JPH03166536A

JPH03166536A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH03166536A
Application number: JP1304679A
Authority: JP
Inventors: Noboru Hagiwara; 萩原　昇; Shigenobu Sakai; 酒井　重信
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1991-07-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、表示装置の表示画像を光学系を用いて大型ス
クリーンに拡大投写する投写型表示装置に関する。

〈従来の技術〉従来、この種の発明として特開昭６２−１５９１２０に
開示されるものが知られている。その構成は、概略的に
示すと第１８図のようになっている。

即ち、第１８図に示すように、光源５１から発散した光
はコンデンサレンズ５２により平行光とされた後、液晶
ライトバルブ等の表示装置５３に照射され、更に投写レ
ンズ５４により拡大されてスクリーン５５に画像を結像
していた。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、上述した従来技術には、次のような問題
点がある。

先ず、スクリーン５５上の明るさは、投写光源５１と投
写面積の大きさに関係するものの、表示装置５３の性能
からその輝度に限界があった。

次に、スクリーン５５上の投写表示の精細度は、表示装
置５３の精細度によって決定され、その精細度を越える
ことが出来ないため、高精細度化に限界があった。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは大画画表示可能な投写型表示装
置を高輝度化、高精細度化する安価な手段を提供するこ
とに有る。

〈課題を解決するための手段〉斯かる目的を達成する本発明の構成は一つの原画像を投
写して表示する投写型表示装置において、原画像の表示
データを任意にサンプリングして複数の表示データ群に
分割する画像分配機能部と、該表示データ群を表示像と
して表示する複数の表示機能部と、該複数の表示機能部
に表示された各表示画像を光学的に合成して、原画像を
合成像として再生する画像合成機能都と、該画像合成機
能部で得た合成像を投写する投写機能部とを具備したこ
とを特徴とする。

ここで、前記画像分配機能部は、原画像の表示データを
連続した或いは不連続な画素の集団として複数の表示デ
ータ群に分割するものであってもよい。

また、前記表示機能部と前記画像合成部との間に、該複
数の表示機能部に表示された各表示像を集光する光学部
を設けるようにしてもよい。

更に、前記光学部として、前記表示機能部の各画素毎に
集光用レンズを設けてもよく、或いは、前記表示機能部
の各画素毎に第１の集光用レンズを設けると共に該第１
の集光用レンズによって生成される画像の全体を空間に
結像させる第２の集光用レンズを設けるようにしてもよ
い。

く作用〉原画像の画像データは画像分配機能部により任意にサン
プリングされて複数の表示データ群に分割され、分割さ
れた表示データ群はそれぞれ表示機能部により表示され
る。その表示像は画像合成機能部により光学的に合成さ
れて原画像が再生される。

ここで、画像合成機能部により光学的に合成された像の
精細度は、複数の表示機能部を用いているため、単一の
表示機能部を用いた場合に比べて、解像度が向上するこ
とになる。

また、表示機能部と画像合成機能部との間に集光用のレ
ンズを設けることにより、表示機能部の各画素を通過す
る光は集光されてすべて有効に利用されるため、画像合
成機能部により光学的に合成された像の輝度は、向上す
ることになる。

く実施例〉以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第ｌ図に本発明の第１の実施例を示す。本実施例は請求
項（１冫にかかるものである。即ち、第１図に示すよう
に原画像の表示データ３ｌは画像分配機能部３２に入力
される。原画像の表示データ３ｌとしては、例えば、パ
ソコン、ＶＴＲ等の映像信号が用いられる。画像分配機
能部３２は、原画像の表示データ３１を任意にサンプリ
ングしてｎ個に分割し、表示データ群３３１＋　３　３
１，　３　３ｇ’・・３３．とする。以下、各々の機能
や構成の区別が不要な場合には、添字は省略して例えば
表示データ群３３のように記載することとする。画像分
配機能部３２により分配された表示データ群３３は、表
示データ群３３と同数用意された表示機能部３４にそれ
ぞれ入力され、各表示機能部３４において分割された表
示像群３５として表示される。表示像群３５は一括して
画像合成機能部３６に入力され、画像合成機能部３６に
おいて、光学的に合成され原画像３７として再生される
。表示機能部３４及び画像合成機能部３６は画像合成制
御部３８により、原画像を再生するために必要な制御を
受ける。例えば、表示機能部の調整や画像合成機能部の
光学系の調整である。画像合成制御部３８により合成さ
れた原画像３７は投写機能部３９に出力され、スクリー
ン４ｏに拡大投写される。

