KR100745869B1 - 화상 표시 장치 및 프로젝터 - Google Patents
화상 표시 장치 및 프로젝터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조하여 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서, 상기 광원으로부터의 광을 변조하는 규칙 배열된 제 1 광 변조 소자와, 상기 제 1 광 변조 소자로부터의 광을 변조하는 규칙 배열된 제 2 광 변조 소자와, 상기 제 1 광 변조 소자에서 변조된 광선을 상기 제 2 광 변조 소자로 안내하는 조명 광학계를 갖고, 상기 조명 광학계는 상기 제 1 광 변조 소자와 제 2 광 변조 소자 사이에 제 1 광 변조 소자의 광선을 제 2 광 변조 소자의 소정 위치로 분광 조명하는 광학 소자를 구비하고, 상기 광학 소자는, 굴절면을 구비하는 프리즘 소자로 이루어지는 프리즘군을 갖고, 상기 굴절면은 상기 입사광을 소정 방향으로 굴절시키는 화상 표시 장치.
Description
도 1은 본 발명의 제 1 형태의 실시예 1에 따른 화상 표시 장치의 개략 구성도,
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 제 1 광 변조 소자의 주기 구조를 나타내는 설명도,
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 프리즘군의 사시 구성을 나타내는 도면,
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 제 1 광 변조 소자와 릴레이 렌즈에 포함되는 프리즘군의 위치 관계를 나타내는 설명도,
도 5는 제 1 광 변조 소자에 있어서의 개구부와 릴레이 렌즈에 포함되는 프리즘군의 위치 관계를 나타내는 평면도,
도 6은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치의 제 1 광 변조 소자에 있어서의 개구부와 릴레이 렌즈에 포함되는 프리즘군의 위치 관계를 나타내는 평면도,
도 7은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치의 제 1 광 변조 소자에 있어서의 개구부와 릴레이 렌즈에 포함되는 프리즘군의 위치 관계를 나타내는 평면도,
도 8은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 릴레이 렌즈에 포함되는 프리즘군의 확대도,
도 9(a)∼(d)는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 제 2 광 변조 소자에 투사되는 투사 이미지의 위치를 프리즘 소자의 굴절면에의 입사광에 따라 나눠 나타내는 설명도,
도 10은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 제 2 광 변조 소자에 투사되는 투사 이미지가 프리즘 소자에 의해 분할 투영된 상태를 나타내는 설명도,
도 11은 본 발명의 제 1 형태의 실시예 1의 변형예에 따른 화상 표시 장치의 개략 구성도,
도 12(a)∼(c)는 제 2 광 변조 소자 표면에서의 투사광의 강도 분포를 나타내는 도면,
도 13은 제 1 변조 소자와 제 2 변조 소자간의 광로 중에 마련되는 프리즘 소자의 굴절면의 방향이나 경사각을 변경함으로써 제 2 변조 소자 상에 있어서의 제 1 광 변조 소자의 개구부 이미지 위치를 적절하게 설정할 수 있는 상태를 나타내는 설명도,
도 14는 제 1 변조 소자와 제 2 변조 소자간의 광로 중에 마련되는 프리즘 소자의 굴절면의 방향이나 경사각을 변경함으로써 제 2 변조 소자 상에 있어서의 제 1 광 변조 소자의 개구부 이미지 위치를 적절하게 설정할 수 있는 상태를 나타 내는 설명도,
도 15(a)∼(f)는 제 1 변조 소자와 제 2 변조 소자간의 광로 중에 마련되는 프리즘군의 프리즘 소자의 형상을 나타내는 단면 개략도,
도 16은 프리즘군의 다른 형태를 나타내는 개략 구성도,
도 17은 도 16에 나타내는 프리즘군의 프리즘에 의해 제 2 광 변조 소자 상에 형성되는 투사 이미지의 위치 관계를 나타내는 설명도,
도 18은 프리즘군의 또 다른 형태를 나타내는 개략 구성도,
도 19는 본 발명의 제 1 형태의 실시예 2에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 프리즘군의 주요부의 사시 구성을 나타내는 도면,
도 20은 도 19에 나타낸 프리즘군에 의한 입사광의 분기 상태를 나타내는 설명도,
도 21은, 도 20에 있어서, 분기된 광선의 투영면에 있어서의 위치 관계를 나타내는 설명도,
도 22(a)∼(d)는 제 2 광 변조 소자 상에서의 투사 이미지의 광 강도 분포의 일례를 나타내는 도면,
도 23은 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 프리즘군의 주요부 단면 구성을 나타내는 도면,
도 24는 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3의 변형예 1에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 프리즘군의 주요부 단면 구성을 나타내는 도면,
도 25는 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3의 변형예 2에 따른 화상 표시 장치 에 있어서의 프리즘군의 주요부 사시 구성을 나타내는 도면,
도 26은 도 25에 나타낸 프리즘군 상에 있어서의 단위 면적 aφ 근방을 나타내는 정면도,
도 27은 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치의 광원으로부터 제 2 광 변조 소자까지의 광로를 나타내는 설명도,
도 28(a), (b)는 프리즘군을 유리로 구성하는 경우의 주요부 단면 구성 및 프리즘군을 아크릴 또는 제오넥스(상품명)로 구성하는 경우의 주요부 단면 구성을 나타내는 도면,
도 29는 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3의 변형예 3에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 프리즘군의 주요부 단면 구성을 나타내는 도면,
도 30은 도 29에 나타낸 프리즘군을 구성하는 각 프리즘 소자의 형상을 나타내는 설명도,
도 31은 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3의 변형예 4에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 프리즘군의 주요부 상면 구성을 나타내는 도면,
도 32는 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군을 구성하는 프리즘 소자의 배열 상태의 일례를 나타내는 설명도,
도 33은 로우패스 필터로서 기능하는 다른 프리즘군을 구성하는 프리즘 소자의 배열 상태의 일예를 나타내는 설명도,
도 34는 본 발명에 따른 화상 표시 장치(프로젝터)의 주된 광학 구성을 나타내는 도면,
도 35는 릴레이 렌즈의 구성을 나타내는 도면,
도 36(a), (b)는 텔레센트릭성의 설명도,
도 37(a), (b)는 텔레센트릭성의 설명도,
도 38은 액정 광 밸브(색 변조 광 밸브)의 화소면을 나타내는 도면,
도 39(a), (b)는 무아레의 발생 원인을 개념적으로 나타내는 설명도,
도 40(a)∼(c)는 광학적 로우패스 필터의 개략 구성과 기능의 설명도,
도 41(a), (b)는 도 40(a)∼(c)의 로우패스 필터 기능의 보다 구체적인 설명도,
도 42(a), (b)는 단위 화소의 광학 이미지의 설명도,
도 43은 액정 광 밸브(휘도 변조 광 밸브)의 단면도,
도 44는 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 45는 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 46은 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 47은 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 48은 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 49는 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 50은 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 51은 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 52는 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 53은 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내는 도면,
도 54는 도 53에 나타낸 프리즘군(로우패스 필터)에 의한 입사광의 분기 상태를 나타내는 설명도,
도 55는, 도 54에 있어서, 분기된 광선의 투영면에 있어서의 위치 관계를 나타내는 설명도,
도 56은 표시 제어 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블럭도,
도 57은 제어값 등록 테이블의 데이터 구조를 나타내는 도면,
도 58은 제어값 등록 테이블의 데이터 구조를 나타내는 도면,
도 59는 표시 제어 처리를 나타내는 흐름도,
도 60은 톤 매핑 처리를 설명하기 위한 도면,
도 61은 색 변조 광 밸브의 투과율을 가(假)결정하는 경우를 나타내는 도면,
도 62는 색 변조 광 밸브의 화소 단위로 휘도 변조 광 밸브의 투과율을 산출하는 경우를 나타내는 도면,
도 63(a)∼(c)는 휘도 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율을 결정하는 경우를 나타내는 도면,
도 64(a)∼(c)는 색 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율을 결정하는 경우를 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1010 : 광원 1012 : 리플렉터
1014 : 색 변조부 1020 : 균일 조명 수단
1021, 1022 : 플라이 아이 렌즈 1023 : 편광 변환 소자
1024 : 집광 렌즈 1030, 1035 : 다이클로익 미러
1036, 1045, 1046 : 미러
1041, 1042, 1050R, 1050G, 1050B, 1170R, 1170G, 1170B : 필드 렌즈
1080 : 크로스 다이클로익 프리즘 1081, 1082 : 유전체 다층막
1100 : 휘도 변조 액정 광 밸브 1110 : 투사 렌즈
1160R, 1160G, 1160B : 투과형 액정 광 밸브(색 변조 광 밸브)
1200 : 릴레이 렌즈
본 발명은 프로젝터 등의 화상 표시 장치에 관한 것이다. 또, 본 발명은 화상 표시 장치의 화질 개선 기술에 관한 것이고, 특히, 표시 휘도의 다이내믹 영역의 확대와 고개조화를 실현하는데 적합한 광학 구성에 관한 것이다.
본원은 2004년 10월 15일에 출원된 일본 특허 출원 제2004-301564호 및 2004년 10월 26일에 출원된 일본 특허 출원 제2004-310767호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 영상 표시 장치의 고컨트라스트화가 요구되고, 고컨트라스트 프로젝터에의 기대가 높아지고 있다. 그래서, 고화질, 고콘트라스트 프로젝터의 실현이 급 선무이다.
제 1 규칙 배열된 공간 변조 소자와 제 2 규칙 배열된 공간 변조 소자의 두 개의 공간 변조 소자를 갖는 화상 표시 장치에서 과제로 되는 특성에 무아레(moire)의 발생이 있다. 무아레는 두 개 이상의 규칙 패턴의 중첩으로 발생하는 특징이 있고, 그 한쪽의 규칙성을 광학적으로 균일화하는 것에 의해, 무아레를 회피할 수 있어, 그 해결 수단으로서 로우패스 필터(LPF)를 마련한 것이 제안되고 있다(일본 특허 공보 제3506144호, 일본 특허 공보 제3230225호, 일본 공개 특허 공보 평8-122709호, 일본 공개 특허 공보 평5-307174호 참조).
그러나, 일본 특허 공보 제3506144호, 일본 특허 공보 제3230225호에는, 직시형 표시 장치에 관한 발명이며, 두 개의 공간 광 변조 장치를 이용하는 표시 장치에 있어서는, 제 1 광선 강도 분포를 균일하게 하면서도, 제 1 변조 광선으로 변조된 광선을 제 2 공간 광 변조 소자의 소정 장소로 안내하기 위한 조명 광학계가 정해지는 경우에 있어서는, 조명 광학계에서 정해지는 F넘버에 의해 효과가 뜸해지게 되어, 충분한 효과를 얻을 수 없거나, 프리즘 에지로부터 발생하는 능선에 의한 회절에 의한 영향으로 제 2 공간 변조 소자로 안내된 광선이 컨트라스트를 저하시키는 원인으로 된다는 문제가 있었다.
또한, 일본 공개 특허 공보 평8-122709호, 일본 공개 특허 공보 평5-307174호에서 정의되어 있는 LPF에서는 전기한 바와 같은 과제가 발생하는 것과, 또한, 회절형 광학 소자에서는 2차 회절, 3차 회절 등의 영향으로 소정 위치 이외로의 조명광에 의해 콘트라스트가 저하한다.
또한, 복굴절 방식에서는, 편광 성분을 수반하는 조명에 있어서는, 위상판을 조합시킨 후, 편광 변환해야 하고, 광선 이용 효율의 저하와, 구성이 복잡해져 고가로 되고, 또한 표면 반사에 의한 콘트라스트가 저하하여 문제로 된다.
또한, 최근, LCD(Liquid Crystal Display), EL(Electro-luminescence) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, CRT(Cathode Ray Tube), 프로젝터 등의 전자 디스플레이 장치에 있어서의 화질 개선은 괄목할만하고, 해상도, 색 영역에 대해서는 인간의 시각 특성에 거의 필적하는 성능을 갖는 장치가 실현되고 있다. 그러나, 휘도 다이내믹 영역에 대해서만 보면, 그 재현 범위는 1∼102[nit] 정도의 범위이며, 또한 콘트라스트 수는 8비트가 일반적이다. 한편, 인간의 시각은 한번에 지각할 수 있는 휘도 다이내믹 영역의 범위가 10-2∼104[nit] 정도이고, 또한 휘도 식별 능력은 0.2[nit]이고 이것을 계조수로 환산하면 12비트 상당이라고 할 수 있다. 이러한 시각 특성을 경유하여 현재의 디스플레이 장치의 표시 화상을 보면, 휘도 다이내믹 영역의 좁은 정도가 두드러지고, 부가하여 셰도우부나 하이라이트부의 계조가 부족하기 때문에, 표시 화상의 리얼리티이나 박력에 대하여 어딘가 부족함을 느끼게 된다.
또한, 영화나 게임 등에 사용되는 CG(Computer Graphics)에서는, 인간의 시각에 가까운 휘도 다이내믹 영역이나 계조 특성을 표시 데이터(이하, HDR(High Dynamic Range) 표시 데이터라고 함)에 갖게 하여 묘사의 리얼리티를 추구하는 움직임이 주류가 되고 있다. 그러나 그것을 표시하는 디스플레이 장치의 성능이 부 족하기 때문에, CG 콘텐츠가 본래 갖는 표현력을 충분히 발휘할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한, 차기 OS(Operating System)에 있어서는, 16비트 색 공간의 채용이 예정되어 있고, 현재의 8비트 색 공간과 비교하여 다이내믹 영역이나 계조수가 비약적으로 증대한다. 그 때문에, 16비트 색 공간을 살릴 수 있는 고다이내믹 영역·고계조의 전자 디스플레이 장치 실현에의 요구가 높아질 것으로 예상된다.
디스플레이 장치 중에서도, 액정 프로젝터나, DLP(Digital Light Processing, 상표) 프로젝터와 같은 투사형 표시 장치(프로젝터)는 대화면 표시가 가능하고, 표시 화상의 리얼리티나 박력을 재현하는데 있어 효과적인 디스플레이 장치이다. 이 분야에서는 상기한 과제를 해결하기 위해, 이하에 기술하는 제안이 이루어지고 있다(예컨대, 일본 공개 특허 공보 평6-167690호 참조).
휘도 다이내믹 영역 확대를 위한 기본적인 구성은 광원으로부터의 사출 광속을 제 1 광 변조 소자에서 변조하여 소망의 조명 광량 분포를 형성하고, 그 조명 광량 분포를 제 2 광 변조 소자 상에 전달하여 그것을 조명한다고 하는 것이다. 광 변조 소자로는, 예컨대, 복수의 화소가 이차원적 주기적으로 배열된 구조를 갖고, 이차원적인 투과율 분포를 제어할 수 있는 투과형 변조 소자가 있다. 그 대표적인 예로는 액정 광 밸브를 들 수 있다. 또한, 투과형 변조 소자 대신 반사형 변조 소자를 이용하여도 좋고, 그 대표적인 예로는, DMD(Digital Micromirror Device) 소자를 들 수 있다. 제 1 및 제 2 투과형 변조 소자(반사형 변조 소자)는 영상 신호로부터 만들어진 제 1 및 제 2 변조 신호에 의해 각각 개별적으로 구동 제어된다.
이제, 암(暗) 표시의 투과율이 0.2%, 명(明) 표시의 투과율이 60%인 광 변조 소자를 사용하는 경우를 생각한다. 광 변조 소자를 단독으로 사용하는 구성에서는, 그 휘도 다이내믹 영역은 60/0.2=300으로 된다. 한편, 상술한 제 1 및 제 2 광 변조 소자를 조합시킨 구성에서는, 휘도 다이내믹 영역이 300인 광 변조 소자를 광학적으로 직렬 배치하는 것에 상당하므로, 이론상, 300×300=90000의 휘도 다이내믹 영역을 실현할 수 있다. 또한, 계조 특성에 대해서도 이것과 동등한 생각이 성립하고, 8비트 계조의 광 변조 소자를 광학적으로 직렬 배치함으로써, 8비트를 초과하는 계조 특성을 얻을 수 있다.
그러나, 상기 구성의 화상 표시 장치에서는, 제 1 광 변조 소자에서 형성된 광학 이미지를 제 2 광 변조 소자로 전달함으로써, 각 광 변조 소자의 화소 패턴끼리의 광학적인 겹침에 기인한 화질 열화가 발생하는 경우가 있다.
예컨대, 제 1 및 제 2 광 변조 소자가 주기 구조의 차광 패턴(블랙 스트라이프, 블랙 매트릭스 등)을 갖는 경우, 양자의 정렬이 약간 어긋남으로써, 무아레가 발생하여 표시 화상의 화질이 열화된다.
본 발명의 제 1 형태는, 이러한 사정에 감안해서 행해진 것으로서, 규칙 배 열된 공간 광 변조 소자에서 변조된 영상 정보가 투영되는 제 2 광 변조 소자에 규칙 배치된 패턴이 형성되어 있는 경우에도, 공간 변조 소자 패턴과, 제 2 광 변조 소자에 마련된 패턴에서 생기는 무아레를 경감하여, 고계조 영상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 형태는 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조하여 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서, 상기 광원으로부터의 광을 변조하는 규칙 배열된 제 1 광 변조 소자와, 상기 제 1 광 변조 소자로부터의 광을 변조하는 규칙 배열된 제 2 광 변조 소자와, 상기 제 1 광 변조 소자에서 변조된 광선을 제 2 광 변조 소자로 안내하는 조명 광학계를 갖고, 상기 조명 광학계는 상기 제 1 광 변조 소자와 제 2 광 변조 소자 사이에 제 1 광 변조 소자의 광선을 제 2 광 변조 소자의 소정 위치로 분광 조명하는 광학 소자를 구비하고, 상기 광학 소자는 굴절면을 구비하는 프리즘 소자로 이루어지는 프리즘군을 갖고, 상기 굴절면은 상기 입사광을 소정 방향으로 굴절한다.
또한, 상기 굴절면은 상기 입사광이 상기 프리즘군을 직진한 경우의 입사 위치에 인접하는 영역으로, 상기 입사광을 안내하는 방향에 배치되고, 상기 굴절면과 광축에 대하여 대략 수직 방향으로 형성되는 기준면 사이에 소정 각도를 갖더라도 좋다.
또한, 상기 프리즘군은 제 1 방향에서의 단면 형상이 대략 사다리꼴 형상 이며, 상기 제 1 방향에 대략 직교하는 제 2 방향으로 길이 방향을 갖는 2세트의 프리즘 소자로 이루어지고, 상기 2세트의 프리즘 소자는 각각 상기 길이 방향끼리 대 략 직교하도록 마련되고, 상기 사다리꼴 형상의 경사면은 상기 굴절면에 대응하여도 좋다.
또한, 상기 프리즘 소자는 적어도 네 개의 상기 굴절면을 갖고, 상기 굴절면은 각각 다른 방향으로 배치되고, 상기 광학 소자는 회절 조건을 만족하지 않는다.
또한, 상기 프리즘군을 형성하는 프리즘 소자의 형상은 2 이상의 형상으로 이루어져도 좋다.
또한, 상기 광학 소자의 화소 이동량은 소정 방향의 화소 피치에 대해, 1/2 이하라도 좋다.
또한, 상기 프리즘군 상의 프리즘 소자수는 상기 조명 광학계의 F넘버에 근거하여 결정해도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1 형태에 의하면, 규칙 배열된 공간 광 변조 소자에서 변조된 영상 정보가 투영되는 제 2 광 변조 소자에 규칙 배치된 패턴이 형성되어 있는 경우에도, 공간 변조 소자에서 변조된 광선을 분할 투영하는 것에 의해, 공간 변조 소자 패턴과, 제 2 광 변조 소자에 마련된 패턴으로 생기는 무아레를 경감하고, 고계조 영상을 표시할 수 있는 영상 표시 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 형태는 상술한 사정에 감안해서 행해진 것으로서, 휘도 다이내믹 영역의 확대를 도모하면서, 복수의 광 변조 소자의 광학적인 겹침에 의해 발생하는 화질 열화를 억제할 수 있는 화상 표시 장치 및 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 2 형태에 관한 제 1 장치는 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조하여 화상을 표시하는 장치로서, 상기 광원으로부터의 광을 변조하는 제 1 광 변조 소자와, 상기 제 1 광 변조 소자로부터의 광을 변조하는 제 2 광 변조 소자와, 상기 제 1 광 변조 소자와 상기 제 2 광 변조 소자 사이에 배치되고, 상기 제 1 광 변조 소자에서 형성된 광학 이미지를 상기 제 2 광 변조 소자의 화소면에 전달하는 릴레이 광학계와, 상기 제 1 광 변조 소자와 상기 제 2 광 변조 소자 사이에 배치되는 광학적 로우패스 필터와, 상기 광학적 로우패스 필터로부터의 광을 상기 제 2 광 변조 소자의 각 화소에 집중하는 마이크로 렌즈 어레이를 갖는다.
