JP2003307777A

JP2003307777A - 表示装置

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Publication number: JP2003307777A
Application number: JP2002112405A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hosoda; 康太郎細田; Yoji Noguchi; 要治野口; Makoto Kitagawa; 真北川; Kazuhiro Inoko; 和宏猪子
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP3998503B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ライトバルブにおける走査照明光の輝度を均
一にして画像表示を行うことができるようにする。【解決手段】表示装置は、光源となるランプ１１と、
ランプ１１から出射した光を複数の波長帯域光に分離す
るダイクロイックミラー２１，２２と、分離されたそれ
ぞれの光を整形するスリットが形成された開口板３０
と、整形された光を走査する回転プリズム４０と、走査
光を変調して画像を形成するライトバルブ７０とを備え
る。本発明では、ダイクロイックミラー２１，２２で分
離された光束の走査方向に直交する方向における輝度ム
ラに基づいて、スリットの開口形状を方形以外の特定の
形状とする。これにより、表示画面の輝度分布を均一に
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置、より具
体的には、光束を走査してライトバルブに照射し、ライ
トバルブで変調することによって画像光を生成し、画像
光の投写等によって画像表示を行う表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源と、ライトバルブと、照明光をライ
トバルブ上で走査させる光学系とを有し、ライトバルブ
で変調することにより表示画像光を得るようにした表示
装置が提供されている。このような表示装置は、投写レ
ンズ等の投写手段によってライトバルブによって得られ
た画像光をスクリーン等に投写するようにした投写表示
装置を構成することができる。上記のライトバルブにお
ける照明光の変調は、駆動電子回路によってライトバル
ブの各部分をアドレスして、各部分に変調のための駆動
信号を付与することにより実行される。

【０００３】上記のごとくの表示装置に関し、例えば、
特開平６−３１９１４８号公報によれば、単一のライト
バルブと、そのライトバルブ上を走査する照明光を提供
するために互いに同軸に配置した３つの回転プリズムを
用いた照明系を備えた彩色表示装置が開示されている。
上記公報に記載されている光学系においては、照明光を
ライトバルブ上で走査する手段として、３つの回転プリ
ズムの入射側光路上にそれぞれ方形のスリットを備え、
ライトバルブ上で走査する照明光を整形して方形となる
ようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような装置においては、照明光の走査方向に垂直な方向
において光密度の不均一が生じると、ライトバルブで生
成される画面の輝度不均一に直結する。また、このよう
な不均一性を解消するために、フライアイレンズを使用
して照明光の均一性を向上させることができるが、ライ
トバルブの画面内輝度不均一を完全に解消するために、
フライアイレンズの製造上の誤差を抑えて高精度のフラ
イアイレンズを得ようとすると、フライアイレンズの製
造条件が厳しくなって高価なものになってしまうという
問題がある。

【０００５】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、フライアイレンズのような輝度の均一性を
向上させる部材の有無にかかわらず、ライトバルブにお
ける走査照明光の輝度を均一にし、またフライアイレン
ズを使用する構成においてもそれを高価なものにする必
要なく、均一輝度の照明光によって画像表示を行うこと
ができる表示装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の技術手段は、光源
と、該光源から出射した光を複数の波長帯域光に分離す
る光分離手段と、入射光を変調して画像を形成するライ
トバルブと、前記光分離手段で分離されたそれぞれの光
を走査して前記ライトバルブに入射させる光走査手段
と、前記光分離手段と前記光走査手段の間の光路上に配
置され前記ライトバルブに入射させる光の形状を整形す
るためのスリットとを備える表示装置において、前記ス
リットの開口形状は、方形以外の特定の形状とすること
を特徴としたものである。

【０００７】第２の技術手段は、第１の技術手段におい
て、前記スリットの特定の開口形状は、前記光分離手段
で分離された光束の走査方向に直交する方向における輝
度ムラに基づいて決定された曲線を有する形状とするこ
とを特徴としたものである。

【０００８】第３の技術手段は、第１または２の技術手
段において、前記スリットの特定の開口形状は、前記走
査方向に直交する方向の両端部と該両端部を除く中央部
において、前記走査方向の幅が前記両端部で広く、前記
中央部で狭くなるように構成とすることを特徴としたも
のである。