次に、本発明の第２の実施例について、第２図を参照し
て説明する。本実施例は、前記実施例について更に具体
的な構造を示すものである。

同図に示すように、基本画像合成ユニットｌｏ内におい
てハーフミラー８等よりなる画像合成機能部に対して２
系統の表示機能部６　．，　６　，、投光部５．，５．
が設けられている。投光部５は表示機能部６に対して光
を照射するものであり、ハロゲンランプ或いはキセノン
ランプ等と反射板からなる白色光源ｌ，コンデンサレン
ズ２、赤外線紫外線カットフィルタ３及び光学フィルタ
４とからなる。従って、白色光源ｌから出射された光は
コンデンサレンズ２で集光されて略平行光となり、赤外
線紫外線カットフィルタ３を通過する際、表示機能部６
に有害な紫外線がカットされると共に熱線もカットされ
る。尚、光源ｌから直接発生する熱及びこのフィルタ３
により吸収された熱を排出するためのファン（図示省略
）が設けられている。このフィルタ３を通過した可視光
は光学フィルタ４を通過する際、所望の光となるよう例
えば輝度値の調整やカラーの場合の単色への分光等がな
される。

光学フィルタ４を通過した光は表示機能部６に照射され
る。表示機能部６に画像分配機能部（図示省略）から分
割された表示データか入力され、表示機能部６はその表
示データに基づいて、投光部５より投射された光を空間
変調する。

表示機能部６−，６ｈにより空間変調された光７．，７
，は画像合成機能部であるハーフミラー８でそれぞれ透
過し、反射することにより重畳合成されて合成像９とな
る。この合成像９を得るため、画像合成制御部（図示省
略）が画像合成機能部であるハーフミラー８と表示機能
部６との間の物理的位置関係を調整する。尚、合成像９
において、空間変調された光７．，７，がそれぞれ透過
光、反射光となるので、所望の合成像とするためには表
示機能部６．，６ｂとは互いにミラー反転関係になるよ
うな表示とする。

基本画像合成ユニット夏０から出力された合成像９は投
写レンズ１ｌによりスクリーンＩ２上に拡大投写される
。

第３図は本発明の第３の実施例にかかるものであり、第
２図に示す基本合成ユニット１ｏを２台用いることによ
り、四つの画像を合成できるようにしたものである。即
ち、第３図に示すように基本合成ユニット１０．，１０
，及び画像合成機能部Ｉ４から第２レベルの基本合成ユ
ニット２０が構成されており、各基本合成ユニット１０
．，１０．から出力された画像光９．，９，がハーフミ
ラー等で構成される画像合成部ｌ４で重畳合成されて合
成像ｌ９を出力するようになっている。合成像ｌ９は投
写機能部ｌ１によりスクリーン１２に拡大投写される。

更に、上記基本合成ユニットｌＯに代えて上記第２レベ
ルの基本合成ユニット２ｏを用いれば、八つの画像を合
成する第３レベルの基本合成ユニットが構成できる。同
様な階層構造を繰り返して執るとすれば、第Ｎレベルの
基本合成？ニットでは、２Ｎ個の画像を重畳合成できる
。