이 화상 표시 장치에서는, 광학적으로 직렬 배치된 두 개의 광 변조 소자를 거쳐, 2단계의 화상 형성 과정에 의해 광원으로부터의 광을 변조한다. 그 결과, 이 화상 표시 장치는 휘도 다이내믹 영역의 확대와 계조수의 증대를 실현할 수 있다.
또한, 상기 제 1 광 변조 소자와 상기 제 2 광 변조 소자 사이에 릴레이 광학계가 배치되는 것에 의해, 광학 수차의 저감이 가능해진다. 즉, 이 화상 표시 장치에서는, 제 1 광 변조 소자로부터의 광이 제 2 광 변조 소자로 비교적 높은 정밀도로 전달된다.
릴레이 광학계는 투과형 광학 소자(렌즈 등) 및 반사형 광학 소자(미러 등) 중 어느 한쪽을 이용하여 구성하여도 좋고, 양쪽을 이용해서 구성하여도 좋다. 릴레이 광학계가 양측 텔레센트릭성을 갖는 것에 의해, 제 2 광 변조 소자의 화소면 상으로 전달되는 이미지의 밝기, 색감, 콘트라스트 등의 균일화가 확실하게 도모되어, 화상 표시 품질이 양호한 것으로 된다. 또한, 제 2 광 변조 소자의 광축 방향의 배치 위치에 관한 허용 오차 범위를 비교적 넓게 취할 수 있게 되어, 설계나 구성의 간소화, 제조 비용의 저감화가 도모된다.
상기한 화상 표시 장치에 있어서는, 제 1 광 변조 소자와 제 2 광 변조 소자 사이에 광학적 로우패스 필터가 배치되기 때문에, 제 1 광 변조 소자와 제 2 광 변조 소자의 광학적인 겹침에 의해 발생하는 특유의 화질 열화가 억제된다. 광학적 로우패스 필터는 화상을 애매하게 하는 기능을 갖고, 프리즘형, 회절 격자형, 수정형 등 각종 필터를 적용할 수 있다.
광학적 로우패스 필터에 의해 제 1 광 변조 소자에서 형성된 광학 이미지가 희미해짐에 따라, 무아레 등 화소 패턴끼리의 광학적인 겹침에 따른 화질 열화 현상이 발생하기 어렵게 된다.
또한, 상기한 화상 표시 장치에서는, 마이크로 렌즈 어레이에 의해 광학적 로우패스 필터의 배치에 따른 휘도의 저하가 억제된다. 즉, 마이크로 렌즈 어레이에 의해 광학적 로우패스 필터로부터의 광이 제 2 광 변조 소자의 각 화소에 집중되어, 표시 화상의 밝기가 향상된다.
또한, 상기한 화상 표시 장치에 있어서는, 상기 제 1 광 변조 소자 및 상기 제 2 광 변조 소자의 각 화소는 개구부와 차광부를 포함하고, 상기 광학적 로우패스 필터는 상기 제 1 광 변조 소자의 상기 개구부를 통과하는 광의 일부를 구부리고, 그 광을 상기 제 1 광 변조 소자의 상기 차광부에 의해 형성되는 암부(暗部)에 겹치도록 구성하는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 제 2 광 변조 소자의 광 입사면 위 등의 소정면에서, 제 1 광 변조 소자의 차광부에 의해 형성되는 암부가 눈에 띄지 않게 되어, 무아레 등, 차광 패턴끼리의 광학적인 겹침에 따른 화소 열화 현상이 보다 확실히 억제된다.
상기 광학적 로우패스 필터는 굴절면을 구비하는 프리즘 요소의 집합체로 이루어지는 프리즘군을 포함하는 구성으로 할 수 있다.
이 경우, 상기 프리즘 요소는 평탄부와 다각추 형상의 프리즘부를 포함하는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 상기 제 2 광 변조 소자의 광 입사 쪽에 배치되고, 상기 제 2 광 변조 소자의 각 화소에 일대일로 대응한 렌즈군을 포함하는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 제 2 형태에 따른 제 2 장치는 프로젝터로서, 상기한 화상 표시 장치와 투사 수단을 구비한다.
상기한 프로젝터에서는, 휘도 다이내믹 영역의 확대나 표시 화상의 고화질화에 우수한 화상 표시 장치를 구비하기 때문에, 대화면 표시에 의해, 표시 화상의 리얼리티나 박력을 효과적으로 재현할 수 있다.
[제 1 형태]
이하, 본 발명의 제 1 형태의 실시예를, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 화상 표시 장치에 사용되는, 규칙성을 갖고 배치된 변조 소 자인 광 변조 소자로서, 자가 발광형 표시 장치(예컨대, 유기 EL 광 변조 소자, LED형 광 변조 소자) 외에, 광원에서 발생한 광선을 변조하는 투과형 액정 광 밸브, 반사형 액정 광 밸브, 틸트 미러 장치 등을 사용하는 것이 가능하지만, 본 발명의 실시예에 따른 화상 표시 장치에서는, 투과형 액정 광 밸브를 제 1 광 변조 소자 및 제 2 광 변조 소자에 이용한 경우를 예로 들어 설명한다.
본 발명의 제 1 형태의 실시예 1에 따른 화상 표시 장치의 구성을 도 1에 나타낸다. 화상 표시 장치로서 본 실시예에서는, 투사형 표시 장치를 예로 들어 설명한다.
(실시예 1)
도 1에서, 본 실시예에 따른 투사형 표시 장치는 광원(1010)과, 광원(1010)으로부터 입사된 광의 휘도 분포를 균일화하는 균일 조명 수단(1020)과, 균일 조명 수단(1020)으로부터 입사된 광의 파장 영역 중 RGB 3원색의 휘도를 각각 변조하는 색 변조부(1014)와, 색 변조부(1014)로부터 입사된 광을 릴레이하는 릴레이 렌즈(1200)와, 릴레이 렌즈(1200)로부터 입사된 광의 전파장 영역의 휘도를 변조하는 휘도 변조 액정 광 밸브(1100)와, 휘도 변조 액정 광 밸브(1100)로부터 입사된 광을 스크린(도시하지 않음)으로 투사하는 투사 렌즈(1110)로 구성되어 있다.
광원(1010)은 고압 수은 램프 등의 램프(1011)와, 램프(1011)로부터의 출사광을 반사하는 리플렉터(1012)로 구성되어 있다. 균일 조명 수단(1020)은 2매의 플라이 아이 렌즈(1021, 1022)와, 편광 변환 소자(1023)와, 집광 렌즈(1024)로 구 성되어 있다. 그리고, 광원(1010)으로부터의 광의 휘도 분포를 2매의 플라이 아이 렌즈(1021, 1022)에 의해 균일화하고, 균일화한 광을 편광 변환 소자(1023)에 의해 색 변조 광 밸브의 입사 가능 편광 방향으로 편광하고, 편광한 광을 집광 렌즈(1024)에 의해 집광하여 색 변조부(1014)로 출사한다.
편광 변환 소자(1023)는, 예컨대, PBS 어레이와, 1/2파장판으로 구성되어 있고, 랜덤 편광을 특정한 직선 편광으로 변환하는 기능을 갖고 있다.
색 변조부(1014)는 투과율을 독립적으로 제어할 수 있는 복수의 화소를 매트릭스 형상으로 배열한 제 1 광 변조 소자로서의, 3매의 투과형 액정 광 밸브(색 변조 광 밸브)(1160R, 1160G, 1160B)와, 8매의 필드 렌즈(1041, 1042, 1050R, 1050G, 1050B, 1170R, 1170G, 1170B)와, 2매의 다이클로익 미러(1030, 1035)와, 3매의 미러(1036, 1045, 1046)와, 크로스 다이클로익 프리즘(1080)으로 구성되어 있다.
투과형 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)는 화소 전극 및 이것을 구동하기 위한 박막 트랜지스터 소자나 박막 다이오드 등의 스위칭 소자가 매트릭스 형상으로 형성된 유리 기판과, 전면에 걸쳐 공통 전극이 형성된 유리 기판과의 사이에 TN 형 액정을 유지하고, 또한 외면에 편광판을 배치한 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자이다.
투과형 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)는 전압 비인가 상태로 백/명(투과) 상태, 전압 인가 상태로 흑/암(비투과) 상태로 되는 노멀리 화이트 모드 또는 그 역의 노멀리 블랙 모드로 구동되고, 인가된 제어값에 따라 명암간의 콘트라스트가 아날로그 제어된다.
크로스 다이클로익 프리즘(1080)은 네 개의 직각 프리즘을 접합하여 이루어지고, 그 내부에는, 청색광을 반사하는 유전체 다층막(1081) 및 적색광을 반사하는 유전체 다층막(1082)이 단면 X자 형상으로 형성되어 있다. 이들 유전체 다층막(1081, 1082)에 의해 RGB 3원색의 광을 합성할 수 있다.
우선, 균일 조명 수단(1020)으로부터의 광을 다이클로익 미러(1030, 1035)에 의해 적색, 녹색 및 청색의 RGB 3원색으로 분광하고, 또한 필드 렌즈(1041, 1042) 및 미러(1036, 1045, 1046)를 거쳐 투과형 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)로 입사한다. 그리고, 분광한 RGB 3원색의 광의 휘도를 각 투과형 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)에 의해 변조하고, 변조한 RGB 3원색의 광을 크로스 다이클로익 프리즘(1080)에 의해 합성하여 릴레이 렌즈(1200)로 출사한다.
릴레이 렌즈(1200)는 크로스 다이클로익 프리즘(1080)에서 합성된 광을 제 2 광 변조 소자로서의 투과형 액정 광 밸브(휘도 변조 액정 광 밸브)(1100)의 방향으로 투사한다. 도 1에 나타내는 릴레이 렌즈(1200) 중에는, 조리개의 공역 위치인 동공 위치에 로우패스 필터인 프리즘군(1025)이 배치되어 있다. 프리즘군(1025)은 제 1 광 변조 소자(색 변조 액정 광 밸브)(1160R, 1160G, 1160B)와 제 2 광 변조 소자(휘도 변조 액정 광 밸브)(1100) 사이의 광로 중에 마련된다. 프리즘군(1025)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다.
휘도 변조 액정 광 밸브(1100)는 상술한 색 변조 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)와 동등한 것으로, 입사한 광의 전파장 영역의 휘도를 변조하여 투사 렌즈(1110)로 출사한다.
도 2는 제 1 광 변조 소자인 투과형 액정 광 밸브(1160R)에서의 주기 구조를 나타내고 있다. 투과형 액정 광 밸브(1160R)의 액정 패널은 두 개의 투명 기판 사이에, 화상 표시를 위한 액정층을 밀봉하고 있다. 액정층의 광 입사 쪽에는, 차광을 위한 블랙 매트릭스부(1062)가 마련된다. 블랙 매트릭스부(1062)는, 도 1에서의 초고압 수은 램프 등의 램프(1011)로부터 입사된 R광을 차광함으로써, 제 2 광 변조 소자(1030) 쪽으로 사출하지 않는다. 또한, 블랙 매트릭스부(1062)로 둘러싸여 있는 직사각형 형상의 영역은 개구부(1061)를 형성한다.
개구부(1061)는 램프(1011)로부터의 R광을 통과시킨다. 개구부(1061)를 투과하는 R광은 기판 및 액정층을 투과한다. 투과형 액정 광 밸브(1160R)에 입사된 R광은 액정층에서 편광 성분이 변조된다. 이와 같이, 투사된 화상에서의 화소를 형성하는 것은 액정층에서 변조되어 개구부(1061)를 투과한 광이다. 개구부(1061)는 화소를 형성하는 광을 투과하는 화소부이다. 공간 광 변조 장치로서 기능하는 투과형 액정 광 밸브(1160R)에는, 화소부인 개구부(1061)가 복수, 행렬 형상으로 배치되어 있다.
투과형 액정 광 밸브(1160R)는 개구부(1061)와, 개구부(1061) 주변의 블랙 매트릭스부(1062)로 이루어지는 직사각형의 주기 영역이 배열되어 있는 것으로 간주할 수 있다. 인접하는 주기 영역은 극간 없이 주기적으로 반복해서 배열되어 있다.
이와 같이, 공간 광 변조 장치로서 기능하는 투과형 액정 광 밸브(1160R)는 변조광의 사출 쪽에, 규칙성을 가진 패턴의 주기 구조를 갖는다. 또, 투과형 액정 광 밸브(1160G, 1160B)의 구성은 모두 투과형 액정 광 밸브(1160R)와 마찬가지이다.
투과형 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)는 모두 동일한 구성을 갖기 때문에, 각 투과형 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)의 개구부(1061)로부터의 광은 정확히 겹치도록 해서 투사된다. 그 때문에, 프리즘군(1025)을 마련하지 않는 경우, 각 투과형 액정 광 밸브(1160R, 1160G, 1160B)로부터의 광에 의해, 주기 영역이 반복해서 배열되는 패턴의 이미지가 그대로 제 2 광 변조 소자(1100)에 형성된다.
이하, 본 발명의 구성은 제 2 광 변조 소자(1100)에 투사된 투사 이미지를 이용해서 적절히 설명한다.
도 3은 프리즘군(1025)의 사시 구성을 나타내고 있다. 복수의 프리즘 소자(1071)로 이루어지는 프리즘군(1025)은 유리 또는 투명 수지로 이루어지는 투명 플레이트(1070)의 사출 쪽 표면에 형성되어 있다. 투과형 액정 광 밸브(1160R)와 릴레이 렌즈(1200) 내의 프리즘군(1025)은 도 4에 나타내는 관계로 배치된다. 이해를 쉽게 하기 위해, 도 4에서는, 투과형 액정 광 밸브(1160R)와 프리즘군(1025)을 제외하는 다른 구성부의 도시를 생략하고 있다.
하나의 화소부인 개구부(1061)를 투과한 R광은 원추 형상의 발산광으로 되어 진행한다.
그리고, 이 R광은 프리즘군(1025) 중 적어도 일부의 프리즘군(1025)에 입사된다. 프리즘군(1025)은 적어도 굴절면(1072)과, 평탄부(1073)를 구비하는 프리즘 소자(1071)로 구성되어 있다. 평탄부(1073)는 개구부(1061)가 형성되어 있는 면(1080a)에 대략 평행한 면이다. 프리즘 소자(1071)는 모두 폭 PT, 굴절면(1072)끼리의 능선으로부터 평탄부(1073)까지의 깊이 H가 대략 동일하다. 따라서, 프리즘군(1025)은 복수의 프리즘 소자(1071)가 일정 주기로 규칙적으로 배열되어 구성되어 있다.
평탄부(1073)는 개구부(1061)로부터의 R광을 그대로 투과시킨다. 또한, 굴절면(1072)은 개구부(1061)로부터의 R광을 굴절시켜 투과시킨다. 굴절면(1072)은 제 2 광 변조 소자(1030)에서, 개구부(1061) 이미지를 블랙 매트릭스부(1062) 이미지 상으로 안내하는 굴절면(1072)의 방향 및 경사 각도를 갖는다. 굴절면(1072)은 하나의 개구부(1061)로부터의 광을 블랙 매트릭스부(1062) 이미지 상으로 안내하는 소정 방향으로 굴절한다. 이 결과, 제 2 광 변조 소자(1030)에서, 블랙 매트릭스부(1062) 이미지의 영역에 중첩적으로 개구부(1061) 이미지가 형성된다.
도 5, 도 6 및 도 7은 개구부(1061)와 프리즘군(1025)의 위치 관계를 나타내는 평면도이다. 이들 도면에서, 각 프리즘 소자(1071)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 대략 정방형상을 하고있다. 그리고, 도 5에 나타내는 띠형 블랙 매트릭스부(1062)의 중심선 CL의 방향에 대하여, 도 6에 나타내는 바와 같이, 각 프리즘 소자(1071)의 근처부(1071a)에 따른 방향이 대략 45°를 이루도록 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 하나의 개구부(1061)를 투과한 광은 복수의 프리즘 소자(1071)로 이루어지는 일부의 프리즘군(1025)으로 입사된다.
도 8은 프리즘군(1025)을 확대하여 나타낸 도면이다. 프리즘군(1025)과 제 2 광 변조 소자(1100)간의 매질(예컨대, 공기)은 굴절율 n1, 프리즘군(1025)을 구성하는 부재는 굴절율 n2를 갖는 경우를 생각한다. 또한, 굴절면(1072)은 평탄부(1073)를 연장한 기준면(1073a)에 대하여 각도 θ가 되도록 형성되어 있다. 이하, 각도 θ를 경사 각도라고 한다. 릴레이 렌즈(1200)를 투과하는 광 중, 광축 방향의 광은 평탄부(1073)에 대하여 대략 수직으로 입사된다. 평탄부(1073)에 대하여 수직으로 입사된 광은 평탄부(1073)에서 굴절 작용을 받는 일없이, 그대로 직진하여 제 2 광 변조 소자(1100) 상에 투사 이미지를 형성한다.
이에 대하여, 굴절면(1072)에 입사된 광은 이하에 나타내는 조건식을 만족하도록 굴절된다.
여기서, 각도 α는 굴절면(1072)의 법선 N을 기준으로 하는 입사 각도, 각도β는 사출 각도이다. 또, 프리즘군(1025)과 거리 L만큼 떨어진 제 2 광 변조 소자(1100)에 있어서, 직진한 광의 위치와 굴절된 광의 위치 사이의 거리 S는 다음 식으로 표시된다.
이와 같이, 굴절면(1072)의 프리즘 경사 각도 θ를 제어하는 것에 의해, 제 2 광 변조 소자(1100)에 있어서의 개구부 이미지(1061P)의 이동량인 거리 S를 임의로 설정할 수 있다. 또한, 도 8로부터 명백한 바와 같이, 광선 LL2가 굴절되는 방향은 굴절면(1072)의 방향에 의존하고 있다. 환언하면, 개구부(1061)에 대하여 굴 절면(1072)의 방향을 제어하는 것으로, 제 2 광 변조 소자(1100)에서 개구부 이미지(1061P)를 형성하는 방향을 임의로 설정할 수 있다.
상술한 구성의 공간 광 변조 장치(제 1 광 변조 소자)로서 기능하는 투과형 액정 광 밸브(1160R)를 이용한 경우에, 제 2 광 변조 소자(1100)에 투사되는 R광에 의한 투사 이미지에 대하여 도 9(a)∼도 9(d)를 참조하여 설명한다. 도 9(a)는 제 2 광 변조 소자(1100)에 있어서의 하나의 주기 영역 이미지(1063P)를 나타낸다. 프리즘 소자(1071)의 평탄부(1073)에 대략 수직으로 입사된 광은 평탄부(1073)에서 굴절 작용을 받지 않고 직진한다. 직진한 광은 제 2 광 변조 소자(1100)에서 주기 영역 이미지(1063P)의 중앙부에 개구부 이미지(직접 투과 이미지)(1061P)를 형성한다.
다음에, 프리즘 소자(1071)의 굴절면(1072a)에 입사된 광을 생각한다. 굴절면(1072a)에 입사된 광은 굴절면(1072a)의 방향, 경사 각도 θ, 면적 P1에 각각 대응한 굴절 방향, 굴절량, 굴절 광량에 의한 굴절 작용을 받는다. 상술한 바와 같이, 프리즘 소자(1071)는 블랙 매트릭스부(1062)의 중심선 CL에 대하여 변부(1071a)가 약 45°을 이루도록 구성되어 있다. 이 때문에, 예컨대, 굴절면(1072a)에서 굴절된 광은, 도 9(a)에서 나타내는 바와 같이, 개구부 이미지(직접 투과 이미지)(1061P)로부터 화살표 방향으로 상술한 거리 S만큼 떨어진 위치에 개구부 이미지(1061Pa)를 형성한다. 또, 이하 모든 설명에서, 릴레이 렌즈(1200)의 결상 작용에 의한 이미지의 상하좌우의 반전은 없는 것으로 한다.
마찬가지로, 굴절면(1072b)에서 굴절된 광은, 도 9(b)에서 나타내는 위치에 개구부 이미지(1061Pb)를 형성한다. 굴절면(1072c)에서 굴절된 광은, 도 9(c)에서 나타내는 위치에 개구부 이미지(1061Pc)를 형성한다. 굴절면(1072d)에서 굴절된 광은 도 9(d)에서 나타내는 위치에 개구부 이미지(1061Pd)를 형성한다. 도 9(a)∼도 9(d)는 동일한 주기 영역 이미지(1063P)에 대하여, 각 개구부 이미지(1061Pa, 1061Pb, 1061Pc, 1061Pd)를 나눠 설명한 것이다.
