光素子アレイから射出された光を合成する色合成素子と、を備え、前記複数の発光素子アレイが前記色合成素子と固定されて発光ユニットを構成しており、前記移動機構が前記発光ユニットを移動させるとよい。 A plurality of light emitting element arrays having different wavelengths of emitted light, and a color combining element that combines light emitted from the plurality of light emitting element arrays, wherein the plurality of light emitting element arrays includes the color combining element. The light emitting unit may be fixed and the moving mechanism may move the light emitting unit.
このようにすれば、互いに波長が異なる複数の色光により画像を表示することができ、表現力豊かな画像を表示することができる。移動機構が発光ユニットを移動させるので、複数の発光素子アレイの移動に伴う複数の発光素子アレイ間の位置ずれの発生が回避され、また複数の発光素子と色合成素子との間の位置ずれの発生が回避される。複数の発光素子アレイを互いに独立させて移動させるよりも、移動機構の構成をシンプルにすることができる。 In this way, an image can be displayed with a plurality of color lights having different wavelengths, and an image rich in expressiveness can be displayed. Since the moving mechanism moves the light emitting unit, the occurrence of misalignment between the plurality of light emitting element arrays due to the movement of the plurality of light emitting element arrays is avoided, and the misalignment between the plurality of light emitting elements and the color combining element is prevented. Occurrence is avoided. The structure of the moving mechanism can be simplified compared to moving the plurality of light emitting element arrays independently of each other.
前記複数の発光素子が一次元的に配列されて前記発光素子アレイが構成され、該発光素子アレイから射出された光が前記投射光学系の被投射面に走査線を形成するようになっており、前記被投射面の上で、前記走査線を該走査線の交差方向に走査させる走査部を備えているとよい。 The plurality of light emitting elements are arranged one-dimensionally to form the light emitting element array, and light emitted from the light emitting element array forms a scanning line on a projection surface of the projection optical system. It is preferable that a scanning unit that scans the scanning lines in the crossing direction of the scanning lines on the projection surface is provided.
このようにすれば、発光素子アレイから射出された光により形成された走査線が、上記の交差方向に被投射面の上を走査して、二次元的な画像が表示される。複数の発光素子が二次元的に配列されている発光素子アレイにより画像を表示する場合に比べて、発光素子の数を格段に減らすことができ、発光素子アレイを軽量化することができるので、移動機構の構成をシンプルにすることができる。 In this way, the scanning line formed by the light emitted from the light emitting element array scans the projection surface in the crossing direction, and a two-dimensional image is displayed. Compared to displaying an image with a light emitting element array in which a plurality of light emitting elements are two-dimensionally arranged, the number of light emitting elements can be significantly reduced, and the light emitting element array can be reduced in weight. The structure of the moving mechanism can be simplified.
前記走査線が前記交差方向に走査する幅、および前記移動機構による前記発光素子アレイの移動量が、表示する画像のアスペクト比に基づいて制御されるとよい。
走査線が上記の交差方向にて走査する幅（以下、走査幅という）を変化させると、交差方向での表示画像のサイズが変化する。発光素子アレイを移動させると、走査線の長さが変化して、走査線の長さ方向での表示画像のサイズが変化する。走査幅および走査線の長さが、表示する画像のアスペクト比に基づいて制御されるので、所望のアスペクト比の画像を倍率変更して表示することができる。
A width of the scanning line scanning in the intersecting direction and a moving amount of the light emitting element array by the moving mechanism may be controlled based on an aspect ratio of an image to be displayed.
When the scanning line scan width in the crossing direction (hereinafter referred to as scanning width) is changed, the size of the display image in the crossing direction is changed. When the light emitting element array is moved, the length of the scanning line changes, and the size of the display image in the length direction of the scanning line changes. Since the scanning width and the length of the scanning line are controlled based on the aspect ratio of the image to be displayed, an image having a desired aspect ratio can be changed and displayed.
前記被投射面における前記交差方向の各位置で前記走査線の長さが揃うように、前記移動機構による前記発光素子アレイの移動量が制御されるとよい。
このようにすれば、走査線の長さ方向に交差する方向の各位置で走査線の長さが揃えられるので、糸巻き歪等の画像歪が補正され、高品質な画像を表示することができる。
The amount of movement of the light emitting element array by the movement mechanism may be controlled so that the lengths of the scanning lines are aligned at each position in the intersecting direction on the projection surface.
In this way, since the length of the scanning line is aligned at each position in the direction intersecting the length direction of the scanning line, image distortion such as pincushion distortion is corrected, and a high-quality image can be displayed. .
前記発光素子アレイと前記投射光学系との間の光路に配置され、前記発光素子アレイから射出された光の中間像を形成するリレー光学系を備え、前記移動機構が前記リレー光学系と前記発光素子アレイとを連動させて移動させ、前記投射光学系が前記中間像を投射するとよい。
このようにすれば、リレー光学系の移動と発光素子アレイの移動の少なくとも一方により投射倍率を変更することができるとともに、少なくとも他方によりピントを調整することができる。
A relay optical system that is disposed in an optical path between the light emitting element array and the projection optical system and forms an intermediate image of light emitted from the light emitting element array; and the moving mechanism includes the relay optical system and the light emitting element. The projection optical system may project the intermediate image by moving the element array in conjunction with each other.
In this way, the projection magnification can be changed by at least one of the movement of the relay optical system and the movement of the light emitting element array, and the focus can be adjusted by at least the other.
前記発光素子アレイがコヒーレント光を射出するようになっており、前記中間像が形成される位置に拡散板が配置されているとよい。
このようにすれば、コヒーレント光が拡散板により拡散された状態で投射されるので、コヒーレンス光が物体等に不測に照射されてこの物体を損傷することが回避され、また表示画像にコヒーレンスに起因するスペックルノイズを生じることが回避される。
It is preferable that the light emitting element array emits coherent light, and a diffusion plate is disposed at a position where the intermediate image is formed.
In this way, since the coherent light is projected in a state of being diffused by the diffusion plate, it is avoided that the object is accidentally irradiated with the coherence light and the object is prevented from being damaged, and the display image is caused by the coherence. The generation of speckle noise is avoided.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造の寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせている場合がある。また、実施形態において同様の構成要素については、同じ符号を付して図示し、その詳細な説明を省略する場合がある。本発明の技術範囲は下記の実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings used for explanation, in order to show characteristic parts in an easy-to-understand manner, dimensions and scales of structures in the drawings may be different from actual structures. In addition, in the embodiment, the same components are illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted. The technical scope of the present invention is not limited to the following embodiments. Various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の投射型表示装置の構成を示す模式図、図２（ａ）〜（ｃ）は、投射倍率の変更およびピント調整の仕組みを示す説明図、図３（ａ）は、発光ユニットおよび移動機構の外観を示す斜視図、図３（ｂ）は移動機構の構成例を示す上面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the projection display device of the first embodiment, FIGS. 2A to 2C are explanatory diagrams showing the mechanism of changing the projection magnification and adjusting the focus, and FIG. 3A. FIG. 3 is a perspective view showing the external appearance of the light emitting unit and the moving mechanism, and FIG. 3B is a top view showing a configuration example of the moving mechanism.
