投影型表示装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スクリーン面にカラー画像を投影表示する投影型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、液晶表示パネルまたは陰極線管等の表示体を用いてテレビジョン画像等の画像を表示させ、この表示体の表示画像を投影レンズによりスクリーン面に拡大投影してスクリーン面に大画面の画像を表示する投影型表示装置が開発されている。
【０００３】しかし、一般に知られている投影型表示装置は、表示体の表示画像をそのまま拡大してスクリーン面に投影するものであるため、スクリーン面に投影された画像が、１つ１つの画素が大きく拡大された荒れた画像となり、特に赤、緑、青の三原色画素が交互に並ぶカラー画像を表示する表示体の表示画像をスクリーン面に投影する投影型表示装置の場合は、スクリーン面に拡大投影された画像が、赤、緑、青の画素が目立つ見づらい画像となってしまうという問題をもっていた。
【０００４】このため、従来から、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影し、この２つのカラー画像をスクリーン面において互いにずらして重ね合せて１つのカラー画像を合成する投影型表示装置が提案されている（特開昭５９−１２２２９１号公報参照）。
【０００５】この投影型表示装置は、カラー画像を表示するカラー陰極線管の前面にプリズム板を配置して、カラー陰極線管の表示面の各点からの光をそれぞれプリズム板により２方向の光に分割し、この２方向の光を投影レンズによってスクリーン面に投影するようにしたもので、カラー陰極線管が表示するカラー画像は、プリズム板の光分割作用によって２つの画像（同一画像）に分割され、この２つの画像がスクリーン面に結像する。
【０００６】したがって、その第１の画像と第２の画像とを、その両方の画素が互いにずれて重なり、かつ同色の画素同士が重なり合わないようなずれ量をもたせてスクリーン面に結像させるようにしておけば、第１の画像と第２の画像とをスクリーン面で重ね合せた合成画像の画素列数が、カラー陰極線管が表示するカラー画像の画素列数の２倍となって合成画像の画素幅が小さくなるから、スクリーン面に表示される合成画像を、１つ１つの画素が目立たない見やすい画像にすることができる。
【０００７】なお、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像とのずれ量は、カラー陰極線管の表示画像をそのままスクリーン面に拡大投影した場合における赤、緑、青の３個１組の画素ピッチに満たない範囲であればよいとされており、この程度のずれ量であれば、同一の画像を２つずらして重ねてもその合成画像に歪みが生ずることはない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は、第１の画像と第２の画像とのスクリーン面におけるずれ量を、その両方の画素が互いにずれて重なり、かつ同色の画素同士が重なり合わない範囲にすればよいとしているだけであるために、第１の画像と第２の画像との画素同士の重なり幅つまり合成画像の画素幅にばらつきがあり、そのために、幅の大きな画素の色が強く、幅の小さな画素の色が弱くなって、その結果スクリーン面に表示される合成画像に色むらが生じるという問題をもっていた。
【０００９】本発明は上記のような実情にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影し、この２つの画像をスクリーン面において互いにずらして重ね合せて１つのカラー画像を合成するようにしたものでありながら、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との画素同士の重なりによってつくられる合成画像の画素幅をバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる投影型表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するために、表示体からスクリーン面への投影光路中に、表示体が表示するカラー画像の三原色画素の並び方向に対して直交するストライプ状のプリズム部を複数本その幅方向に連続させて形成したプリズム板を配置し、かつこのプリズム板の各プリズム部を、前記表示体からの画像光を２方向の光に分割する断面三角形のプリズム部とするとともに、この各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部で分割された２方向の光のスクリーン面におけるずれ量がスクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としたものである。
【００１１】
【作用】すなわち、本発明の投影型表示装置は、前記表示体からの画像光をプリズム板の各プリズム部によって２方向の光に分割することにより、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影するとともに、前記プリズム板の各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を上記のように設定することにより、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像とが、スクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２のずれ量をもって重なり合うようにしたものであり、このようにすれば、第１の画像と第２の画像との異なる色の画素同士が全て画素幅のほぼ１／２ずつ重なり合うから、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との画素同士の重なりによってつくられる合成画像の画素幅をバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、表示体として液晶表示パネルを使用する投影型表示装置について図面に基づき説明する。
【００１３】図１は投影型表示装置の全体を示す平面図である。図１において、図中１は赤、緑、青の画素が交互に並ぶカラー画像（この実施例ではフルカラー画像）を表示するマトリクス型液晶表示パネルである。