【０００９】第４の技術手段は、第３の技術手段におい
て、前記スリットの特定の開口形状は、前記両端部の走
査方向の幅は該両端部の全域において均一で、かつ前記
中央部の走査方向の幅は該中央部の全域において均一
で、該両端部と該中央部の接続部分は階段状に幅が変化
するように構成とすることを特徴としたものである。

【００１０】第５の技術手段は、第４の技術手段におい
て、前記スリットの開口が形成される部材は、前記スリ
ットの中央部の走査方向と直交方向の長さ及び該中央部
の走査方向における幅を自在に調整可能に構成とするこ
とを特徴としたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明による表示装置の実施形態
の一例を添付された図面を参照して以下に説明する。な
お、実施形態を説明するための全図において、同様の機
能を有する部分には同じ符号を付け、その繰り返しの説
明は省略する。

【００１２】（実施形態１）図１は、本発明に係る表示
装置の第１の実施形態を示す概略構成図で、図中、１０
は光源部、１１はランプ、１２は楕円面反射鏡、１３は
コールドミラー、１４は照明光出射口、２０はダイクロ
イックミラー系、２１，２２はダイクロイックミラー、
２３，２４はミラー、３０は開口板、Ｏ_R，Ｏ_G，Ｏ_Bは
それぞれ赤，緑，青の３原色光を通過させるためのスリ
ット、４０は回転プリズム、５０，６０はリレーレン
ズ、７０はライトバルブ、８０は投写レンズである。

【００１３】光源部１０は、ランプ１１及び楕円面反射
鏡１２を有している。ランプ１１からの出射光は、コー
ルドミラー１３に照射される。コールドミラー１３で反
射した光束は一連のレンズ群（図示せず）によって変形
され、方形断面光束となって照明光出射口１４を通過
し、ダイクロイックミラー系２０に入射する。ダイクロ
イックミラー系２０は、入射した白色光束を赤、緑、青
の三原色光束に分離する。

【００１４】ダイクロイックミラー系２０は、入射光束
の中央部で互いに直交するように配置された２つのダイ
クロイックミラー２１，２２と、これらダイクロイック
ミラー２１，２２で分離された光を反射する２つのミラ
ー２３，２４とを有している。ダイクロイックミラー２
１，２２では、入射する白色光束のうち緑色光成分のみ
を通過させ、赤色光成分を上方に反射させてミラー２３
に向かわせるとともに、青色光成分を下方に反射させて
ミラー２４に向かわせる。そしてミラー２３は赤色成分
を反射させ、ミラー２４は青色成分を反射させ、それぞ
れ緑色光の進行方向に出射させる。

【００１５】すなわちダイクロイックミラー系２０は、
白色光束を三原色のカラーバンドＲ，Ｇ，Ｂの光束に分
離し、これら分離光を垂直方向に並進する状態で出射さ
せる機能を有する。分離された光束は、開口板３０に垂
直方向に並設された３つのスリットＯ_R，Ｏ_G，Ｏ_Bをそ
れぞれ通過する。

【００１６】各スリットＯ_R，Ｏ_G，Ｏ_Bを通過した三原
色の光束は、回転プリズム４０による光学的走査機構に
入射する。回転プリズム４０は、例えば、断面が方形
で、かつ平坦な等面積の４側面を有するプリズム部材に
よって構成され、映像信号に同期して駆動するモータ
（図示せず）により水平方向の中心軸の周りに回転す
る。これにより、回転プリズム４０に入射する入射光
は、上記等面積の４側面のいずれかに入射して屈折し、
リレーレンズ５０に向かって出射する。このときに、回
転プリズム４０の回転によって、三原色の光束が上方も
しくは下方に順次に走査される。

【００１７】走査された三原色の光束Ｒ，Ｇ，Ｂは、２
つのリレーレンズ５０，６０を経て、ライトバルブ７０
に向かって出射する。リレーレンズ５０，６０は、各ス
リットＯ_R，Ｏ_G，Ｏ_Bから出射した光束をライトバルブ
７０上で結像する結像系を構成している。ライトバルブ
７０は、方形作動面を有する透過型ＬＣＤからなり、順
次走査される三原色の光束が入射される。ライトバルブ
７０には、色に応じた映像情報が入力され、その映像情
報に応じて入射光を変調して映像光を得る。この映像光
を投射レンズ８０で投写することによって、例えば投射
スクリーンのような適切な観測面上に表示画面を投影表
示することができる。