図１に示すように投射型表示装置１は、発光ユニット２、移動機構３、および投射光学系４を備えている。発光ユニット２は、複数の発光素子アレイ５および色合成素子６を含んでいる。複数の発光素子アレイ５として、第１の発光素子アレイ５ａ、第２の発光素子アレイ５ｂ、および第３の発光素子アレイ５ｃが設けられている。第１〜第３の発光素子アレイ５ａ〜５ｃの各々は、配列された複数の発光素子を有している。第１〜第３の発光素子アレイ５ａ〜５ｃは、射出する光の波長が互いに異なっている。
As shown in FIG. 1, the
投射型表示装置１は、概略すると以下のように動作する。
第１〜第３の発光素子アレイ５ａ〜５ｃの各々において、複数の発光素子の各々は表示する画像の画像データに基づいて調整された光量の光を射出する。ここでは、第１の発光素子アレイ５ａが赤色の光Ｌａを射出し、第２の発光素子アレイ５ｂが緑色の光Ｌｂを、第３の発光素子アレイ５ｃが青色の光Ｌｃを、それぞれ射出する。
The
In each of the first to third light emitting
第１〜第３の発光素子アレイ５ａ〜５ｃから射出された光Ｌａ〜Ｌｃは、色合成素子６により合成される。色合成素子６により合成された光Ｌは、投射光学系４によりスクリーン等の被投射面Ｓに投射される。図２（ａ）に示すように、光Ｌが被投射面Ｓ上で結像することにより、ピントの合った画像Ｐ１が表示される。
Lights La to Lc emitted from the first to third light emitting
投射光学系４が単焦点である場合に、被投射面Ｓに表示される表示画像のサイズを変更するには、被投射面Ｓと投射型表示装置１との距離を変更するとよい。投射光学系４の焦点距離が可変である場合には、投射光学系４のズーム機能により表示画像のサイズを変更してもよい。ここでは、投射光学系４が単焦点である場合について説明する。
In order to change the size of the display image displayed on the projection surface S when the projection
図２（ｂ）に示すように、例えば投射型表示装置１を被投射面Ｓから離れる方向に移動させることにより、移動前よりも拡大され、かつピントのずれた画像Ｐ２が被投射面Ｓに表示される。発光ユニット２は、移動機構３により投射光学系４の光軸４０に沿う方向に移動させることが可能になっている。図２（ｃ）に示すように、発光ユニット２を投射光学系４から離れる方向に移動させることにより、投射型表示装置１の移動前よりも拡大され、かつピントの合った画像Ｐ３が被投射面Ｓに表示される。表示画像のサイズを縮小する場合には、投射型表示装置１を移動させる向き、および発光ユニット２を移動させる向きを、表示画像を拡大するときの逆にすればよい。
As shown in FIG. 2B, for example, by moving the
上記の例では、発光ユニット２を移動させることにより、表示画像のピントを調整している。ピントを調整する機能の一部または全部を、投射光学系４に持たせなくすることができる。ピントを調整することが可能な投射光学系と比較すると、投射光学系を構成するレンズの移動に伴う収差補正用のレンズを減らすことが可能になる。したがって、投射光学系を構成するレンズの組合せをシンプルにすることができ、投射光学系４をシンプルな構成にすることができる。
In the above example, the focus of the display image is adjusted by moving the
また、発光ユニット２を移動させることにより、表示画像のサイズを変更することも可能である。投射光学系４の焦点距離をｆとし、投射倍率をｍとする。投射倍率をｍからｍ’に変更するには、発光ユニット２を光軸４０上で下記の式（１）で表される距離ｄ１だけ移動させるとよい。
ｄ１＝ｆ×（１／ｍ−１／ｍ’） ・・・（１）
Further, the size of the display image can be changed by moving the
d 1 = f × (1 / m−1 / m ′) (1)
例えば、投射光学系４の焦点距離ｆが１７ｍｍであるとし、発光素子アレイ５により形成される画像（以下、形成画像という）のサイズ、すなわち発光素子アレイ５において複数の発光素子が配列されている領域のサイズが対角０．７インチであるとする。被投射面Ｓでの表示画像のサイズが対角７０インチであるとする。発光ユニット２を投射光学系４に０．２２ｍｍだけ近づけると、表示画像のサイズが対角８０インチに拡大される。発光ユニット２を投射光学系４に０．２８ｍｍだけ遠ざけると、表示画像のサイズが対角６０インチに縮小される。このように発光ユニット２を移動させることにより、表示画像のサイズを変更すれば、投射倍率を変更する機能の一部または全部を投射光学系４に持たせなくすることができる。投射倍率を変更可能な投射光学系と比較すると、収差補正用のレンズを減らすことが可能になること等により、投射光学系４をシンプルな構成にすることができる。
For example, assuming that the focal length f of the projection
次に、投射型表示装置１の構成要素について詳しく説明する。
発光素子アレイ５は、その詳細な構造を図示しないが、複数の発光素子および駆動部を含んでいる。複数の発光素子は、表示画像の画素と１対１の対応で設けられている。例えば、最大でＸＧＡ形式の画像を表示可能な投射表示装置を構成する場合には、二次元的に配列された１０２４×７６８個の発光素子を有する発光素子アレイを用いる。駆動部は、表示する画像の画素ごとの階調値に応じた電流を、この画素に対応する発光素子に流すことにより、発光素子ごとの発光量を調整する。
Next, components of the
Although the detailed structure of the light emitting
発光素子としては、エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、プラズマ発光素子等を用いることができる。本実施形態の発光素子アレイ５は、いずれも発光素子としてＥＬ素子の１つであるＯＬＥＤ素子（有機ＥＬ素子）を用いたものである。複数の発光素子アレイ５は、いずれも同様の構成であるが、発光素子の発光層の材質が互いに異なることにより互いに異なる波長域の色光を射出するようになっている。ランプ光源等から射出された光を液晶ライトバルブ等により変調して画像を形成する構成と比較して、画像表示に必要な光量で発光させることができ、エネルギー効率を高めることができる。
As the light-emitting element, an electroluminescent element (EL element), a light-emitting diode (LED), a laser diode (LD), a superluminescent diode (SLD), a plasma light-emitting element, or the like can be used. The light emitting
色合成素子６は、互いに波長が異なる複数の入射光を、略同じ方向に射出するものであれば、その構成に限定されない。本実施形態の色合成素子６は、ダイクロイックプリズムにより構成されている。色合成素子６は、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、色合成素子６の内面になる。色合成素子６の内面に、赤色の光Ｌａが反射し緑色の光Ｌｂが透過するミラー面と、青色の光Ｌｃが反射し緑色光の透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。色合成素子６の外面のうちで、上記のミラー面と対面する側面に発光素子アレイ５が固定されている。色合成素子は、互いに波長が異なる入射光を入射光の収差の違いにより合成するものであってもよい。
The
図３（ａ）に示すように、色合成素子６の４つの側面６１〜６４のうちで、互いに略平行な一対の側面の片方の側面６１に第１の発光素子アレイ５ａが設けられており、もう片方の側面６２に第３の発光素子アレイ５ｃが設けられている。もう一組の一対の側面のうちで、片方の側面６３に第２の発光素子アレイ５ｂが設けられており、もう片方の側面６４は合成された光Ｌを射出する面になっている。
As shown in FIG. 3A, among the four
第２の発光素子アレイ５ｂから射出された緑色の光Ｌｂは、ミラー面を通ってそのまま射出される。第１、第３の発光素子アレイ５ｃから射出された赤色の光Ｌａおよび青色の光Ｌｃは、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色の光Ｌｂの射出方向と略同じ方向に射出される。このようにして３色の光の光線束が重ね合わされて合成される。合成された光Ｌは、投射光学系４に入射する。
The green light Lb emitted from the second light emitting
投射光学系４は、色合成素子６から射出された光を被投射面Ｓに投射するものである。投射光学系４としては、焦点距離が固定の単焦点式のものや、ズームレンズ機構等を含み焦点距離が可変のものを用いることができる。また、ピント調整機構や、表示画像の台形歪を補正するレンズシフト機構を有するものを用いてもよい。発光ユニット２を移動させることにより、ピントを調整する機能や投射倍率を変更する機能、台形歪を補正する機能などを実現することができ、これらの機能のうちで発光ユニット２により実現する機能については、投射光学系４に持たせる必要性が低くなる。
