JP3484435B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

投写型表示装置

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JP3484435B2
JP3484435B2 JP2002586079A JP2002586079A JP3484435B2 JP 3484435 B2 JP3484435 B2 JP 3484435B2 JP 2002586079 A JP2002586079 A JP 2002586079A JP 2002586079 A JP2002586079 A JP 2002586079A JP 3484435 B2 JP3484435 B2 JP 3484435B2
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Panasonic Holdings Corp
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    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】技術分野 本発明は、主としてライトバルブ上に形成された光学像
をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関す
る。
【０００２】背景技術 大画面映像を得るために、ライトバルブに映像信号に応
じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し、投写レ
ンズによりスクリーン上に拡大投写する方法が従来より
よく知られている。ライトバルブとして、反射型ライト
バルブを用いれば、高い解像度と高い画素開口率を両立
させることができ、光利用効率の高い高輝度の投写画像
を表示できる。
【０００３】反射型ライトバルブを用いた従来例に係る
投写型表示装置の光学系の構成図を図１０に示す。光源
としてのランプ１から放射される光を反射型ライトバル
ブ６上に集光及び照明する照明光学系は、凹面鏡２、断
面が反射型ライトバルブ６の有効表示面と略同じアスペ
クト比の四角柱状のロッドプリズム３、コンデンサレン
ズ４、及び集光ミラー５によって構成される。
【０００４】凹面鏡２は反射面の断面形状が楕円形をな
し、第１焦点と第２焦点を有する。ランプ１の発光体の
中心が凹面鏡２の第１焦点付近に位置するように配置さ
れ、ロッドプリズム３の光入射面が凹面鏡２の第２焦点
付近に位置するように配置されている。また、凹面鏡２
はガラス製基材の内面に赤外光を透過させ可視光を反射
させる光学多層膜を形成させたものである。
【０００５】ランプ１から放射される光は凹面鏡２によ
り反射及び集光され、凹面鏡２の第２焦点にランプ１の
発光体像を形成する。ランプ１の発光体像は光軸に近い
中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向に
あるため、輝度に不均一性が残る。この問題に対し、第
２焦点付近にロッドプリズム３の入射面を配置し、ロッ
ドプリズム３の側面で入射光を多重反射させて輝度の均
一化を図り、ロッドプリズム３の出射面を２次面光源と
して以降のコンデンサレンズ４、集光ミラー５によっ
て、反射型ライトバルブ６上に結像させれば、照明光の
均一性を確保することができる。
【０００６】ここで、反射型ライトバルブ６の動作につ
いて、図１１を用いて説明する。反射型ライトバルブ６
は映像信号に応じて光の進行方向を制御し反射角の変化
として光学像が形成されるものである。画素ごとにミラ
ー素子２１がマトリックス状に形成され、各ミラー素子
２１は白表示としてのＯＮ信号と黒表示としてのＯＦＦ
信号でそれぞれ±θ゜だけ投写レンズの光軸と垂直な平
面２２に対して傾く。照明主光線２４はカバーガラス２
３を透過後ミラー素子２１に入射及び反射され、再びカ
バーガラス２３を出射する。