【００１４】このマトリクス型液晶表示パネル１には、赤、緑、青の各カラー画素Ｒ，Ｇ，Ｂがそれぞれ垂直なストライプ状に並ぶ図４（ａ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示する単純ストライプ型のものと、赤、緑、青のドット状カラー画素Ｒ，Ｇ，Ｂが水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）に交互に並ぶ図４（ｂ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示するドット型ものとがある。また、ドット型の液晶表示パネルには、図４（ｂ）に示した画素配列パターンのものの他に、奇数行と偶数行の各画素Ｒ，Ｇ，Ｂを互いに１／２ピッチずらした画素配列パターンのものもある。
【００１５】また、図１において、２は前記液晶表示パネルの後方に配置された光源であり、この光源２は、光源ランプ３と、この光源ランプ３からの光を液晶表示パネル１に向けて反射させるリフレクタ４とからなっており、リフレクタ４は、光源ランプ３からの放射光をリフレクタ光軸に平行な平行光として反射させる放物面鏡リフレクタとされている。
【００１６】５は液晶表示パネル１の前方に配置された大口径の集光レンズ、６はこの集光レンズ５の前方に配置された投影レンズであり、光源２から液晶表示パネルに１に向けて照射されてこの液晶表示パネル１を透過した光、つまり液晶表示パネル１の表示画像光は、集光レンズ５によって投影レンズ６の集光され、この投影レンズ６によってその前方に配置されたスクリーンＳ面に拡大投影される。なお、このスクリーンＳは、反射型のものでも透過型のものでもよい。
【００１７】一方、図１において、７は液晶表示パネル１と集光レンズ５との間に配置されたプリズム板であり、このプリズム板７は、液晶表示パネル１に近接させてこの液晶表示パネル１の表示面（光出射面）と平行に配置されている。
【００１８】このプリズム板７は、前記液晶表示パネル１が表示するカラー画像ａの三原色画素Ｒ，Ｇ，Ｂの並び方向に対して直交する垂直ストライプ状のプリズム部８を複数本その幅方向に連続させて形成したもので、この実施例では、上記プリズム板７として、図６（ａ）に示すように、光屈折率の異なる２枚の透明板を７ａ，７ｂを密着させてその境界面にプリズム部８を形成したものか、あるいは図６（ｂ）に示すように、１枚の透明板の一面にプリズム部８を形成したものを使用している。
【００１９】また、このプリズム板７の各プリズム部８は、前記液晶表示パネル１からの画像光を２方向の光に分割するように断面三角形のプリズム部とされており、この各プリズム部８の傾斜面の傾斜角度は、このプリズム部８で分割された２方向の光のスクリーンＳ面におけるずれ量がスクリーンＳ面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度に設定されている。
【００２０】この投影型表示装置は、液晶表示パネル１からの画像光を前記プリズム板７の各プリズム部８によって２方向の光に分割することにより、液晶表示パネル１が表示するカラー画像を２つの画像に分割し、この２つのカラー画像を投影レンズ６によりスクリーンＳ面に同一の拡大率で拡大投影するもので、プリズム板７はその各プリズム部８を垂直ストライプ状に形成したものであるため、液晶表示パネル１からのカラー画像は、プリズム板７によって水平方向にずれた第１と第２の２つの画像に分割され、第１の画像Ａ1 は図１に実線で示した経路でスクリーンＳ面に結像し、第２の画像Ａ2 は図１に破線で示した経路でスクリーンＳ面に結像する。
【００２１】そして、前記プリズム板７の各プリズム部８の傾斜面の傾斜角度は上記のように設定されているから、スクリーンＳ面に結像する第１の画素Ａ1と第２の画像Ａ2 とは、スクリーンＳ面において、このスクリーンＳ面に結像する画素幅（第１の画像Ａ1 および第２の画像Ａ2 の１つの画素の幅）のほぼ３／２だけ水平方向にずれて図２および図３に示すように重なり合うことになり、したがってスクリーンＳ面には、第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 との異なる色の画素同士が全て画素幅のほぼ１／２ずつ重なり合った合成画像Ａが表示される。
【００２２】この合成画像Ａは、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との異なる色の画素同士（赤色画素Ｒと緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒと青色画素Ｂ、緑色画素Ｇと青色画素Ｂ）の重なりによってつくられる赤と緑の中間色の黄色画素Ｙと、赤と青の中間色のマゼンタ色画素Ｍと、緑と青の中間色のシアン色画素Ｃとが交互に並んだ画素配列パターンの画像となる。
【００２３】なお、合成画像Ａの画素が中間色の画素Ｙ，Ｍ，Ｃとなるのは、合成画像の各画素をつくる２つの色の原色画素がいずれも液晶表示パネル１において表示されている場合であり、液晶表示パネル１において２つの色の原色画素の一方だけしか表示されていない場合は合成画像の画素は赤、緑、青のいずれかの原色画素となり、また液晶表示パネル１において２つの色の原色画素の両方が無表示となっている場合は、合成画像の画素は黒となる。
【００２４】図５（ａ），（ｂ）は、液晶表示パネル１の画面全体に白を表示させたとき（全ての色の画素を表示させたとき）にスクリーンＳ面に表示される合成画像の画素配列パターンを示したもので、液晶表示パネル１が図４（ａ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示する単純ストライプ型のものの場合は、上記合成画像Ａは黄、マゼンタ、シアンの各カラー画素Ｙ，Ｍ，Ｃが垂直なストライプ状に並ぶ図５（ａ）に示すような画素配列パターンの画像となり、液晶表示パネル１が図４（ｂ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示するドット型のものの場合は、上記合成画像Ａは黄、マゼンタ、シアンの各カラー画素Ｙ，Ｍ，Ｃが水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）に交互に並ぶ図５（ｂ）に示すような画素配列パターンの画像となる。