The projection
移動機構３は、発光ユニット２を自動または手動で移動させることが可能なものであり、発光ユニット２を移動させることにより投射光学系４に対する発光素子アレイ５の相対位置を変化させることが可能なものである。本発明に適用可能な移動機構は、発光ユニット２を移動可能なものであれば、その構成に限定されない。
The moving
図３（ｂ）に示すように、本実施形態の移動機構３は、台座３０、ガイド孔３１、３２、ガイド棒３３、３４、固定壁３５、位置決めネジ３６、および付勢部３７を含んでいる。発光ユニット２は、台座３０の上面に固定されている（図３（ａ）参照）。移動機構３は、投射光学系４の光軸４０と略平行な方向（Ｚ方向）に台座３０を移動させて、この方向に発光ユニット２を移動させる機構（第１の移動部）を含んでいる。
As shown in FIG. 3B, the moving
ガイド孔３１、３２は、台座３０を貫通しており、投射光学系４の光軸４０と略平行な方向に延在している。ガイド棒３３、３４は、それぞれガイド孔３１、３２に挿通されており、ガイド棒３３、３４の各々の一端が固定壁３５に固定されている。固定壁３５は、投射光学系４との相対位置が固定されているもの、例えば投射型表示装置１の筺体の一部である。
The guide holes 31 and 32 penetrate the
位置決めネジ３６の一端側は、台座３０と螺合される螺合部３６２になっている。位置決めネジ３６の他端側は、固定壁３５に対して併進が規制され、かつ回転が許容されている。位置決めネジ３６の他端側は、固定壁３５を貫通して投射型表示装置１の外部に露出しており、露出した部分が調整つまみ３６１になっている。台座３０と固定壁３５との間に、つるまきバネ等の付勢部３７が設けられている。位置決めネジ３６は、付勢部３７に挿通されている。台座３０と固定壁３５は、互いに離れる方向または近づく方向に付勢部３７により付勢されている。
One end side of the
調整つまみ３６１を回転させると、位置決めネジ３６が台座３０に対して回転することにより、台座３０が固定壁３５に対して進退移動する。台座３０は、付勢部３７の付勢力によりガタつきが防止され、ガイド棒３３、３４に沿ってスライドする。台座３０がスライドすると、台座３０に固定されている発光ユニット２が移動して、投射光学系４に対する発光ユニット２の相対位置が、投射光学系４の光軸４０に沿う方向に変化する。これにより、図２（ａ）〜（ｃ）に示したように表示画像のピントを調整することができ、また上述のように表示画像のサイズを変更することも可能である。
When the
図４（ａ）は移動機構の他の構成例を示す側面図、図４（ｂ）は光源ユニットの移動に伴う表示画像の移動を示す説明図である。
図４（ａ）に示す変形例の移動機構３Ａは、先に説明した移動機構３に加えて、台座３０Ａ、ガイド孔３１Ａ、３２Ａ、ガイド棒３３Ａ、３４Ａ、固定壁３５Ａ、位置決めネジ３６Ａ、および付勢部３７Ａを含んでいる。発光ユニット２は、移動機構３の台座３０に固定される代わりに、台座３０Ａの上面に固定されている。移動機構３Ａは、上記の第１の移動部、および第２の移動部を含んでいる。第２の移動部は、投射光学系４の光軸４０と略直交する方向（ここでは、Ｙ方向）に台座３０Ａを移動させて、この方向に発光ユニット２を移動させるものである。
FIG. 4A is a side view showing another configuration example of the moving mechanism, and FIG. 4B is an explanatory view showing the movement of the display image accompanying the movement of the light source unit.
In addition to the
本例の第２の移動部は、第１の移動部と同様の機構により、発光ユニット２を移動させるようになっている。ガイド孔３１Ａ、３２Ａは、台座３０Ａを貫通しており、投射光学系４の光軸４０と略直交する方向に延在している。ガイド棒３３Ａ、３４Ａは、ガイド孔３１Ａ、３２Ａに挿通されており、その一端が固定壁３５Ａに固定されている。固定壁３５Ａは、投射光学系４との相対位置が固定されている。
The second moving unit of this example moves the
位置決めネジ３６Ａの一端側は、台座３０Ａと螺合される螺合部３６２Ａになっている。位置決めネジ３６Ａの他端側は、固定壁３５Ａに対して併進が規制され、かつ回転が許容されている。位置決めネジ３６Ａの他端側は、固定壁３５Ａを貫通して投射型表示装置１の外部に露出しており、露出した部分が調整つまみ３６１Ａになっている。台座３０Ａと固定壁３５Ａとの間に、台座３０Ａの移動に伴うガタつきを防止するように付勢部３７Ａが設けられている。第２の移動部のガイド棒３３Ａ、３４Ａおよび位置決めネジ３６Ａは、第１の移動部のガイド棒３３Ａ、３４Ａおよび位置決めネジ３６Ａと干渉しないように配置されている。ここでは、第１の移動部の位置決めネジ３６Ａが、第２の移動部の位置決めネジ３６Ａに到達しないように、位置決めネジ３６Ａの長さおよび繰出し量が設定されている。
One end side of the
調整つまみ３６１Ａを回転させると、位置決めネジ３６Ａが台座３０Ａに対して回転することにより、台座３０Ａが固定壁３５Ａに対して進退移動する。台座３０Ａが進退移動すると、台座３０Ａに固定されている発光ユニット２が移動して、投射光学系４に対する発光ユニット２の相対位置が、投射光学系４の光軸４０に略直交する方向に変化する。
When the
図４（ｂ）に示すように、移動機構３Ａにより発光ユニット２を例えば下方（Ｙ方向の正側）に移動させると、画像が被投射面Ｓ上で上方（Ｙ方向の負側）に移動する。投射光学系４の投射倍率をｍとすると、表示画像の位置は、発光ユニット２の移動量のｍ倍だけ変化する。例えば、発光素子アレイ５による形成画像のサイズが対角０．７インチであり、表示画像のサイズが対角７０インチであるとする。この場合に、投射倍率は１００倍であるから、発光ユニット２を１ｍｍだけ下方に移動させると、被投射面Ｓ上の表示画像は、１００ｍｍだけ上方に移動する。画像の移動前後で画像のアスペクト比は保持されるので、表示画像に台形歪をほとんど生じることなく、仰角や俯角をもって画像を投射することができる。
As shown in FIG. 4B, when the
上記の移動機構では、ガイド孔とガイド棒の嵌め合いにより、ガイド孔の延在方向の直交方向で台座またはステージの移動を規制しているが、嵌め合いの態様については特に限定されない。例えば、発光ユニットを保持するガイド部材をガイド溝に嵌め合わせて、ガイド溝に沿う方向にガイド部材をスライドさせるものであってもよい。この場合に、ガイド溝の形状およびガイド部材の形状を、ガイド溝の底部側からその反対側に向うにつれて寸法が縮小する逆テーパー形状にすることにより、ガイド溝の延在方向以外でのガイド部材の移動を規制することができる。移動機構を動作させる力は、人力であってもよいし、電動モーターや圧電素子等による機械的な力や電気的な力であってもよい。発光ユニットを移動させる力をガイド部材に伝達するには、例えばピニオン等を用いてもよい。 In the above moving mechanism, the movement of the pedestal or the stage is regulated in the direction orthogonal to the extending direction of the guide hole by fitting the guide hole and the guide rod, but the fitting mode is not particularly limited. For example, a guide member that holds the light emitting unit may be fitted into the guide groove, and the guide member may be slid in a direction along the guide groove. In this case, the shape of the guide groove and the shape of the guide member are changed to a reverse taper shape in which the size is reduced from the bottom side of the guide groove toward the opposite side, thereby guiding the guide member in directions other than the extending direction of the guide groove. Can be restricted. The force for operating the moving mechanism may be human power, or may be mechanical force or electric force by an electric motor or a piezoelectric element. In order to transmit the force for moving the light emitting unit to the guide member, for example, a pinion or the like may be used.