【０００７】図１１Ａに示すように、まず、ＯＮ信号時
において、照明主光線２４の入射角は、ＯＮ光主光線２
５が平面２２と垂直な方向、即ち投写レンズの光軸に沿
って反射及び進行するように設定する。この場合、照明
主光線２４とＯＮ光主光線２５とのなす角度は２θとな
る。また、図１１Ｂに示すように、ＯＦＦ信号時におい
ては、ＯＦＦ光主光線２６が投写レンズに入射しない方
向に反射及び進行し、照明主光線２４とＯＦＦ光主光線
２６とのなす角度は６θとなる。
【０００８】図１０に示すように、反射型ライトバルブ
６に入射する照明光８は、ＯＮ信号時にはＯＮ光９とし
て投写レンズ７に入射し、ＯＦＦ信号時にはＯＦＦ光１
０として投写レンズ７の有効径の外に進行する。このよ
うにＯＮ光９とＯＦＦ光１０の時間配分を映像信号に応
じて制御することによりスクリーン上に投写画像を形成
する。
【０００９】しかしながら、図１１に示したカバーガラ
ス２３と外部媒質の空気との界面で発生する反射光は、
図１０においては斜線部である不要反射光１１として進
行し、その一部は投写レンズ７に入射する。この不要反
射光１１は、ＯＮ／ＯＦＦいずれの信号時においても同
様に進行するため、特にＯＦＦ進行時の黒表示の品位に
著しく悪影響を及ぼし、コントラスト性能を劣化させる
要因となるという問題があった。
【００１０】発明の開示 本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであ
り、必要光の遮光を抑えて、明るさの低下を最小限に抑
えながら、コントラスト性能を向上させることができる
投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１１】前記目的を達成するために、本発明の投写
型表示装置は、光源と、入射した照明光に対する反射光
の進行方向を信号に応じて制御する反射型ライトバルブ
と、前記光源からの光を前記反射型ライトバルブ上に集
光する照明光学系と、前記反射型ライトバルブからの光
を拡大投写する投写レンズと、前記投写レンズの入射瞳
の位置、または前記入射瞳と略共役な位置に配置され、
開口によって前記光源からの放射光の一部を遮光する絞
りとを備え、前記絞りの開口の重心を、前記反射型ライ
トバルブの前面で反射された不要反射光のスクリーン上
への投写を抑えるよう、前記投写レンズまたは照明光学
系の光軸に対し、偏心して配置したことを特徴とする。
【００１２】前記のような投写型表示装置によれば、必
要光の遮光を抑えることができるので、明るさの低下を
最小限に抑えながら、コントラスト性能を向上させるこ
とができる。
【００１３】前記投写型表示装置においては、前記絞り
の開口は、円と直線で囲まれた形状であることが好まし
い。また、前記絞りの開口は、２つの円を重ねた場合の
重なりあう部分の形状であることが好ましい。また、前
記絞りを、少なくとも一辺が直線である遮光板と円形の
開口を有する固定絞りで構成し、前記固定絞りの開口に
対し前記遮光手段を変位させたことが好ましい。また、
前記絞りを、円形の開口を有する遮光板と円形の開口を
有する固定絞りで構成し、前記固定絞りの開口に対し前
記遮光板を変位させたことが好ましい。また、前記絞り
を、円形の開口を有し、かつ開口径が変化可能な遮光板
と円形の開口を有する固定絞りで構成し、前記遮光板の
開口の重心を前記固定絞りの開口に対し偏心させたこと
が好ましい。また、前記投写型表示装置においては、遮
光手段と前記遮光手段の可動手段とをさらに備えてお
り、前記絞りの開口の形状は、前記遮光手段により遮光
された形状であり、前記遮光手段により遮光された形状
は、前記照明光学系又は前記投写レンズの光軸に対して
非回転対称であり、前記可動手段は前記遮光手段を変位
させて、前記開口の面積を可変できることが好ましい。
前記のような投写型表示装置によれば、回転対称に遮光
する絞り、例えば開口を同心円状に狭めて行く絞りに比
べ、必要光の遮光を抑えることができるので、明るさの
低下を最小限に抑えながら、コントラスト性能を向上さ