실제로는, 이들 네 개의 개구부 이미지(1061Pa, 1061Pb, 1061Pc, 1061Pd)가 겹쳐 도 10에 나타내는 바와 같이 투사된다. 이와 같이, 프리즘 소자(1071)는 네 개의 굴절면(1072a, 1072b, 1072c, 1072d)를 구비하는 것에 의해, 개구부(1061)의 개구부 이미지(1061P)를 네 개의 개구부 이미지(1061Pa, 1061Pb, 1061Pc, 1061Pd)로 분할하여 제 2 광 변조 소자(1100)로 투영한다. 개구부 이미지(1061P)를 복수로 분할하는 것에 의해, 행렬 형상으로 개구부(1061)를 배열하는 것에 의한 투사광의 주기성을 약하게 하는 것으로 된다. 또한, 개구부 이미지(1061P)를 복수로 분할함으로써, 화상에 있어서의 규칙적인 모양 등의 주기성을 약하게 하는 것도 가능하다. 제 2 광 변조 소자(1100)에 입사하는 투사광의 주기성을 약하게 하는 것에 의해, 주기 구조를 갖는 제 2 광 변조 소자(1100)를 이용하는 경우에도 광의 간섭 효과가 저감된다.
이와 같이 하여, 로우패스 필터인 프리즘군(1025)을 마련하는 것에 따라, 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다. 제 1 광 변조 소자인 투과형 액정 광 밸브(색 변조 광 밸브)(1160R, 1160G, 1160B)와 제 2 광 변조 소자(휘도 변조 액정 광 밸브)(1100) 사이의 광로 중에 프리즘군(1025)을 마련하는 구성으로 하는 것에 의해, 제 2 광 변조 소자(1100)의 구성에 상관없이, 광의 간섭을 감소시킬 수 있기 때문에, 제 2 광 변조 소자(1100)는 광의 간섭을 감소시키기 위한 구성으로 할 필요가 없어진다.
제 2 광 변조 소자(1100)는 광의 간섭을 방지 가능하게 하기 위한 구조상의 제약을 받지 않고, 세밀한 화상의 표시나, 비용의 삭감이 가능한 구성으로 할 수 있다. 이에 따라, 무아레의 발생을 감소시켜 세밀한 화상을 표시할 수 있다고 하는 효과를 얻는다.
특히, 본 실시예에서는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 주기 영역 이미지(1063P) 내를 극간 없이 개구부 이미지(1061Pa, 1061Pb, 1061Pc, 1061Pd)에서 메우고 있다. 이와 같이, 프리즘 소자(1071)는 블랙 매트릭스부 이미지(62P)의 중심선 이미지 CLP의 교점 CPa, CPb, CPc, CPd와, 개구부 이미지(직접 투과 이미지)(1061P)의 하나의 코너부가 대략 일치하도록, 굴절면(1072)의 방향 및 경사 각도 θ를 설정한다. 이 때문에, 제 2 광 변조 소자(1100)에의 투사광의 얼룩을 감소시켜, 투사광의 주기성을 감소시킬 수 있다.
도 7로 되돌아가, 정방형의 프리즘 소자(1071)의 한 변은 길이 La, 평탄부(1073)의 한 변은 길이 Lb를 갖는 것으로 한다. 프리즘군(1025) 중 하나의 프리즘 소자(1071)가 차지하는 면적 La×La를 단위 면적으로 한다. 평탄부(1073)는 면적 FS=Lb×Lb를 갖는다.
또한, 네 개의 굴절면(1072a, 1072b, 1072c, 1072d)은 각각 면적 P1, P2, P3, P4를 갖는다. 여기서, 평탄부(1073)를 투과하여 직진한 광의 광량은 단위 면 적에 차지하는 평탄부(1073)의 면적 FS에 대응한다.
마찬가지로, 네 개의 굴절면(1072a, 1072b, 1072c, 1072d)에서 굴절되는 광의 총 광량은 단위 면적이 차지하는 굴절면(1072a, 1072b, 1072c, 1072d)의 총면적 P1+P2+P3+P4에 대응한다.
여기서, 네 개의 굴절면(1072a, 1072b, 1072c, 1072d)의 면적 P1, P2, P3, P4는 각각 대략 동일한 크기라고 하면, 총면적 P1+P2+P3+P4=4×P1로 된다. 환언하면, 평탄부(1073) 또는 굴절면(1072)의 면적을 제어하는 것에 의해, 직진시키는 광의 광량과, 굴절시키는 광의 광량을 임의로 설정할 수 있다.
무아레를 효과적으로 감소시키기 위해서는, 평탄부(1073)를 투과하여 직진한 투사 이미지(직접 투과 이미지)의 광량과, 굴절면(1072)에서 굴절된 투사 이미지의 광량이 동등한 것이 바람직하다. 예컨대, 길이 La=1.0, 길이 Lb=0.707이라고 하면, 프리즘 소자(1071)의 단위 면적은 1.0(=1.0×1.0), 평탄부(1073)의 면적 FS는 0.5=(0.707×0.707)로 된다. 또한, 각각 같은 면적을 갖는 네 개의 굴절면(1072a, 1072b, 1072c, 1072d)을 합계한 총면적 (4×P1)은 0.5(=1.0-0.5)이다.
이와 같이 프리즘 소자(1071)를 설계하면, 평탄부(1073)를 투과하여 직진한 광의 광량과, 네 개의 굴절면(1072a, 1072b, 1072c, 1072d)에서 굴절된 광의 총 광량을 같게 할 수 있다.
이와 같이, 프리즘면의 면적비를 소망하는 비로 설계하는 것에 의해 광선 강도비를 자유롭게 설계할 수 있다.
로우패스 필터인 프리즘군(1025)은 제 1 광 변조 소자(색 변조 액정 광 밸 브)(1160R, 1160G, 1160B)와 제 2 광 변조 소자(휘도 변조 액정 광 밸브)(1100) 사이의 광로 중에 배치하는 구성이면 좋다. 예컨대, 도 11에 나타내는 투사형 표시 장치와 같이, 크로스 다이클로익 프리즘(1080)의 사출면에 프리즘군(1025)을 마련하는 구성으로 하여도 좋다. 크로스 다이클로익 프리즘(1080)으로 합성한 각 색광을 프리즘군(1025)에 입사시키는 구성으로 하는 것에 의해, 프리즘군(1025)을 하나로 할 수 있어, 투사형 표시 장치를 간이한 구성으로 할 수 있다.
또, 각 제 1 광 변조 소자(1160R, 1160G, 1160B)와 크로스 다이클로익 프리즘(1081) 사이에, 각각 프리즘군(1025)을 마련하는 구성으로 하여도 좋다. 색광마다 프리즘군(1025)을 마련하는 구성이라고 하면, 각 파장에 대응한 굴절 각도 설정을 할 수 있다.
보다 바람직한 실시예로는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 광로의 동공 위치에 삽입하는 것으로 투사광이 고밀도로 집광하는 위치에 로우패스 필터인 프리즘군(1025)을 삽입하는 것으로 로우패스 필터의 소형화와 광 강도의 균일화를 양립시킬 수 있다.
또한, 광 변조 소자로는 투과형 액정 표시 장치를 이용하는 경우에 한정되지 않는다. 액정 표시 장치로는, 반사형 액정 표시 장치를 이용하여도 좋다. 또한, 다른 마이크로 장치인, 예컨대, 틸트 미러 장치인 DMD는 마이크로 미러를 행렬 형상으로 배치하는 구조를 갖는다. 이 때문에, 공간 광 변조 장치로서 DMD를 이용하는 경우에도, 액정 표시 장치를 이용하는 경우와 마찬가지로 무아레를 감소시킬 수 있다. 또한, 자가 발광 소자, 예컨대, 유기 EL 소자를 이용하는 경우에도, 화소의 주기 구조에 기인하는 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다.
도 12(a)∼(c)는 프리즘군(1025)을 마련하는 것에 의한 투사광의 강도 분포의 변화를 설명하는 것이다. 도 12(a)∼(c)에 나타내는 그래프는 모두 세로축을 투사광의 강도 I, 가로축을 X방향에서의 거리 x(I, x는 모두 임의 단위)로 하고 있다. 개구부 이미지(1061P)의 이동량인 거리 S(도 8 참조)는 프리즘군(1025)의 굴절면(1072)의 경사 각도 θ에 의해 복수의 개구부(1061)의 피치의 약 2분의 1 이하의 거리이다. 여기서, 복수의 개구부(1061)의 피치란, 인접하는 개구부(1061)의 중심 위치간 거리를 말한다.
제 2 광 변조 소자(1100)에 있어서, x=0, 20, 40 각각의 위치를 중심으로 해서 화소부인 개구부(1061)의 이미지가 세 개 배열되어 있다고 한다. 프리즘군(1025)을 마련하지 않는 경우, 투사광 A1은 개구부(1061) 이미지의 중심을 피크로 하는 강도 분포를 나타낸다. 또한, 개구부(1061) 이미지가 그대로 제 2 광 변조 소자(1100)에 투영되기 때문에, 블랙 매트릭스부(1062)의 이미지가 형성되는 x=10, 30의 위치는 투사광의 강도 I가 대략 0으로 된다. 투사광의 강도 I의 최대값과 최소값과 차 ΔI가 클수록 투사광의 주기성이 강화되고, 무아레가 발생하기 쉬운 상태로 된다.
개구부(1061)의 피치의 약 2분의 1의 거리의 위치에 개구부(1061) 이미지를 형성하는 프리즘군(1025)을 마련하는 경우, 개구부(1061)로부터의 광은 굴절하는 광과 직진하는 광으로 분리된다. 개구부(1061)로부터 직진하는 광 B2의 강도는 광 A1과 비교하여, 일부의 광을 분리한 만큼 약해진다. 프리즘군(1025)에서 굴절된 광은 반 피치 어긋난 위치인 x=10, 30의 위치를 피크로 하는 강도의 광 C2로 된다. 프리즘군(1025)을 직진하는 광 B2와 굴절하는 광 C2를 합친 광 A2는 광 A1과 비교하여 강도차 ΔI를 작게 할 수 있다.
개구부(1061)의 피치의 약 4분의 1의 거리 위치에 개구부 이미지를 형성하는 프리즘군(1025)을 마련하는 경우, 개구부(1061)로부터의 광은 직진하는 광 B3과, 4분의 1피치 어긋난 위치를 피크로 하는 광 C3, D3으로 분리된다. 광 B3, C3, D3을 합친 광 A3은 광 A1과 비교하여 강도차 ΔI를 작게 할 수 있다. 강도차 ΔI를 작게 하면, 화소 구조에 기인하는 투사광의 규칙성을 약하게 하여, 제 2 광 변조 소자(1100)의 주기 구조에 있어서의 광의 간섭을 감소시킬 수 있다.
또한, 투사형 표시 장치에 있어서의 주기 구조와, 화상의 모양의 겹침에 의한 광의 간섭도 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 화소부인 개구부(1061)의 피치의 약 2분의 1 이하의 거리의 위치에 개구부(1061)의 투영 이미지를 안내하는 프리즘군(1025)을 마련하는 것에 의해, 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다.
여기서는, 개구부(1061)의 투영 이미지를 X방향으로 시프트하는 예를 이용하여 설명했지만, X방향에 한하지 않고, Y방향에 대해서도, 개구부(1061)의 피치의 약 2분의 1 이하의 거리의 위치에 개구부(1061)의 투영 이미지를 안내하는 것으로 해도 좋다. 또한, 개구부(1061)의 투영 이미지를 경사 방향의 위치로 시프트하는 경우에, 복수의 개구부(1061)의 경사 방향의 피치의 약 2분의 1 이하의 거리의 위치로 투사 이미지를 안내하는 것으로 하여도 좋다.
프리즘군(1025)은 프리즘 소자(1071)의 굴절면(1072)의 방향이나 경사 각도 에 따라 개구부(1061) 이미지의 위치를 적절히 설정할 수 있다. 예컨대, 도 13에 나타내는 바와 같이, 개구부 이미지(151P)를 화살표로 나타내는 기울기 45° 방향으로 거리 S만큼 떨어진 위치로 분리한다. 그리고, 네 개의 개구부 이미지(1151Pa, 1151Pb, 1151Pc, 1151Pd)에 의해 새로운 개구부 이미지(1150P)를 형성하여도 좋다. 또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 개구부 이미지(1152P)를 거리 S만큼 떨어진 위치로 분리하고, 두 개의 개구부 이미지(1152Pa, 1152Pd)를 중첩시키는 것에 의해 새로운 개구부 이미지(1153P)를 형성하여도 좋다.
도 15(a)∼15(f)는 프리즘 소자 형상의 여러 가지 변형예를 나타낸다. 예컨대, 도 15(a)는 굴절면(1161a)과 평탄부(1161b)를 갖는 사다리꼴 형상의 프리즘 소자가 소정 간격으로 마련된 프리즘군(1161)을 나타내고 있다.
도 15(b)는 굴절면(1162a)과 평탄부(1162b)를 갖고, 사다리꼴 형상의 프리즘 소자가 극간없이 마련된 프리즘군(1162)을 나타내고 있다.
도 15(c)는 굴절면(1163a)과 평탄부(1163b)를 갖고, 삼각형 형상의 프리즘 소자가 소정 간격으로 마련된 프리즘군(1163)을 나타내고 있다.
도 15(d)는 굴절면(1164a)만으로 이루어지는 블레이즈형 프리즘군(1164)을 나타내고 있다.
도 15(e)는 평탄부의 높이 및 프리즘 피치가 랜덤이며, 프리즘 에지에 의한 회절을 발생시키는 주기성이 거의 없는 상태의 프리즘군(1165)을 나타내고 있다.
또한, 도 15(f)는 평탄부는 공통의 높이이지만, 프리즘 피치가 랜덤이며, 회절 발생 조건인 주기성을 억제하여 회절의 영향을 감소시킬 수 있는 프리즘군 (1166)을 나타내고 있다.
이와 같이, 굴절면의 방향, 경사 각도, 면적을 파라미터로 하여 여러 가지 변형을 취할 수 있다.
도 16은 프리즘군의 다른 형태의 일부를 확대한 개략 구성을 나타낸다. 프리즘군(1210)은 사각추 형상의 제 1 프리즘 소자(1211)와, 사각추 형상의 제 2 프리즘 소자(1212)로 구성되어 있다. 제 1 프리즘 소자(1211)는 그 한 변이 중심선 CL에 대략 45°를 이루도록 형성되어 있다. 제 2 프리즘 소자(1212)는 그 한 변이 중심선 CL에 대략 평행이 되도록 형성되어 있다. 또한, 제 1 프리즘 소자(1211)와 제 2 프리즘 소자(1212)의 주위에는 평탄부(1215)가 마련된다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 평탄부(1215)를 투과한 광에 의해, 개구부 이미지(직접 투과 이미지)(1220P)가 형성된다. 그리고, 제 1 프리즘 소자(1211)의 굴절면(1213)에 의해, 중심선 이미지 CLP에 대하여 45° 방향으로 개구부 이미지(1213P)가 형성된다. 제 2 프리즘 소자(1212)의 굴절면(1214)에 의해, 중심선 이미지 CLP에 평행한 방향으로 개구부 이미지(1214P)가 형성된다. 그리고, 이들 투사 이미지가 블랙 매트릭스부(1062) 이미지를 극간없이 메우도록 굴절면의 방향, 경사 각도를 설정한다. 이에 따라, 투사 이미지의 강도 얼룩을 적게 할 수 있다.
또한, 프리즘군(1210)과 마찬가지의 굴절 작용을 생기게 하는 프리즘군의 형상은 여러 가지 변형을 취할 수 있다. 예컨대, 도 18에 나타내는 바와 같은 굴절면(1231)과 평탄부(1232)를 갖는 프리즘군(1230)을 이용할 수도 있다. 이와 같이, 프리즘 굴절면과 평탄면을 소망 면적비로 임의의 형상으로 형성하는 것이 가능하 다.
(실시예 2)
다음에, 본 발명의 제 1 형태의 실시예 2에 따른 화상 표시 장치에 대하여 설명한다. 화상 표시 장치의 개략 구성은 기본적으로 실시예 1과 마찬가지이므로, 실시예 1과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다.
또한, 상술한 도 19는 본 발명의 제 1 형태의 실시예 2에 따른 화상 표시 장치에 있어서의, 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군(1240)의 주요부 사시 구성을 나타낸다.
프리즘군(1240)은 2세트의 프리즘 소자(1241a, 1241b)로 구성되어 있다. 프리즘 소자(1241a)는 제 1 방향인 y축 방향에 있어서의 단면 형상이 대략 사다리꼴 형상이다. 또한, 프리즘 소자(1241a)는 제 1 방향인 y축 방향에 대략 직교하는 제 2 방향인 x축 방향으로 길이 방향을 갖고 있다.
프리즘 소자(1241a)의 y축 방향에 있어서의 단면 형상의 사다리꼴 형상 중, 두 개의 경사면 Y1, Y2는 굴절면으로서 기능한다. 또한, 프리즘 소자(1241a)의 y축 방향에 있어서의 단면 형상 중 상면 Y0은 평탄부로서 기능한다. 이 때문에, 경사면 Y1 또는 경사면 Y2로 입사된 광은 경사면의 각도에 대응하는 방향으로 굴절한다. 굴절한 광에 의해 굴절 투과 이미지가 형성된다. 또한, 상면 Y0에 입사된 광은 그대로 투과한다. 그대로 투과된 광에 의해 직접 투과 이미지가 형성된다.
프리즘 소자(1241b)는 프리즘 소자(1241a)와 마찬가지의 구성이다. 프리즘 소자(1241b)의 x축 방향에 있어서의 단면 형상 중, 두 개의 경사면 X1, X2는 굴절면으로서 기능한다. 또한, 프리즘 소자(1241b)의 x축 방향에 있어서의 단면 형상 중, 상면 X0은 평탄부로서 기능한다. 그리고, 2세트의 프리즘 소자(1241a, 1241b)는 각각의 길이 방향끼리가 대략 직교하도록 마련된다.
본 실시예에 따른 화상 표시 장치에 있어서의 프리즘군(1240)은 프리즘 소자(1241a)의 평면 쪽과, 프리즘 소자(1241b)의 평면 쪽을 마주 보고 고착되어 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 이하의 (1)∼(3) 중 어느 하나의 구성이라도 좋다.
(1) 프리즘 소자(1241a)의 경사면 Y1, Y2 등이 형성되어 있는 면과, 프리즘 소자(1241b)의 경사면 X1, X2 등이 형성되어 있는 면을 마주 보고 고착하는 구성.
(2) 프리즘 소자(1241a)의 경사면 Y1, Y2 등이 형성되어 있는 면과, 프리즘 소자(1241b)의 평면 쪽을 마주 보고 고착하는 구성.
(3) 프리즘 소자(1241a)의 평면 쪽과, 프리즘 소자(1241b)의 경사면 X1, X2 등이 형성되어 있는 면을 마주 보고 고착하는 구성.
또, 도 19에서는 프리즘면이 접하는 구성으로 설명하고 있지만, 양면이 공기와 접하는 구성이더라도 좋다.
도 20은 프리즘군(1240)에 의한 입사광의 분기를 나타낸다. 도 20에서, 왼쪽으로부터 오른쪽을 향해 입사광 XY가 진행된다. 또, 도 20의 일부에서는, 설명의 편의상, 경사면 Y0, Y1, Y2의 부호를 이용하여 광선을 특정한다. 입사광 XY는 점선으로 나타내는 프리즘 소자(1241a)에 의해, 경사면에서 굴절하는 광선 Y1, Y2 와, 상면을 그대로 투과하는 광선 Y0과의 세 개의 광선으로 분기된다. 분기된 세 개의 광선 Y0, Y1, Y2는 프리즘 소자(1241b)에 의해, 각각 세 개의 광선으로 더 분기된다. 그 결과, 입사광 XY는 아홉 개의 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X0, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2로 분기된다.
다음에, 분기된 아홉 개의 광선의 투영면에 있어서의 위치를, 도 21을 이용하여 설명한다. 광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지의 영역을 굵은 테두리로 둘러싼 부분으로 나타낸다. 굴절된 광에 의한 화소부의 투영 이미지는 프리즘 소자(1241a, 1241b)의 길이 방향에 대하여 각각 직교하는 방향으로 형성할 수 있다. 프리즘군(1240)은 2세트의 프리즘 소자(1241a, 1241b)의 길이 방향끼리가 대략 직교하도록 구성되어 있다. 이에 따라, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지의 영역 주변에, 여덟 개의 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과 이미지의 영역이 형성된다. 도 26에서는, 각각의 영역에 광선의 부호를 부여하여 나타낸다. 또한, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지는 제 1 광 변조 소자(도 2, 도 4, 도 5)에 있어서의 복수의 개구부(1061)의 위치에 대응하여 주기적으로 인접하여 형성된다. 프리즘군(1240)은 프리즘 소자(1241a, 1241b)에 의해, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지끼리 사이의 영역에 굴절 투과 이미지를 형성한다. 이에 따라, 투사광의 주기성을 감소시킬 수 있다.