また、移動機構は、第１の移動部を含まないで第２の移動部を含んでいるものであってもよい。第２の移動部が、発光素アレイをＸ方向（例えば水平方向）に移動させるものであってもよい。これにより、被投射面の中央の法線方向からずれた位置に投射型表示装置を配置しつつ、歪の少ない画像を表示することができる。第２の移動部が、発光素子アレイをＸ方向（例えば水平方向）およびＹ方向（例えば鉛直方向）に移動させるものであってもよい。発光素子アレイをＸ方向に移動させるには、第１の移動部と同様の機構を用いればよい。 Further, the moving mechanism may include the second moving unit without including the first moving unit. The second moving unit may move the light emitting element array in the X direction (for example, the horizontal direction). Thereby, it is possible to display an image with less distortion while arranging the projection display device at a position shifted from the normal direction of the center of the projection surface. The second moving unit may move the light emitting element array in the X direction (for example, the horizontal direction) and the Y direction (for example, the vertical direction). In order to move the light emitting element array in the X direction, a mechanism similar to that of the first moving unit may be used.
以上のような構成の投射型表示装置１にあっては、発光素子アレイ５を含んだ発光ユニット２を移動させることにより、投射倍率の変更や、ピント調整、台形歪の補正などを行うことができる。したがって、上記の機能のいずれかを投射光学系４に持たせる必要性が低くなり、投射光学系４の構成をシンプルにすることができる。投射光学系４に持たせる機能の種類を減らすことにより、投射光学系４を構成するレンズの組合せを簡略化すること等ができるので、単に投射光学系４の機能を分離する以上に投射光学系４の構成をシンプルにすることができる。
In the
投射型表示装置１にも移動機構３が設けられているが、投射光学系の一部または全部を移動させる移動機構を設けるよりも、移動機構の構成をシンプルにすることができる。すなわち、発光素子アレイ５が画像を示す光を直接的に射出するので、投射される画像を形成する画像形成系を格段に軽量化することができる。例えば、ランプ光源から射出された光を色分離した後に空間変調素子（例えば液晶ライトバルブ）により変調する構成と比較して、光源自体を軽量化することができ、また色分離光学系やリレー光学系を省くことにより画像形成系を軽量化することができる。画像形成系としてみたときの発光素子アレイ５を格段に軽量化することができるので、発光素子アレイ５を移動させるのに必要なパワーが少なくなり、移動機構をシンプルにすることができる。
Although the
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の投射型表示装置について説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、発光素子アレイと投射光学系との間の光路にリレー光学系が配置されている点と、移動機構がリレー光学系と発光素子アレイとを連動させて移動させる点である。
[Second Embodiment]
Next, the projection type display apparatus of 2nd Embodiment is demonstrated. The second embodiment is different from the first embodiment in that a relay optical system is disposed in an optical path between the light emitting element array and the projection optical system, and a moving mechanism includes the relay optical system and the light emitting element array. It is a point to move in conjunction.
図５は、第２実施形態の投射型表示装置１Ｂの構成を示す模式図、図６は、発光ユニット２、リレー光学系７および移動機構３Ｂの構成を示す側面図である。
図５に示すように、発光ユニット２から射出された光Ｌは、リレー光学系７に入射して屈折し、リレー光学系７と投射光学系４との間の光路にて中間像を形成する。投射光学系４は、この中間像を投射するようになっている。移動機構３Ｂは、発光ユニット２から射出された光Ｌが固定の中間像形成位置Ｍで結像するように、発光ユニット２およびリレー光学系７を連動して移動させる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 5, the light L emitted from the
図６に示すように移動機構３Ｂは、第１、第２の台座３０Ｂ、３１Ｂ、ガイド棒３２Ｂ、第１、第２の固定壁３３Ｂ、３４Ｂ、カム機構３５Ｂ、および第１、第２の付勢部３６Ｂ、３７Ｂを含んでいる。第２の台座３１Ｂは、第１の台座３０Ｂと投射光学系４の光軸４０に略平行な方向に並んでおり、第１の台座３０Ｂよりも投射光学系４に近づく側に配置されている。発光ユニット２は、第１の台座３０Ｂの上面に固定されている。リレー光学系７は、第２の台座３１Ｂの上面に固定されている。
As shown in FIG. 6, the moving
ガイド棒３２Ｂは、第１、第２の台座３０Ｂ、３１Ｂを貫通しており、光軸４０に略平行な方向に延在している。第１、第２の台座３０Ｂ、３１Ｂは、ガイド棒３２Ｂの延在方向に沿わせて、ガタつきなく移動させることが可能になっている。ガイド棒３２Ｂは、その一端が第１の固定壁３３Ｂに固定されており、その他端が第２の固定壁３４Ｂに固定されている。
The
第１の付勢部３６Ｂは、第１の固定壁３３Ｂと第１の台座３０Ｂとの間に設けられている。第１の付勢部３６Ｂは、例えばつるまきバネにより構成され、第１の固定壁３３Ｂと第１の台座３０Ｂとを互いに離れる方向に付勢している。第２の付勢部３７Ｂは、第２の固定壁３４Ｂと第２の台座３１Ｂとの間に設けられている。第２の付勢部３７Ｂは、例えばつるまきバネにより構成され、第２の固定壁３４Ｂと第２の台座３１Ｂとを互いに離れる方向に付勢している。
The
カム機構３５Ｂは、第１の台座３０Ｂと第２の台座３１Ｂとの間に設けられている。カム機構３５Ｂは、回転軸３５１Ｂ、回転板３５２Ｂ、第１のスペーサー３５３Ｂ、および第２のスペーサー３５４Ｂを含んでいる。回転軸３５１Ｂは、光軸４０と略平行な方向に延在している。回転板３５２Ｂは、回転軸３５１Ｂの軸方向の位置を固定しつつ、回転軸３５１Ｂを回転中心として回転させることが可能になっている。回転板３５２Ｂの表裏両面の一面に第１のスペーサー３５３Ｂが設けられており、他面に第２のスペーサー３５４Ｂが設けられている。第１の台座３０Ｂは、第１の付勢部３６Ｂの付勢力により、第１のスペーサー３５３Ｂに押し付けられている。第２の台座３１Ｂは、第２の付勢部３７Ｂの付勢力により、第２のスペーサー３５４Ｂに押し付けられている。
The
第１のスペーサー３５３Ｂは、回転軸３５１Ｂ周りの周方向の一部（以下、当接部という）が第１の台座３０Ｂに当接している。第１のスペーサー３５３Ｂの当接部について、回転軸３５１Ｂの軸方向を厚み方向とすると、当接部の厚みは回転軸３５１Ｂ周りの第１のスペーサー３５３Ｂの周位置に応じて変化している。第１のスペーサー３５３Ｂの当接部の周位置は、第１のスペーサー３５３Ｂの回転に伴って変化する。すなわち、回転軸３５１Ｂを回転させると、その回転角に応じて第１のスペーサー３５３Ｂの当接部の厚みが変化する。すると、回転板３５２Ｂと第１の台座３０Ｂとの間隔が変化し、第１の台座３０Ｂが当接部の厚みに応じた量だけ移動して、発光ユニット２が所定の量だけ移動する。
