JPH1152889A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JPH1152889A
JPH1152889A JP9206655A JP20665597A JPH1152889A JP H1152889 A JPH1152889 A JP H1152889A JP 9206655 A JP9206655 A JP 9206655A JP 20665597 A JP20665597 A JP 20665597A JP H1152889 A JPH1152889 A JP H1152889A
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color
image
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led light
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JP9206655A
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Inventor
Makoto Kobu
真 小夫
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】光源における発熱を有効に軽減し、色分解のス
ペースを小さくする。 【解決手段】3色画素が隣接配列するカラー画素をN
個、2次元的に配列し3色画像を表示する透過型空間変
調素子10と、これに各色画像を表示させる駆動手段1
2と、各カラー画素と1対1に対応してN個のマイクロ
レンズを配列したマイクロレンズアレイ14と、3色L
EDを1ブロックに構成したn(<N)個の3色LED
光源161,162,..と、これと1対1に対応する
n個の集光レンズを、透過型空間変調素子と対応して、
1次元的又は2次元的に配列した集光レンズアレイ18
と、透過型空間変調素子のカラー画像を表示する表示媒
体30と、これにカラー画像を投影する結像光学系2
0,22とを有し、各色LEDからの光が、集光レンズ
とこれに対応する個々のマイクロレンズとにより、集光
レンズに対応する各カラー画素における各色画素に入射
するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は画像表示装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】カラー画像をスクリーン上に投影して表
示する画像表示装置として「単板式の液晶カラーパネ
ル」を用いるものが知られている。この画像表示装置で
は、単板式の液晶カラーパネルに赤・緑・青画像を同時
に表示し、白色光源からの白色光を3枚のダイクロイッ
クミラーで「互いに角度を成して交わる3色(赤・緑・
青)の平行光束」に色分解した光で照射し、液晶カラー
パネルを透過した光束を結像光学系でスクリーン上に投
影結像してカラー画像の表示を行う。
【0003】この画像表示装置は比較的大型のスクリー
ンにカラー画像を表示できるが、メタルハライドランプ
のように100Wに近い強力光源が必要であり、光源の
発熱量が大きいため専用の冷却手段が必要となり、冷却
用のエネルギ消費が大きいという問題がある。また、光
源からの光束の色分解に3枚のダイクロイックミラーを
用いるため、色分解のためのスペースが大きくなり、画
像表示装置本体のコンパクト化が難しい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、投影型の
画像表示装置において、光源における発熱を有効に軽減
し、且つ、光源および色分解のスペースを小さくするこ
とを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の「画像表示装
置」は、透過型空間変調素子と、駆動手段と、マイクロ
レンズアレイと、3色LED光源と、集光レンズアレイ
と、表示媒体と、結像光学系とを有する。「透過型空間
変調素子」は、カラー画像を構成する3色の画像をA画
像、B画像およびC画像とするとき、A色を表示するA
色画素と、B色を表示するB色画素と、C色を表示する
C色画素とが互いに隣接配列して単位のカラー画素をな
し、このようなカラー画素がN(>>1)個、2次元的
に密に配列一体化され、A色画像、B色画像およびC色
画像を表示される素子である。各色画素は透過型であ
り、例えばA色画素の2次元配列において、透過状態の
A色画素の分布が「A色画像」をなす。透過型空間変調
素子としては、前述の「単板式の液晶カラーパネル」を
好適に用いることができる。「駆動手段」は、該透過型
空間変調素子に、A色画像、B色画像、C色画像を表示
させる手段で、インタフェイスを有し、コンピュータ等
の外部機器から入力されるカラー画像情報に従って透過
型空間変調素子を駆動し、上記各色画像を表示させる。