또한, 프리즘군(1240)은 평탄면인 프리즘 소자(1241a)의 상면 Y0, 프리즘 소자(1241b)의 상면 X0을 경유한 광 강도의 총합을 PW0, 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2를 경유한 광 강도의 총합을 PW1이라고 각각 했을 때, PW0≥PW1을 만족하고 있다. 또, PW0, PW1은 모두 제 2 광 변조 소자(1100)에 있어서의 광 강도이다.
광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지의 광 강도의 총합은 평탄부인 상면 Y0, X0의 면적에 대응한다. 또한, 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과 이미지의 광 강도의 총합은 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2의 면적에 대응한다. 여기서, 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과 이미지의 광 강도의 총합 PW1이 직접 투과 이미지의 광 강도의 총합 PW0보다 커지면, 관찰자는, 예컨대, 고스트와 같은 2중의 화상을 인식하는 경우가 있다.
본 실시예에서는, PW0≥PW1을 만족하도록 구성되어 있다. 이 때문에, 상기 실시예 1과 마찬가지로 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 바람직하게는, PW0> PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, PW0>0.9×PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 화소 배열에 의한 광 강도 분포를 균일화하면서 본래의 화소 정보를 유지할 수 있는 것으로 무아레를 감소시킬 수 있고, 또한 고선명의 투사 이미지를 얻을 수 있다.
도 22(a)는 제 2 광 변조 소자(1100)에 있어서의 투사 이미지의 광 강도 분포를 나타내고 있다. 도 22(a)의 횡 폭은 제 2 광 변조 소자(1100) 상의 위치 좌표, 세로축은 임의의 강도 단위를 각각 나타낸다. 설명을 간단히 하기 위해, 도 21에 나타내는 직접 투과 이미지의 영역 I와, 인접하는 직접 투과 이미지의 영역 K와, 이들 영역간의 영역 J와의 세 개의 영역의 대략 중심을 지나는 BB 단면에 대하여 설명한다. 즉, 도 22(a)의 가로축의 부호 I로 나타내는 부분은 도 21의 영역 I 에 상당하고, 부호 J로 나타내는 부분은 도 21의 영역 J에 상당하며, 부호 K로 나타내는 부분은 도 21의 영역 K에 상당한다.
도 22(a)에 나타내는 바와 같이, 제 2 광 변조 소자(1100)에 있어서, 평탄부인 상면 Y0, X0으로부터의 광에 의해 형성되는 제 1 광 변조 소자(1160R)에서의 개구부(1061)의 투영 이미지의 영역 I, 영역 K의 강도 분포의 제 1 피크값 Pa는 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2를 경유한 광에 의해 형성되는 개구부(1061)의 투영 이미지의 영역 J의 강도 분포의 제 2 피크값 Pb보다 크다.
예컨대, 제 2 피크값 Pb는 제 1 피크값 Pa의 대략 절반의 파워 배분으로 설정한다. 이 광 강도의 파워 배분은 프리즘 소자(1241a, 1241b)의 상면 Y0, X0과, 경사면 Y1, Y2, X1, X2의 면적비에 따라 제어할 수 있다.
또한, 제 1 피크값 Pa와 제 2 피크값 Pb 사이의 영역에 대해서는, 소정의 강도 분포 곡선 CV에 따른 광 강도로 된다. 이에 따라, 투사광의 주기성을 감소시켜, 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다.
광 강도 분포의 변형예를 도 22(b), 22(c), 22(d)에 각각 나타낸다. 도 22(b)에서, 영역 I, 영역 K의 광 강도 분포의 각각 두 개의 제 1 피크값 Pc은 영역 J의 제 2 피크값 Pd보다 크다. 도 22(c)에서, 영역 I, 영역 K의 광 강도 분포의 제 1 피크값 Pe는 영역 J의 두 개의 제 2 피크값 Pf보다 크다. 도 22(d)에서, 영역 I, 영역 K의 광 강도 분포 각각의 제 1 피크값 Pg는 영역 J의 제 2 피크값 Pg과 대략 같은 크기이다. 이들 파워 배분 시, 투사광의 주기성을 감소시켜, 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다.
(실시예 3)
다음에, 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치의 개략 구성은 실시예 1과 기본적으로는 마찬가지이므로, 실시예 1과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하여, 중복하는 설명은 생략한다.
도 23은 본 발명의 제 1 형태의 실시예 3에 따른 화상 표시 장치에 있어서의, 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군(1280)의 주요부 단면 구성을 나타낸다.
프리즘군(1280)은 두 개의 굴절면(1280a)이 주기적인 V자 형상의 홈을 형성하고 있다. 굴절면(1280a)과 광축 AX의 교점에서 평탄부(1280b)로부터 가장 떨어진 위치에서 광축 AX에 대략 수직 방향으로 형성되는 기준면(1281)과, 평탄부(1280b)는 거리 d만큼 떨어져 있다. 거리 d는 V자 형상의 홈의 깊이에 대응한다. 이하, 적절히, 거리 d를 깊이 d라고 부른다. 그리고, 거리 d는 조건식 (1-1) 또는 (1-2)를 만족하고 있다.
여기서, 프리즘군(1280)을 구성하는 부재의 굴절율을 n, 프리즘군(1280)으로 입사되는 광의 파장을 λ라고 각각 한다. 본 실시예에서는, 거리 d(깊이)를 1100㎚로 하고 있다.
V자 형상의 홈의 깊이가 조건식 (1-A),
본 실시예에서는, 입사광으로서 초고압 수은 램프 등의 램프(1011)로부터의 광 중 가시광 영역의 광을 이용한다. 예컨대, 입사광의 파장 λ=480㎚, 프리즘군(1280)의 굴절율 n=1.46의 경우, 조건식 (1-A)로부터,
마찬가지로, 입사광의 파장 λ=650㎚, 프리즘군(1280)의 굴절율 n=1.46의 경우, 조건식 (1-A)로부터,
이와 같이, 입사광의 파장 λ가 480㎚의 경우, V자 형상의 홈의 깊이 d가 522㎚일 때에 회절광이 유효하게 발생한다. 또한, 입사광의 파장 λ가 650㎚의 경우, V자 형상의 홈의 깊이 d가 707㎚일 때에 회절광이 유효하게 발생한다. 회절광은 주기 구조를 갖는 제 2 광 변조 소자(1100)에서 광이 간섭함으로써, 무아레를 야기하는 경우가 있다. 본 실시예에서는, V자 홈의 깊이 d가 회절광을 생기게 하지 않는 것, 또는 회절광이 발생하여도 관찰자가 인식하지 못할 정도인 것이 바람직하다.
이 때문에, 본 실시예에서는, 조건식 (1-1) 또는 (1-2)을 만족하는 것으로, 조건식 (1-A)로 규정되는 거리 d(깊이)와 다를 수 있다. 예컨대, 본 실시예에 있어서, 파장 λ=480㎚의 경우, 조건식 (1-1)로부터,
조건식 (1-2)로부터,
또한, 파장 λ=650㎚에서, 마찬가지의 계산을 하면, 조건식 (1-1)로부터,
조건식 (1-2)로부터,
본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 깊이 d=1100㎚로 하고있다. 이에 따라, 어떤 파장 λ에 대해서도 조건식 (1-2)을 만족하기 때문에, 프리즘군에 있어서의 회절광의 발생을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 바람직하게는, 이하의 조건식 (1-3) 또는 (1-4)를 만족하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 이하의 조건식 (1-5) 또는 (1-6)을 만족하는 것이 바람 직하다.
상기 조건식 (1-3)∼(1-6) 중 어느 하나를 만족하는 것에 의해, 프리즘군(1280)으로부터의 회절광의 강도를 더욱 작게 할 수 있다. 이에 따라, 무아레의 발생을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 24는 본 실시예의 변형예 1에 따른 화상 표시 장치에서, 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군(1290)의 주요부 단면 구성을 나타낸다. 상기한 프리즘군(1280)과 동일한 부분에 대해서는 중복하는 설명을 생략한다. 본 변형예에서는, 기준면(1291)으로부터 평탄부(1290b)까지의 거리 d1, d3, d5와, 기준면(1291)으로부터 굴절면(1290a) 상의 소정 위치까지의 거리 d2, d4, d6이 각각 비주기적으로 되도록 형성되어 있다. 기준면(1291)은 광축 AX에 대하여 대략 수직이며 프리즘군(1290)이 형성되어 있는 기판의 한쪽 면이다. 여기서, 굴절면(1290a) 상의 소정 위치란, 굴절면(1290a) 중 가장 기준면(1291)에 가까운 위치를 말한다.
프리즘군(1290)에 의해 회절광이 생기는 구조의 하나로서, 프리즘 소자의 주기적인 구조를 들 수 있다. 본 실시예에서는 상술한 비주기적인 구성에 의해, 프리즘 소자의 주기적 구조에 기인하는 회절광의 발생을 감소시킬 수 있다. 프리즘군에 있어서의 회절광의 발생을 감소시킴으로써, 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 도 15(f)에 나타내는 바와 같은 굴절면이 형성되는 홈 깊이와 평탄부의 피치를 랜덤화하는 것으로도, 무아레의 원인으로 되는 회절광을 감소시킬 수 있다.
도 25는 본 실시예의 변형예 2에 따른 화상 표시 장치에서, 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군(1300)의 주요부 사시 구성을 나타낸다. 상기한 프리즘군(1280)과 동일한 부분에 대해서는, 중복하는 설명을 생략한다. 본 변형예에서는, 프리즘군(1300)의 프리즘 소자(1301)는 대략 직선 La1, La2, La3, La4, La5의 형상을 따라, 투명 플레이트(1302) 상에 배열되어 있다. 그리고, 대략 직선 La1, La2, La3, La4, La5의 수가 단위 면적 aφ당 다섯 개이다. 또, 대략 직선 La1, La2, La3, La4, La5의 수는 단위 면적당 15개 이하이면 좋다. 프리즘 소자(1301)는 단위 면적당 15회 이하의 주기로 마련된다. 단위 면적 aφ의 설명은 후술한다.
도 26은 단위 면적 aφ 근방의 정면도이다. 대략 직선 La1, La2, La3, La4, La5에 대략 직교하고, 대략 직선 Lb1, Lb2, Lb3, Lb4, Lb5, Lb6의 여섯 개의 직선이 형성되어 있다. 직선 Lb1, Lb2, Lb3, Lb4, Lb5, Lb6에 대해서도, 단위 면적당 15개 이하이면 좋다. 이와 같이, 프리즘군(1300)의 프리즘 소자(1301)는 대략 직교하는 격자 형상으로 형성되어 있다.
도 27은 단위 면적 aφ를 설명하기 위한 초고압 수은 램프 등의 램프(1011)로부터 제 2 광 변조 소자(1100)까지의 광로를 나타낸다. 도 27에서는, 설명을 간단히 하기 위해, 광학계로는, 조명계 ILL을 구성하는 램프(1011)와 적분기(1013) 및 릴레이계 PL을 구성하는 릴레이 렌즈(1200)만을 나타내고, 다른 색 분해 광학계 등의 도시를 생략한다. 또한, 편의상, 릴레이 렌즈(1200)는 양 볼록 형상의 단일 렌즈로서 나타내고 있다. 도 27에서, 릴레이 렌즈(1200)와 릴레이계 PL은 일치하고 있다. 또한, 편의상, 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R)를 투과하 는 광에 대하여 나타내고 있다.
램프(1011)로부터의 조명광은 적분기(1013)에 입사된다. 적분기(1013)는 램프(1011)로부터의 조명광을 중첩시켜 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R)를 조명한다. 적분기(1013)로부터의 조명광은 소정의 각도 분포를 가져 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R)에 입사된다. 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R) 상의 위치 OBJ는 여러 가지 입사 각도의 광에 의해 중첩적으로 조명된다. 그리고, 위치 OBJ로부터의 광은 조명계 ILL의 F넘버로 공간적으로 넓어지면서 프리즘군(1300)에 입사된다. 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R)를 사출한 광은 프리즘군(1300)을 투과하여 릴레이 렌즈(1200)로 입사된다.
제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R)의 변조면과 제 2 광 변조 소자(1100)는 공역 관계에 있다. 이 때문에, 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R) 상의 위치 OBJ는 제 2 광 변조 소자(1100) 상의 위치 IMG에 결상된다. 이 때, 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R) 상의 위치 OBJ로부터의 광은 릴레이 렌즈(1200)의 F넘버와 동일, 또는 작은 F넘버의 광이 투사 렌즈(20)에 의해 제 2 광 변조 소자(1100)에 투사된다. 조명계 ILL의 F넘버와 릴레이계 PL의 F넘버는 이하의 세 가지의 관계 (B), (C), (D)가 고려된다.
(B) 조명계 ILL의 F넘버>릴레이계 PL의 F넘버
(C) 조명계 ILL의 F넘버=릴레이계 PL의 F넘버
(D) 조명계 ILL의 F넘버<릴레이계 PL의 F넘버
어떤 관계에서도, 제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R) 상에서, 조명계 ILL 또는 릴레이계 PL이 작은 쪽의 F넘버로 규정되는 각도 범위의 광만이 유효하게 제 2 광 변조 소자(1100)에 투사된다. 예컨대, 관계 (B) 또는 (C)의 경우, 다음 식이 성립된다.
여기서, FILL은 릴레이계 PL의 F넘버, θa는 위치 OBJ로부터 사출된 광의 광축과 이루는 각도이다.
제 1 광 변조 소자(공간 광 변조 장치)(1160R)로부터 공간적인 확장 각도 θa에서 사출된 광은 프리즘군(1300) 상의 원형 영역인 단위 면적 aφ를 조사한다. 이와 같이, 프리즘군(1300) 상의 단위 면적 aφ로부터의 광은 모두 릴레이 렌즈(1200)에서 제 2 광 변조 소자(1100)로 투사된다. 또한, 이에 대하여, 상기 관계 조건식 (D)의 경우, 조명계 ILL의 F넘버로 제 2 광 변조 소자(1100)에 유효하게 투사되는 프리즘군(1300) 상의 단위 면적 aφ가 규정된다.
따라서, 어떤 관계 (B), (C), (D)에서도, 프리즘군(1300) 상의 단위 면적 aφ로부터의 광은 릴레이 렌즈(1200)에 의해 유효하게 제 2 광 변조 소자(1100)로 투사된다. 상술한 바와 같이, 프리즘군(1300)에 의해 회절광이 생기는 구조의 하나로서, 프리즘 소자 배열의 주기적인 구조를 들 수 있다. 본 변형예에서는, 프리즘군(1300)이 단위 면적 aφ당 대략 직선 La1∼La5, Lb1∼Lb6의 형상을 따라 배열되어 있다. 이 때문에, 대략 직선의 수가 단위 면적 aφ당 15개 이하이다. 이에 따라, 프리즘 소자 배열의 주기적 구조에 기인하는 회절광의 발생을 감소시켜, 무 아레의 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 프리즘 소자는 단위 면적 aφ 내에 적어도 1주기 이상, 바람직하게는 3주기 이상의 주기로 마련함으로써, 대략 균일한 화상을 얻을 수 있다.
또한, 단위 면적 aφ당 소정의 방향으로 굴절시키는 굴절면(1072)의 면적의 총합 및 평탄부(1073)의 면적의 총합은 어떤 단위 면적에서도 동일한 값으로 하여도 좋다. 이에 따라, 투사되는 화상은 회절광이 감소되고, 또한 프리즘군(1300)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 제 2 광 변조 소자(1100)에서, 블랙 매트릭스부(1062)의 투영 이미지의 영역에 중첩적으로 개구부(1061)의 투영 이미지가 형성된다. 따라서, 제 2 광 변조 소자(1100)에의 투사광의 얼룩을 감소시켜, 투사광의 주기성을 감소시킬 수 있다.
도 32를 참조하여 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군을 구성하는 프리즘군의 형태를 더욱 설명한다. 도 32는 크기, 외형, 굴절 방향이 다른 형상의 프리즘을 배치하는 예를 나타내고 있다. 조명 광학계에서 규정되는 직경 φ로 규정되는 영역을 단위 면적 φS로 한 경우, 도 32에 나타내는 영역 φS 내에는, 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽으로 굴절시키는 프리즘 소자(2810)와 우상, 우하, 좌상, 좌하의 4 방향으로 굴절시키는 프리즘 소자(2811)가 배치되고, 영역 φS 내에 소정 비율로 배치되어 있다. 본 예에서는, 직경 φ의 단위 면적 내에 배치되는 프리즘수가, 화살표로 표시된 직선상에서는 두 개, 직경 φ 내의 원내에서는 19개이다. 이와 같이 다른 프리즘 소자를, 복수개 배열하는 것으로 투과 광선의 회절을 회피하면서, 영역 φS 내에서 광선을 소정의 방향으로 소정의 비율로 굴절시킬 수 있다.
이 때 도 32에 나타내는 임의의 직선의 하나인, 직경 φ에 접하는 프리즘 소자는 두 개이며, 이 직경 직선(화살표) 상에서의 회절의 원인으로 될 수 있는 화살표에 수직인 프리즘 소자의 경계의 에지 수는 4이다.
다음에, 도 33을 참조하여 별도의 프리즘군을 구성하는 프리즘군의 형태를 더 설명하면, 조명 광학계로 규정되는 직경 φ로 규정되는 영역을 단위 면적 φS로 한 경우, 도 33에 나타내는 영역 φS 내의 화살표 방향의 프리즘 소자의 주기수는 4이며, 회절의 원인으로 될 수 있는 화살표에 수직인 프리즘 소자의 경계의 에지수는 11이다.
이와 같이 단위 면적 내의 임의의 직경 직선 상에 프리즘 소자가 적어도 한 개(주기) 이상 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 제 2 광 변조 소자(1100)에 입사되는 광선의 균일화가 도모되고, 무아레를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
또한, 단위 면적 내의 직경 직선에 수직인 프리즘 소자의 경계의 에지수는 50 이하인 것이 바람직하다. 조명 광학계에서 정해지는 단위 면적 내의 직경 직선에 수직인 프리즘 소자의 경계의 에지수가 50 이하인 것에 의해, 프리즘군의 에지부에서 발생하는 회절의 영향을 억제하여, 회절광에 의한 콘트라스트의 저하를 감소시킬 수 있다.
또한, 조명 광학계에서 정해지는 단위 면적 내의 직경 직선에 대략 수직인 프리즘 소자의 경계의 에지수는 30 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 프리즘군의 에지부에서 발생하는 회절의 영향을 더 억제하여, 회절광에 의한 콘트라스트의 저하를 감소시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는, 조명 광학계에서 정해지는 단위 면적 내의 직경 직선에 수직인 프리즘 소자의 경계의 에지수는 15 이하인 것이 바람직하다.
이에 따라, 더욱 고품질인 화상을 기록할 수 있는 화상 표시 장치를 얻을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 에지수는 10 이하이다. 또한, 도 32에 나타내는 바와 같은, 다른 방향으로 안내하는 굴절면을 구비하는 프리즘(2810) 및 프리즘(2811)을 φS 내로 삽입하여 배치함으로써, φS 내의 임의 직경의 선상에서 교차하는 대략 수직인 프리즘 에지의 수를 억제할 수 있기 때문에, 프리즘 에지에 기인하는 회절을 억제하여 고계조의 영상 표시가 가능해진다.
도 28(a)는 프리즘군(1330)을 유리로 구성하는 경우의 주요부 단면 구성을 나타낸다. 이 경우, 깊이 d1=약 30㎚, 기준면(1331)에 대한 각도 θ1=약 0.06°이다. 또한, 도 28(b)는 프리즘군(1330)을 아크릴 또는 제오넥스(상품명)로 구성하는 경우의 주요부 단면 구성을 나타낸다. 프리즘군(1330) 상에는, 또한 광학적으로 투명한 수지 기판(1332)과 유리 기판(1333)을 형성한다. 이 경우, 깊이 d2=약 1㎛, 각도 θ2=약 0.97°이다. 이와 같이, 도 28(a)의 구성과 비교하여, 깊이, 각도 모두 커지기 때문에, 프리즘군(1330)의 제조가 용이해진다.
도 29는 본 실시예의 변형예 3에 따른 화상 표시 장치에 있어서, 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군(1340)의 주요부 단면 구성을 나타낸다. 상기한 프리즘군(1280)과 동일한 부분에 대해서는, 중복하는 설명을 생략한다. 본 변형예의 프리즘군(1340)은 세 개의 프리즘 소자(1341a, 1341b, 1341c)를 교대로 배열하여 광학적 접착제로 고착하여 구성되어 있다. 도 30에 나타내는 바와 같이, 프리즘 소자(1341a, 1341c)는 서로 굴절면(1351a, 1352c)이 경사지는 방향이 반대로 형성되어 있는 띠형 프리즘 소자이다. 또한, 프리즘 소자(341b)는 평탄부(1351b)가 형성되어 있는 평행 평판이다. 그리고, 프리즘 소자(1341a, 1341b, 1341c)를 1조로 하여, 복수의 조를 배열하여 프리즘군(1340)을 구성한다. 또한, 프리즘군(1340)을 대략 직교하는 2방향으로 겹쳐 마련한다. 이에 따라, 평탄부(1351b)와, 대략 직교하는 2방향으로 굴절시키는 굴절면(1351a, 1351c)을 갖는 프리즘군과 마찬가지의 기능을 갖는다.