Part of the
第２のスペーサー３５４Ｂについても第１のスペーサー３５３Ｂと同様に、第２の台座３１Ｂとの当接部の厚みが、第２のスペーサー３５４Ｂの回転軸３５１Ｂ周りの周位置に応じて変化している。回転軸３５１Ｂを回転させると、その回転角に応じて第２のスペーサー３５４Ｂの当接部の厚みが変化し、第２の台座３１Ｂが第２のスペーサー３５４Ｂの当接部の厚みに応じた量だけ移動して、リレー光学系７が所定の量だけ移動する。
Similarly to the
発光ユニット２とリレー光学系７とが移動したときに、その移動量に関らず光Ｌが固定の中間像形成位置Ｍに中間像を形成するように、回転軸３５１Ｂの回転角に対する発光ユニット２の移動量と、この回転角に対するリレー光学系７の移動量とが設定されている。すなわち、発光ユニット２から射出されてリレー光学系７を通った光が固定の中間像形成位置Ｍに結像する条件を満たすように、発光ユニット２の移動量およびリレー光学系７の移動量が設定され、このような移動量になるように第１、第２のスペーサー３５３Ｂ、３５４Ｂの各々について、当接部の厚みの分布（カム形状）が設計されている。
When the
このような構成の投射型表示装置１Ｂにあっては、次に説明するように、移動機構３Ｂを動作させることによって投射倍率を変更することが可能になっている。リレー光学系７の焦点距離をｆとし、発光素子アレイ５による形成画像に対する、中間像の倍率をｍとする。中間像の倍率をｍ’に変更するには、発光ユニット２を下記の式（２）で表される距離ｄ２だけ移動させ、かつリレー光学系７を下記の式（３）で表される距離ｄ３だけ移動させればよい。
ｄ２＝ｆ×（（ｍ２＋１）／ｍ−（ｍ’２＋１）／ｍ’） ・・・式（２）
ｄ３＝ｆ×（ｍ−ｍ’） ・・・式（３）
In the
d 2 = f × ((m 2 +1) / m− (m ′ 2 +1) / m ′) (2)
d 3 = f × (m−m ′) Expression (3)
例えば、リレー光学系７の焦点距離ｆを２０ｍｍとし、上記の倍率ｍを１とする。リレー光学系７を中間像形成位置Ｍに４．０ｍｍだけ近づけるとともに、発光ユニット２を中間像形成位置Ｍから１．０ｍｍだけ遠ざけると、中間像の倍率ｍ’は０．８になる。また、リレー光学系７を中間像形成位置Ｍに４．０ｍｍだけ遠ざけるとともに、発光ユニット２を中間像形成位置Ｍから０．６７ｍｍだけ遠ざけると、中間像の倍率ｍ’は１．２になる。中間像が投射レンズに投射されて表示画像になるので、中間像の倍率を変更することにより、表示画像の倍率を変更することができる。
For example, the focal length f of the relay
以上のように、発光ユニット２およびリレー光学系７を移動させることにより投射倍率を変更することができる。したがって、投射光学系４として単焦点のものを採用した場合でも表示画像を拡大または縮小することができ、投射光学系４の構成をシンプルにすることができる。また、投射光学系４としてズームレンズ機構を有するものを採用することもでき、この場合には、例えばズームレンズ機構により投射倍率を大まかに変更し、発光ユニット２およびリレー光学系７の移動により投射倍率を微調整すること等が可能になる。
As described above, the projection magnification can be changed by moving the
なお、例えば第１実施形態で説明した第２の移動部を、第２実施形態における移動機構に設けておくことにより、被投射面Ｓにおける表示画像の位置を調整することもできる。すなわち、発光ユニット２とリレー光学系７の少なくとも一方を投射光学系４の光軸４０の直交方向に変位させると、表示位置の位置を調整することができる。これにより、レンズシフト機構を含まない投射光学系を採用する場合でも、例えば仰角や俯角をもって画像を投射しつつ、表示画像に台形歪を発生させなくすることができる。
For example, the position of the display image on the projection surface S can be adjusted by providing the second moving unit described in the first embodiment in the moving mechanism in the second embodiment. That is, when at least one of the
表示画像の位置を調整する場合、例えば表示画像を上方または下方に移動させる場合に、発光ユニット２とリレー光学系７の一方を移動させてもよいし、双方を移動させてもよい。発光ユニット２およびリレー光学系７を移動させる場合に、これらを互いに独立させて移動させてもよいし、一体に移動させてもよい。また、互いに独立させて移動させる場合には、発光ユニット２とリレー光学系７とで移動させる方向を逆にしてもよい。
When adjusting the position of the display image, for example, when moving the display image upward or downward, one of the
例えば、リレー光学系７を移動させないで、発光ユニット２を投射光学系４の光軸４０と略直交する方向（例えばＹ方向の正側）に移動させると、中間像は、中間像形成位置Ｍにて発光ユニット２と反対方向（Ｙ方向の負側）に移動する。その結果、被投射面Ｓ上の表示画像は、発光ユニット２の移動と同じ方向（Ｙ方向の正側）に移動する。発光素子アレイ５による形成画像に対する、表示画像の倍率（投射倍率）をｍとしたときに、表示画像の移動量は発光ユニット２の移動量のｍ倍になる。
For example, if the
また、発光ユニット２を光軸４０の直交方向に移動させないで、リレー光学系７を光軸４０の直交方向に移動させることによっても上記と同様の効果を得ることができる。この場合に、リレー光学系７を移動させる方向に中間像が移動し、被投射面Ｓ上の表示画像は、リレー光学系７を移動させる方向の反対方向に移動する。リレー光学系７の移動量をＸＬ、発光素子アレイ５による形成画像に対する中間像の倍率をｍ、中間像に対する表示画像の倍率をｎとすると、被投射面Ｓ上で表示画像の移動量ＸＰは、下記の式（４）で表される。
ＸＰ＝ＸＬ×（ｍ＋１）×ｎ ・・・（４）
Further, the same effect as described above can be obtained by moving the relay
XP = XL * (m + 1) * n ... (4)
なお、発光ユニット２から射出されてリレー光学系７を通った光が結像する位置を、可変に制御可能なように変位機構を構成してもよい。このようにすれば、発光ユニット２およびリレー光学系７を移動させることにより、第１実施形態と同様に表示画像のピントを調整することができる。
Note that the displacement mechanism may be configured so that the position at which light emitted from the
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の投射型表示装置について説明する。第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、複数の発光素子が一次元的に配列されて発光素子アレイが構成されている点、発光素子アレイから射出された光を被投射面の上で走査させる走査部を備えている点、および中間像が形成される位置に拡散板が配置されている点である。
[Third Embodiment]
Next, a projection display device according to a third embodiment will be described. The third embodiment is different from the second embodiment in that a plurality of light emitting elements are arranged one-dimensionally to form a light emitting element array, and light emitted from the light emitting element array is projected on the projection surface. And a point where a diffusing plate is disposed at a position where an intermediate image is formed.