【００１８】図２は、本発明のスリット構成を導くため
の矩形スリット構成を示す図で、図３は、図２に示すス
リットを使用した場合の表示画面に生じる輝度の不均一
を概念的に示す図である。上述したような表示装置の光
学系において、図２に示すような方形の開口Ｏ₁を有す
るスリットを使用した場合に、図３に示すように、投影
表示される表示画面９０において輝度の不均一が生じる
ことがある。すなわち、表示画面９０の走査方向９１の
直交方向における中央部９２から両端部９３にかけてグ
ラデーション状に徐々に輝度が低下して、連続的な輝度
の不均一が発生する。

【００１９】図４は、本発明の表示装置に適用されるス
リット構成の一例を示す図である。本実施形態では、図
４に示したような形状の開口Ｏ₂を有するスリットを使
用することにより、投影画像の輝度分布を均一にする。
例えば、図３において走査方向の直交方向に対応するｘ
軸上の位置ｘにおける輝度がＬ（ｘ）であるとき、輝度
を均一にするスリット形状は、図４に示すようにｙ方向
（走査方向に対応）が直線で、ｘ方向（走査方向の直交
方向に対応）が曲線のスリット形状となる。このとき曲
線部分は、ｙ（ｘ）＝Ｃ÷Ｌ（ｘ）（Ｃは定数）で表す
ことができる。なお、ここではスリットをｘ軸に対称な
形状とし、ｙ（ｘ）は片側の形状を表す。また図２及び
図４のスリットのいずれの場合においても、スリットの
開口が照明光で満たされていることを前提とする。ま
た、上記関係式を満足するとき、Ｃの値はできる限り大
きくとるほうが、表示画面の輝度が向上する。

【００２０】（実施形態２）図５は、本発明に係る表示
装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。本実施
形態の光学系は、図１で示した第１の実施形態の光学系
に対して光束平均化レンズ群１６を加え、さらに図１の
楕円面反射鏡１２を放物面反射鏡１５に変更した光学系
である。なお、楕円面反射鏡１２はその断面が楕円の一
部によって構成された形状を有し、また放物面反射鏡１
５は、断面が放物線によって構成されたものである。光
束平均化レンズ群１６は、フライアイレンズ１７，ＰＳ
コンバータ１８、及びコンデンサレンズ１９により構成
されている。

【００２１】本実施形態の光学系では、光束平均化レン
ズ群１６にフライアイレンズ１７を使用するため、第１
の実施形態における楕円面反射鏡１２で集光した光学系
よりも集光効率や光束の均一性に優れる。ランプ１１か
ら出射した光束は、フライアイレンズ１７を通過するこ
とにより、３原色の各色に対応するスリットＯ_R，Ｏ_G，
Ｏ_Bにおいて長方形に集光されるが、フライアイレンズ
１７は製造上の制約から、完璧な形状を得ることができ
ない場合がある。

【００２２】図６は、フライアイレンズの精度によって
生じる照明光の形状を概念的に示す図で、フライアイレ
ンズ系を経てスリットに入射する直前の照明光の形状を
図６（Ａ）に、スリットを通過したあとの照明光を図６
（Ｂ）に示すものである。例えば、フライアイレンズ１
７を構成する各セルの端部形状が設計値からずれて製作
された場合、照明光がその部分においてぼやけてしま
う。すなわち、図６（Ａ）に示したように、スリットＯ
_R，Ｏ_G，Ｏ_Bに入射する照明光は、投影画面の両端に相
当する両端部１０１において、光束の密度が低くなって
広がった形状となる。そのため、理想の照明光形状に基
づいた図２に示したような方形の開口Ｏ₁を有するスリ
ットを通過させると、スリットの両端部１０１では中央
部１００よりもより多くの光量が遮られるため、図６
（Ｂ）に示すように、両端部１０１の光量が少なく、中
央部１００に比して両端部１０１の輝度が低い光束とな
ってしまう。

【００２３】図７は、本発明の表示装置に適用するスリ
ットの構成の他の例を示す図である。上記のように両端
部１０１の光密度が低い照明光をライトバルブの画面上
に走査させると、走査方向の長さが等しいにもかかわら
ず、照明光の両端部１０１と中央部１００で光密度が異
なるため、結果として不均一な輝度分布となってしま
う。そこで、図７に示すような開口Ｏ₃を有するスリッ
トを構成する。