【0006】「マイクロレンズアレイ」は、N個のマイ
クロレンズを2次元的にアレイ配列したものであって、
マイクロレンズアレイを構成する個々のマイクロレンズ
は、透過型空間変調素子の各カラー画素と1対1に対応
する。「3色LED光源」は、A色光を放射するA色L
EDと、B色光を照射するB色LEDと、C色光を照射
するC色LEDとを1ブロックに構成したもので、この
ような3色LED光源がn(<N)個用いられる。「集
光レンズアレイ」は、n個の集光レンズを、透過型空間
変調素子と対応して、1次元的もしくは2次元的に配列
して成り、各3色LED光源は、各集光レンズと1対1
に対応するように配備される。「表示媒体」は、透過型
空間変調素子に表示されたカラー画像を表示する媒体で
ある。「結像光学系は」、透過型空間変調素子に表示さ
れたカラー画像を、表示媒体に向かって投影結像させる
光学系である。そして、各3色LED光源の各色LED
からの光が、各3色LED光源に対応する集光レンズ
と、該集光レンズに対応する個々のマイクロレンズとに
より、該集光レンズに対応する各カラー画素における対
応色の色画素に入射するように構成される(請求項
1)。
【0007】即ち、1つの3色LEDは1つの集光レン
ズに対応し、1つの集光レンズにはマイクロレンズアレ
イにおける複数のマイクロレンズが対応する。例えば、
1つの集光レンズにm個のマイクロレンズが対応するも
のとすると、m個のマイクロレンズはm個のカラー画素
に対応し、各カラー画素はA色画素とB色画素とC色画
素で構成されている。そこで、1つの3色LED光源の
うち、例えばA色LEDが点灯されると、このA色LE
DからのA色光は、該A色LEDの属する3色LED光
源に対応する集光レンズにより、m個のマイクロレンズ
に照射される。これらm個のマイクロレンズの個々は、
照射されるA色光を各マイクロレンズに対応するカラー
画素中のA色画素に入射させるのである。
【0008】マイクロレンズアレイと透過型空間変調素
子の位置関係は「マイクロレンズアレイを、透過型空間
変調素子に密着もしくは極く近接して設ける」ことが好
ましい(請求項2)。また、個々の3色LED光源は、
3色LED光源における中央のLED光源が、この3色
LED光源に対応する集光レンズの光軸上の焦点位置に
配備されることができる(請求項3)。A,B,C色
は、これらの合成によりカラー画像を表現できるもので
あればよく、種々の組合せが可能であるが、特に「A,
B,C色をそれぞれ、赤、緑、青とする組合せ」は、こ
れら赤、緑、青の光を放射するLEDが安価に入手でき
る点で好適である(請求項4)。透過型空間変調素子に
表示されたカラー画像を表示媒体に向かって投影結像さ
せる結像光学系は、「フィールドレンズとしてのフレネ
ルレンズと、結像レンズ系」で構成することができる
(請求項5)。また、各3色LED光源における各色L
EDの発光電流を「調整可能」とすることができる(請
求項6)。このようにすることにより、表示カラー画像
のカラーバランスの調整が可能である。
【0009】さらに、複数の3色LED光源を同一基板
に配備し、該同一基板を介して3色LED光源を冷却す
る冷却手段を有することができる(請求項7)。冷却手
段としては、冷却風を吹き付けるような「積極的な冷却
手段」でも良いし、上記同一基板に冷却フィンを設ける
ような「消極的な冷却手段」でもよく、あるいは冷却フ
ィンと冷却風を組み合わせた冷却手段とすることもでき
る。このような冷却手段を設けることにより、光源とし
て用いられるLEDの発光強度が増大し、表示画像を明
るくできる。カラー画像を表示する記録媒体としては、
通常のプロジェクタ用スクリーンや凹面鏡(結像光学系
により投影結像されるカラー画像を反射結像し、虚像も
しくは実像として観察できるようにする)や、凹面鏡の
作用を持つ「ホログラムコンバイナ」を利用することも
できる。ホログラムコンバイナは、ホログラムによる平
面状のパネルであるが、表示カラー画像の歪みを補正し
たり、パネル背後の画像と表示カラー画像を合成して観
察することもできる。
【0010】この発明の画像表示装置は、光源としてL
EDを用いるので、比較的小型画面へのカラー画像表示
が適しており、表示媒体としては「対角長:30インチ
以下のスクリーン(プロジェクタ用スクリーンや凹面
鏡、ホログラムコンバイナ)」が好適であり、この程度
の大きさのスクリーンであると、画像表示装置をパーソ
ナルユーズのデスクトップ型として好適に実現できる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1において、符号10は「透過
型空間変調素子」としての単板式の液晶カラーパネル、
符号12は「駆動手段」としての駆動回路、符号14は
マイクロレンズアレイ、符号161,162,163は
3色LED光源、符号18は集光レンズアレイ、符号1
7は基板、符号20は結像レンズ系、符号22はフレネ