図７は、第３実施形態の投射型表示装置１Ｃの構成を示す模式図である。
図７に示すように、投射型表示装置１Ｃは、発光ユニット２Ｃ、移動機構３Ｂ、投射光学系４、リレー光学系７、走査部８、および拡散板９を備えている。発光ユニット２Ｃは、複数の発光素子アレイ５Ｃおよび色合成素子６を含んでいる。複数の発光素子アレイ５Ｃとして、第１の発光素子アレイ５ｄ、第２の発光素子アレイ５ｅ、および第３の発光素子アレイ５ｆが設けられている。第１〜第３の発光素子アレイ５ｄ〜５ｆの各々は、一次元的に配列された複数の発光素子を有している。第１〜第３の発光素子アレイ５ｄ〜５ｆは、射出する光の波長が互いに異なっている。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a
As shown in FIG. 7, the
投射型表示装置１Ｃは、概略すると以下のように動作する。
第１〜第３の発光素子アレイ５ｄ〜５ｆの各々において、複数の発光素子の各々は表示する画像の画像データに基づいて調整された光量の光を射出する。第１の発光素子アレイ５ｄが赤色の光Ｌａを射出し、第２の発光素子アレイ５ｅが緑色の光Ｌｂを、第３の発光素子アレイ５ｆが青色の光Ｌｃを、それぞれ射出する。第１〜第３の発光素子アレイ５ｄ〜５ｆから射出された光は、色合成素子６により合成され、表示する画像の走査線を示す光Ｌになる。光Ｌに対応する走査線が時間的に切替わるように、第１〜第３の発光素子アレイ５ｄ〜５ｆを構成する発光素子の各々から射出される光の光量が調整されている。合成された光Ｌは、リレー光学系７を通って走査部８に入射する。走査部８は、光Ｌの進行方向を時間的に変化させる。走査部８を経た光Ｌは、拡散板９で結像するとともに光Ｌの進行方向が時間変化することにより、拡散板９に中間像を描画する。この中間像が投射光学系４によりスクリーン等の被投射面Ｓに投射され、被投射面Ｓに画像が表示される。
The projection display device 1C generally operates as follows.
In each of the first to third light emitting
次に、投射型表示装置１Ｃの構成要素について詳しく説明する。
発光素子アレイ５Ｃは、その詳細な構造を図示しないが、複数の発光素子および駆動部を含んでいる。複数の発光素子は、走査線を構成する画素数と同じ数だけ設けられている。走査線は、表示する画像において画素の配列方向から選択される１つの方向に並ぶ画素のグループのことである。例えば、最大でＸＧＡ形式の画像では、第１の配列方向に並ぶ１０２４個の画素のグループ、または第１の配列方向の直交する第２の配列方向に並ぶ７６８個の画素のグループが、１本の走査線に相当する。ＸＧＡ形式の画像を表示可能な投射表示装置を構成する場合には、１０２４個または７６８個の発光素子が一次元的に配列された発光素子アレイを用いる。装置構成をシンプルにする観点で有利である。本実施形態の発光素子アレイ５Ｃは、７６８個の発光素子が１５μｍ程度のピッチでＹ方向に配列されたものである。
Next, components of the projection display device 1C will be described in detail.
Although the detailed structure of the light emitting
駆動部は、表示する画像の画素ごとの階調値に応じた電流を、この画素に対応する発光素子に流すことにより、発光素子ごとの発光量を調整する。また、発光素子から射出された光の光量が、表示する画像において走査線と直交する方向に並ぶ画素の階調値に応じて時間順次で切替わるように、駆動部は発光素子に供給する電流を時間的に変化させる。 The drive unit adjusts the light emission amount for each light emitting element by causing a current corresponding to the gradation value for each pixel of the image to be displayed to flow through the light emitting element corresponding to the pixel. In addition, the drive unit supplies a current supplied to the light emitting element so that the amount of light emitted from the light emitting element is switched sequentially in time according to the gradation value of the pixels arranged in the direction orthogonal to the scanning line in the displayed image. Is changed over time.
発光素子としては、第１実施形態で説明した各種の発光素子から選択して用いることができる。本実施形態では、第１〜第３の発光素子アレイ５ｄ〜５ｆの各々が、複数のレーザーダイオードにより構成されている。第３実施形態の発光素子アレイ５Ｃは、第１、第２実施形態の発光素子アレイ５と比較して、発光素子の数が大幅に少なくなっている（ここでは、１／１０２４）ので、駆動部の構成をシンプルにすることができ、また発光素子アレイ５Ｃの重量を減らすことができる。
As the light emitting element, various light emitting elements described in the first embodiment can be selected and used. In the present embodiment, each of the first to third light emitting
レーザーダイオードとしては、例えば面発光レーザー素子や端面発光レーザー素子を用いることができる。レーザーダイオードにより発光素子アレイ５Ｃを構成すると、例えばＬＥＤ等を採用する場合と比較して、発光素子アレイ５Ｃから射出される光の発散光が小さくなるので、光の利用効率の低下を招くことなくリレー光学系７を小型にすることができる。発光ユニット２から射出された光Ｌは、複数の発光素子の各々から射出された光線が複数の発光素子の配列方向に並ぶ光線束になるので、リレー光学系７を構成するレンズ等の光学部品として、光Ｌが入射しない部分を省いたものを用いることが可能になる。例えば、レンズとして、発光素子の配列方向を長手方向とするシリンドリカルレンズを用いることができ、リレー光学系７を軽量にすることができる。
As the laser diode, for example, a surface emitting laser element or an edge emitting laser element can be used. When the light emitting
移動機構３Ｂは、第２実施形態と同様のものであり、発光ユニット２およびリレー光学系７を移動させる。上述のように、発光素子アレイ５Ｃの重量やリレー光学系７の重量を減らすことができるので、発光素子アレイ５Ｃやリレー光学系７を移動させるのに必要なパワーが少なくなり、移動機構３Ｂをシンプルな構成にすることができる。
The moving
走査部８は、投射光学系４に向かう光Ｌの進行方向を時間的に変化させることが可能なものであれば、その構成に限定されない。本実施形態の走査部８は、ガルバノミラーにより構成されている。このガルバノミラーは、発光素子アレイ５Ｃにおける発光素子の配列方向（ここではＹ方向）と略平行な回転軸周りに回転可能に設けられている。光Ｌに対応する走査線を表示するタイミング、およびこの走査線が表示する画像に占める位置に応じて、ガルバノミラーの偏角が時間的に変化するようになっている。ここでいう偏角は、発光素子アレイ５Ｃから被投射面Ｓまでの光路長が最小となるときのガルバノミラーの位置を回転の基準としたときに、この回転の基準からのガルバノミラーの回転角である。
The
走査部８に入射した光Ｌは、ガルバノミラーで反射して進行方向が折れ曲がり、拡散板９に入射する。ガルバノミラーの偏角が時間的に変化することにより、走査部８から射出された光Ｌの進行方向が時間的に変化する。
The light L incident on the
拡散板９は、入射した光Ｌの拡散角を入射前よりも広げて射出するものであり、中間像形成位置Ｍに配置されている。拡散板９は、投射光学系４の光軸４０と略平行な回転軸９１の周りで回転可能なように設けられている。拡散板９は、例えば拡散粒子が分散された透明基板からなる拡散板や、透明基板の表面にランダムな凹凸が形成された拡散板、ＣＧＨ等の回折光学素子等により構成される。
The diffusing
拡散板９を通った光Ｌは、投射光学系４に入射して被投射面Ｓに投射される。微小な時間（表示する画像に含まれる走査線あたりの描画時間）において、光Ｌは被投射面Ｓに１本の走査線を表示する。光Ｌは、光量が時間変化しつつ、走査線の長さ方向（Ｙ方向）の略直交方向（Ｘ方向）に被投射面Ｓを走査して、二次元的な画像を表示する。
The light L that has passed through the
表示画像に着目すると、発光ユニット２Ｃを移動させた場合に走査線の長さが変化して、走査線の長さ方向の表示画像のサイズが変化する。本実施形態では、表示画像のアスペクト比が、発光ユニット２Ｃを移動させる前後で保持されるように、走査部８のガルバノミラーの振幅が制御されている。これにより、所望のアスペクト比の画像を倍率変更して表示することが可能になる。
Focusing on the display image, when the
第３実施形態の投射型表示装置１Ｃにあっては、発光ユニット２Ｃおよびリレー光学系７を移動させることにより、第２実施形態と同様に投射倍率を変更することや表示画像のピントを調整することができ、投射光学系４の構成をシンプルにすることができる。
In the projection display device 1C of the third embodiment, the projection magnification is changed and the focus of the display image is adjusted similarly to the second embodiment by moving the
また、複数の発光素子が一次元的に配列された発光素子アレイ５Ｃを用いているので、第２実施形態よりも発光素子アレイ５Ｃを低コストかつ軽量にすることができる。また、複数の発光素子の各々がレーザー光を射出するので、第２実施形態よりもリレー光学系７を軽量にすることができる。したがって、移動機構３Ｂをシンプルな構成にすることができ、投射型表示装置１Ｃの構成をシンプルにすることができる。
Moreover, since the light emitting
ところで、一般にレーザー光のようにコヒーレント性（可干渉性）を有するコヒーレント光を投射する場合に、この光が物体に対して不測に照射され、物体を損傷するおそれがある。また、表示画像にスペックルノイズを生じて、画像品質が低下するおそれもある。 By the way, in general, when coherent light having coherent properties (coherence) such as laser light is projected, there is a possibility that the light is unexpectedly irradiated to the object and damages the object. In addition, speckle noise may occur in the display image, and the image quality may deteriorate.