せることができる。また、コントラスト性能と光出力と
を任意に調整できる。
【００１４】また、前記照明光学系からの照明光を前記
反射型ライトバルブへ反射するとともに、前記反射型ラ
イトバルブからの反射光を透過するプリズムを備えたこ
とが好ましい。前記のような投写型表示装置によれば、
照明光学系をコンパクトに構成でき、プリズム界面で発
生する不要反射光についても、明るさの低下を最小限に
抑えながら、カットすることができる。
【００１５】また、前記反射型ライトバルブを３つ有し
ており、前記照明光学系からの照明光を前記反射型ライ
トバルブへ反射し、前記反射型ライトバルブからの光を
透過する第１のプリズムと、前記照明光を赤、青、及び
緑の３原色光に分解し、かつ前記３原色光に対応した前
記各反射型ライトバルブからの反射光を１つに合成する
第２のプリズムとをさらに備えたことが好ましい。前記
のような投写型表示装置によれば、高精細でフルカラー
の投写画像を表示でき、第１のプリズム、及び第２のプ
リズムの界面で発生する不要反射光についても、明るさ
の低下を最小限に抑えながら、カットすることができ
る。
【００１６】また、前記反射型ライトバルブは、画像形
成面と、前記画像形成面の出射側に、前記画像形成面と
平行に配置された透明板とを有していることが好まし
い。
【００１７】また、前記反射型ライトバルブは、映像信
号に応じて光の反射方向を制御する複数のミラー素子が
マトリックス状に配列されていることが好ましい。
【００１８】また、前記照明光学系からの照明光は、前
記反射型ライトバルブに斜め方向から入射し、前記照明
光の外周と前記反射型ライトバルブからの不要反射光の
外周とが最も近接する前記遮光手段の位置を基準位置と
すると、前記遮光手段は、前記可動手段により、前記基
準位置から前記光軸に向かう一方向に移動でき、前記一
方向の移動を継続するにつれて、前記絞りの遮光面積が
増大することが好ましい。前記のような投写型表示装置
によれば、前記反射型ライトバルブからの不要反射光を
光軸側から順にカットすることができる。
【００１９】また、前記絞りの開口の形状は、開放状態
では円形であることが好ましい。
【００２０】また、前記遮光手段により遮光された遮光
部の形状が、略半円形状であることが好ましい。前記の
ような投写型表示装置によれば、光軸に対して非回転対
称である遮光部の形状を容易に形成できる。
【００２１】また、前記遮光手段の一辺は、前記絞りを
平面方向について見ると、前記光軸上の点を通る水平線
と平行な直線であり、前記平行な直線と、前記絞りの開
口の内周線とで囲まれる遮光部の形状が略半円形状であ
ることが好ましい。
【００２２】また、前記遮光手段により遮光された遮光
部の形状が、略三日月形状であることが好ましい。前記
のような投写型表示装置によれば、光軸に対して非回転
対称である遮光部の形状を容易に形成できる。
【００２３】また、前記遮光手段は、円形の開口を有し
ており、前記円形の開口を前記絞りの開口に対して偏心
させることにより前記遮光部が形成され、前記遮光手段
の開口の内周線と、前記絞りの開口の内周線とで囲まれ
る前記遮光部の形状が略三日月形状であることが好まし
い。
【００２４】また、前記遮光手段は、内径寸法が変化可
能で、前記絞りの開口に対して偏心して配置された開口
を有しており、前記遮光手段の開口の内周線と、前記絞
りの開口の内周線とで囲まれる前記遮光部の形状が略三
日月形状であり、前記遮光手段の開口の内径寸法を変化
させることにより、前記遮光部の面積が変化することが
好ましい。
【００２５】また、前記絞りを平面方向について見た場
合、前記絞りの開口のうち光軸上の点を通る水平線に対
して上側を上側部分、下側を下側部分とすると、前記絞
りの開口は、前記上側部分又は下側部分のいずれか一方
の側から他方の側へと順次、前記遮光手段により遮光さ
れることにより、遮光面積が増大することが好ましい。
【００２６】また、前記遮光手段の表面は、入射する光