尚、透過光と反射光を用いる表示機能部の表示をミラー
反転となるように調整する必要がある。

上記実施例では、表示機能部の表示をミラー反転として
いたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、第
４図に示す本発明の第４の実施例に示すように各表示機
能部の表示を同一にするようにしてもよい。即ち、同図
に示すように、全反射ミラー２５■ハーフミラー２５，
，２５，〜２５Ｎが一列に沿って配列されると共にこれ
らは同一方向に４５度傾斜されており、更に全反射ミラ
ー２５■，ハーフミラー２５■，２５，〜２５．の配列
方向にに対してそれぞれ直角となるように表示機能都６
１．６■〜６Ｎ及びコンデンサレンズ、フィルタ等から
なる投光部５Ｉ．５■〜５Ｎが配置されている。従って
、投光部５，より出力され表示機能部６，により空間変
調された光は全反射ミラー２５１により全反射して、ハ
ーフミラー２５！，２５３〜２５、を透過する。投光部
５＋．５ｔ〜５、より出力さ？表示機能部６■６■〜６
Ｎにより空間変調された光はハーフミラー２５■，２５
１〜２５ｓで反射して、それ以降のハーフミラー２５，
〜２５Ｎを透過する。これらの光は透過と反射を繰り返
して相互に重畳合成され、合成像２６として出力される
。そして、合成像２６は投写機能部ｌ！によりスクリー
ンｌ２上に拡大投写される。尚、画像合成制御部（図示
省略）により各画像位置が調整可能となっている。また
、各ミラー２　５＋，２　５！，２　５ｓ〜２５Ｎの特
性、例えば反射率、透過率は投光部Ｓ，Ｓｔ〜５Ｎや表
示機能部６＋．６ｔ〜６Ｎの透過特性等を勘案し、合成
像２６においてバランスが取れるように設計されている
。又、投光部５　１，５　ｔ〜５Ｎから表示機能部６Ｉ
．６ｔ〜６、までの光路長（Ｘ＋　’！　ｌ：ｉ＝１．
　２，・・ｎ）が全て同一となるように、これらを配置
する。本実施例では、合成される各像がいずれかのミラ
ー２５＋，２５＊．２５ｓ〜２５Ｎにより反射されるの
で、各表示機能部６ｌ，６，〜６Ｎは同一表示で良いこ
とになる。

第５図は本発明の画像分配機能部の機能を示し、請求項
（２）にかかる説明図である。同図に示すように原画像
Ｓはｌ６個の画素■〜［相］からなり、これが連続した
画素の集団として表示データ群ａ，ｂ．ｃ，及びｄに分
割されている。各表示データ群ａ．ｂ．ｃ，及びｄは各
々独立に百像合成機能部上に投写され、第６図（ａ）に
示される表示像Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤとして結像する。

これらの表示像Ａ，Ｂ．Ｃ及びＤを互いに位置合わせし
て、それらの隙間を無くすようにすると、第６図（１）
）に示すように原画像Ｓの投写像Ｓが得られる。これは
、結果的に、精細度の低い表示機能部（ディスプレイ）
を複数用いて、より精細度の高い表示機能部（ディスプ
レイ）が実現できたことになる。

第７図は、本発明の画像分配機能部の機能を示すもので
あり、請求項（３）にかかる説明図である。同図に示す
ように原画像Ｓは１６個の画素■〜［相］からなり、こ
れが連続しない画素の集団として表示データ群ａ，ｂ，
ｃ，及びｄに分割されている。各表示データ群ａ，ｂ．
ｃ，及びｄは各々独立に画像合成機能部上に投写され、
第８図に示される表示像Ａ．Ｂ，Ｃ及びＤとして結像す
る。第８図において、斜線を入れた部分が画素■〜［相
］に相当する映像部分であり、その他の部分は実際には
暗く映像でない部分であり、理想的には光の無い暗部で
ある。例えば、表示機能部としてＣＲＴを用いる場合に
は、ブラックストライプ等の為、また液晶ディスプレイ
の場合には、配線領域の為、必ず存在する映像を表示し
ない暗部に相当する。具体的には、第９図に実際のＴＰ
Ｔ　（薄膜トランジスタ）型液晶ディスプレイを示すよ
うに、光が透過する実効的画素領域αと、ゲート線に対
応した横方向の配線領域βと、ソース線に対応した縦方
向の配線領域γとが存在している。このようにＴＦＴ型
液晶ディスプレイではゲート線、データ線が縦横にマト
リックス状に配置されると共に薄膜トランジスタが存在
するため、映像を表示できない領域が存在する。この領
域を実際に光？透過する領域と同じようにレイアウトす
ると、つまり、画素領域の４分の１は光を透過し、その
４分の３は光を透過しないようにレイアウトすると、そ
の投影像は第８図に示すようになる。