본 변형예에서는, 대략 평판 형상의 프리즘 소자(1341a, 1341b, 1341c)를 제조하면 좋다. 이 때문에, 매우 간편하게 프리즘군(1340)을 제조할 수 있다. 또한, 단위 면적 aφ당, 프리즘 소자(1341a, 1341b, 1341c)를 15개 이하로 배열하는 것에 의해, 회절광을 감소시킬 수 있다.
도 31은 본 실시예의 변형예 4에 따른 화상 표시 장치에 있어서의, 로우패스 필터로서 기능하는 프리즘군(1360)의 주요부 상면 구성을 나타낸다. 상기한 프리즘군(1280)과 동일한 부분에 대해서는, 중복하는 설명을 생략한다. 본 변형예의 프리즘군(1360)은 프리즘 소자(1361a, 1361b, 1361c)의 위치, 깊이가 각각 비주기적으로(랜덤하게) 단위 면적 aφ 내에 배열되어 있다. 이에 따라, 회절광을 감소시킬 수 있다.
또한, 단위 면적 aφ당 소정의 방향으로 굴절시키는 굴절면(1362)의 면적의 총합 및 평탄부(1363)의 면적의 총합은 어느 단위 면적 aφ에 있어서도 동일한 값으로 하여도 좋다.
또, 본 발명은 본 발명의 각 실시예에서 기술한 각 구성에 한정되지 않는다. 프리즘군은 회절광을 생기게 하지 않는 구성, 또는 회절광을 발생하고 있더라도 관찰자가 인식하지 않는 구성은 본 발명의 각 실시예의 구성을 임의로 조합하는 구성이라도 좋다.
(프리즘군의 제조 방법)
다음에, 도 3으로 되돌아가 프리즘군(1071)의 제조 방법을 설명한다. 프리즘군(1071)은 사출 쪽 방진 투명 플레이트(1070)의 사출면에 일체적으로 형성되어 있다. 사출 쪽 방진 투명 플레이트(1070)는 투명한 평행 평판 유리이다. 평행 평판 유리의 한쪽 면에 프리즘군(1071)을 포토 리소그래피 기술에 의해 형성한다. 구체적으로는, 포토 레지스트층을 평행 평판 유리 상에, 그레이 스케일법을 이용하여 소망 프리즘 형상, 예컨대, 사각추 형상이 되도록 패터닝하여 마스크를 형성한다. 그리고, CHF3 등의 불소계 가스를 이용한 RIE(reactive ion etching)법에 의해 프리즘군(1071)을 형성한다.
또한, 프리즘군(1071)은 불산을 이용하는 습식 에칭법에 의해서도 형성할 수 있다. 이와 같이, 한쪽 면에 프리즘군(1071)이 형성된 평행 평판 유리인 사출 쪽 방진 투명 플레이트(1070)는 액정 패널의 제조 공정에서, 가장 사출 쪽에 내장된다.
또한, 프리즘군(1071)의 다른 제조 방법을 설명한다. 평행 평판 유리의 한 쪽 면에 광학 에폭시 수지를 도포한다. 다음에, 소망하는 프리즘 형상으로는 요철이 반전되고 있는 패턴을 갖는 금형을 준비한다. 그리고, 이 금형을 에폭시 수지로 가압하는 것으로 형전사(型轉寫)한다. 마지막으로, 자외선을 광학 에폭시 수지에 조사하여 경화시켜, 프리즘군(1071)을 형성한다.
또한, 형전사하는 경우에 다른 방법을 채용할 수도 있다. 평행 평판 유리를 가열하여 형전사에 필요한 정도로 연화시킨다. 그리고, 연화된 평행 평판 유리의 한쪽 표면에, 상술한 금형을 가압시켜 형전사한다. 이것에 의해서도, 평행 평판 유리에 프리즘군(1071)을 형성할 수 있다.
또, 프리즘군(1071)은 사출 쪽 방진 투명 플레이트(1070)에 일체적으로 형성하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 소망하는 프리즘 형상의 프리즘군(1071)을 핫 프레스법에 의해 별도 패턴 시트로서 제조해 둔다. 그리고, 패턴 시트를 필요한 크기로 재단한다. 다음에, 재단된 패턴 시트를 평행 평판 유리의 사출 측면에 광학적으로 투명한 접착제를 이용하여 접착한다. 이것에 의해서도, 평행 평판 유리에 프리즘군(1071)을 형성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 프리즘군(1071)의 표면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 프리즘군(1071)의 사출 측면에 대하여 저굴절율의 투명 수지 등으로 이루어지는 코팅층을 형성한다. 예컨대, 프리즘군(1071)은 굴절율 n=1.56의 광학 에폭시 고굴절율 수지로 형성한다. 코팅층은, 예컨대, 굴절율 n=1.38의 광학 에폭시 저굴절율 수지로 형성한다. 또한, 프리즘군(1071)을 구성하는 부재의 굴절율과, 코팅층의 굴절율을 대략 일치시킬 수도 있다. 이에 따 라, 굴절면(1025)의 제조 오차의 편차 등에 기인하는 굴절된 광의 제 2 광 변조 소자(1100) 상에서의 위치 어긋남을 감소시킬 수 있다.
(파장과 프리즘 소자 형상의 관계)
상기 설명에서는, R광을 대표예로 설명하고 있지만, G광에 관한 제 2 색광용 공간 광 변조 장치의 액정 패널, B광에 관한 제 3 색광용 공간 광 변조 장치의 액정 패널에 대해서도 기본적인 구성은 R광의 경우와 동일하다. 구체적으로는, 제 1 광 변조 소자인 제 1 색광용 공간 광 변조 장치와, 제 2 색광용 공간 광 변조 장치와, 제 3 색광용 공간 광 변조 장치가 각각 굴절부인 프리즘군을 갖고 있다.
여기서, 굴절면에서 굴절되는 각도는 광의 파장에 따라 다르다. 이 때문에, 제 2 광 변조 소자에서, 굴절하여 투사되는 이미지의 위치를 정확히 제어하는 경우는, 굴절되는 광의 파장을 고려하는 것이 바람직하다. 예컨대, 광원부인 초고압 수은 램프는 가로축을 파장, 세로축을 임의의 강도로 나타낸 경우, 발광 스펙트럼 분포를 갖는다. 그리고, 휘선 스펙트럼의 피크 파장이 약 440㎚ 근방인 광을 B광, 약 550㎚ 근방인 광을 G광으로서 이용한다. 또한, 광량 적분값의 중앙 파장인 약 650㎚ 근방의 광을 R광으로서 이용한다. 이들 파장의 광이 굴절면에서 굴절되었을 때에, 제 2 광 변조 소자 상에서 소정의 투사 이미지를 형성하도록, 굴절면의 경사 각도 θ 등을 제어한다. 이에 따라, 제 2 광 변조 소자 상에서, 색 어긋남이 적은 고품질의 화상을 얻을 수 있다.
(수치예)
구체예를 들면, 도 8에 나타내는 프리즘 소자의 피치 PT를 1㎜로 한 경우 최적 높이(깊이) H는 약 1.7㎛ 이다.
또한, 액정 패널의 사출 측면, 예컨대, 석영 기판면 상에 각각 프리즘군을 형성한 경우, 프리즘 소자의 경사 각도 θ에 대하여 수치예를 든다. 예컨대, 제 2 광 변조 소자 상에 있어서의 이동량인 거리 S=8.5㎛로 한다. 이 때, R광, G광, B광에 있어서의 각 프리즘 소자의 경사 각도 θ는 각각 0.31°, 0.31°, 0.30°이다. 각 색에서 경사 각도가 다른 것은, 상술한 바와 같이, 프리즘군을 구성하는 부재의 굴절율은 파장에 따라 다르기 때문이다.
또한, 각 색용의 프리즘군을, 크로스 다이클로익 프리즘의 각 색광의 입사면에 마련하는 경우는 R광, G광, B광에 있어서의 각 프리즘 소자의 경사 각도 θ는 각각 0.10°, 0.10°, 0.099°이다.
이와 같이, 경사 각도 θ는 작은 값이므로, 예컨대, 절삭 가공으로 프리즘군을 형성하는 경우에는 곤란한 경우가 있다. 그래서, 프리즘군의 계면에 프리즘군을 구성하는 부재의 굴절율과 가까운 굴절율을 갖는 재료를 몰드로 형성한다. 이에 따라, 경사 각도 θ을 크게 하여, 프리즘군을 제조하기 쉽게 할 수 있다.
예컨대, 프리즘군을 구성하는 부재와 몰딩하는 재료의 굴절율차를 0.3으로 한다. 이 때, 액정 패널의 사출 측면상에 각각 프리즘군을 형성한 경우, 제 2 광 변조 소자 상에 있어서의 이동량이 거리 S=8.5㎛로서, R광, G광, B광에 있어서의 그 경사 각도 θ는 각각 1.16°, 1.17°, 1.18°이다. 또한, 이 경우에, 각 색용 프리즘군을 크로스 다이클로익 프리즘의 각 색광의 입사면에 마련하는 경우는, R광, G광, B광에 있어서의 각 프리즘 소자의 경사 각도 θ는 각각 0.31°, 0.31°, 0.31°이다.
[제 2 형태]
이하, 본 발명의 제 2 형태의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시예에서는, 제 1 광 변조 소자로서, R(적), G(녹), B(청)의 다른 색광마다 투과형 액정 광 밸브를 구비하고, 제 2 광 변조 소자에도 투과형 액정 광 밸브를 이용한 투사형 액정 표시 장치(프로젝터)의 예를 들어 설명한다.
(프로젝터의 전체 구성)
도 34는 본 발명의 제 2 형태의 화상 표시 장치 및 본 발명의 프로젝터의 실시예의 일례이며, 프로젝터 PJ1의 주된 광학 구성을 나타내는 도면이다.
프로젝터 PJ1은, 도 34에 나타내는 바와 같이, 광원(2010)과, 광원(2010)으로부터 입사된 광의 휘도 분포를 균일화하는 균일 조명계(2020)와, 균일 조명계(2020)로부터 입사된 광의 파장 영역 중 RGB 3원색의 휘도를 각각 변조하는 색 변조부(2025)(제 1 광 변조 수단으로서의 세 개의 투과형 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)를 포함함)와, 광학적 로우패스 필터(2080)와, 색 변조부(2025)로부터 입사된 광을 릴레이하는 릴레이 렌즈(2090)와, 릴레이 렌즈(2090)로부터 입사된 광의 전파장 영역의 휘도를 변조하는 제 2 광 변조 수단으로서의 투과형 액정 광 밸브(2100)와, 액정 광 밸브(2100)로부터 입사된 광을 스크린(도시하지 않음)으로 투사하는 투사 렌즈(2110)를 포함하여 구성되어 있다.
광원(2010)은 초고압 수은 램프나 크세논 램프 등으로 이루어지는 램프(2011)와, 램프(2011)로부터의 사출광을 반사·집광하는 리플렉터(2012)를 포함하여 구성되어 있다.
균일 조명계(2020)는 플라이 아이 렌즈 등으로 이루어지는 두 개의 렌즈 어레이(2021, 2022)와, 편광 변환 소자(2023)와, 집광 렌즈(2024)를 포함하여 구성되어 있다. 그리고, 광원(2010)으로부터의 광의 휘도 분포를 두 개의 렌즈 어레이(2021, 2022)에 의해 균일화하고, 균일화한 광을 편광 변환 소자(2023)에 의해 색 변조부의 입사 가능 편광 방향으로 편광하고, 편광한 광을 집광 렌즈(2024)에 의해 집광하여 색 변조부(2025)로 사출한다. 또, 편광 변환 소자(2023)는, 예컨대, PBS 어레이와, 1/2파장판으로 구성되어 있고, 랜덤 편광을 특정한 직선 편광으로 변환하는 것이다.
색 변조부(2025)는 광 분리 수단으로서의 두 개의 다이클로익 미러(2030, 2035)와, 세 개의 미러(반사 미러(2036, 2045, 2046)와, 다섯 개의 필드 렌즈(렌즈(2041), 릴레이 렌즈(2042), 평행화 렌즈(2050B, 2050G, 2050R))와, 세 개의 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)와, 크로스 다이클로익 프리즘(2070)을 포함하여 구성되어 있다.
다이클로익 미러(2030, 2035)는 광원(2010)으로부터의 광(백색광)을, 적색 R, 녹색 G, 청색 B의 RGB 3원색 광으로 분리(분광)하는 것이다. 다이클로익 미러 (2030)는 유리판 등에 B광 및 G광을 반사하고, R광을 투과하는 성질의 다이클로익막을 형성한 것에 의해, 광원(2010)으로부터의 백색광에 대하여, 당해 백색광에 포함되는 B광 및 G광을 반사하여, R광을 투과한다. 다이클로익 미러(2035)는 유리판 등에 G광을 반사하여, B광을 투과하는 성질의 다이클로익막을 형성한 것으로, 다이클로익 미러(2030)를 반사한 G광 및 B광 중, G광을 반사하여 평행화 렌즈(2050G)에 전달하고, 청색광을 투과하여 렌즈(2041)로 전달한다.
릴레이 렌즈(2042)는 렌즈(2041) 근방의 광(광 강도 분포)을 평행화 렌즈(2050B) 근방으로 전달하는 것이고, 렌즈(2041)는 릴레이 렌즈(2042)에 광을 효율적으로 입사시키는 기능을 갖는다. 렌즈(2041)에 입사된 B광은 그 강도 분포를 거의 보존된 상태로, 또한 광 손실이 거의 없이 공간적으로 떨어진 액정 광 밸브(2060B)에 전달된다.
평행화 렌즈(2050B, 2050G, 2050R)는 대응하는 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에 입사되는 각 색광을 대략 평행화하고, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)를 투과한 광을 효율적으로 릴레이 렌즈(2090)에 입사시키는 기능을 갖고 있다. 그리고, 다이클로익 미러(2030, 2035)에서 분광된 RGB 3원색의 광은 상술한 미러(반사 미러(2036, 2045, 2046)) 및 렌즈(렌즈(2041), 릴레이 렌즈(2042), 평행화 렌즈(2050B, 2050G, 2050R))를 거쳐 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에 입사된다.
액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)는 화소 전극 및 이것을 구동하기 위한 박막 트랜지스터 소자나 박막 다이오드 등의 스위칭 소자가 매트릭스 형상으로 형 성된 유리 기판과, 전면에 걸쳐 공통 전극이 형성된 유리 기판 사이에 TN형 액정을 유지시킴과 동시에, 외면에 편광판을 배치한 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자이다.
또한, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)는 전압 비인가 상태로 백/명(투과) 상태, 전압 인가 상태로 흑/암(비투과) 상태로 되는 노멀리 화이트 모드 또는 그 역인 노멀리 블랙 모드로 구동되고, 인가된 제어값에 따라 명암간의 콘트라스트가 아날로그 제어된다. 액정 광 밸브(2060B)는 입사된 B광을 표시 화상 데이터에 근거하여 광 변조하고, 광학 이미지를 내포한 변조광을 사출한다. 액정 광 밸브(2060G)는 입사된 G광을 표시 화상 데이터에 근거하여 광 변조하고, 광학 이미지를 내포한 변조광을 사출한다. 액정 광 밸브(2060R)는 입사된 R광을 표시 화상 데이터에 근거하여 광 변조하고, 광학 이미지를 내포한 변조광을 사출한다.
크로스 다이클로익 프리즘(2070)은 네 개의 직각 프리즘이 접합된 구조로 이루어지고, 그 내부에는, B광을 반사하는 유전체 다층막(B광 반사 다이클로익막(2071)) 및 R광을 반사하는 유전체 다층막(R광 반사 다이클로익막(2072))이 단면 X자 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 액정 광 밸브(2060G)로부터의 G광을 투과하고, 액정 광 밸브(2060R)로부터의 R광과 액정 광 밸브(2060B)로부터의 B광을 꺾어 이들 3색의 광을 합성하여, 컬러 화상을 형성한다.
광학적 로우패스 필터(2080)는 제 1 광 변조 소자로서의 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)와, 제 2 변조 수단으로서의 액정 광 밸브(2100) 사이에 배치되고, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에서 형성된 광학 이미지를 애매하게 하는 기능을 갖는다. 광학적 로우패스 필터(2080)로는, 프리즘형, 회절 격자형, 수정형 등 각종의 것을 적용할 수 있지만, 본 예에서는, 프리즘형이 이용된다. 로우패스 필터(2080)에 의해, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에서 형성된 광학 이미지가 희미해짐으로써 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R) 및 액정 광 밸브(2100)의 각 화소 패턴끼리의 광학적인 겹침에 따른 화질 열화 현상이 회피된다. 로우패스 필터(2080)의 구성 및 그 기능에 대해서는 후에 자세히 설명한다.
릴레이 렌즈(2090)는 크로스 다이클로익 프리즘(2070)에서 합성된 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)로부터의 광학 이미지(광 강도 분포)를 액정 광 밸브(2100)의 표시면 상에 전달하는 것이다.
액정 광 밸브(2100)는 상술한 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)와 동등한 구성으로 이루어지고, 입사한 광의 전파장 영역의 휘도를 표시 화상 데이터에 근거하여 변조하고, 최종적인 광학 이미지를 내포한 변조광을 투사 렌즈(2110)로 사출한다.
투사 렌즈(2110)는 액정 광 밸브(2100)의 표시면 상에 형성된 광학 이미지를 도시하지 않은 스크린 상에 투사하여 컬러 화상을 표시한다.
다음에, 프로젝터 PJ1의 전체적인 광 전달의 흐름을 설명한다. 광원(2010)으로부터의 백색광은 다이클로익 미러(2030, 2035)에 의해 적색 R, 녹색 G 및 청색 B의 3원색광으로 분광되고, 또한 평행화 렌즈(2050B, 2050G, 2050R)를 포함하는 렌즈 및 미러를 통해, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에 입사된다. 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에 입사된 각각의 색광은 각각의 파장 영역에 따른 외부 데이터에 근거하여 색 변조되어, 광학 이미지를 내포한 변조광으로서 사출된다. 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)로부터의 각 변조광은 각각 크로스 다이클로익 프리즘(2070)에 입사되고, 그래서 하나의 광으로 합성되며, 광학적 로우패스 필터(2080), 릴레이 렌즈(2090)를 통해 액정 광 밸브(2100)에 입사된다. 액정 광 밸브(2100)에 입사된 합성광은 전파장 영역에 따른 외부 데이터에 근거하여 휘도 변조되고, 최종적인 광학 이미지를 내포한 변조광으로서 투사 렌즈(2110)로 사출된다. 그리고, 투사 렌즈(2110)에서, 액정 광 밸브(2100)로부터의 최종적인 합성광을 도시하지 않은 스크린 상에 투사하여 소망 화상을 표시한다.
프로젝터 PJ1에서는, 제 1 광 변조 소자로서의 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에서 광학 이미지(화상)를 형성한 변조광을 이용하여, 최종적인 표시 화상을 제 2 광 변조 소자로서의 액정 광 밸브(2100)로 형성하는 형태를 채용하고 있고, 직렬로 배치된 두 개의 광 변조 소자를 통해, 2단계의 화상 형성 과정에 의해 광원(2010)으로부터의 광을 변조한다. 그 결과, 프로젝터 PJ1은 휘도 다이내믹 영역의 확대와 계조수의 증대를 실현할 수 있다.
여기서, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R) 및 액정 광 밸브(2100)는 모두 투과광의 강도를 변조하고, 그 변조 정도에 따른 광학 이미지를 내포하는 점에서는 동일하지만, 후자의 액정 광 밸브(2100)는 전파장 영역의 광(백색광)을 변조하는데 대하여, 전자의 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)는 광 분리 수단인 다이클로익 미러(2030, 2035)로부터 분광된 특정 파장 영역의 광(R, G, B 등의 색광)을 변조하는 점에서 양자는 다르다. 따라서, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에서 행해 지는 광 강도 변조를 색 변조, 액정 광 밸브(2100)로 행해지는 광 강도 변조를 휘도 변조라고 편의적으로 구별하여 호칭한다.
또한, 마찬가지의 관점에서, 이하의 설명에서는 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)를 색 변조 광 밸브, 액정 광 밸브(2100)를 휘도 변조 광 밸브라고 호칭하여 구별하는 경우가 있다. 그리고, 색 변조 광 밸브 및 휘도 변조 광 밸브에 입력하는 제어 데이터의 내용에 대해서는 나중에 상술한다. 또, 본 실시예에서는, 색 변조 광 밸브는 휘도 변조 광 밸브보다 높은 해상도를 갖고, 따라서, 색 변조 광 밸브가 표시 해상도(프로젝터 PJ1의 표시 화상을 관측자가 보았을 때에 관측자가 지각하는 해상도를 말함)를 결정하는 경우를 상정하고 있다. 물론, 표시 해상도의 관계는 이것에 한정되지 않고, 휘도 변조 광 밸브가 표시 해상도를 결정하는 구성도 가능하다.