【００２４】すなわち、走査方向に直交する方向の両端
部１０１と両端部を除く中央部１００において、走査方
向の幅が両端部１０１で広く、中央部１００で狭くなる
ようにし、両端部１０１の走査方向の幅はその全域にお
いて均一で、かつ中央部１００の走査方向の幅はその全
域において均一で、両端部１０１と中央部１００の接続
部分は階段状に幅が変化するように構成されている。す
なわち本実施形態のスリットの開口Ｏ₃は、凹形状の底
辺を対象軸として左右対称に凹型の開口を有する１２角
形を有している。このような形状にすることにより、密
度が低下した部分の照明光の通過面積を相対的に増加さ
せ、画面上を走査したときに、照明光の面積と密度が積
分されて均一な輝度分布を得ることができるようにな
る。

【００２５】また、上記のようなフライアイレンズ１７
による照明光密度の不均一に起因するものでなくても、
画面上を走査させた状態で輝度分布が同様の状態で不均
一になっていれば、図７に示すような形状の開口Ｏ₃を
有するスリットを用いることによって、輝度分布を補正
することが可能である。輝度分布の不均一の要因に関わ
りなく、図２に示したような方形の開口Ｏ₁を有するス
リットを使用したときの輝度分布が、図８に示す表示画
面９０において中央部の高輝度部分９４と両端部の低輝
度部分９５とに別れてしまう場合、以下の手法で輝度の
不均一を改善できる。

【００２６】すなわち、表示画面９０における高輝度部
分９４の輝度をａ、低輝度部分９５の輝度をｂとすると
き、輝度不均一を改善するためには、図７におけるｘと
ｙの比がｘ：ｙ＝ｂ：ａであるスリットを用いればよ
い。なお、いずれの場合においても、スリットの開口が
照明光で満たされていることを前提とする。また、上記
関係式と前提を満たせば、ｘの値はできる限り大きくと
るほうが表示画面の輝度が向上する。

【００２７】（実施形態３）図９は、本発明による表示
装置の第３の実施形態を説明するための概略構成図で、
表示装置に適用するスリットの開口形状を可変に設定可
能な開口板の他の構成例を示すものである。本実施形態
の表示装置は、実施形態２で説明した図５に示す光学系
において、図９に示すスリットを適用した構成を有する
ものである。

【００２８】スリットが形成された開口板３０は可動部
を有し、スリットの開口形状を調整することができる。
すなわち、開口板３０は、スリット用の開口が設けられ
たベースユニット３１を有し、そのベースユニット３１
に対してスリットの開口Ｏの形状を変化させるための遮
光板３２が留め具３５によって固定されている。そして
さらにベースユニット３１の裏側にも、同様の目的で同
形状の遮光板３３が留め具３５と同じ部材を用いて固定
されている。また、２つの遮光板３２，３３は、互いに
バンド３４で接続され、遮光板３２，３３の位置を移動
させることができるようになっている。

【００２９】バンド３４の長さは、遮光板３２，３３を
一つの遮光板とみなしたときに、遮光板３２，３３がス
リットの開口Ｏにおいて走査方向の直交方向に対応する
方向（図８の縦方向）の中心に位置するように、決めら
れている。遮光板３２，３３は、走査方向に対応する方
向及びその直交方向（図８の横方向及び縦方向）に、バ
ンド３４をたるませることなく自在に移動させることが
でき、また移動させた状態で留め具３５によって固定す
ることができる。

【００３０】上記のような遮光板３２，３３とその保持
のための留め具３５及びバンド３４によるユニットは、
スリットの両側（走査方向に対応する方向における両
側）に設けられていて、これらのユニットによってスリ
ットの開口Ｏの形状を調整することができる。