従って、第ｌＯ図に示すように、表示像Ａ，　Ｂを互い
に横方向に一定距離ずらして重ね合わせると表示像Ｅに
示すように画素■〜■，■〜０が連続するようになり、
また表示像Ｃ，Ｄを互いに横方向に一定距離ずらして重
ね合わせると表示像Ｆに示すように画素■〜■，０〜［
相］が連続するようになる。更に表示像Ｅ，Ｆを互いに
縦方向に一定距離ずらして重ね合わせると表示像Ｇに示
すように画素■〜［相］が連続するようになる。これは
、第６図と同様に結果的に、精細度の低い表示機能部（
ディスプレイ）を複数用いて、より精細度の高い表示機
能部（ディスプレイ）が実現できたことになる。

第１１図は本発明の第５の実施例に示すものであり、請
求項（４）にかかるものである。即ち、表示機能部３４
■３４２〜３４ｍと画像合成機？部３６との間に、光学
部４１１，４１．〜４１Ｎを設けたものである。光学部
４１＋，４１ｔ〜４Ｉｓは、表示機能部３４１．３４■
〜３４Ｎに表示された表示像をそれぞれ集光するもので
ある。

その他の構成は第ｌ図と同様である。

第１２図は、上記実施例を具体的にしめす本発明の第６
の実施例にかかるものである。同図に示すように表示機
能部６には集光用レンズよりなる光学系ｌ５が取りつけ
られて原画部ｌ７を構成している。この原画部ｌ７は画
像合成機能部８への入力画像を作成するためのものであ
る。その他の構成は、第２図と同様である。

第１３図は、本発明の集光用レンズの構威を示すもので
あり、請求項（５）にかかるものである。

同図に示すように、集光用レンズとして半筒状をなすレ
ンティキュラーレンズＩ６が表示機能部６に取りつけら
れている。表示機能部６のＸ方向、Ｙ方向のピッチはそ
れぞれＰ．，Ｐアであり、レンティキュラーレンズｌ６
のピッチＰ，とそのＹ方向のピッチＰ．は等しくなって
いる。

ここで、表示機能部６の表示像が第１３図（ｂ）に示す
ようであれば、それが′レンティキュラーレンズｌ６を
通過して焦点面に出来る集光像は同図（Ｃ）に示される
ものとなる。但し、ここでは、横幅が３分の１に集光さ
れ、中央に結像するとした。この集光像は、画像合成機
能部を通りスクリーン上に第１３図（ｄ）のように拡大
表示され、その拡大された三つの表示を横方向に３分の
１画素づつずらして相互に重ね合わせると、同図（ｅ）
に示されるようになる。この結果、本実施例では横方向
の解像度を３倍に向上させている。

第ｌ４図（ａ）は、本発明の集光用レンズの他の構成を
示すものである。本実施例では、集光用レンズとして平
板マイクロレンズ１９が表示機能部６に取りつけられて
いる。表示機能部６のＸ方向、Ｙ方向のピッチはそれぞ
れＰ．，Ｐ，であり、平板マイクロレンズ１９のＸ方向
、Ｙ方向のビッチＰ，，Ｐ．と等しくなっている。ここ
で、表示機能部６の表示像が第１４図（ｂ）に示すよう
であれば、それが平板マイクロレンズｌ９を通過して焦
点面に出来る集光像は同図（Ｃ）に示されるものとなる
。この集光像が画像合成機能部を通過して、スクリーン
上に第１４図（ｄ）に示すように拡大表示される。この
ように拡大された四つの表示を４分の１画素づつ縦横に
ずらして相互に重ね合わせると、第１４図（ｅ）に示さ
れるようになる。この結果、実施例では縦横に解像度が
４倍に向上することになる。

第１５図は本発明の第７の実施例を示すものであり、請
求項（６）にかかるものである。同図に示すように第１
の集光用レンズとして表示機能部６の各画素に対応した
微小レンズｌ５が設けられると共に表示機能部６及び微
小レンズｌ５により生成される原画像を空間に結像させ
る第２の集光用レンズｌ８が設けられて原画部ｌ７を構
成している。その他の構成は第ｌ２図の実施例と同様で
ある。