ルレンズ、符号30は「表示媒体」としてのスクリーン
をそれぞれ示している。以下に説明する実施の形態にお
いて、色:A・B・Cは、それぞれ赤・緑・青であると
する(請求項4)。
【0012】液晶カラーパネル10は、カラー画像を赤
・緑・青の3色画像で表示する液晶パネルで、個々の赤
色画素、緑色画素、青色画素は微少な液晶スイッチで、
光の透過強度を制御できるようになっている。赤色画素
・緑色画素・青色画素は、互いに隣接して1単位の「カ
ラー画素」を構成し、このようなカラー画素がN(>>
1)個、2次元平面的に配列されて液晶カラーパネル1
0を構成する。
【0013】表示すべきカラー画像はコンピュータやビ
デオデッキ等の外部機器から「カラー画像情報」として
駆動回路12に入力する。駆動回路12は、カラー画像
情報のうちの「赤画像情報」に従い、液晶カラーパネル
10の赤色画素を光透過状態にし、「緑画像情報」およ
び「青画像情報」に従い、それぞれ緑色画素および青色
画素を透過状態にする。従って、例えば、液晶カラーパ
ネル10における「透過状態の赤色画素」の2次元分布
は「赤色画像」を表す。この赤色画像に赤色光を透過さ
せ、透過赤色光をスクリーン30上に結像させれば赤色
画像を表示できる。同様に、透過状態となった緑色画素
の分布で表される「緑色画像」に選択的に緑色光を透過
させ、透過光をスクリーン30上に結像させれば「緑色
画像」を表示でき、透過状態となった青色画素の分布で
表される「青色画像」に選択的に青色光を透過させ、透
過光をスクリーン30上に結像させれば「青色画像」を
表示できる。そしてスクリーン30上において、上記
「赤色画像・緑色画像・青色画像」を同時に表示するこ
とにより、カラー画像が表示される。
【0014】マイクロレンズ14は、マイクロレンズを
2次元的にアレイ配列したものであるが、個々のマイク
ロレンズは液晶カラーパネル10における「カラー画
素」と1:1に対応する。即ち、マイクロレンズの個数
はN個で、カラー画素の数と同一であり、マイクロレン
ズの2次元配列はカラー画素の2次元配列と「合同的に
同一」である。
【0015】3色LED光源161,162,163等
は全部でn(<N)個あり、これらは通常、2次元的に
配列される。個々の3色LED光源は、赤色LED(赤
色光を放射するLED)と、緑色LED(緑色光を放射
するLED)と、青色LED(青色光を放射するLE
D)とを近接させ、1ブロックに一体化したものであ
り、3色LED光源における赤色LED・緑色LED・
青色LEDの配列は、個々のカラー画素における赤色画
素・緑色画素・青色画素の配列と対応している。 カラー画素:N個に対して、n個の3色LED光源が配
備されるから、1個の3色LED光源は、N/n個のカ
ラー画素に対応することになる。
【0016】集光レンズアレイ18は、3色LED光源
と同数(n個)の同一の集光レンズをアレイ配列したも
のであり、アレイ配列は、3色LED光源と1対1に対
応するような配列である。フレネルレンズ22は「フィ
ールドレンズ」としての機能を持ち、結像レンズ20と
ともに「結像光学系」を構成する。
【0017】即ち、図1に実施の形態を示す画像表示装
置は、赤色画素と緑色画素と青色画素とが互いに隣接配
列して「単位のカラー画素」をなし、このようなカラー
画素がN(>>1)個、2次元的に密に配列一体化され
て、赤、緑および青色画像を表示される透過型空間変調
素子10と、該透過型空間変調素子10に、赤、緑、青
色画像を表示させる駆動手段12と、透過型空間変調素
子10の各カラー画素と1対1に対応してN個のマイク
ロレンズを配列されたマイクロレンズアレイ12と、赤
色LEDと緑色LEDと青色LEDとを1ブロックに構
成したn(<N)個の3色LED光源161,162,
163,..と、3色LED光源161等と1対1に対
応するように配備されたn個の集光レンズを、透過型空
間変調素子10と対応して1次元的もしくは2次元的に
配列して成る集光レンズアレイ18と、透過型空間変調
素子10に表示されたカラー画像を表示する表示媒体3
0と、表示媒体30に向かって、透過型空間変調素子1
0に表示されたカラー画像を投影結像させる結像光学系
20,22とを有する(請求項1)。
【0018】マイクロレンズアレイ14は、透過型空間
変調素子である液晶カラーパネル10に密着して設けら
れている(請求項2)。このように、マイクロレンズア
レイ14を液晶カラーパネル10に密着して設けること
により、個々のマイクロレンズとカラー画素の位置関係
を正確に定めることができる。
【0019】図2は、図1に示す実施の形態における、
液晶カラーパネル10と、マイクロレンズアレイ14
と、集光レンズアレイ18の、3色LED光源162に
対応する部分を説明図的に示している。図2示すよう
に、3色LED光源162は、赤色LED162Rと緑
色LED162Gと青色LED162Bとを密接して配