【００２５】また、ドット型の液晶表示パネルには、図４R>４（ｂ）に示した画素配列パターンのものの他に、奇数行と偶数行の各画素Ｒ，Ｇ，Ｂを互いに１／２ピッチずらした画素配列パターンのものもあるが、この液晶表示パネルを表示体とした場合は、合成画像Ａの画素配列パターンは、図５（ｂ）の画素配列パターンの奇数行と偶数行の各画素Ｙ，Ｍ，Ｃを互いに１／２ピッチずらしたパターンとなる。
【００２６】なお、第１の画像Ａ1 の一側縁の３／２画素幅に相当する部分と、第２の画像Ａ2 の他側縁の３／２画素幅に相当する部分とは重なり合わないために、上記合成画像Ａの両側縁の２つずつの画素列は、赤、緑、青のうちの１つの原色画素となる。ただし、この２つずつの画素列のうち外側の画素の幅は上記中間色画素Ｙ，Ｍ，Ｃの幅２倍であるが、内側の画素の幅は、中間色画素Ｙ，Ｍ，Ｃの幅と同じである。
【００２７】しかして、上記投影型表示装置においては、液晶表示パネル１が表示するカラー画像をプリズム板７によって２つの画像に分割し、この２つの画像を互いにずらしてスクリーンＳ面で重ねて合成することにより、赤、緑、青の三原色画素のうちの異なる色の２つの画素の重なりでつくられる画素が交互に並んだ画素配列パターンのカラー画像をスクリーンＳ面に表示するようにしているから、スクリーン面の合成画像Ａの各画素Ｙ，Ｍ，Ｃの幅を小さくすることができるし、また液晶表示パネル１が白を表示したときは、合成画像の画素が赤、緑、青の三原色に比べて純色度がない中間色（黄、マゼンタ、シアン）となるために、スクリーンＳ面の合成画像Ａを、１つ１つの画素が目立たない見やすい画像とすることができる。
【００２８】なお、液晶表示パネル１が合成画像の各画素をつくる２つの色の原色画素の一方だけしか表示しない場合は、合成画像の画素は赤、緑、青のいずれかの原色画素となるが、この場合は、上記原色画素の横にその半分の幅の黒色部ができるから、この場合も合成画像Ａは見やすい画像となる。
【００２９】そして、上記投影型表示装置では、液晶表示パネル１からの画像光を２方向の光に分割するプリズム板７の各プリズム部８の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部８で分割された２方向の光のスクリーンＳ面におけるずれ量がスクリーンＳ面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としているために、スクリーンＳ面に結像する第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 とが、スクリーンＳ面に結像する画素幅のほぼ３／２のずれ量をもって重なり合うことになる。
【００３０】したがって、この投影型表示装置によれば、第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2との異なる色の画素同士が全て画素幅のほぼ１／２ずつ重なり合うから、スクリーンＳ面に結像する第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 との画素同士の重なりによってつくられる合成画像Ａの画素幅を全てほぼ均一な幅にバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる。
【００３１】なお、液晶表示パネル１からの画像光を２方向の光に分割するプリズム板７の各プリズム部８の幅および本数は基本的には任意でよいが、プリズム部８の幅が大きいと、プリズム板７の各プリズム部８の形が筋模様となってスクリーンＳ面に現われるから、この投影型表示装置では、プリズム板７の各プリズム部８の幅を、液晶表示パネル１のある１点から出射した光線がプリズム板７に入射するときの広がりの幅よりも小さい幅（望ましくは光線の広がり幅の１／２以下）として、各プリズム部８を微小ピッチで配列形成している。
【００３２】また、液晶表示パネル１が表示するカラー画像を上記プリズム板７によって２つの画像に分割する場合、この分割された２つの画像Ａ1 ，Ａ2 の明るさに差ができると、この２つの画像Ａ1 ，Ａ2 をスクリーンＳ面で重ねてつくられる合成画像Ａに輝度むらが発生するから、この投影型表示装置では、上記プリズム部８をその両側の傾斜面の傾斜角度が等しい対称形もしくはそれに近い形状として、分割された２つの画像Ａ1 ，Ａ2の明るさに差ができるのを防いでいる。
【００３３】次に、上記プリズム板７のプリズム部８の傾斜面の傾斜角度について説明する。図７はプリズム板７のプリズム部８で分割された２方向の光の虚像が結像する点を示したもので、液晶表示パネル１面の１点Ｏからプリズム板７に入射した光は、このプリズム板７のプリズム部８により図示のように２方向の光に分割され、この２方向の光の虚像がそれぞれＯ′a ，Ｏ′b の点に結像する。
【００３４】ここで、プリズム部８をその両側の傾斜面の傾斜角度αが等しい対称形のものとすると、２つの虚像の結像点Ｏ′a ，Ｏ′b は液晶表示パネル１面の点Ｏからそれぞれ距離ｂだけずれた位置にあり、したがって２つの虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b 間の距離つまりずれ量は２ｄである。
【００３５】そして、プリズム板７で分割された第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 とを、その画素幅のほぼ３／２のずれ量をもって重なり合うようにスクリーンＳ面に結像させるためには、液晶表示パネル１面の点Ｏに対する各虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b のそれぞれのずれ量ｄが、この虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b を通る線上に結合するカラー画像（虚像）の画素幅のほぼ３／４（虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b 間のずれ量２ｄが画素幅のほぼ３／２）になるようにプリズム部８の傾斜面の傾斜角度αを選べばよく、この傾斜角度αは次のようにして求めることができる。