第１６図は、本発明の第１，第２の集光用レンズの構成
を示し、請求項（６）にかかるものである。同図に示す
ように、集光用レンズとして半鰐状をなすレンティキュ
ラーレンズ１６が第１の集光用レンズとして表示機能部
６に取りつけられている。表示機能部６のＸ方向、Ｙ方
尚のピッチはそれぞれＰ．，Ｐ，であり、レンティキュ
ラーレンズｌ６のピッチＰ１とそのＹ方向のビッチＰ．
は等しくなっている。ここで、表示機能部６の表示像が
第１６図（′ｂ）に示すようであれば、それがレンティ
キュラーレンズｌ６を通過して焦点面に出来る集光像は
同図（Ｃ）に示されるものとなる。但し、ここでは、横
幅が３分の１に集光され、中央に結像するとした。この
集光像は、第２の集光用レンズにより縮小されて第１６
図（ｄ）に示す縮小像となる。この縮小像は画像合成機
能部を通りスクリーン上に第１６図（ｅ）のように拡大
表示され、その拡大された三つの表示を横方向に３分の
１画素づつずらして相互に重ね合わせると、同図（ｆ）
に示されるようになる。この結果、本実施例では横方向
の解像度を３倍に向上させている。

第ｌ７図は、本発明の第１，第２の集光用レンズの他の
構成をしめすものである。同図に示すように、第１の集
光用レンズとして平板マイクロレンズ！９が表示機能部
６に取りつけられている。表示機能部６のＸ方向、Ｙ方
向のピッチはそれぞれＰ．，Ｐ，であり、平板マイクロ
レンズｌ９のＸ方向、Ｙ方向のピッチＰ　Ｉｔ　Ｐ　．
と等しくなっている。ここで、表示機能部６の表示像が
第１４図（ｂ）に示すようであれば、それが平板マイク
ロレンズｌ９を通過して焦点面に出来る集光像は同図（
Ｃ）に示されるものとなる。この集光像は第２の集光用
レンズを通過して縮小され、第１７図（ｅ）に示す縮小
像となる。この縮小増は、画像合成機能部を通過して、
スクリーン上に第１７図（ｅ）に示すように拡大表示さ
れる。

このように拡大された四つの表示を４分の１画素づつ縦
横にずらして相互に重ね合わせると、第１７１Ｎ（ｆ）
に示されるようになる。この結果、実施例では縦横に解
像度が４倍に向上することになる。

〈発明の効果〉以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発
明は高精細な原画像をそれよりも精細度の落ちる表示機
能部を複数使用することにより、大画面に拡大投写でき
る利点がある（請求項（１））。また、表示機能部と画
像合成機能部との間に集光用のレンズを設けることによ
り、表示機能部の各画素を通過する光は集光されてすべ
て有効に利用されるため、表示機能部の明るさを損なう
ことなく、複数画像の重畳合成が可能となる利点がある
（請求項（４）　（５１　（６）　）。更に、第２の集
光用レンズを用いた場合、合成画像を小さくできるため
、投写光学系を小さくできるという利点がある（請求項
（６））。この結果、複数の表示装置を用いた大画面合
成、高精細度の表示装置の実現、複数の表示装置の同時
投影による画質、例えば階調表示、カラー表示の向上及
び高輝度の表示装置の実現等に顕著な貢献がａ待で＊る
（ｉ求項（１１　〜（６））　．更に、高ａｍ度、高画
質の画像を合成したあとで、投写機能部で投写している
ので、投写サイズを容易に任意のサイズに可変出来るの
で、使い勝手が良好である（ｌ求項（１）〜（６））。

一方、画面の構成において、マルチビジョンシステム等
を容易に実現出来（請求項（２））、表示機能部の明る
さやバラッキが問題となったときは、原画像の表示デー
タを連続しない画素の集団として複数に分割すると（請
求項（３））、表示機能部間の輝度のバラッキの影響を
軽減でき、全体として良好な画面とすることが出来る。