도 35는 릴레이 렌즈(2090)의 구성예를 나타내는 도면이다.
릴레이 렌즈(2090)는 각 색 변조용 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)의 광학 이미지를 액정 광 밸브(2100)의 화소면에 결상하는 것으로서, 도 35에 나타내는 바와 같이, 개구 조리개(2091)에 대하여 거의 대칭으로 배치된 전단 렌즈군(2090a) 및 후단 렌즈군(2090b)으로 이루어지는 등배 결상 렌즈이다. 또한, 액정의 시야각 특성을 고려하여 양측 텔레센트릭 특성을 갖는 것이 바람직하다. 전단 렌즈군(2090a) 및 후단 렌즈군(2090b)은 복수의 볼록 렌즈 및 오목 렌즈를 포함하여 구성되어 있다. 단, 렌즈의 형상, 크기, 배치 간격 및 매수, 텔레센트릭성, 배율 그 밖의 렌즈 특성은 요구되는 특성에 따라 적절히 변경될 수 있는 것이고, 도 35에 예에 한정되는 것은 아니다. 릴레이 렌즈(2090)는 여러 장의 렌즈로 구성되므로, 수차 보정이 양호하고, 각 색 변조용 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)에서 형성되는 휘도 분포를 정확히 액정 광 밸브(2100)에 전달할 수 있다.
도 36(a), (b) 및 도 37(a), (b)는 텔레센트릭성의 설명도이며, 도 36(a), 도 37(a)는 양측 텔레센트릭성을 갖는 릴레이 렌즈를 나타내고, 도 36(b), 도 37(b)는 일반적인 릴레이 렌즈를 나타내고 있다.
텔레센트릭 렌즈란, 도 36(a)에 나타내는 바와 같이, 굵은 실선으로 나타내는 주광선이 광축(2406)에 대하여 평행한 렌즈(2402, 2404)(중 참조 부호 2401은 전단 렌즈, 참조 부호 2404는 후단 렌즈를 나타냄)이며, 물체 쪽(전단 광 밸브(2401) 쪽) 및 이미지 쪽(후단 광 밸브(2405) 쪽)의 어느 쪽에서도 텔레센트릭성을 갖는 것을 양측 텔레센트릭 렌즈라고 한다.
양측 텔레센트릭성을 갖는 릴레이 렌즈(2402, 2404)에서는, 전단 광 밸브(2401)(본 예에서는 액정 광 밸브)로부터 사출되는 주광선은 전단 광 밸브의 어느 쪽의 부분으로부터도 거의 수직하게 사출되고, 후단 광 밸브(2405)(본 예에서는 액정 광 밸브)에 거의 수직으로 입사된다. 따라서, 전단 광 밸브(2401)의 광축(2406)으로부터 먼 위치 A로부터 사출되는 광속의 사출 각도 분포와, 광축(2406)으로부터 가까운 위치 B로부터 사출되는 광속의 사출 각도 분포를 비교한 경우, 그들은 거의 같다.
한편, 도 36(b)에 나타내는 바와 같이, 일반적인 릴레이 렌즈(2412)에서는, 굵은 실선으로 나타내는 주광선은 전단 광 밸브(2411)의 사출 위치에 따라 사출 각 도가 다르고, 후단 광 밸브(2413)에의 입사 각도도 입사 위치에 따라 다르다. 따라서, 전단 광 밸브(2411)의 광축(2414)으로부터 먼 위치 A로부터 사출되는 광속의 사출 각도 분포와, 광축(2414)으로부터 가까운 위치 B로부터 사출되는 광속의 사출 각도 분포를 비교한 경우, 그들은 상당히 다르다.
일반적으로, 액정 광 밸브는 시각 의존성을 갖는다. 즉, 액정 광 밸브로부터 사출되는 광선의 각도에 의해, 계조 특성, 밝기 특성, 분광 특성 등이 다르다. 따라서, 도 36(b)에 나타내는 일반적인 릴레이 렌즈(2412)에서는, 전단 광 밸브(액정 광 밸브)(2411)의 영역마다 사출 광속의 사출 각도 성분이 다르고, 그 결과, 후단 광 밸브(2413)(액정 광 밸브)의 화면 내에서, 표시 화상의 밝기, 색감, 콘트라스트에 분포(불균일성)가 발생하여, 프로젝터의 화상 표시 품질의 저하를 초래할 가능성이 있다.
이에 대하여, 도 36(a)에 나타내는 양측 텔레센트릭성을 갖는 릴레이 렌즈(2402, 2404)에서는, 전단 광 밸브(2401)(액정 광 밸브)의 어느 영역의 사출 광속도 거의 같은 사출 각도 분포이므로, 후단 광 밸브(2405)(액정 광 밸브)의 화면 내에서의 표시 화상의 밝기, 색감, 콘트라스트가 대략 균일하며, 프로젝터의 화상 표시 품질이 양호하다.
또한, 도 37(a)에 나타내는 바와 같이, 양측 텔레센트릭성을 갖는 릴레이 렌즈(2402, 2404)에서는, 후단 광 밸브(2405)의 광축 방향의 배치 위치에 오차가 발생하여도(도 37(a)에 나타냄, PS1→PS2), 주광선이 광축에 대하여 평행하기 때문에, 전단 광 밸브(2401)의 이미지는 다소 잔상이 발생하지만 크기는 거의 변하지 않는다(도 37(a)에 나타냄, AL1≒AL2). 즉, 후단 광 밸브(2405)의 배치 오차가 다소 있더라도, 프로젝터로서의 화상 표시 품질은 그다지 저하하지 않으므로, 제조 마진이 크다.
한편, 도 37(b)에 나타내는 바와 같이, 일반적인 릴레이 렌즈(2412)에서는, 후단 광 밸브(2413)에 상기와 동등한 배치 오차가 있었을 경우(도 37(b)에 나타냄, PS1→PS2), 주광선이 광축에 대하여 평행하지 않으므로, 전단 광 밸브(2411)의 상에 잔상과 함께 크기의 변화가 발생한다(도 37(b)에 나타냄, AL1<AL2), 결과적으로 화상 표시 품질이 크게 저하될 가능성이 있다.
(로우패스 필터의 구성과 기능)
다음에, 도 38 내지 도 42(b)를 참조하여 광학적 로우패스 필터(2080)의 구성 및 기능에 대하여 설명한다.
도 38은 액정 광 밸브(2060B)(색 변조 광 밸브)의 화소면을 나타내고 있다.
액정 광 밸브(2060B)의 화소면은 이차원적으로 주기적(매트릭스 형상)으로 배열된 복수의 단위 화소(2065)를 갖는다. 각 화소(2065)는 대략 직사각형 형상으로 형성되고, 또한 광을 통과하는 개구부(2065a)와, 개구부(2065a)의 주변에 배치되는 차광부(2065b)를 포함한다. 차광부(2065b)는 소정 폭의 띠형상부가 주기적으로 배열된 차광 패턴막(블랙 스트라이프막, 블랙 매트릭스막 등) 외에, 화소 배선, TFT 소자 등에 의해 형성된다. 액정 광 밸브(2060B)에서는, 각 화소의 개구부(2065a)를 통과하는 광이 각각 변조(투과율 변조)되고, 이에 따라 화소면 내의 이 차원적인 투과율 분포가 제어된다.
또, 액정 광 밸브(2060G, 2060R)(색 변조 광 밸브) 및 액정 광 밸브(2100)(휘도 변조 광 밸브)의 각 화소면에 대해서도 상기와 마찬가지이다.
도 39(a), (b)는 무아레의 발생 원인을 개념적으로 나타낸 설명도이다.
단위 화소의 반복으로 구성되는 색 변조 광 밸브의 화소면을 릴레이 렌즈로 결상하면, 도 39(a)에 나타내는 바와 같이, 그 광학 이미지는 격자 형상의 암부(暗部)(2416)와 대략 직사각형 형상의 명부(明部)(2415)가 교대로 반복되는 주기 구조를 갖는 것으로 된다. 그 색 변조 광 밸브의 광학 이미지가 휘도 변조 광 밸브의 화소면 상에 전달될 때, 도 39(b)에 나타내는 바와 같이, 양 광 밸브의 사이에 위치 어긋남이나 자세의 어긋남(경사의 어긋남 등)이 있으면(참조 부호 2417은 휘도 변조 액정 광 밸브이며, 참조 부호 2418은 색 변조 액정 광 밸브의 광학 이미지임), 무아레가 발생하고 표시 화상의 화질이 현저히 저하한다.
도 40(a)∼(c)는 광학적 로우패스 필터(2080)의 개략 구성과 기능의 설명도 이며, (a)는 광학적 로우패스 필터(2080)의 평면도이며, (b)는 (a)에 나타내는 A-A선 단면도이며, (c)는 광학적 로우패스 필터(2080)의 기능 설명도이다.
도 40(a)에 나타내는 바와 같이, 광학적 로우패스 필터(2080)는 굴절면을 구비하는 프리즘 요소(2085)의 집합체로 이루어지는 프리즘군을 포함한다. 프리즘 요소(2085)의 주기 배열 방향은 도 38에 나타낸 액정 광 밸브의 화소(2065)의 주기 배열 방향에 대하여 소정 각도(도 40(a)에서는 45도)로 경사진다.
도 40(b)에 나타내는 바와 같이, 하나의 프리즘 요소(2085)는 평탄부(2085a) 와 다각추 형상의 프리즘부(2085b)를 포함하여 구성되어 있다. 도 40(c)에 나타내는 바와 같이, 색 변조 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)로부터 사출된 광속 중 프리즘 요소(2085)의 평탄부(2085a)에 입사된 광속은 입사각과 같은 각도로 로우패스 필터(2080)로부터 사출된다. 한편, 프리즘 요소(2085)의 프리즘부(2085b)에 입사된 광속은 굴절에 의해 각도를 변경하여 로우패스 필터(2080)로부터 사출된다.
도 41(a), (b) 및 도 42(a), (b)는 도 40(a)∼(c)의 로우패스 필터의 기능을 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 41(a)는 로우패스 필터가 없는 비교예로서의 광학계를 나타내고, 도 42(a)는 도 41(a)의 광학계에서 결상된 단위 화소의 이미지를 나타내고 있다. 또한, 도 41(b)는 로우패스 필터를 갖는 광학계를 나타내고, 도 42(b)는 도 41(b)의 광학계에서 결상된 단위 화소의 이미지를 나타내고 있다.
도 41(a)에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터가 없는 광학계에서는, 색 변조 광 밸브(2421)의 일점으로부터 사출된 광속은, 릴레이 렌즈(2423)에 의해 휘도 변조 광 밸브(2424)의 일점에서 결상된다. 한편, 도 41(b)에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터(2422)를 갖는 광학계에서는, 색 변조 광 밸브(2421)의 일점으로부터 사출된 광속은 위치가 다른 복수의 점에서 결상한다. 즉, 색 변조 광 밸브(2421)의 화소 개구부를 통과한 광속의 일부가 로우패스 필터(2422)에서 구부려지고, 그 화소 개구부의 광학 이미지(명부)가, 위치가 다른 복수 개소에 결상된다(복상 기능).
도 42(a)에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터가 없는 광학계에서는, 색 변 조 광 밸브의 단위 화소의 광학 이미지는, 화소 차광부에 의해 형성되는 구형 환상(矩形 環狀)의 암부(2425)와, 화소 개구부에 의해 형성되는 명부(2426)를 갖는 것으로 된다. 이와 비교하여, 도 42(b)에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터(2080)를 갖는 광학계에서는, 로우패스 필터(2080)(프리즘 요소(2085))의 상기 복상 기능에 의해, 색 변조 광 밸브의 단위 화소의 광학 이미지는 단위 화소의 차광부에 의해 형성되는 암부가 눈에 띄지 않게 된다.
즉, 도 42(b)에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터에서, 색 변조 광 밸브의 화소 개구부를 통과한 광의 일부가 굴절에 의해 각도를 변경하여 사출된다. 그리고, 그 광이 색 변조 광 밸브의 차광부에서 형성되는 암부에 겹친다.
구체적으로는, 도 42(b)에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터(2080)의 프리즘 요소(2085)의 좌상의 프리즘부(굴절면)에 의해, 색 변조 광 밸브의 화소 개구부에 의해 형성되는 명부가 좌상으로 어긋나고, 그 광속이 색 변조 광 밸브의 화소 차광부에 의해 형성되는 암부에 겹친다(이미지 시프트. 도 42(b)에 나타냄 (b-1)). 마찬가지로, 프리즘 요소(2085)의 좌하의 프리즘부(굴절면)에 의해, 명부가 좌하로 어긋나고(b-2), 프리즘 요소(2085)의 우하의 프리즘부(굴절면)에 의해, 명부가 우하로 어긋나며(b-3), 프리즘 요소(2085)의 우상의 프리즘부(굴절면)에 의해, 명부가 우상으로 어긋난다(b-4). 그리고, 상기한 복상 기능에 의해 암부 전체에 광이 조사됨으로써, 색 변조 광 밸브의 단위 화소의 광학 이미지는 암부가 눈에 띄지 않게 된다(b-5).
이와 같이, 본 예에서는, 색 변조 광 밸브의 광학 이미지가 휘도 변조 광 밸 브의 화소면 상으로 전달될 때, 로우패스 필터(2080)의 복상 기능에 의해 화소 차광부의 광학 이미지인 암부가 눈에 띄지 않게 된다. 즉, 밝기의 균일성이 높은 색 변조 광 밸브의 광학 이미지가 휘도 변조 광 밸브 상에 결상된다. 그 때문에, 무아레 등, 차광 패턴끼리의 광학적인 겹침에 따른 화소 열화 현상이 확실히 억제된다.
도 43은 휘도 변조 광 밸브(2100)(도 34에 나타내는 액정 광 밸브(2100))의 단면도를 나타내고 있다.
휘도 변조 광 밸브(2100)는 대향 배치되는 두 개의 투명 기판(2101, 2102), 주기 구조의 차광 패턴막(2103)(블랙 스트라이프막, 블랙 매트릭스막 등), 액정층(2104), TFT·배선(2105), 화소 전극(2106) 및 마이크로 렌즈 어레이(2107) 등을 포함하여 구성되어 있다.
마이크로 렌즈 어레이(2107)는 휘도 변조 광 밸브(2100)의 광 입사 쪽에 배치되고, 그 광 밸브(2100)의 각 화소(2108)에 일대일로 대응한 렌즈군을 포함한다. 마이크로 렌즈 어레이(2107)의 각 렌즈(2109)는 로우패스 필터(2080)로부터의 광을 휘도 변조 광 밸브(2100)의 각 화소(2108)의 개구부에 집중하도록 형성되어 있다. 즉, 휘도 변조 광 밸브(2100)에서, 각 화소(2108)의 광 입사 쪽에 하나씩 집광 렌즈(2109)가 배치되어 있다.
상술한 바와 같이, 색 변조 광 밸브(도 34에 나타내는 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R))의 화소 개구부를 투과한 광은, 도 42에 나타내는 바와 같이, 로우패스 필터(2080)에 의해 화소 개구부에 대응하는 범위보다 넓은 범위에 도달한다. 그 결과, 휘도 변조 광 밸브(2100)의 차광 패턴막(2103)에 도달하는 광량이 증가하여, 표시 화상의 휘도가 저하한다고 하는 문제가 발생한다. 본 예에서는, 휘도 변조 광 밸브(2100)의 광 입사 쪽에 마이크로 렌즈 어레이(2107)가 배치되어 있는 것에 의해, 로우패스 필터(2080)로부터의 광이 제 2 광 변조 소자의 각 화소(2108)의 개구부에 집중되어, 표시 화상의 밝기가 향상된다.
즉, 휘도 변조 광 밸브(2100)에의 입사 광속은 마이크로 렌즈 어레이(2107)의 각 렌즈(2109)에 의해 집광되어 그만큼이 휘도 변조 광 밸브(2100)의 화소(2108)의 개구부를 통과한다. 그 때문에, 로우패스 필터(2080)에서 굴절된 광의 일부가 휘도 변조 광 밸브(2100)의 차광 패턴막(2103)에 의해 가려지는 것이 회피된다. 이와 같이, 본 예에서는, 광학적 로우패스 필터(2080)를 이용하는 구성이면서, 휘도의 저하가 억제된다.
도 34에 나타내는 광학적 로우패스 필터(2080)의 배치 위치는 크로스 다이클로익 프리즘(2070)과 릴레이 렌즈(2090) 사이에 한정되는 것이 아니라, 릴레이 렌즈(2090)와 휘도 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2100)) 사이에 배치하여도 좋다. 또한, 릴레이 렌즈(2090) 내에 배치하여도 좋다. 또한, 색 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R))와 크로스 다이클로익 프리즘(2070) 사이에 배치하여도 좋다. 이 경우는 R, G, B의 각 색 변조 광 밸브마다 로우패스 필터가 필요하게 되지만, 각 파장 특성마다 최적화된 로우패스 필터를 사용할 수 있으므로, 보다 효과적으로 무아레를 감소시킬 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 광원(2010) 쪽으로부터 보아, 색 변조 광 밸브를 전단에, 휘도 변조 광 밸브를 후단에 배치하는 광학계에 한정되는 것은 아니고, 휘도 변조 광 밸브를 전단에, 색 변조 광 밸브를 후단에 배치하는 광학계에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 휘도 변조 광 밸브와 색 변조 광 밸브 사이에 로우패스 필터와 릴레이 렌즈가 배치된다. 또한 색 변조 광 밸브의 광 입사면에는 마이크로 렌즈 어레이가 배치된다.
또, 본 예에서는, 휘도 변조 광 밸브(2100)(제 2 광 변조 소자, 후단 광 밸브)의 각 화소에 인접하여 마이크로 렌즈 어레이(2107)가 배치되는 한쪽에서, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)(제 1 광 변조 소자, 전단 광 밸브)의 각 화소의 인접 위치에 마이크로 렌즈 어레이가 배치되어 있지 않다. 이것은, 제 1 광 변조 소자(전단에 배치되는 광 밸브)에 마이크로 렌즈가 포함되면, 제 1 광 변조 소자를 출사하는 광속의 출사 각도가 크게 넓어져, 이 광속을 제 2 광 변조 소자(후단에 배치되는 광 밸브)에 효율적으로 전달하기 위해서는, 전달 광학계(릴레이 렌즈(2090))의 F넘버를 작게 해야 하고, 장치의 비용 상승, 크기·중량의 증대를 초래하기 때문이다. 따라서, 제 1 광 변조 소자에는 마이크로 렌즈를 포함하지 않는 편이 바람직하다.
또한, 로우패스 필터의 형태는 도 40(a)∼(c)에 나타내는 것에 한하지 않고 다른 형태이더라도 좋다. 또한, 로우패스 필터는 프리즘 타입인 것에 한정되는 것은 아니고, 회절형 로우패스 필터를 이용할 수도 있다.
(로우패스 필터의 다른 형태예)
도 44 내지 도 55는 로우패스 필터의 다른 형태예를 나타내고 있다.
도 44 내지 49는 프리즘 소자 형상의 여러 가지 변형예를 나타낸다.
예컨대, 도 44는 굴절면(2161a)과 평탄부(2161b)를 갖는 사다리꼴 형상의 프리즘 소자가 소정 간격으로 마련된 프리즘군(2161)을 나타내고 있다.
도 45는 굴절면(2162a)과 평탄부(2162b)를 갖고, 사다리꼴 형상의 프리즘 소자가 극간 없이 마련된 프리즘군(2162)을 나타내고 있다.
도 46은 굴절면(2163a)과 평탄부(2163b)를 갖고, 삼각형 형상의 프리즘 소자가 소정 간격으로 마련된 프리즘군(2163)을 나타내고 있다.
도 47은 굴절면(2164a)만으로 이루어지는 블레이즈형 프리즘군(2164)을 나타내고 있다.
도 48은 평탄부의 높이 및 프리즘 피치가 랜덤이며, 프리즘 에지에 의한 회절을 발생시키는 주기성이 거의 없는 상태의 프리즘군(2165)을 나타내고 있다.
또한, 도 49는 평탄부는 공통의 높이이지만, 프리즘 피치가 랜덤이며, 회절 발생 조건인 주기성을 억제하여 회절의 영향을 감소시킬 수 있는 프리즘군(2166)을 나타내고 있다.
이와 같이, 굴절면의 방향, 경사 각도, 면적을 파라미터로 해서 여러 가지 변형예를 취할 수 있다.