を８０％以上の反射率で反射する金属、又は誘電体多層
膜で形成されていることが好ましい。前記のような投写
型表示装置によれば、光吸収量を抑えることができ、遮
光部表面の温度が高温となり、輻射熱によって周辺の光
学部品が破損することを防止できる。
【００２７】また、前記可動手段による前記遮光手段の
変位量を制御する制御手段を備えており、前記絞りの遮
光量が、入力される映像信号のレベルに応じて変化する
ように前記制御手段により制御されることが好ましい。
前記のような投写型表示装置によれば、例えば、暗いシ
ーンほどコントラストや黒レベルの低さを重視し、明る
いシーンほど白レベルの高さを重視するように制御すれ
ば、よりコントラスト感の高い表示性能を得ることがで
きる。
【００２８】また、前記絞りの遮光量を装置の外部から
制御できることが好ましい。前記のような投写型表示装
置によれば、使用用途に応じて、明るさ重視の投写画像
とコントラスト重視の投写画像とを任意に選択できる。
【００２９】発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しなが
ら、参照しながら説明する。
【００３０】（実施の形態１） 図１は、本発明の実施形態１に係る投写型表示装置の概
略構成を示している。同図において、１は光源としての
ランプ、３１は絞り、６は反射型ライトバルブ、７は投
写レンズである。また、凹面鏡２、ロッドプリズム３、
コンデンサレンズ４、集光ミラー５によって構成される
光学系を総称して照明光学系と呼ぶ。１２は照明光学系
の光軸を示している。
【００３１】画像形成手段である反射型ライトバルブ６
は、図１０を用いて説明した通り、画素毎にミラー素子
２１がマトリックス状に形成され、映像信号に応じて光
の進行方向を制御し反射角の変化として光学像が形成さ
れるものである。凹面鏡２は、反射面の断面形状が楕円
形をなす楕円面鏡であり、第１焦点と第２焦点を有す
る。
【００３２】ランプ１としてキセノンランプを用いてお
り、発光体の中心が凹面鏡２の第１焦点付近に位置する
ように配置され、ロッドプリズム３の光入射面が凹面鏡
２の第２焦点付近に位置するように配置されている。ま
た、凹面鏡２は、ガラス製基材の内面に赤外光を透過さ
せて可視光を反射させる光学多層膜を形成したものであ
る。
【００３３】ロッドプリズム３は、光の入射面及び出射
面が反射型ライトバルブ６の有効表示面と同じアスペク
ト比である四角柱であり、ランプ１からの放射光が集光
される場所に配置されるため、材質は耐熱性に優れる石
英ガラスからなる。ロッドプリズム３の入射面付近に凹
面鏡２によって集光されたランプ１の発光体像を形成さ
せる。凹面鏡２によって集光されたランプ１の発光体像
は光軸１２に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激
に暗くなる傾向にあるため、面内に輝度の不均一性が残
る。
【００３４】これに対し、ロッドプリズム３に入射した
光線束はロッドプリズム３の側面で多重反射され、反射
回数分だけ発光体像が細分割及び重畳されて照明される
ため、ロッドプリズム３の出射面においては輝度が均一
化される。このようにランプ発光体像の細分割及び重畳
効果によって、ロッドプリズム３内で反射される回数が
多いほど均一性が向上する。このため、均一性の度合い
はロッドプリズム３の長さに依存する。本実施形態にお
いては、スクリーン上の周辺照度が中心照度に対して９
０％以上となるようにロッドプリズム３の長さを設定し
た。
【００３５】このように輝度が均一化されたロッドプリ
ズム３の出射面を２次面光源とし、それ以降に配置され
ているコンデンサレンズ４と集光ミラー５によって、反
射型ライトバルブ６の有効表示面積とマッチングする倍
率で結像させれば、集光効率の確保と均一性の向上とを
両立させることができる。ランプ１から放射される光は
照明光学系によって集光され、照明光３２は反射型ライ
トバルブ６に入射する。
【００３６】反射型ライトバルブ６に入射した照明光３