【００３６】まず、図８に示すように、点Ｏからプリズム部８に斜めに入射した光の虚像の結像点Ｏ′について考える。なお図８において、θはプリズム部８に入射する主光線の光水平線に対する角度、Ｌはプリズム部８の主光線入射点Ｐと点Ｏとの間の距離、Ｌ′はプリズム部８の光入射点と虚像結像点Ｏ′との間の距離、ｉはプリズム部８に対する光入射角、ｉ′はプリズム部８の傾斜面で屈折されてプリズム部８を透過する光の屈折角、Δｉは点Ｏからの光の拡がり角、Δｉ′は虚像結像点Ｏ′への光の集光角であり、またｎはプリズム部８に入射する光が通る媒体（ここでは空気）の光屈折率、ｎ′はプリズム板７の光屈折率を示している。図８より、ｉ＝θ＋αであり、したがってスネルの法則により、ｉ′＝ sin-1（ｎ′／ｎ sinｉ）
θ′＝ｉ′−αである。ここで、プリズム部８に入射する光の幅に相当する辺ｗと点Ｏを含む三角形について考えると、正弦定理により、Δｉが十分に小さいとすると、
【００３７】
【数１】
同様に、上記辺ｗと点Ｏ′を含む三角形について考えると、
【００３８】
【数２】
スネルの法則、ｎ sinｉ＝ｎ′ sinｉ′の両辺をｉ′で微分すると、
【００３９】
【数３】
よってΔｉ／Δｉ′＝ｄｉ／ｄｉ′とすると、
【００４０】
【数４】
したがってずれ量ｄは、
【００４１】
【数５】
となる。
【００４２】そして、プリズム板７が図６（ａ）に示したものである場合は、図９に示すように３つの屈折面、つまり入射面（傾斜角度０゜）と、プリズム部８の傾斜面（傾斜角度α1 ゜）と、出射面（傾斜角度０゜）とについて、Ｌ1 ＝Ｌ0 ＋ｔ1 Ｌ2 ＝Ｌ1 ＋ｔ2 θ1 ＝θ0 ′ θ2 ＝θ1 ′ ｎ0 ′＝ｎ1 ｎ1 ′＝ｎ2 ｎ2 ′＝ｎ0
【００４３】として、上記３つの屈折面において屈折された光の仮想の虚像結像点と点Ｏとのずれ量ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 を前述した解法により求めると、全体としてのずれ両ｄは、ｄ＝ｄ0 ＋ｄ1 ＋ｄ2となり、このｄの値が画素幅のほぼ３／４（２ｄが画素幅のほぼ３／２）になるようにプリズム部の傾斜面の傾き角度α1 を決定すればよい。また、ｎ1 ＝ｎ0 またはｎ2 ＝ｎ0 とすれば、図６（ｂ）に示したプリズム板７となる。
【００４４】なお、図６（ａ），（ｂ）に示したプリズム板７は、そのいずれの面を液晶表示パネル１側に対向させて配置してもよい。また、プリズム板７は、図１０に示すように、プリズム部形成面と反対面に図１に示した集光レンズ５に代わるサーキュラフレネルレンズ９を形成したものとしてもよく、この場合もプリズム板７はそのいずれの面を液晶表示パネル１側に対向させて配置してもよい。
【００４５】また上記実施例では、プリズム板７を液晶表示パネル１に近接させて配置しているが、このプリズム板７は、液晶表示パネル１からスクリーンＳ面への投影光路中であれば、例えば図１１に示すようにスクリーンＳ面に配置するなど、どのような位置に配置してもよい。ただし、この場合は、プリズム板７の光入射側に、入射光を平行光にしてプリズム板７に入射させるフレネルレンズ等を設けておくのが望ましい。
【００４６】なお、上記実施例では、液晶表示パネル１を表示体とする投影型表示装置について説明したが、本発明は、カラー陰極線管等を表示体とする投影型表示装置にも適用できることはもちろんである。
【００４７】
【発明の効果】本発明の投影型表示装置は、表示体からスクリーン面への投影光路中に、表示体が表示するカラー画像の三原色画素の並び方向に対して直交するストライプ状のプリズム部を複数本その幅方向に連続させて形成したプリズム板を配置し、かつこのプリズム板の各プリズム部を、前記表示体からの画像光を２方向の光に分割する断面三角形のプリズム部とするとともに、この各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部で分割された２方向の光のスクリーン面におけるずれ量がスクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としたものであるから、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影し、この２つの画像をスクリーン面において互いにずらして重ね合せて１つのカラー画像を合成するようにしたものでありながら、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との画素同士の重なりによってつくられる合成画像の画素幅をバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による投影型表示装置の原理構成を示す平面図。
【図２】図１のII部分における２つの結像画像の画素の重なり状態を示す拡大図。
【図３】図１のII部分をスクリーン正面側から見た拡大図。
【図４】液晶表示パネルの表示画像の画素配列パターン図。
【図５】スクリーン面に表示される合成画像の画素配列パターン図。
【図６】プリズム板の一部分の拡大断面図。
【図７】プリズム板による光の分割状態を示す図。
【図８】分割された光のずれ量を説明するための解析図。
【図９】分割された光のずれ量を説明するための解析図。
【図１０】本発明の他の実施例を示すプリズム板の平面図。
【図１１】本発明の他の実施例を示すプリズム板の平面図。
【符号の説明】
１…液晶表示パネル、２…光源、５…集光レンズ、６…投影レンズ、７…プリズム板、８…プリズム部、Ｓ…スクリーン、Ａ…合成画像、Ａ1 …第１の画像、Ａ2 …第２の画像。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スクリーン面にカラー画像を投影表示する投影型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、液晶表示パネルまたは陰極線管等の表示体を用いてテレビジョン画像等の画像を表示させ、この表示体の表示画像を投影レンズによりスクリーン面に拡大投影してスクリーン面に大画面の画像を表示する投影型表示装置が開発されている。
【０００３】しかし、一般に知られている投影型表示装置は、表示体の表示画像をそのまま拡大してスクリーン面に投影するものであるため、スクリーン面に投影された画像が、１つ１つの画素が大きく拡大された荒れた画像となり、特に赤、緑、青の三原色画素が交互に並ぶカラー画像を表示する表示体の表示画像をスクリーン面に投影する投影型表示装置の場合は、スクリーン面に拡大投影された画像が、赤、緑、青の画素が目立つ見づらい画像となってしまうという問題をもっていた。