尚、上記実施例では、全て白黒表示を前提として説明し
たが、カラー化する場合には、ＲＧＢのカラーフィルタ
をスクリーン上に併置する方法、ＲＧＢの光をスクリー
ン上に同一領域に重ねて投写する方法があるが、いずれ
にしても白黒表示の場合と同様で有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例にかかる投写型表示装置
の原理図、第２図は本発明の第２の実施例にかかる具体
的な構成図、第３図は本発明の第３の実施例にかかる構
成図、第４図は本発明の第４の実施例にかかる構成図、
第５図は画像分配機能部の機能を示す説明図、第６図（
ａ）（ｂｌはそれぞれ画像合成機能部の機能を示す説明
図、第７図、第８図はそれぞれ他の画像分配機能部の機
能を示す説明図、第９図は、ＴＰＴ型液晶ディスプレイ
の断面図、第ｌＯ図は他の画像合成機能部の説明図、第
１１図は本発明の第５の実施例にかかる投写型表示装置
の構成図、第１２図は本発明の第６の実施例にかかる具
体的な構成図、第１３図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ本発
明の集光用レンズの機能作用の説明図、第ｌ４図（ａｌ
〜（ｅｌはそれぞれ本発明の他の集光用レンズの機能作
用の説明図、第１５図は本発明の第７の実施例にかかる
具体的な構成図、第１６図（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ本
発明の第１、第２の集光用レンズの機能作用の説明図、
第１７図（ａ）〜げ）はそれぞれ本発明の他の第１、第
２の集光用レンズの機能作用の説明図、第１８図は従来
技術にかかる投写型表示装置の原理図である。図面中、！、５貫は光源、２、５２はコンデンサレンズ、３は赤外線紫外線カットフィルタ、４は光学フィルタ、５は投光部、６、３４は表示機能部、７、３５は表示像、８、ｌ４、１８、２５、３９、２６、３６は合成像、ＩＯは基本合成ユニット、１１、５４は投写レンズ、ｌ２、４０、５５はスクリーン、１５は集光用レンズ（第！）、ｌ７は原画部、ｌ８は集光用レンズ（第２）３ｌは原画像の表示データ、３２は画像分配機能部、３３は表示データ群、３８は画像合成制御部、３９は投写機能部、６は画像合成機能部、４５ｌは光学部、３は表示装置である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一つの原画像を投写して表示する投写型表示装置
において、原画像の表示データを任意にサンプリングし
て複数の表示データ群に分割する画像分配機能部と、該
表示データ群を表示像として表示する複数の表示機能部
と、該複数の表示機能部に表示された各表示画像を光学
的に合成して、原画像を合成像として再生する画像合成
機能部と、該画像合成機能部で得た合成像を投写する投
写機能部とを具備したことを特徴とする投写型表示装置
。
（２）前記画像分配機能部は、原画像の表示データを連
続した画素の集団として複数の表示データ群に分割する
ことを特徴とする請求項（１）記載の投写型表示装置。
（３）前記画像分配機能部は、原画像の表示データを不
連続な画素の集団として複数の表示データ群に分割する
ことを特徴とする請求項（１）記載の投写型表示装置。
（４）一つの原画像を投写して表示する投写型表示装置
において、原画像の表示データを任意にサンプリングし
て複数の表示データ群に分割する画像分配機能部と、該
表示データ群を表示像として表示する複数の表示機能部
と、該複数の表示機能部に表示された各表示像を集光す
る光学部と、集光された各表示画像を光学的に合成して
、原画像を合成像として再生する画像合成機能部と、該
画像合成機能部で得た合成像を投写する投写機能部とを
具備したことを特徴とする投写型表示装置。
（５）前記光学部として、前記表示機能部の各画素毎に
集光用レンズを設けたことを特徴とする請求項（４）記
載の投写型表示装置。
（６）前記光学部として、前記表示機能部の各画素毎に
第１の集光用レンズを設けると共に該第１の集光用レン
ズによって生成される画像の全体を空間に結像させる第
２の集光用レンズを設けることを特徴とする請求項（４
）記載の投写型表示装置。