列し、1ブロックとして一体化したものであり、集光レ
ンズアレイ18における集光レンズ182に対応して配
備されている。集光レンズ182は、図中に符号Dで示
す2次元領域内のカラー画素をカバーしている。
【0020】液晶カラーパネル10は、カラー画素EC
を2次元配列したものであるが、個々のカラー画素EC
は、赤色を表示する赤色画素ERと、緑色を表示する緑
色画素EGと、青色を表示する青色画素EBとを互いに
隣接配列したものである。これらのカラー画素ECの一
つ一つにマイクロレンズアレイの1個のマイクロレンズ
が対応しており、各マイクロレンズの光軸は、対応する
カラー画素における緑色画素EGの中心を通っている。
集光レンズ182には、2次元領域D内のマイクロレン
ズが対応し、3色LED光源161の各色光源からでた
光は、集光レンズ182により集光されて、2次元領域
D内における全てのマイクロレンズに入射する。図2に
図示されない他の3色LED光源と、集光レンズ、マイ
クロレンズアレイ、液晶カラーパネルの位置関係も同様
になっている。
【0021】図2に示すように、3色LED光源162
における中央のLED光源(162G)は、3色LED
光源162に対応する集光レンズ182の光軸上の焦点
位置に配備される(請求項3)。即ち、3色LED光源
162は集光レンズ182の焦点面上にあり、赤色LE
D162Rからの赤色光束、緑色LED162Gからの
緑色光束、青色LED162Bからの青色光束は、何れ
も、集光レンズ182を透過すると「平行光束」にな
る。これらのうち、緑色光束は集光レンズ182の光軸
に平行であり、赤色および青色光束は集光レンズ182
の光軸に対して互いに対称的に傾いた光束となる。ここ
で、3色LED光源162の個々のLEDから集光レン
ズ182の光軸に平行に放射された光線を考えてみる
と、これらは図2に示すように進行し、集光レンズ18
2により屈折され、いずれも同一のマイクロレンズ14
2に入射する。赤・緑・青色の各光線は、それぞれマイ
クロレンズ142により屈折され、マイクロレンズ14
2に対応するカラー画素の対応する色画素に到達し、当
該画素が透過状態であれば、これを透過する。他の光線
に就いても同様である。即ち、3色LED光源162の
各色LEDからの光は、3色LED光源162に対応す
る集光レンズ182と、この集光レンズに対応する個々
のマイクロレンズ142等とにより、集光レンズ182
に対応する(2次元領域D内の)各カラー画素における
各色画素に入射する(請求項1)。他の3色LED光源
からの光束に就いても同様であり、このようにして、液
晶カラーパネル10に表示された赤・緑・青色画像を透
過した赤・緑・青色光束が得られ、これら3色の光束は
フィールドレンズとしてのフレネルレンズ22を介して
結像レンズ系20に入射し、これらにより構成される
「結像光学系」により、表示媒体としてのスクリーン3
0に向かって投影結像され(請求項5)、スクリーン3
0上に所望の「カラー画像」が表示される。結像光学系
にフレネルレンズをフィールドレンズとして用いること
により、結像レンズ系20の口径を大口径化することな
く、明るいカラー画像を結像できる。各3色LED光源
における各色LEDは「発光電流を調整可能」であり
(請求項6)、スクリーン30上に表示されたカラー画
像を観察しながら上記発光電流を調整する(駆動回路に
調整手段が搭載されている)ことにより、好みに応じた
カラーバランスを実現できる。
【0022】図1に示すように、3色LED光源16
1,162,163等は、同一の基板17に配備されて
いる。基板17には放熱フィン17Aは配備されてい
る。これにより3色LED光源161,162等は基板
17を介して冷却され、常に高い発光強度を維持して明
るいカラー画像の表示が可能となる。図1に実施の形態
を示された画像表示装置は「パーソナルユーズ」のデス
クトップ型であり、表示媒体であるスクリーン30は
「対角長が20インチのスクリーン」である(請求項
8)。なお、画像表示装置全体の構成としては、図1に
おいてスクリーン30を除く部分を「プロジェクタ」と
して構成し、スクリーン30を別体に構成してよく、ま
たプロジェクタから射出する結像光束を、ミラー等の適
宜の「光路折り曲げ手段」を介して、表示媒体に投影す
ることもできる。カラー画素の2次元配列は「マトリッ
クス状」としても良いし、所謂「千鳥配列」でもよい。
これらの2次元配列に対応してマイクロレンズアレイの
マイクロレンズ配列もマトリックス状もしくは千鳥状に
なる。
【0023】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な画像表示装置を実現できる。この発明の画像表
示装置は、光源として発熱量が少なく小型の3色LED
光源を用いるので、画像表示装置内に専用の冷却手段を
必要としないか、必要とする場合でも、冷却フィン等の
簡単なものですみ、大きい冷却用スペースを必要とせ