【０００４】このため、従来から、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影し、この２つのカラー画像をスクリーン面において互いにずらして重ね合せて１つのカラー画像を合成する投影型表示装置が提案されている（特開昭５９−１２２２９１号公報参照）。
【０００５】この投影型表示装置は、カラー画像を表示するカラー陰極線管の前面にプリズム板を配置して、カラー陰極線管の表示面の各点からの光をそれぞれプリズム板により２方向の光に分割し、この２方向の光を投影レンズによってスクリーン面に投影するようにしたもので、カラー陰極線管が表示するカラー画像は、プリズム板の光分割作用によって２つの画像（同一画像）に分割され、この２つの画像がスクリーン面に結像する。
【０００６】したがって、その第１の画像と第２の画像とを、その両方の画素が互いにずれて重なり、かつ同色の画素同士が重なり合わないようなずれ量をもたせてスクリーン面に結像させるようにしておけば、第１の画像と第２の画像とをスクリーン面で重ね合せた合成画像の画素列数が、カラー陰極線管が表示するカラー画像の画素列数の２倍となって合成画像の画素幅が小さくなるから、スクリーン面に表示される合成画像を、１つ１つの画素が目立たない見やすい画像にすることができる。
【０００７】なお、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像とのずれ量は、カラー陰極線管の表示画像をそのままスクリーン面に拡大投影した場合における赤、緑、青の３個１組の画素ピッチに満たない範囲であればよいとされており、この程度のずれ量であれば、同一の画像を２つずらして重ねてもその合成画像に歪みが生ずることはない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は、第１の画像と第２の画像とのスクリーン面におけるずれ量を、その両方の画素が互いにずれて重なり、かつ同色の画素同士が重なり合わない範囲にすればよいとしているだけであるために、第１の画像と第２の画像との画素同士の重なり幅つまり合成画像の画素幅にばらつきがあり、そのために、幅の大きな画素の色が強く、幅の小さな画素の色が弱くなって、その結果スクリーン面に表示される合成画像に色むらが生じるという問題をもっていた。
【０００９】本発明は上記のような実情にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影し、この２つの画像をスクリーン面において互いにずらして重ね合せて１つのカラー画像を合成するようにしたものでありながら、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との画素同士の重なりによってつくられる合成画像の画素幅をバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる投影型表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成するために、表示体からスクリーン面への投影光路中に、表示体が表示するカラー画像の三原色画素の並び方向に対して直交するストライプ状のプリズム部を複数本その幅方向に連続させて形成したプリズム板を配置し、かつこのプリズム板の各プリズム部を、前記表示体からの画像光を２方向の光に分割する断面三角形のプリズム部とするとともに、この各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部で分割された２方向の光のスクリーン面におけるずれ量がスクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としたものである。
【００１１】
【作用】すなわち、本発明の投影型表示装置は、前記表示体からの画像光をプリズム板の各プリズム部によって２方向の光に分割することにより、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影するとともに、前記プリズム板の各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を上記のように設定することにより、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像とが、スクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２のずれ量をもって重なり合うようにしたものであり、このようにすれば、第１の画像と第２の画像との異なる色の画素同士が全て画素幅のほぼ１／２ずつ重なり合うから、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との画素同士の重なりによってつくられる合成画像の画素幅をバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、表示体として液晶表示パネルを使用する投影型表示装置について図面に基づき説明する。
【００１３】図１は投影型表示装置の全体を示す平面図である。図１において、図中１は赤、緑、青の画素が交互に並ぶカラー画像（この実施例ではフルカラー画像）を表示するマトリクス型液晶表示パネルである。
【００１４】このマトリクス型液晶表示パネル１には、赤、緑、青の各カラー画素Ｒ，Ｇ，Ｂがそれぞれ垂直なストライプ状に並ぶ図４（ａ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示する単純ストライプ型のものと、赤、緑、青のドット状カラー画素Ｒ，Ｇ，Ｂが水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）に交互に並ぶ図４（ｂ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示するドット型ものとがある。また、ドット型の液晶表示パネルには、図４（ｂ）に示した画素配列パターンのものの他に、奇数行と偶数行の各画素Ｒ，Ｇ，Ｂを互いに１／２ピッチずらした画素配列パターンのものもある。
【００１５】また、図１において、２は前記液晶表示パネルの後方に配置された光源であり、この光源２は、光源ランプ３と、この光源ランプ３からの光を液晶表示パネル１に向けて反射させるリフレクタ４とからなっており、リフレクタ４は、光源ランプ３からの放射光をリフレクタ光軸に平行な平行光として反射させる放物面鏡リフレクタとされている。