도 50은 프리즘군의 다른 형태의 일부를 확대한 개략 구성을 나타낸다. 프리즘군(2210)은 사각추 형상의 제 1 프리즘 소자(2211)와, 사각추 형상의 제 2 프 리즘 소자(2212)로 구성되어 있다. 제 1 프리즘 소자(2211)는 그 한 변이 중심선 CL에 대략 45°를 이루도록 형성되어 있다. 제 2 프리즘 소자(2212)는 그 한 변이 중심선 CL에 대략 평행으로 되도록 형성되어 있다. 또한, 제 1 프리즘 소자(2211)와, 제 2 프리즘 소자(2212)의 주위에는 평탄부(2215)가 마련된다.
도 51에 나타내는 바와 같이, 평탄부(2215)를 투과한 광에 의해, 개구부 이미지(직접 투과 이미지)(2220P)가 형성된다. 그리고, 제 1 프리즘 소자(2211)의 굴절면(2213)에 의해, 중심선 이미지 CLP에 대하여 45° 방향으로 개구부 이미지(2213P)가 형성된다. 제 2 프리즘 소자(2212)의 굴절면(2214)에 의해, 중심선 이미지 CLP에 평행한 방향으로 개구부 이미지(2214P)가 형성된다.
그리고, 이들 투사 이미지가 차광 패턴에 의한 암부를 극간 없이 메우도록 굴절면의 방향, 경사 각도를 설정한다.
이에 따라, 투사 이미지의 강도 얼룩을 적게 할 수 있다.
또한, 프리즘군(2210)과 마찬가지의 굴절 작용을 생기게 하는 프리즘군의 형상은 여러 가지 변형을 취할 수 있다. 예컨대, 도 52에 나타내는 바와 같은 굴절면(2231)과 평탄부(232)를 갖는 프리즘군(2230)을 이용하는 것으로 할 수도 있다. 이와 같이, 프리즘 굴절면과 평탄면을 소망 면적비로 임의 형상으로 형성하는 것이 가능하다.
도 53은 로우패스 필터의 다른 형태예이며, 프리즘군(2240)의 주요부 사시 구성을 나타낸다.
프리즘군(2240)은 2세트의 프리즘 소자(2241a, 2241b)로 구성되어 있다. 프 리즘 소자(2241a)는 제 1 방향인 y축 방향에 있어서의 단면 형상이 대략 사다리꼴 형상이다. 또한, 프리즘 소자(2241a)는 제 1 방향인 y축 방향에 대략 직교하는 제 2 방향인 x축 방향으로 길이 방향을 갖고 있다.
프리즘 소자(2241a)의 y축 방향에 있어서의 단면 형상의 사다리꼴 형상 중, 두 개의 경사면 Y1, Y2는 굴절면으로서 기능한다. 또한, 프리즘 소자(2241a)의 y축 방향에 있어서의 단면 형상 중, 상면 Y0은 평탄부로서 기능한다. 이 때문에, 경사면 Y1 또는 경사면 Y2에 입사된 광은 경사면의 각도에 대응하는 방향으로 굴절한다. 굴절한 광에 의해 굴절 투과 이미지가 형성된다. 또한, 상면 Y0에 입사된 광은 그대로 투과한다. 그대로 투과한 광에 의해 직접 투과 이미지가 형성된다.
프리즘 소자(2241b)는 프리즘 소자(2241a)와 마찬가지의 구성이다. 프리즘 소자(2241b)의 x축 방향에 있어서의 단면 형상 중, 두 개의 경사면 X1, X2는 굴절면으로서 기능한다. 또한, 프리즘 소자(2241b)의 x축 방향에 있어서의 단면 형상 중, 상면 X0은 평탄부로서 기능한다. 그리고, 2세트의 프리즘 소자(2241a, 2241b)는 각각의 길이 방향끼리가 대략 직교하도록 마련된다.
본 예의 프리즘군(2240)은 프리즘 소자(2241a)의 평면 쪽과, 프리즘 소자(2241b)의 평면 쪽을 마주 보고 고착되어 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 이하의 (1)∼(3) 중 어느 하나의 구성이라도 좋다.
(1) 프리즘 소자(2241a)의 경사면 Y1, Y2 등이 형성되어 있는 면과, 프리즘 소자(2241b)의 경사면 X1, X2 등이 형성되어 있는 면을 마주 보고 부착하는 구성.
(2) 프리즘 소자(2241a)의 경사면 Y1, Y2 등이 형성되어 있는 면과, 프리즘 소자(2241b)의 평면 쪽을 마주 보고 고착하는 구성.
(3) 프리즘 소자(2241a)의 평면 쪽과, 프리즘 소자(2241b)의 경사면 X1, X2 등이 형성되어 있는 면을 마주 보고 고착하는 구성.
또, 도 53에서는 프리즘면이 접하는 구성으로 설명하고 있지만, 양면이 공기와 접하는 구성이라도 좋다.
도 54는 프리즘군(2240)에 의한 입사광의 분기를 나타낸다.
도 54에서, 왼쪽으로부터 오른쪽을 향하여 입사광 XY가 진행한다. 또, 도 54의 일부에서는, 설명의 편의상, 경사면 Y0, Y1, Y2의 부호를 이용하여 광선을 특정한다. 입사광 XY는 점선으로 나타내는 프리즘 소자(2241a)에 의해, 경사면에서 굴절하는 광선 Y1, Y2와, 상면을 그대로 투과하는 광선 Y0의 세 개의 광선으로 분기된다. 분기된 세 개의 광선 Y0, Y1, Y2는 프리즘 소자(2241b)에 의해, 각각 세 개의 광선으로 더욱 분기된다. 그 결과, 입사광 XY는 아홉 개의 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X0, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2으로 분기된다.
다음에, 분기된 아홉 개의 광선의 투영면에 있어서의 위치를 도 55를 이용하여 설명한다.
광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지의 영역을 굵은 테두리로 둘러싸 나타낸다. 굴절된 광에 의한 화소부의 투영 이미지는 프리즘 소자(2241a, 2241b)의 길이 방향에 대하여 각각 직교하는 방향으로 형성할 수 있다. 프리즘군(2240)은 2세트의 프리즘 소자(2241a, 2241b)의 길이 방향끼리가 대략 직교하도록 구성되어 있다. 이에 따라, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지의 영역의 주변에, 여덟 개의 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과 이미지의 영역이 형성된다. 도 55에서는, 각각의 영역에 광선의 부호를 부여하여 나타낸다. 또한, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지는 제 1 광 변조 소자(도 34에 나타내는 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R))에 있어서의 복수의 화소 개구부의 위치에 대응하여 주기적으로 인접해서 형성된다. 프리즘군(2240)은 프리즘 소자(2241a, 2241b)에 의해, 광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지끼리의 사이의 영역에 굴절 투과 이미지를 형성한다. 이에 따라, 투사광의 주기성을 감소시킬 수 있다.
또한, 프리즘군(2240)은 평탄면인 프리즘 소자(2241a)의 상면 Y0, 프리즘 소자(2241b)의 상면 X0을 경유한 광 강도의 총합을 PW0, 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2를 경유한 광 강도의 총합을 PW1이라고 각각 했을 때,
PW0≥PW1
을 만족하고 있다. 또, PW0, PW1은 모두 제 2 광 변조 소자(액정 광 밸브(2100))에 있어서의 광 강도이다.
광선 Y0X0에 의한 직접 투과 이미지의 광 강도의 총합은 평탄부인 상면 Y0, X0의 면적에 대응한다. 또한, 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과 이미지의 광 강도의 총합은 굴절면인 경사면 Y1, Y2, X1, X2의 면적에 대응한다. 여기서, 광선 Y1X1, Y1X0, Y1X2, Y0X1, Y0X2, Y2X1, Y2X0, Y2X2에 의한 굴절 투과 이미지의 광 강도의 총합 PW1이 직접 투과 이미지의 광 강도의 총합 PW0보다 커지면, 관찰자는, 예컨대, 고스트와 같은 2중의 화상을 인식하는 경우가 있다.
본 예에서는, PW0≥PW1을 만족하도록 구성되어 있다. 이에 따라, 무아레의 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 바람직하게는, PW0>PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, PW0>0.9×PW1을 만족하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 화소 배열에 의한 광 강도 분포를 균일화하면서 본래의 화소 정보를 유지할 수 있는 것에 의해 무아레를 감소시킬 수 있고, 또한 고선명인 투사 이미지를 얻을 수 있다.
여기서, 로우패스 필터를 구성하는 프리즘군의 제조 방법의 일례를 설명한다. 프리즘군은 투명 플레이트의 사출면에 일체적으로 형성된다. 투명 플레이트는 투명한 평행 평판 유리이다. 평행 평판 유리의 한쪽면에 프리즘군을 포토 리소그래피 기술에 의해 형성한다. 구체적으로는, 포토 레지스트층을 평행 평판 유리 상에, 그레이 스케일법을 이용하여 소망 프리즘 형상, 예컨대, 사각추 형상으로 되도록 패터닝하여 마스크를 형성한다. 그리고, CHF3 등의 불소계 가스를 이용한 RIE법에 의해 프리즘군을 형성한다. 프리즘군은 불산을 이용하는 습식 엣칭법에 의해 형성할 수 있다.
프리즘군 제조 방법의 다른 예를 설명한다.
평행 평판 유리의 한쪽의 면에 광학 에폭시 수지를 도포한다. 다음에, 소망 프리즘 형상으로는 요철이 반전되고 있는 패턴을 갖는 금형을 준비한다. 그리고, 이 금형을 에폭시 수지에 가압하는 것으로 형전사한다. 최후에, 자외선을 광학 에폭시 수지에 조사하여 경화시켜, 프리즘군을 형성한다.
또한, 형전사하는 경우에 다른 방법을 채용할 수도 있다. 평행 평판 유리를 가열하여 형전사에 필요한 정도로 연화시킨다. 그리고, 연화된 평행 평판 유리의 한쪽 표면에, 상술한 금형을 가압시켜 형전사한다. 이것에 의해서도, 평행 평판 유리에 프리즘군을 형성할 수 있다.
또, 프리즘군은 투명 플레이트에 형성하는 경우에 한정되지 않는다. 예컨대, 소망 프리즘 형상의 프리즘군을 핫 프레스법으로 별도 패턴 시트로서 제조해 둔다. 그리고, 패턴 시트를 필요한 크기로 재단한다. 다음에, 재단된 패턴 시트를 평행 평판 유리의 사출 측면으로 광학적으로 투명한 접착제를 이용하여 접착한다. 이것에 의해서도, 평행 평판 유리에 프리즘군을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 프리즘군의 표면에 먼지 등이 부착되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 프리즘군의 사출 측면에 대하여 저굴절율의 투명 수지 등으로 이루어지는 코팅층을 형성한다. 예컨대, 프리즘군은 굴절율 n=1.56의 광학 에폭시 고굴절율 수지로 형성한다. 코팅층은, 예컨대, 굴절율 n=1.38의 광학 에폭시 저굴절율 수지로 형성한다. 또한, 프리즘군을 구성하는 부재의 굴절율과, 코팅층의 굴절율을 대략 일치시킬 수도 있다. 이에 따라, 굴절면의 제조 오차의 편차 등에 기인하는 굴절된 광의 소정면 상에서의 위치 어긋남을 감소시킬 수 있다.
여기서, 굴절면에서 굴절되는 각도는 광의 파장에 따라 다르다. 이 때문에, 프리즘군의 제조 시에는, 굴절되는 광의 파장을 고려하는 것이 바람직하다. 예컨대, 광원부인 초고압 수은 램프는 발광 스펙트럼 분포를 갖는다. 그리고, 휘선 스펙트럼의 피크 파장이 약 440㎚ 근방인 광을 B광, 약 550㎚ 근방인 광을 G광으로서 이용한다. 또한, 광량 적분값의 중앙 파장인 약 650㎚ 근방의 광을 R광으로서 이용한다. 이들 파장의 광이 굴절면에서 굴절되었을 때에, 소정면(휘도 변조 광 밸브) 상에서 소정의 투사 이미지를 형성하도록, 굴절면의 경사 각도 θ 등을 제어한다. 이에 따라, 소정면(휘도 변조 광 밸브), 색 어긋남이 적은 고품질의 화상을 얻을 수 있다.
(액정 광 밸브 변조의 구체예)
다음에, 표시 화상 데이터에 근거하는 색 변조 광 밸브 및 휘도 변조 광 밸브 변조의 구체예에 대하여 자세히 설명한다.
프로젝터 PJ1(도 34 참조)에서는, 영상 신호로부터 생성된 색 변조 신호로 색 변조 광 밸브(도 34에 나타내는 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)를, 휘도 변조 신호로 휘도 변조 광 밸브(도 34에 나타내는 액정 광 밸브(2100))를 구동함으로써, 휘도 다이내믹 영역의 확대와 계조수의 증대를 실현한다. 액정 광 밸브의 변조 제어는 다음에 설명하는 표시 제어 장치(2200)에 의해 실행한다.
도 56은 표시 제어 장치(2200)의 하드웨어 구성을 나타내는 블럭도이다. 표시 제어 장치(2200)는, 도 56에 나타내는 바와 같이, 제어 프로그램에 근거하여 연산 및 시스템 전체를 제어하는 CPU(2170)와, 소정 영역에 미리 CPU(2170)의 제어 프로그램 등을 저장하고 있는 ROM(2172)과, ROM(2172) 등으로부터 판독한 데이터나 CPU(2170)의 연산 과정에서 필요한 연산 결과를 저장하기 위한 RAM(2174)과, 외부 장치에 대하여 데이터의 입출력을 매개하는 I/F(2178)로 구성되어 있고, 이들은 데 이터를 전송하기 위한 신호선인 버스(2179)로 서로 또한 데이터 수수 가능하게 접속되어 있다.
I/F(2178)에는, 외부 장치로서, 휘도 변조 광 밸브(도 34에 나타내는 액정 광 밸브(2100)) 및 색 변조 광 밸브(도 34에 나타내는 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R))를 구동하는 광 밸브 구동 장치(2180)와, 데이터나 테이블 등을 파일로서 저장하는 기억 장치(2182)와, 외부의 네트워크에 접속하기 위한 신호선(2199)이 접속되어 있다.
기억 장치(2182)는 휘도 변조 광 밸브 및 색 변조 광 밸브를 구동하기 위한 HDR 표시 데이터를 기억하고 있다.
HDR 표시 데이터는 종래의 sRGB 등의 화상 포맷에서는 실현할 수 없는 높은 휘도 다이내믹 영역을 실현할 수 있는 화상 데이터이며, 화소의 휘도 레벨을 나타내는 화소값을 화상의 전 화소에 대하여 저장하고 있다. 본 실시예에서는, HDR 표시 데이터로서, 하나의 화소에 대하여 RGB 3원색마다 휘도 레벨을 나타내는 화소값을 부동 소수점값으로서 저장한 형식을 이용한다. 예컨대, 하나의 화소의 화소값으로서 (1.2, 5.4, 2.3)라는 값이 저장되어 있다.
여기서, HDR 표시 데이터에 있어서의 화소 p의 휘도 레벨을 Rp, 제 2 광 변조 소자의 화소 p에 대응하는 화소의 투과율을 T1, 제 1 광 변조 소자의 화소 p에 대응하는 화소의 투과율을 T2라고 하면, 하기 식 (2-1), (2-2)가 성립한다.
단, 상기 식(2-1), (2-2)에서, Rs는 광원의 휘도, G는 이득이며, 모두 정수이다. 또한, Tp는 광 변조율이다.
또, HDR 표시 데이터의 생성 방법의 상세에 대해서는, 예컨대, 「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH97, pp.367-378(1997)」에 게재되어 있다.
또한, 기억 장치(2182)는 휘도 변조 광 밸브의 제어값을 등록한 제어값 등록 테이블(2400)을 기억하고 있다.
도 57은 제어값 등록 테이블(2400)의 데이터 구조를 나타내는 도면이다.
제어값 등록 테이블(2400)에는, 도 57에 나타내는 바와 같이, 휘도 변조 광 밸브의 각 제어값마다 하나의 레코드가 등록되어 있다. 각 레코드는 휘도 변조 광 밸브의 제어값을 등록한 필드와, 휘도 변조 광 밸브의 투과율을 등록한 필드를 포함하여 구성되어 있다.
도 57의 예에서는, 제 1 단 째의 레코드에는, 제어값으로서 「0」이, 투과율로서 「0.003」이 각각 등록되어 있다. 이것은 휘도 변조 광 밸브에 대하여 제어값 「0」을 출력하면, 휘도 변조 광 밸브의 투과율이 0.3%로 되는 것을 나타내고 있다.
또, 도 57은 휘도 변조 광 밸브의 계조수가 4비트(0∼15값)인 경우를 예로 나타내었지만, 실제로는, 휘도 변조 광 밸브의 계조수에 상당하는 레코드가 등록된다. 예컨대, 계조수가 8비트인 경우는 256개의 레코드가 등록된다.
또한, 기억 장치(2182)는 각 색 변조 광 밸브마다, 그 색 변조 광 밸브의 제어값을 등록한 제어값 등록 테이블을 기억하고 있다.
도 58은 액정 광 밸브(2060R)의 제어값을 등록한 제어값 등록 테이블(2420R)의 데이터 구조를 나타내는 도면이다.
제어값 등록 테이블(2420R)에는, 도 58에 나타내는 바와 같이, 액정 광 밸브(2060R)의 각 제어값마다 하나의 레코드가 등록되어 있다. 각 레코드는 액정 광 밸브(2060R)의 제어값을 등록한 필드와, 액정 광 밸브(2060R)의 투과율을 등록한 필드를 포함하여 구성되어 있다.
도 58의 예에서는, 제 1 단 째의 레코드에는, 제어값으로서 「0」이 투과율로서 「0.004」가 각각 등록되어 있다. 이것은 액정 광 밸브(2060R)에 대하여 제어값 「0」을 출력하면, 액정 광 밸브(2060R)의 투과율이 0.4%로 되는 것을 나타내고 있다. 또, 도 58은 색 변조 광 밸브의 계조수가 4비트(0∼15값)인 경우를 예로 나타내었지만, 실제로는, 색 변조 광 밸브의 계조수에 상당하는 레코드가 등록된다. 예컨대, 계조수가 8비트인 경우는 256개의 레코드가 등록된다.
또한, 액정 광 밸브(2060B, 2060G)에 대응하는 제어값 등록 테이블의 데이터 구조에 대해서는 특별히 도시하지 않지만, 제어값 등록 테이블(2420R)과 마찬가지의 데이터 구조를 갖고 있다. 단, 동일한 제어값에 대하여 다른 투과율이 등록되어 있는 점이 제어값 등록 테이블(2420R)과 다르다.
다음에, CPU(2170)의 구성 및 CPU(2170)에서 실행되는 처리를 설명한다. CPU(2170)는 마이크로 프로세싱 유닛(MPU) 등으로 이루어지고, ROM(2172)의 소정 영역에 저장되어 있는 소정 프로그램을 기동시켜, 그 프로그램에 따라, 도 59의 흐름도에 나타내는 표시 제어 처리를 실행하게 되어 있다.
도 59는 표시 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
표시 제어 처리는 HDR 표시 데이터에 근거하여 휘도 변조 광 밸브 및 색 변조 광 밸브의 제어값을 각각 결정하고, 결정한 제어값에 근거하여 휘도 변조 광 밸브 및 색 변조 광 밸브를 구동하는 처리로서, CPU(2170)에서 실행되면, 도 59에 나타내는 바와 같이, 우선, 단계 S100으로 이행하게 되어 있다.
단계 S100에서는, HDR 표시 데이터를 기억 장치(2182)로부터 판독한다. 이어서, 단계 S102로 이행하여, 판독한 HDR 표시 데이터를 해석하여, 화소값의 히스토그램이나, 휘도 레벨의 최대값, 최소값 및 평균값 등을 산출한다. 이 해석 결과는, 어두운 장면을 밝게 하거나, 지나치게 밝은 장면을 어둡게 하거나, 중간부 콘트라스트를 강조하는 등의 자동 화상 보정에 사용하거나, 톤 매핑에 사용하거나 하기 위함이다.
이어서, 단계 S104로 이행하여, 단계 S102의 해석 결과에 근거하여, HDR 표시 데이터의 휘도 레벨을 프로젝터 PJ1의 휘도 다이내믹 영역에 톤 매핑한다.
도 60은 톤 매핑 처리를 설명하기 위한 도면이다.
HDR 표시 데이터를 해석한 결과, HDR 표시 데이터에 포함되는 휘도 레벨의 최소값이 Smin이고, 최대값이 Smax라고 한다. 또한, 프로젝터 PJ1의 휘도 다이내믹 영역의 최소값이 Dmin이고, 최대값이 Dmax라고 한다. 도 60의 예에서는, Smin이 Dmin보다 작고, Smax가 Dmax보다 크기 때문에, 이대로는, HDR 표시 데이터를 적 절히 표시할 수 없다. 그래서, Smin∼Smax의 히스토그램이 Dmin∼(d)max의 영역에 포함되도록 정규화한다.