２うち、白表示に相当するＯＮ光３３は投写レンズ７に
入射してスクリーン上（図示せず）に拡大投写される。
一方、黒表示に相当するＯＦＦ光３４は投写レンズ７の
有効径外に進行し、スクリーンには到達しない。
【００３７】以下、図２を用いて各光学部材の位置関係
を、より具体的に説明する。図２に示した投写型表示装
置は、各光学部材の位置関係の理解を容易にするため、
図１に示した構成において、光軸が同一線上となるよう
に展開したものである。
【００３８】すなわち、図１に示した構成のうち、反射
要素である集光ミラー５を、透過要素であるレンズ５ａ
に置き換え、かつ反射要素である反射型ライトバルブ６
を透過要素であるライトバルブ６ａに置き換えててい
る。図２中、斜線で示している光線束は、軸上光線束９
０であり、９１及び９２は軸外光線束である。
【００３９】ランプ１の発光体像は、楕円面鏡２によっ
てロッドプリズム３の入射面に結像される。ロッドプリ
ズム３を通る光は，ロッドプリズム３の内面で多重反射
を繰り返して、出射面側では輝度が均一化される。
【００４０】ロッドプリズム３の出射面を２次平面光源
像とすると、この光源像はレンズ４ａ、５ａによってラ
イトバルブ６ａに結像し、さらに投写レンズ７によって
スクリーン上（図示せず）に結像する。すなわち、ロッ
ドプリズム３の出射面とライトバルブ６ａの光学像形成
面との関係は、互いに共役な関係にあり、ライトバルブ
６ａの光学像形成面とスクリーン面との関係も互いに共
役な関係にある。
【００４１】一方、絞り３１ａは、図１の絞り３１に対
応する絞りであり、照明光学系の光路中に配置されてお
り、レンズ４ａ、レンズ５ａとの間にある。絞り９３
は、投写レンズ７中に配置されている。絞り３１ａ、及
び絞り９３は、軸上光線束９０、軸外光線束９１、及び
軸外光線束９２の光線束断面積の大きさを決定する開口
絞りである。絞り９３は投写レンズ７の入射瞳の位置に
配置されており、絞り３１ａは絞り９３と略共役な位置
に配置されている。
【００４２】なお、各実施形態に係る図１及び図５以降
の構成は、光軸が同一線上にはないが、共役な関係につ
いては、図２の構成と同様である。また、これらの各図
では、不要光の作用を説明するため、軸外光線束の図示
は省略している。
【００４３】図３に、図１に示した絞り３１の具体例を
示している。各図において、固定絞り３６は、光が透過
する開口を有しており、配置位置及び開口形状が固定さ
れている。絞りは、この固定絞り３６と、遮光手段であ
る遮光板３７ａ、３７ｂ、又は３７ｃとの組み合わせに
よって構成される。
【００４４】本実施形態に係る遮光手段は、可動手段に
よって変位が可能であり、この変位によって、遮光面積
を可変できる。遮光手段の変位とは、遮光手段の位置の
移動や、遮光手段の開口面積変化のような遮光手段自体
の形状変化も含んでいる。
【００４５】図３Ａに示した絞り３１ａは、固定絞り３
６と、遮光手段である遮光板３７ａとを備えている。本
図において、固定絞り３６の開口の一部は、遮光板３７
ａによって、遮光されている。斜線部が遮光部（例え
ば、右端図の符号３８ａで示した部分。図３Ｂ、Ｃの符
号３８ｂ、３８ｃについても同じ。）である。
【００４６】本図に示したように遮光板３７ａが下方に
移動するにつれて、遮光面積が大きくなる。遮光板３７
ａは、固定絞り３６の開口の中心３６ａ（図１の光軸１
２上の点）を通る水平線３９と平行な直線である辺３７
ｄを有している。このため、辺３７ｄと、固定絞りの開
口の内周線とで囲まれる遮光部の形状が略半円形状とな
っている。このことは、遮光板３７ａを下方に移動させ
ても同様であり、辺３７ｄと水平線３９とが一致すれ
ば、遮光部は完全な半円形状となる。
【００４７】図３Ｂに示した絞り３１ｂは、遮光手段で
ある遮光板３７ｂには、開口が形成されている。本図に
示した例においても、図３Ａに示した例と同様に、遮光
板３７ｂが下方に移動するにつれて、遮光面積が変化す
る。すなわち、遮光板３７ｂの開口と、固定絞り３６の