【００３１】ここで、図１に示す実施形態１と同様な構
成を持つ光学系において、図９に示したような開口板３
０を適用する。このときにスリットの開口Ｏを最大に広
げて開口形状を長方形にし、この状態で画像の輝度分布
を確認する。このとき、図８に示す表示画面９０内で、
中央部の高輝度部分９４の輝度をａ、両端部の低輝度部
分９５の輝度をｂとし、またその幅がｐ：ｑであった場
合、この輝度不均一を改善するためには、図９において
ｕ：ｖ＝ｐ：ｑ、かつｘ：ｙ＝ｂ：ａとなるように開口
Ｏを調整する。ただし、いずれの場合においても、スリ
ットの開口Ｏが照明光で満たされていることを前提とす
る。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光分離手段で分離された光束の走査方向に直
交する方向における輝度ムラに基づいて、スリットの開
口形状を方形以外の特定の形状とすることにより、表示
画面の輝度分布を均一にすることができる表示装置を得
ることができる。また、フライアイレンズを使用する場
合には、スリットにおいて表示画面の輝度が均一になる
ように調整できるため、フライアイレンズ自体の高い精
度を要求しなくてもよく、低コストで光学系を作製する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表示装置の第１の実施形態を示す
概略構成図である。

【図２】本発明のスリット構成を導くための矩形スリッ
ト構成を示す図である。

【図３】図２に示すスリットを使用した場合の表示画面
に生じる輝度の不均一を概念的に示す図である。

【図４】本発明の表示装置に適用されるスリット構成の
一例を示す図である。

【図５】本発明に係る表示装置の第２の実施形態を示す
概略構成図である。

【図６】フライアイレンズの精度によって生じる照明光
の形状を概念的に示す図である。

【図７】本発明の表示装置に適用するスリットの構成の
他の例を示す図である。

【図８】表示画面における輝度分布の一例を説明するた
めの図である。

【図９】本発明による表示装置の第３の実施形態を説明
するための概略構成図である。

【符号の説明】

１０…光源部、１１…ランプ、１２…楕円面反射鏡、１
３…コールドミラー、１４…照明光出射口、１５…放物
面反射鏡、１６…光束平均化レンズ群、１７…フライア
イレンズ、１８…ＰＳコンバータ、１９…コンデンサレ
ンズ、２０…ダイクロイックミラー系、２１，２２…ダ
イクロイックミラー、２３，２４…ミラー、３０…開口
板、３１…ベースユニット、３２，３３…遮光板、３４
…バンド、３５…留め具、４０…回転プリズム、５０，
６０…リレーレンズ、７０…ライトバルブ、８０…投写
レンズ、９０…表示画面、９１…走査方向、９２…中央
部、９３…両端部、９４…高輝度部分、９５…低輝度部
分、１００…中央部、１０１…両端部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｚ (72)発明者北川真大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者猪子和宏大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H041 AA02 AA08 AB03 AC01 AZ01 AZ05 2H042 AA12 AA28 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2K103 AA01 AB05 BC01 BC09 BC19 BC38 5C058 AB03 BA06 EA11 EA12 EA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源から出射した光を複数の
波長帯域光に分離する光分離手段と、入射光を変調して
画像を形成するライトバルブと、前記光分離手段で分離
されたそれぞれの光を走査して前記ライトバルブに入射
させる光走査手段と、前記光分離手段と前記光走査手段
の間の光路上に配置され前記ライトバルブに入射させる
光の形状を整形するためのスリットとを備える表示装置
において、前記スリットの開口形状は、方形以外の特定
の形状であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】請求項１に記載の表示装置において、前
記スリットの特定の開口形状は、前記光分離手段で分離
された光束の走査方向に直交する方向における輝度ムラ
に基づいて決定された曲線を有する形状であることを特
徴とする表示装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の表示装置にお
いて、前記スリットの特定の開口形状は、前記走査方向
に直交する方向の両端部と該両端部を除く中央部におい
て、前記走査方向の幅が前記両端部で広く、前記中央部
で狭くなるように構成されていることを特徴とする表示
装置。
【請求項４】請求項３に記載の表示装置において、前
記スリットの特定の開口形状は、前記両端部の走査方向
の幅は該両端部の全域において均一で、かつ前記中央部
の走査方向の幅は該中央部の全域において均一で、該両
端部と該中央部の接続部分は階段状に幅が変化するよう
に構成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項５】請求項４に記載の表示装置において、前
記スリットの開口が形成される部材は、前記スリットの
中央部の走査方向と直交方向の長さ及び該中央部の走査
方向における幅を自在に調整可能に構成されていること
を特徴とする表示装置。