【００１６】５は液晶表示パネル１の前方に配置された大口径の集光レンズ、６はこの集光レンズ５の前方に配置された投影レンズであり、光源２から液晶表示パネルに１に向けて照射されてこの液晶表示パネル１を透過した光、つまり液晶表示パネル１の表示画像光は、集光レンズ５によって投影レンズ６の集光され、この投影レンズ６によってその前方に配置されたスクリーンＳ面に拡大投影される。なお、このスクリーンＳは、反射型のものでも透過型のものでもよい。
【００１７】一方、図１において、７は液晶表示パネル１と集光レンズ５との間に配置されたプリズム板であり、このプリズム板７は、液晶表示パネル１に近接させてこの液晶表示パネル１の表示面（光出射面）と平行に配置されている。
【００１８】このプリズム板７は、前記液晶表示パネル１が表示するカラー画像ａの三原色画素Ｒ，Ｇ，Ｂの並び方向に対して直交する垂直ストライプ状のプリズム部８を複数本その幅方向に連続させて形成したもので、この実施例では、上記プリズム板７として、図６（ａ）に示すように、光屈折率の異なる２枚の透明板を７ａ，７ｂを密着させてその境界面にプリズム部８を形成したものか、あるいは図６（ｂ）に示すように、１枚の透明板の一面にプリズム部８を形成したものを使用している。
【００１９】また、このプリズム板７の各プリズム部８は、前記液晶表示パネル１からの画像光を２方向の光に分割するように断面三角形のプリズム部とされており、この各プリズム部８の傾斜面の傾斜角度は、このプリズム部８で分割された２方向の光のスクリーンＳ面におけるずれ量がスクリーンＳ面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度に設定されている。
【００２０】この投影型表示装置は、液晶表示パネル１からの画像光を前記プリズム板７の各プリズム部８によって２方向の光に分割することにより、液晶表示パネル１が表示するカラー画像を２つの画像に分割し、この２つのカラー画像を投影レンズ６によりスクリーンＳ面に同一の拡大率で拡大投影するもので、プリズム板７はその各プリズム部８を垂直ストライプ状に形成したものであるため、液晶表示パネル１からのカラー画像は、プリズム板７によって水平方向にずれた第１と第２の２つの画像に分割され、第１の画像Ａ1 は図１に実線で示した経路でスクリーンＳ面に結像し、第２の画像Ａ2 は図１に破線で示した経路でスクリーンＳ面に結像する。
【００２１】そして、前記プリズム板７の各プリズム部８の傾斜面の傾斜角度は上記のように設定されているから、スクリーンＳ面に結像する第１の画素Ａ1と第２の画像Ａ2 とは、スクリーンＳ面において、このスクリーンＳ面に結像する画素幅（第１の画像Ａ1 および第２の画像Ａ2 の１つの画素の幅）のほぼ３／２だけ水平方向にずれて図２および図３に示すように重なり合うことになり、したがってスクリーンＳ面には、第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 との異なる色の画素同士が全て画素幅のほぼ１／２ずつ重なり合った合成画像Ａが表示される。
【００２２】この合成画像Ａは、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との異なる色の画素同士（赤色画素Ｒと緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒと青色画素Ｂ、緑色画素Ｇと青色画素Ｂ）の重なりによってつくられる赤と緑の中間色の黄色画素Ｙと、赤と青の中間色のマゼンタ色画素Ｍと、緑と青の中間色のシアン色画素Ｃとが交互に並んだ画素配列パターンの画像となる。
【００２３】なお、合成画像Ａの画素が中間色の画素Ｙ，Ｍ，Ｃとなるのは、合成画像の各画素をつくる２つの色の原色画素がいずれも液晶表示パネル１において表示されている場合であり、液晶表示パネル１において２つの色の原色画素の一方だけしか表示されていない場合は合成画像の画素は赤、緑、青のいずれかの原色画素となり、また液晶表示パネル１において２つの色の原色画素の両方が無表示となっている場合は、合成画像の画素は黒となる。
【００２４】図５（ａ），（ｂ）は、液晶表示パネル１の画面全体に白を表示させたとき（全ての色の画素を表示させたとき）にスクリーンＳ面に表示される合成画像の画素配列パターンを示したもので、液晶表示パネル１が図４（ａ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示する単純ストライプ型のものの場合は、上記合成画像Ａは黄、マゼンタ、シアンの各カラー画素Ｙ，Ｍ，Ｃが垂直なストライプ状に並ぶ図５（ａ）に示すような画素配列パターンの画像となり、液晶表示パネル１が図４（ｂ）に示すような画素配列パターンのカラー画像ａを表示するドット型のものの場合は、上記合成画像Ａは黄、マゼンタ、シアンの各カラー画素Ｙ，Ｍ，Ｃが水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）に交互に並ぶ図５（ｂ）に示すような画素配列パターンの画像となる。
【００２５】また、ドット型の液晶表示パネルには、図４R>４（ｂ）に示した画素配列パターンのものの他に、奇数行と偶数行の各画素Ｒ，Ｇ，Ｂを互いに１／２ピッチずらした画素配列パターンのものもあるが、この液晶表示パネルを表示体とした場合は、合成画像Ａの画素配列パターンは、図５（ｂ）の画素配列パターンの奇数行と偶数行の各画素Ｙ，Ｍ，Ｃを互いに１／２ピッチずらしたパターンとなる。
【００２６】なお、第１の画像Ａ1 の一側縁の３／２画素幅に相当する部分と、第２の画像Ａ2 の他側縁の３／２画素幅に相当する部分とは重なり合わないために、上記合成画像Ａの両側縁の２つずつの画素列は、赤、緑、青のうちの１つの原色画素となる。ただし、この２つずつの画素列のうち外側の画素の幅は上記中間色画素Ｙ，Ｍ，Ｃの幅２倍であるが、内側の画素の幅は、中間色画素Ｙ，Ｍ，Ｃの幅と同じである。
【００２７】しかして、上記投影型表示装置においては、液晶表示パネル１が表示するカラー画像をプリズム板７によって２つの画像に分割し、この２つの画像を互いにずらしてスクリーンＳ面で重ねて合成することにより、赤、緑、青の三原色画素のうちの異なる色の２つの画素の重なりでつくられる画素が交互に並んだ画素配列パターンのカラー画像をスクリーンＳ面に表示するようにしているから、スクリーン面の合成画像Ａの各画素Ｙ，Ｍ，Ｃの幅を小さくすることができるし、また液晶表示パネル１が白を表示したときは、合成画像の画素が赤、緑、青の三原色に比べて純色度がない中間色（黄、マゼンタ、シアン）となるために、スクリーンＳ面の合成画像Ａを、１つ１つの画素が目立たない見やすい画像とすることができる。