本実施形態では、拡散板９によって光の発散角が広がるので、投射光学系４から射出された後の光が、物体に照射された場合の物体の損傷が回避される。また、表示画像においてスペックルノイズの空間周波数が細かくなり、スペックルノイズが視認されにくくなるので、スペックルノイズによる画像品質の低下が実質的に回避される。投射光学系４の光軸４０周りに拡散板９を回転させるので、拡散板９における光Ｌの入射位置が、光軸４０と略直交する面内で時間的に変化するようになる。したがって、表示画像におけるスペックルノイズのパターンが時間変化するようになり、スペックルノイズが時間積分されて観察されるので、スペックルノイズが固定のパターンとして観察されにくくなる。
In the present embodiment, since the light divergence angle is widened by the
なお、第２実施形態においても、発光素子としてレーザーダイオードを用いることにより、リレー光学系７の口径を減らすことができ、リレー光学系７を軽量化することができるので移動機構３Ｂをシンプルな構成にすることができる。また、第２実施形態にて拡散板９を適用することにより、投射光学系４から射出される光の安全性を確保することが容易になり、またスペックルノイズの発生を抑制することが可能になる。
Also in the second embodiment, by using a laser diode as the light emitting element, the aperture of the relay
［第４実施形態］
次に、第４実施形態の投射型表示装置について説明する。第４実施形態が第３実施形態と異なる点は、被投射面Ｓにおいて走査線の交差方向の各位置で走査線の長さが揃うように、移動機構による発光素子アレイの移動量が制御される点である。
[Fourth Embodiment]
Next, the projection type display apparatus of 4th Embodiment is demonstrated. The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the moving amount of the light emitting element array by the moving mechanism is controlled so that the lengths of the scanning lines are aligned at each position in the intersecting direction of the scanning lines on the projection surface S. It is a point.
図８（ａ）は第４実施形態の投射型表示装置１Ｄの構成を示す模式図、図８（ｂ）は糸巻き歪の一例を示す平面図、図９（ａ）は走査部８の偏角の時間変化の一例を示すグラフ、図９（ｂ）は投射光学系４の節点と発光素子アレイ５Ｃとの間の光学的距離の時間変化の一例を示すグラフである。
FIG. 8A is a schematic view showing the configuration of the
図８（ａ）に示すように投射型表示装置１Ｄは、発光ユニット２Ｃ、移動機構３Ｄ、投射光学系４、および走査部８を備えている。発光ユニット２Ｃから射出された光Ｌは、投射光学系４を通った後に走査部８により進行方向が制御され、被投射面Ｓを走査することにより二次元的な画像を表示する。
As shown in FIG. 8A, the
移動機構３Ｄは、第１実施形態と同様に、投射光学系４の光軸４０に略平行な方向に発光ユニット２Ｃを移動させることが可能なものである。移動機構３Ｄは、図示略のピエゾアクチュエーターにより発光ユニット２Ｃを移動させる構成になっている。ピエゾアクチュエーターに印加する電圧波形のパターンを調整するより、発光ユニット２Ｃの移動量を電気的に制御することが可能になっている。
Similarly to the first embodiment, the moving
第３実施形態で説明したように、光Ｌは、微小な時間に被投射面Ｓに１本の走査線を表示する。図８（ｂ）に示すように、被投射面Ｓでの走査線ＳＬの長さは、走査線ＳＬが表示される位置により異なっている。走査線ＳＬの長さは、走査部８のガルバノミラーの偏角が０°であるとき（表示画像Ｐ４の中心の走査線であるとき）に最小となり、偏角が最大となるとき（表示画像Ｐ４の端の走査線であるとき）に最大となる。このように、通常同様に画像を表示すると、表示画像に糸巻き歪とよばれる歪を生じてしまう。本実施形態の移動機構３Ｄは、被投射面Ｓ上で走査線ＳＬの長さが揃うように発光ユニット２Ｃの移動量を制御するようになっている。
As described in the third embodiment, the light L displays one scanning line on the projection surface S in a minute time. As shown in FIG. 8B, the length of the scanning line SL on the projection surface S differs depending on the position where the scanning line SL is displayed. The length of the scanning line SL is minimized when the deflection angle of the galvanometer mirror of the
以下、数値例を示して具体的に説明する。発光素子アレイ５Ｃは、７６８個の発光素子が１５μｍ程度のピッチでＹ方向に配列されたものであるとする。この条件で、発光素子アレイ５Ｃにおいて両端の発光素子の開口間の距離は１１．５ｍｍであり、発光素子アレイ５Ｃから射出されたときの光Ｌに相当する走査線の長さは１１．５ｍｍである。発光素子アレイ５Ｃと投射光学系４の発光ユニット側の前側節点との間の光学的距離を２４．２ｍｍとし、投射光学系４の被投射面Ｓ側の後側節点と走査部８との間の距離を２５ｍｍとする。投射光学系４の焦点距離を２４ｍｍとし、走査部８から被投射面Ｓまでの距離を略２．５４ｍとする。
Hereinafter, specific examples will be described with reference to numerical examples. The light emitting
走査部８のガルバノミラーの偏角が０°であるときに、被投射面Ｓでの走査線ＳＬの長さは、１．２２ｍになる。ＸＧＡ形式の画像を対角８０インチのサイズで表示する場合を考えると、ガルバノミラーを±１８°の範囲で回動させることになる。偏角が最大であるときに、投射光学系４から被投射面Ｓに至る光Ｌの光路長は、偏角が０°のときの光路長に対して５％程度長くなり、被投射面Ｓでの走査線ＳＬの長さは１．２８ｍになる。
When the deflection angle of the galvanometer mirror of the
図９（ａ）に示すように、ガルバノミラーの偏角は、１フレームの画像を表示する時間を周期（ここでは、略１６．７μｓｅｃ）として時間変化している。偏角の最大値については、帰線期間のマージンを考慮して±２１°とした。 As shown in FIG. 9A, the deflection angle of the galvanometer mirror changes over time with the period for displaying an image of one frame as a period (here, approximately 16.7 μsec). The maximum value of the declination was set to ± 21 ° in consideration of the margin of the blanking period.