또, 톤 매핑의 상세에 대해서는, 예컨대, 「F.Drago, K.Myszkowski, T.Annen, N.Chiba, "Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes", Eurographics2003, (2003)」에 기재되어 있다.
이어서, 단계 S106으로 이행하여, 색 변조 광 밸브의 해상도에 맞춰 HDR 화상의 크기를 재조정(확대 또는 축소)한다. 이 때, HDR 화상의 어스펙트비를 유지한 채로 HDR 화상의 크기를 재조정한다. 크기 재조정 방법으로는, 예컨대, 평균값법, 중간값법, 최근방법(nearest neighbour method)을 들 수 있다.
이어서, 단계 S108로 이행하여, 크기 재조정 화상의 화소의 휘도 레벨 Rp 및 광원(2010)의 휘도 Rs에 근거하여, 상기 식 (2-1)에 의해, 크기 재조정 화상의 각 화소마다 광 변조율 Tp를 산출한다.
이어서, 단계 S110으로 이행하여, 색 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율 T2로서 초기값(예컨대, 0.2)을 부여하여, 색 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율 T2를 가결정한다.
이어서, 단계 S112로 이행하여, 산출된 광 변조율 Tp, 가결정된 투과율 T2 및 이득 G에 근거하여, 상기 식 (2-2)에 의해, 색 변조 광 밸브의 화소 단위로 휘도 변조 광 밸브의 투과율 T1'를 산출한다. 여기서, 색 변조 광 밸브가 3매인 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)로 구성되어 있기 때문에, 동일한 화소에 대하여 RGB 3원색마다 투과율 T1'가 산출된다. 이에 대하여, 휘도 변조 광 밸브가 1매인 액정 광 밸브(2100)로 구성되어 있기 때문에, 그들의 평균값 등을 그 화소의 T1'로서 산출한다.
이어서, 단계 S114로 이행하여, 휘도 변조 광 밸브의 화소마다, 그 화소와 광로 상에서 겹치는 색 변조 광 밸브의 화소에 대하여 산출한 투과율 T1'의 가중치 부여 평균값을 그 화소의 투과율 T1로서 산출한다. 가중치 부여는 겹치는 화소의 면적비에 의해 실행한다.
이어서, 단계 S116으로 이행하여, 휘도 변조 광 밸브의 화소마다, 그 화소에 대하여 산출한 투과율 T1에 대응하는 제어값을 제어값 등록 테이블(2400)로부터 판독하고, 판독한 제어값을 그 화소의 제어값으로서 결정한다. 제어값의 판독에서는, 산출한 투과율 T1에 가장 근사하는 투과율을 제어값 등록 테이블(2400) 중에서 검색하고, 검색에 의해 검출한 투과율에 대응하는 제어값을 판독한다. 이 검색은, 예컨대, 2분 탐색법을 이용하여 실행하는 것에 의해 고속 검색을 실현한다.
이어서, 단계 S118로 이행하여, 색 변조 광 밸브의 화소마다, 그 화소와 광로 상에서 겹치는 휘도 변조 광 밸브의 화소에 대하여 결정한 투과율 T1의 가중치 부여 평균값을 산출하고, 산출한 평균값, 단계 S108에서 산출한 광 변조율 Tp 및 이득 G에 근거하여, 상기 식 (2-2)에 의해, 그 화소의 투과율 T2를 산출한다. 가중치 부여는 겹치는 화소의 면적비에 의해 실행한다.
이어서, 단계 S120으로 이행하여, 색 변조 광 밸브의 화소마다, 그 화소에 대하여 산출한 투과율 T2에 대응하는 제어값을 제어값 등록 테이블로부터 판독하고, 판독한 제어값을 그 화소의 제어값으로서 결정한다. 제어값의 판독에서는, 산 출한 투과율 T2에 가장 근사하는 투과율을 제어값 등록 테이블 중에서 검색하고, 검색에 검색에 의해 색출한 투과율에 대응하는 제어값을 판독한다. 이 검색은, 예컨대, 2분 탐색법을 이용하여 실행하는 것에 의해 고속 검색을 실현한다.
이어서, 단계 S122로 이행하여, 단계 S116, S120에서 결정한 제어값을 광 밸브 구동 장치(2180)로 출력하고, 색 변조 광 밸브 및 휘도 변조 광 밸브를 각각 구동하여 표시 화상을 투영하고, 일련의 처리를 종료하여 본래의 처리로 복귀시킨다.
다음에, 색 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)) 및 휘도 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2100))에 기입하는 화상 데이터의 생성 과정을 도 61 내지 도 64(c)에 근거하여 설명한다.
이하에서는, 색 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R))는 모두 가로 18화소×세로 12화소의 해상도 및 4비트의 계조수를 갖고, 휘도 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2100))는 가로 15화소×세로 10화소의 해상도 및 4비트의 계조수를 갖는 경우를 예로 들어 설명한다. 또한, 색 변조 광 밸브 및 휘도 변조 광 밸브의 도면은 모두 광원(2010) 쪽에서 본 것이다.
표시 제어 장치(2200)에서는, 단계 S100∼S104를 거쳐, HDR 표시 데이터가 판독되고, 판독된 HDR 표시 데이터가 해석되고, 그 해석 결과에 근거하여, HDR 표시 데이터의 휘도 레벨이 프로젝터 PJ1의 휘도 다이내믹 영역에 톤 매핑된다. 이어서, 단계 S106을 거쳐, 색 변조 광 밸브의 해상도에 맞춰 HDR 화상의 크기가 재조정된다.
이어서, 단계 S108을 통해, 크기 재조정 화상의 화소마다 광 변조율 Tp가 산 출된다. 예컨대, 크기 재조정 화상에 있어서의 화소 P의 광 변조율 Tp는 화소 P의 휘도 레벨 Rp(R, G, B)가 (1.2, 5.4, 2.3), 광원(2010)의 휘도 Rs(R, G, B)가(10000, 10000, 10000)이라고 하면, (1.2, 5.4, 2.3)/(10000, 10000, 10000)= (0.00012, 0.00054, 0.00023)으로 된다.
도 61은 색 변조 광 밸브의 투과율 T2를 가결정하는 경우를 나타내는 도면이다. 이어서, 단계 S110을 통해, 색 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율 T2가 가결정된다. 색 변조 광 밸브의 좌상 4구획의 화소를 P21(좌상), P22(우상), P23(좌하), P24(우하)로 한 경우, 화소 P21∼P24의 투과율 T2에는, 도 61에 나타내는 바와 같이, 초기값 T20이 인가된다.
도 62는 색 변조 광 밸브의 화소 단위로 휘도 변조 광 밸브의 투과율 T1'을 산출하는 경우를 나타내는 도면이다.
이어서, 단계 S112를 통해, 색 변조 광 밸브의 화소 단위로 휘도 변조 광 밸브의 투과율 T1'가 산출된다. 화소 P21∼P24에 착안한 경우, 이것에 대응하는 휘도 변조 광 밸브의 투과율 T11∼T14는, 도 62에 나타내는 바와 같이, 화소 P21∼P24의 광 변조율을 Tp1∼Tp4, 이득 G를 「1」이라고 하면, 하기 식 (2-3)∼(2-6)에 의해 산출할 수 있다.
실제로 수치를 이용하여 계산한다. Tp1=0.00012, Tp2=0.05, Tp3=0.02, Tp4=0.01, T20=0.1인 경우는 하기 식 (2-3) 내지 (2-6)에 의해, T11=0.0012, T12=0.5, T13=0.2, T14=0.1로 된다.
도 63(a)∼(c)는 휘도 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율 T1을 결정하는 경우를 나타내는 도면이다.
이어서, 단계 S114를 거쳐, 휘도 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율 T1이 결정된다. 휘도 변조 광 밸브와 색 변조 패널은 릴레이 렌즈(2090)에 의해 서로 도립 결상하는 관계에 있으므로, 색 변조 패널의 좌상 4구획의 화소는 휘도 변조 광 밸브의 우하부에 결상된다. 휘도 변조 광 밸브의 우하 4구획의 화소를 P11(우하), P12(좌하), P13(우상), P14(좌상)로 한 경우, 화소 P11은, 도 63(a)에 나타내는 바와 같이, 색 변조 광 밸브와 휘도 변조 광 밸브의 해상도가 다르기 때문에, 화소 P21 내지 화소 P24와 광로 상에서 겹친다. 색 변조 광 밸브의 해상도가 18×12이고, 휘도 변조 광 밸브의 해상도가 15×10이므로, 화소 P11은 색 변조 광 밸브의 화소수의 최소 공배수에 근거하여 6×6의 직사각형 영역으로 구분할 수 있다. 그리고, 화소 P11과 화소 P21∼P24가 겹치는 면적비는, 도 63(b)에 나타내는 바와 같이, 25:5:5:1로 된다. 따라서, 화소 P11의 투과율 T15는 도 63(c)에 나타내는 바와 같이, 하기 식 (2-7)에 의해 산출할 수 있다.
실제로 수치를 이용하여 계산한다. T11=0.0012, T12=0.5, T13=0.2, T14=0.002인 경우는, 하기 식 (2-7)에 의해, T15=0.1008로 된다.
화소 P12∼P14의 투과율 T16∼T18에 대해서도, 화소 P11과 마찬가지로, 면적비에 의한 가중치 부여 평균값을 산출함으로써 구할 수 있다.
이어서, 단계 S116을 거쳐, 휘도 변조 광 밸브의 화소마다, 그 화소에 대하여 산출된 투과율 T1에 대응하는 제어값이 제어값 등록 테이블(2400)로부터 판독되고, 판독된 제어값이 그 화소의 제어값으로서 결정된다. 예컨대, T15=0.1008이므로, 제어값 등록 테이블(2400)을 참조하면, 앞선 도 57에 나타내는 바와 같이, 0.09가 가장 근사한 값으로 된다. 따라서, 제어값 등록 테이블(2400)로부터는, 화소 P11의 제어값으로서 「8」이 판독된다.
도 64(a)∼(c)는 색 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율 T2를 결정하는 경우를 나타내는 도면이다.
이어서, 단계 S118을 거쳐, 색 변조 광 밸브의 각 화소의 투과율 T2가 결정된다. 화소 P24는, 도 64(a)에 나타내는 바와 같이, 색 변조 광 밸브와 휘도 변조 광 밸브의 해상도가 다르기 때문에, 화소 P11∼화소 P14와 광로 상에서 겹친다. 색 변조 광 밸브의 해상도가 18×12이고, 휘도 변조 광 밸브의 해상도가 15×10이므로, 화소 P24는 휘도 변조 광 밸브의 화소 수의 최소 공배수에 근거하여 5×5의 직사각형 영역으로 구분할 수 있다. 그리고, 화소 P24와 화소 P11∼P14가 겹치는 면적비는, 도 64(b)에 나타내는 바와 같이, 1:4:4:16으로 된다. 따라서, 화소 P24에 착안한 경우, 이것에 대응하는 휘도 변조 광 밸브의 투과율 T19는 하기 식 (2- 8)에 의해 산출할 수 있다. 그리고, 화소 P24의 투과율 T24는 이득 G를 「1」이라고 하면, 도 64(c)에 나타내는 바와 같이, 하기 식 (2-9)에 의해 산출할 수 있다.
실제로 수치를 이용하여 계산한다. T15=0.09, T16=0.33, T17=0.15, T18=0.06, Tp4=0.01인 경우는 하기 식 (2-8), (2-9)에 의해 T19=0.1188, T24=0.0842로 된다.
화소 P21∼P23의 투과율 T21∼T23에 대해서도, 화소 P24와 마찬가지로, 면적비에 의한 가중치 부여 평균값을 산출함으로써 구할 수 있다.
이어서, 단계 S120을 거쳐, 색 변조 광 밸브의 각 화소마다, 그 화소에 대하여 산출된 투과율 T2에 대응하는 제어값이 제어값 등록 테이블로부터 판독되고, 판독된 제어값이 그 화소의 제어값으로서 결정된다. 예컨대, 액정 광 밸브(2060R)의 화소 P24에 대하여 T24=0.0842인 경우, 제어값 등록 테이블(2420R)을 참조하면, 앞선 도 58에 나타내는 바와 같이, 0.07이 가장 근사한 값으로 된다. 따라서, 제어값 등록 테이블(2420R)로부터는, 화소 P24의 제어값으로서 「7」이 판독된다.
그리고, 단계 S122를 거쳐, 결정된 제어값이 광 밸브 구동 장치(2180)로 출력된다. 이에 따라, 휘도 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2100)) 및 색 변조 광 밸브(액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R))가 각각 구동되어 표시 화상이 스크린 상으로 투사된다.
이상 설명한 액정 광 밸브의 변조 제어에 의해, 2단계의 화상 형성 과정에 의해 휘도 다이내믹 영역의 확대와 계조수의 증대를 실현할 수 있다.
(실시예의 변형예)
또, 상기한 실시예 1에서는, 제 1 광 변조 소자인 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R)(색 변조 광 밸브)의 해상도가 제 2 광 변조 소자인 액정 광 밸브(2100)(휘도 변조 광 밸브)보다 높은 경우를 예로 들어 설명했지만, 두 개의 광 변조 소자(색 변조 광 밸브와 휘도 변조 광 밸브)의 해상도는 동일하거나, 또는 달라도 좋다. 단, 양자의 해상도가 다른 경우에는, 상기한 실시예 1에서 설명한 바와 같이, 표시 화상 데이터의 해상도를 변환해야 한다.
예컨대, 휘도 변조 광 밸브가 색 변조 광 밸브의 표시 해상도보다 높은 표시 해상도를 갖고 있으면, 색 변조 광 밸브로부터 휘도 변조 광 밸브까지의 광 전달에 있어서의 MTF(Modulation Transfer Function)를 높게 설정할 필요가 없어지기 때문에, 개재하는 릴레이 광학계의 전달 성능을 그 만큼 높게 할 필요가 없어, 릴레이 광학계를 비교적 저렴하게 구성할 수 있다.
한편, 색 변조 광 밸브가 휘도 변조 광 밸브의 표시 해상도보다 높은 표시 해상도를 갖고 있으면, 통상, 표시 화상 데이터는 색 변조 광 밸브의 표시 해상도에 맞춰 준비되기 때문에, 해상도의 변환 처리를 휘도 변조 광 밸브의 표시 해상도에 맞춰 한 번 실행하는 것만으로 충분하기 때문에, 표시 화상 데이터의 변환 처리가 용이해진다.
(그 밖의 변형예)
상기 본 발명의 제 2 형태의 각 실시예에 있어서는, 휘도 변조 광 밸브 및 색 변조 광 밸브를 이용하여 광의 휘도를 2단계로 변조하도록 구성했지만, 이것에 한하지 않고, 휘도 변조 광 밸브를 2세트 이용하여 광의 휘도를 2단계로 변조하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 형태의 실시예에 있어서는, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R, 2100)로서 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자를 이용하여 구성했지만, 이것에 한하지 않고, 액정 광 밸브(2060B, 2060G, 2060R, 2100)로서 패시브 매트릭스형 액정 표시 소자 및 세그먼트형 액정 표시 소자를 이용하여 구성할 수도 있다. 액티브 매트릭스형 액정 표시는 정밀한 콘트라스트 표시를 할 수 있다고 하는 이점이 있고, 패시브 매트릭스형 액정 표시 소자 및 세그먼트형 액정 표시 소자는 저렴하게 제조할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 형태의 실시예에 있어서는, 전단의 액정 광 밸브의 광학 이미지를 후단의 액정 광 밸브에 결상하기 위한 릴레이 광학계로서, 주로 투과형 광학 소자로 구성되는 릴레이 렌즈를 이용하고 있지만, 이것에 한하지 않고, 주로 반사형 광학 소자(미러)로 구성되는 반사형 릴레이 광학계를 이용하여도 좋다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서, 프로젝터 PJ1은 투과형 광 변조 소자를 마련하여 구성했지만, 이것에 한하지 않고, 휘도 변조 광 밸브 또는 색 변조 광 밸브를 반사형 액정 광 밸브, DMD(Digital Micromirror Device) 등의 반사형 광 변조 소자로 구성할 수도 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 형태의 각 실시예에 있어서, 도 56의 흐름도로 나타내는 처리를 실행하는데 있어서는, ROM(2172)에 미리 저장되어 있는 제어 프로그램을 실행하는 경우에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 이들의 순서를 나타낸 프로그램이 기억된 기억 매체로부터, 그 프로그램을 RAM(2174)으로부터 판독하여 실행하도록 하여도 좋다.
여기서, 기억 매체로는, RAM, ROM 등의 반도체 기억 매체, FD, HD 등의 자기 기억형 기억 매체, CD, CDV, LD, DVD 등의 광학적 판독 방식 기억 매체, MO 등의 자기 기억형/광학적 판독 방식 기억 매체로서, 전자적, 자기적, 광학적 등의 판독 방법의 여하에 관계없이, 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체이면, 모든 기억 매체를 포함하는 것이다.
또한, 상기 각 실시예에 있어서는, 광원(2010)으로서 백색광을 사출하는 단체의 광원을 이용하여, 이 백색광을 RGB의 3원색의 광으로 분광하도록 하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, RGB의 3원색에 각각 대응한, 적색의 광을 사출하는 광원, 청색의 광을 사출하는 광원 및 녹색의 광을 사출하는 광원의 세 개의 광원을 이용하여, 백색광을 분광하는 수단을 제거한 구성으로 하여도 좋다.
이상, 본 발명이 바람직한 실시예를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 밖의 변경이 가능하다. 본 발명은 상술한 설명에 의해 한정되는 것은 아니고, 첨부의 청구항의 범위에 의해서만 한정된다.
본 발명의 제 1 형태에 의하면, 규칙 배열된 공간 광 변조 소자에서 변조된 영상 정보가 투영되는 제 2 광 변조 소자에 규칙 배치된 패턴이 형성되어 있는 경우에도, 공간 변조 소자 패턴과, 제 2 광 변조 소자에 마련된 패턴에서 생기는 무아레를 경감하여, 고계조 영상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 형태에 의하면, 휘도 다이내믹 영역의 확대를 도모하면서, 복수의 광 변조 소자의 광학적인 겹침에 의해 발생하는 화질 열화를 억제할 수 있는 화상 표시 장치 및 프로젝터를 제공할 수 있다.
Claims (14)
- 표시 화상 데이터에 근거하여 광원으로부터의 광을 변조하여 화상을 표시하는 화상 표시 장치로서,상기 광원으로부터의 광을 변조하는 규칙 배열된 제 1 광 변조 소자와,상기 제 1 광 변조 소자로부터의 광을 변조하는 규칙 배열된 제 2 광 변조 소자와,상기 제 1 광 변조 소자에 의해 변조된 광선을 상기 제 2 광 변조 소자로 안내하는 조명 광학계를 갖되,상기 조명 광학계는 상기 제 1 광 변조 소자와 상기 제 2 광 변조 소자 사이에 제 1 광 변조 소자의 광선을 제 2 광 변조 소자의 소정 위치로 분광 조명하는 광학 소자를 구비하고,상기 광학 소자는 굴절면을 구비하는 프리즘 소자로 이루어지는 프리즘군을 갖고,상기 굴절면은 상기 입사광을 소정 방향으로 굴절시키는화상 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 굴절면은, 상기 입사광이 상기 프리즘군을 직진한 경우의 입사 위치에 인접하는 영역으로, 상기 입사광을 안내하도록 하는 방향으로 배치되고, 상기 굴절면과 광축에 대하여 대략 수직 방향으로 형성되는 기준면과의 사이에 소정 각도를 갖는 화상 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 프리즘군은 제 1 방향에서의 단면 형상이 대략 사다리꼴 형상이며, 상기 제 1 방향에 대략 직교하는 제 2 방향으로 길이 방향을 갖는 2세트의 프리즘 소자로 이루어지고,상기 2세트의 프리즘 소자는 각각 상기 길이 방향끼리가 대략 직교하도록 마련되고,상기 사다리꼴 형상의 경사면은 상기 굴절면에 대응하는화상 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 프리즘 소자는 적어도 네 개의 상기 굴절면을 갖고,상기 굴절면은 각각 다른 방향으로 배치되며,상기 광학 소자는 회절 조건을 만족하지 않는화상 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 프리즘군을 형성하는 프리즘 소자의 형상은 2 이상의 형상으로 이루어지는 화상 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 광학 소자의 화소 이동량은 소정 방향의 화소 피치에 대해, 1/2 이하인 화상 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 프리즘군 상의 프리즘 소자 수는 상기 조명 광학계의 F넘버에 근거하여 결정되는 화상 표시 장치.
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- 프로젝터로서,청구항 1에 기재된 화상 표시 장치와 투사 수단을 구비하는 프로젝터.
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