【００２８】なお、液晶表示パネル１が合成画像の各画素をつくる２つの色の原色画素の一方だけしか表示しない場合は、合成画像の画素は赤、緑、青のいずれかの原色画素となるが、この場合は、上記原色画素の横にその半分の幅の黒色部ができるから、この場合も合成画像Ａは見やすい画像となる。
【００２９】そして、上記投影型表示装置では、液晶表示パネル１からの画像光を２方向の光に分割するプリズム板７の各プリズム部８の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部８で分割された２方向の光のスクリーンＳ面におけるずれ量がスクリーンＳ面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としているために、スクリーンＳ面に結像する第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 とが、スクリーンＳ面に結像する画素幅のほぼ３／２のずれ量をもって重なり合うことになる。
【００３０】したがって、この投影型表示装置によれば、第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2との異なる色の画素同士が全て画素幅のほぼ１／２ずつ重なり合うから、スクリーンＳ面に結像する第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 との画素同士の重なりによってつくられる合成画像Ａの画素幅を全てほぼ均一な幅にバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる。
【００３１】なお、液晶表示パネル１からの画像光を２方向の光に分割するプリズム板７の各プリズム部８の幅および本数は基本的には任意でよいが、プリズム部８の幅が大きいと、プリズム板７の各プリズム部８の形が筋模様となってスクリーンＳ面に現われるから、この投影型表示装置では、プリズム板７の各プリズム部８の幅を、液晶表示パネル１のある１点から出射した光線がプリズム板７に入射するときの広がりの幅よりも小さい幅（望ましくは光線の広がり幅の１／２以下）として、各プリズム部８を微小ピッチで配列形成している。
【００３２】また、液晶表示パネル１が表示するカラー画像を上記プリズム板７によって２つの画像に分割する場合、この分割された２つの画像Ａ1 ，Ａ2 の明るさに差ができると、この２つの画像Ａ1 ，Ａ2 をスクリーンＳ面で重ねてつくられる合成画像Ａに輝度むらが発生するから、この投影型表示装置では、上記プリズム部８をその両側の傾斜面の傾斜角度が等しい対称形もしくはそれに近い形状として、分割された２つの画像Ａ1 ，Ａ2の明るさに差ができるのを防いでいる。
【００３３】次に、上記プリズム板７のプリズム部８の傾斜面の傾斜角度について説明する。図７はプリズム板７のプリズム部８で分割された２方向の光の虚像が結像する点を示したもので、液晶表示パネル１面の１点Ｏからプリズム板７に入射した光は、このプリズム板７のプリズム部８により図示のように２方向の光に分割され、この２方向の光の虚像がそれぞれＯ′a ，Ｏ′b の点に結像する。
【００３４】ここで、プリズム部８をその両側の傾斜面の傾斜角度αが等しい対称形のものとすると、２つの虚像の結像点Ｏ′a ，Ｏ′b は液晶表示パネル１面の点Ｏからそれぞれ距離ｂだけずれた位置にあり、したがって２つの虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b 間の距離つまりずれ量は２ｄである。
【００３５】そして、プリズム板７で分割された第１の画像Ａ1 と第２の画像Ａ2 とを、その画素幅のほぼ３／２のずれ量をもって重なり合うようにスクリーンＳ面に結像させるためには、液晶表示パネル１面の点Ｏに対する各虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b のそれぞれのずれ量ｄが、この虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b を通る線上に結合するカラー画像（虚像）の画素幅のほぼ３／４（虚像結像点Ｏ′a ，Ｏ′b 間のずれ量２ｄが画素幅のほぼ３／２）になるようにプリズム部８の傾斜面の傾斜角度αを選べばよく、この傾斜角度αは次のようにして求めることができる。
【００３６】まず、図８に示すように、点Ｏからプリズム部８に斜めに入射した光の虚像の結像点Ｏ′について考える。なお図８において、θはプリズム部８に入射する主光線の光水平線に対する角度、Ｌはプリズム部８の主光線入射点Ｐと点Ｏとの間の距離、Ｌ′はプリズム部８の光入射点と虚像結像点Ｏ′との間の距離、ｉはプリズム部８に対する光入射角、ｉ′はプリズム部８の傾斜面で屈折されてプリズム部８を透過する光の屈折角、Δｉは点Ｏからの光の拡がり角、Δｉ′は虚像結像点Ｏ′への光の集光角であり、またｎはプリズム部８に入射する光が通る媒体（ここでは空気）の光屈折率、ｎ′はプリズム板７の光屈折率を示している。図８より、ｉ＝θ＋αであり、したがってスネルの法則により、ｉ′＝ sin-1（ｎ′／ｎ sinｉ）
θ′＝ｉ′−αである。ここで、プリズム部８に入射する光の幅に相当する辺ｗと点Ｏを含む三角形について考えると、正弦定理により、Δｉが十分に小さいとすると、
【００３７】
【数１】
同様に、上記辺ｗと点Ｏ′を含む三角形について考えると、
【００３８】
【数２】
スネルの法則、ｎ sinｉ＝ｎ′ sinｉ′の両辺をｉ′で微分すると、
【００３９】
【数３】
よってΔｉ／Δｉ′＝ｄｉ／ｄｉ′とすると、
【００４０】
【数４】
したがってずれ量ｄは、
【００４１】
【数５】
となる。
【００４２】そして、プリズム板７が図６（ａ）に示したものである場合は、図９に示すように３つの屈折面、つまり入射面（傾斜角度０゜）と、プリズム部８の傾斜面（傾斜角度α1 ゜）と、出射面（傾斜角度０゜）とについて、Ｌ1 ＝Ｌ0 ＋ｔ1 Ｌ2 ＝Ｌ1 ＋ｔ2 θ1 ＝θ0 ′ θ2 ＝θ1 ′ ｎ0 ′＝ｎ1 ｎ1 ′＝ｎ2 ｎ2 ′＝ｎ0