図９（ｂ）に示すように、移動機構３Ｄはガルバノミラーの偏角の時間変化と同期させて、発光ユニット２Ｃを移動させるようになっている。具体的には、移動機構３Ｄのピエゾアクチュエーターに印加する電圧波形の周期を、ガルバノミラーの偏角の時間変化の周期と略同じにしている。発光ユニット２Ｃを構成する発光素子アレイ５Ｃと、投射光学系４の前側節点との光学的距離が、偏角が０°のときに最小となり、画像の描画時で偏角の絶対値が最大（ここでは、±１８°）となるときに最大となるように、上記の電圧波形を設定している。すなわち、発光素子アレイ５Ｃから射出されたときの光Ｌに相当する走査線の長さに対する被投射面Ｓでの走査線ＳＬの長さの倍率は、偏角が０°のときに最大となり、偏角が±１８°となるときに最小となる。走査線ＳＬと投射光学系４との間の光路長が走査線ＳＬの位置ごとに異なっており、これにより生じる走査線ＳＬの長さの違いを減らすように、投射倍率が走査線ＳＬの位置ごとに異なるようになっている。
As shown in FIG. 9B, the moving
ところで、糸巻き歪を補正する方法としては、画像が表示される歪んだ領域から矩形領域を切り出し、この矩形領域に画像全体が表示されるように画像データを補正する方法がある。この方法では、歪んだ領域と矩形領域との差分に相当する領域で画像を表示させなくするので、表示に寄与する画素数が少なくなる。 By the way, as a method of correcting the pincushion distortion, there is a method of cutting out a rectangular area from a distorted area where an image is displayed and correcting the image data so that the entire image is displayed in the rectangular area. In this method, an image is not displayed in an area corresponding to the difference between the distorted area and the rectangular area, so that the number of pixels contributing to display is reduced.
以上のような構成の投射型表示装置１Ｄにあっては、走査線ＳＬの長さ方向に交差する方向の各位置で走査線ＳＬの長さが揃えられるので、糸巻き歪等の画像歪が補正され、高品質な画像を表示することができる。画像データを補正することにより、糸巻き歪を補正する場合と比較して、表示に寄与しない発光素子を減らすことができ、解像度の低下を回避することができる。
In the
なお、第４実施形態の投射型表示装置１Ｄに第１〜第３の実施形態で説明した移動機構３、３Ａ、３Ｂを適宜選択して追加した構成も可能である。例えば、第１実施形態で説明した移動機構３Ａを併設することにより、台形歪および糸巻き歪を補正するようにしてもよい。移動機構３Ｂを併設して、例えば手動で移動機構３Ｂを操作して表示画像のサイズを変更し、移動機構３Ｄにより糸巻き歪を補正することも可能である。
A configuration in which the moving
１、１Ｂ〜１Ｄ・・・投射型表示装置、２、２Ｃ・・・発光ユニット、
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｄ・・・移動機構、４・・・投射光学系、
５、５Ｃ・・・発光素子アレイ、５ａ・・・第１の発光素子アレイ、
５ｂ・・・第２の発光素子アレイ、５ｃ・・・第３の発光素子アレイ、
５ｄ・・・第１の発光素子アレイ、５ｅ・・・第２の発光素子アレイ、
５ｆ・・・第３の発光素子アレイ、６・・・色合成素子、７・・・リレー光学系、
８・・・走査部、９・・・拡散板、３０、３０Ａ・・・台座、３０Ｂ・・・第１の台座、
３０Ｂ・・・第２の台座、３１、３１Ａ・・・ガイド孔、３１Ｂ・・・第２の台座、
３２Ｂ、３３、３３Ａ・・・ガイド棒、３３Ｂ・・・第１の固定壁、
３４Ｂ・・・第２の固定壁、３５、３５Ａ・・・固定壁、３５Ｂ・・・カム機構、
３６、３６Ａ・・・位置決めネジ、３６Ｂ・・・第１の付勢部、
３７、３７Ａ・・・付勢部、３７Ｂ・・・第２の付勢部、４０・・・投射光学系の光軸、
６１〜６４・・・色合成素子の側面、９１・・・拡散板の回転軸、
３５１Ｂ・・・カム機構の回転軸、３５２Ｂ・・・回転板、
３５３Ｂ・・・第１のスペーサー、３５４Ｂ・・・第２のスペーサー、
３６１、３６１Ａ・・・螺合部、３６２、３６２Ａ・・・螺合部、Ｌ・・・光、
Ｌａ・・・赤色の光、Ｌｂ・・・緑色の光、Ｌｃ・・・青色の光、
Ｍ・・・中間像形成位置、Ｐ１〜Ｐ３・・・画像、Ｐ４・・・表示画像、
Ｓ・・・被投射面、ＳＬ・・・走査線
1, 1B-1D ... projection type display device, 2, 2C ... light emitting unit,
3, 3A, 3B, 3D ... moving mechanism, 4 ... projection optical system,
5, 5C ... light emitting element array, 5a ... first light emitting element array,
5b ... 2nd light emitting element array, 5c ... 3rd light emitting element array,
5d ... 1st light emitting element array, 5e ... 2nd light emitting element array,
5f ... third light emitting element array, 6 ... color composition element, 7 ... relay optical system,
8 ... Scanning unit, 9 ... Diffusion plate, 30, 30A ... Pedestal, 30B ... First pedestal,
30B ... 2nd base, 31, 31A ... Guide hole, 31B ... 2nd base,
32B, 33, 33A ... guide rod, 33B ... first fixed wall,
34B: second fixed wall, 35, 35A: fixed wall, 35B: cam mechanism,
36, 36A ... positioning screw, 36B ... first urging portion,
37, 37A ... biasing unit, 37B ... second biasing unit, 40 ... optical axis of projection optical system,
61-64 ... side face of the color composition element, 91 ... rotation axis of the diffusion plate,
351B ... rotating shaft of cam mechanism, 352B ... rotating plate,
353B ... first spacer, 354B ... second spacer,
361, 361A ... screwed portion, 362, 362A ... screwed portion, L ... light,
La ... red light, Lb ... green light, Lc ... blue light,
M: Intermediate image forming position, P1 to P3 ... Image, P4 ... Display image,
S: Projected surface, SL: Scanning line
Claims (9)
前記発光素子アレイから射出された光を被投射面に投射する投射光学系と、
前記発光素子アレイを移動させて前記投射光学系に対する前記発光素子アレイの相対位置を変化させる移動機構と、
を備えていることを特徴とする投射型表示装置。 A light-emitting element array in which a plurality of light-emitting elements that emit light whose light amount is adjusted based on image data are arranged;
A projection optical system for projecting light emitted from the light emitting element array onto a projection surface;
A moving mechanism for moving the light emitting element array to change a relative position of the light emitting element array with respect to the projection optical system;
A projection type display device comprising:
前記複数の発光素子アレイから射出された光を合成する色合成素子と、
を備え、
前記複数の発光素子アレイが前記色合成素子と固定されて発光ユニットを構成しており、前記移動機構が前記発光ユニットを移動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。 A plurality of the light emitting element arrays having different wavelengths of emitted light; and
A color synthesizing element that synthesizes light emitted from the plurality of light emitting element arrays;
With
4. The light emitting unit according to claim 1, wherein the plurality of light emitting element arrays are fixed to the color combining element to form a light emitting unit, and the moving mechanism moves the light emitting unit. The projection type display device described in 1.
前記被投射面の上で、前記走査線を該走査線の交差方向に走査させる走査部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の投射型表示装置。 The light emitting element array is configured by one-dimensionally arranging the plurality of light emitting elements, and light emitted from the light emitting element array forms a scanning line on the projection surface,
5. The projection type display according to claim 1, further comprising: a scanning unit configured to scan the scanning line in a direction intersecting the scanning line on the projection surface. apparatus.
前記移動機構が前記リレー光学系と前記発光素子アレイとを連動させて移動させ、前記投射光学系が前記中間像を投射することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の投射型表示装置。 A relay optical system disposed in an optical path between the light emitting element array and the projection optical system, and forming an intermediate image of light emitted from the light emitting element array;
8. The method according to claim 1, wherein the moving mechanism moves the relay optical system and the light emitting element array in conjunction with each other, and the projection optical system projects the intermediate image. 9. The projection type display device described.
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