ず、また、光源として、3色の光を個別的に放射する3
色LED光源を用いるので光源光の色分解が不用で色分
解用のスペースが不用となるので、画像表示装置をコン
パクトに構成できる(請求項1〜8)。
【0024】請求項2記載の発明では、マイクロレンズ
アレイを液晶カラーパネルに密着もしくは極く近接させ
て設けることにより、個々のマイクロレンズとカラー画
素の位置関係を正確に定めることができる。
【0025】また請求項5記載の発明では、結像光学系
にフレネルレンズをフィールドレンズとして用いること
により、結像レンズ系の口径を大口径化することなく、
明るいカラー画像を結像でき、請求項6記載の発明で
は、好みに応じたカラーバランスを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を説明するための図であ
る。
【図2】上記実施の形態における光学作用を説明するた
めの図である。
【符号の説明】
10 透過型空間変調素子 14 マイクロレンズアレイ 18 集光レンズアレイ 161,162,.. 3色LED光源 20 結像レンズ系 22 フレネルレンズ 30 表示媒体

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カラー画像を構成する3色の画像をA画
    像、B画像およびC画像とするとき、 A色を表示するA色画素と、B色を表示するB色画素
    と、C色を表示するC色画素とが互いに隣接配列して単
    位のカラー画素をなし、このようなカラー画素がN(>
    >1)個、2次元的に密に配列一体化されて、A色画
    像、B色画像およびC色画像を表示される透過型空間変
    調素子と、 該透過型空間変調素子に、上記A色画像、B色画像、C
    色画像を表示させる駆動手段と、 上記透過型空間変調素子の各カラー画素と1対1に対応
    してN個のマイクロレンズを配列されたマイクロレンズ
    アレイと、 n(<N)個の集光レンズを、上記透過型空間変調素子
    と対応して、1次元的もしくは2次元的に配列して成る
    集光レンズアレイと、 A色光を放射するA色LEDと、B色光を放射するB色
    LEDと、C色光を放射するC色LEDとを1ブロック
    に構成したn個の3色LED光源と、 上記透過型空間変調素子に表示されたカラー画像を表示
    する表示媒体と、 該表示媒体に向かって、上記透過型空間変調素子に表示
    されたカラー画像を投影結像させる結像光学系とを有
    し、 上記n個の3色LED光源の個々は、上記集光レンズア
    レイの各集光レンズと1:1に対応し、各3色LED光
    源の各色LEDからの光が、各3色LED光源に対応す
    る集光レンズと、この集光レンズに対応する個々のマイ
    クロレンズとにより、上記集光レンズに対応する各カラ
    ー画素における対応色の色画素に入射するように構成し
    たことを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の画像表示装置において、 マイクロレンズアレイが、透過型空間変調素子に密着も
    しくは極く近接して設けられていることを特徴とする画
    像表示装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2記載の画像表示装置にお
    いて、 各3色LED光源における中央のLED光源が、この3
    色LED光源に対応する集光レンズの光軸上の焦点位置
    に配備されることを特徴とする画像表示装置。
  4. 【請求項4】請求項1または2または3記載の画像表示
    装置において、 A,B,C色がそれぞれ、赤、緑、青であることを特徴
    とする画像表示装置。
  5. 【請求項5】請求項1〜4の任意の1に記載の画像表示
    装置において、 結像光学系が、フィールドレンズとしてのフレネルレン
    ズと、結像レンズ系とで構成されることを特徴とする画
    像表示装置。
  6. 【請求項6】請求項1〜5の任意の1に記載の画像表示
    装置において、 各3色LED光源における各色LEDの発光電流が調整
    可能であることを特徴とする画像表示装置。
  7. 【請求項7】請求項1〜6の任意の1に記載の画像表示
    装置において、 複数の3色LED光源が同一基板に配備され、該同一基
    板を介して3色LED光源を冷却する冷却手段を有する
    ことを特徴とする画像表示装置。
  8. 【請求項8】請求項1〜7の任意の1に記載の画像表示
    装置において、 表示媒体が対角長:30インチ以下のスクリーンもしく
    は凹面鏡またはホログラムコンバイナであることを特徴
    とする画像表示装置。
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