【００４３】として、上記３つの屈折面において屈折された光の仮想の虚像結像点と点Ｏとのずれ量ｄ0 ，ｄ1 ，ｄ2 を前述した解法により求めると、全体としてのずれ両ｄは、ｄ＝ｄ0 ＋ｄ1 ＋ｄ2となり、このｄの値が画素幅のほぼ３／４（２ｄが画素幅のほぼ３／２）になるようにプリズム部の傾斜面の傾き角度α1 を決定すればよい。また、ｎ1 ＝ｎ0 またはｎ2 ＝ｎ0 とすれば、図６（ｂ）に示したプリズム板７となる。
【００４４】なお、図６（ａ），（ｂ）に示したプリズム板７は、そのいずれの面を液晶表示パネル１側に対向させて配置してもよい。また、プリズム板７は、図１０に示すように、プリズム部形成面と反対面に図１に示した集光レンズ５に代わるサーキュラフレネルレンズ９を形成したものとしてもよく、この場合もプリズム板７はそのいずれの面を液晶表示パネル１側に対向させて配置してもよい。
【００４５】また上記実施例では、プリズム板７を液晶表示パネル１に近接させて配置しているが、このプリズム板７は、液晶表示パネル１からスクリーンＳ面への投影光路中であれば、例えば図１１に示すようにスクリーンＳ面に配置するなど、どのような位置に配置してもよい。ただし、この場合は、プリズム板７の光入射側に、入射光を平行光にしてプリズム板７に入射させるフレネルレンズ等を設けておくのが望ましい。
【００４６】なお、上記実施例では、液晶表示パネル１を表示体とする投影型表示装置について説明したが、本発明は、カラー陰極線管等を表示体とする投影型表示装置にも適用できることはもちろんである。
【００４７】
【発明の効果】本発明の投影型表示装置は、表示体からスクリーン面への投影光路中に、表示体が表示するカラー画像の三原色画素の並び方向に対して直交するストライプ状のプリズム部を複数本その幅方向に連続させて形成したプリズム板を配置し、かつこのプリズム板の各プリズム部を、前記表示体からの画像光を２方向の光に分割する断面三角形のプリズム部とするとともに、この各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部で分割された２方向の光のスクリーン面におけるずれ量がスクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としたものであるから、表示体が表示するカラー画像を２つの画像に分割してスクリーン面に投影し、この２つの画像をスクリーン面において互いにずらして重ね合せて１つのカラー画像を合成するようにしたものでありながら、スクリーン面に結像する第１の画像と第２の画像との画素同士の重なりによってつくられる合成画像の画素幅をバランスさせて、色むらのない高品質の合成画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による投影型表示装置の原理構成を示す平面図。
【図２】図１のII部分における２つの結像画像の画素の重なり状態を示す拡大図。
【図３】図１のII部分をスクリーン正面側から見た拡大図。
【図４】液晶表示パネルの表示画像の画素配列パターン図。
【図５】スクリーン面に表示される合成画像の画素配列パターン図。
【図６】プリズム板の一部分の拡大断面図。
【図７】プリズム板による光の分割状態を示す図。
【図８】分割された光のずれ量を説明するための解析図。
【図９】分割された光のずれ量を説明するための解析図。
【図１０】本発明の他の実施例を示すプリズム板の平面図。
【図１１】本発明の他の実施例を示すプリズム板の平面図。
【符号の説明】
１…液晶表示パネル、２…光源、５…集光レンズ、６…投影レンズ、７…プリズム板、８…プリズム部、Ｓ…スクリーン、Ａ…合成画像、Ａ1 …第１の画像、Ａ2 …第２の画像。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 赤、緑、青の三原色画素が交互に並ぶカラー画像を表示する表示体の表示画像をスクリーン面に投影する投影型表示装置において、前記表示体からスクリーン面への投影光路中に、前記カラー画像の三原色画素の並び方向に対して直交するストライプ状のプリズム部を複数本その幅方向に連続させて形成したプリズム板を配置し、かつこのプリズム板の各プリズム部を、前記表示体からの画像光を２方向の光に分割する断面三角形のプリズム部とするとともに、この各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部で分割された２方向の光のスクリーン面におけるずれ量がスクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項１】 赤、緑、青の三原色画素が交互に並ぶカラー画像を表示する表示体の表示画像をスクリーン面に投影する投影型表示装置において、前記表示体からスクリーン面への投影光路中に、前記カラー画像の三原色画素の並び方向に対して直交するストライプ状のプリズム部を複数本その幅方向に連続させて形成したプリズム板を配置し、かつこのプリズム板の各プリズム部を、前記表示体からの画像光を２方向の光に分割する断面三角形のプリズム部とするとともに、この各プリズム部の傾斜面の傾斜角度を、このプリズム部で分割された２方向の光のスクリーン面におけるずれ量がスクリーン面に結像する画素幅のほぼ３／２となる角度としたことを特徴とする投影型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【特許番号】第２５４１４１０号
【登録日】平成８年（１９９６）７月２５日
【発行日】平成８年（１９９６）１０月９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−３０７６６０
【出願変更の表示】実願昭６２−１７８６１５の変更
【出願日】昭和６２年（１９８７）１１月２４日
【公開番号】特開平５−４０２４５
【公開日】平成５年（１９９３）２月１９日
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【登録日】平成８年（１９９６）７月２５日
【発行日】平成８年（１９９６）１０月９日
【国際特許分類】
【出願変更の表示】実願昭６２−１７８６１５の変更
【出願日】昭和６２年（１９８７）１１月２４日
【公開番号】特開平５−４０２４５
【公開日】平成５年（１９９３）２月１９日
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
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