開口との偏心量が大きくなるにつれて、遮光面積が大き
くなる。本図に示した例では、遮光板３７ｂの開口の内
周線と、固定絞り３６の開口の内周線とで囲まれる遮光
部の形状が略三日月形状となっている。
【００４８】図３Ｃに示した絞り３１ｃについては、遮
光手段である遮光板３７ｃには、開口が形成されてい
る。遮光板３７ｃの開口は、開口径が変化可能であり、
遮光面積を可変できる。すなわち、本図に示したよう
に、遮光板３７ｃの開口径が小さくなるにつれて、遮光
面積は大きくなる。また、本図の例も図３Ｂの例と同様
に、遮光板３７ｃの開口の内周線と、固定絞り３６の開
口の内周線とで囲まれる遮光部の形状が略三日月形状と
なっている。
【００４９】ここで、図３Ａに示した絞り３１ａを例に
とると、遮光板３７ａの辺３７ｄが固定絞り３６の開口
の上方にある場合は、遮光面積がゼロとなる。この状態
では、図１において、照明光３２と反射型ライトバルブ
６のカバーガラス界面で発生する不要反射光３５とが最
も近接する状態になる。すなわち、この状態では、投写
レンズ７に入射する不要反射光の量も多くなる。
【００５０】遮光の際には、遮光板３７ａは、矢印４０
方向に移動しながら、遮光面積が可変する。すなわち照
明光３２の外周と反射光３５の外周とが最も近接する前
記遮光手段の位置を基準位置とすると、下辺３７ｄを、
この基準位置から光軸１２に向かう方向に移動開始さ
せ、以後この移動方向と同じ一方向に移動し続けると、
遮光面積は増大し続け、固定絞り３６の開口は、上方か
ら順に遮光されることになる。また、遮光部が形成され
た状態において、矢印４０方向と逆方向に下辺３７ｄを
移動させると、遮光面積は減少し、固定絞り３６の開口
は一方向に開放して行くことになる。
【００５１】矢印４０方向の移動により、図１の不要反
射光３５は、光軸側から順にカットされることになる。
すなわち、遮光板３７ａの下辺３７ｄの位置の矢印４０
方向の移動により、遮光面積は大きくなるものの、遮光
部の形状は、光軸に対して非回転対称であるので、遮光
部は固定絞り３６の上方から順に大きくなり、固定絞り
３６の開口の下方部分は開口したままである。
【００５２】したがって、回転対称に遮光面積を可変す
る絞り、例えば開口を同心円状に狭めて行く絞りに比べ
て、必要光の遮光を抑えることができるので、明るさの
低下を最小限に抑えながら、コントラスト性能を向上さ
せることができる。
【００５３】遮光板を移動させる可動手段としては、例
えばモーターの回転軸にギアを介して遮光板を取り付
け、モーターの回転と連動して遮光板の位置が変位する
構造を用いればよい。この場合、回転軸の回転量を制御
して、遮光板を任意の位置に制止させて、遮光面積を制
御できるようにすればよい。
【００５４】なお、図３Ａ、Ｂの例では、遮光板全体が
移動して遮光面積が増大する例を示しているが、図３Ｃ
の例では、遮光板３７ｃは固定されたままで、遮光板３
７ｃの開口面積を変化させて遮光面積を増大させてい
る。このような、開口面積を可変できる遮光板３７ｃ及
び可動手段の機構には、例えば虹彩絞りと同様な機構を
用いればよい。
【００５５】また、図３に示した遮光板３７ａ〜３７ｃ
の材質は、表面の反射率が８０％以上のものが望まし
い。遮光部には高いエネルギーの光が入射するため、遮
光部表面の光吸収量が大きくなると、遮光面積が大きく
なるにつれて遮光部の温度が高温となり、場合によって
はその輻射熱によって周辺の光学部品が破損する恐れも
あるからである。
【００５６】本実施形態においては、表面を鏡面仕上げ
させ反射率が約８８％のアルミニウム板を用いた。な
お、これに限るものではなく、ステンレス等の金属鏡面
仕上げ品や、誘電体多層膜を基板の表面に形成したミラ
ー素子を用いてもよい。
【００５７】図４は、本実施形態に係る投写型表示装置
の絞り遮光量と投写画像性能との関係を示したグラフで
ある。図４Ａは絞り遮光量（横軸Ｓ）とコントラスト比
（縦軸Ｃ）との関係を、図４Ｂは絞り遮光量（横軸Ｓ）
と光出力相対値（縦軸Ｐ）との関係を表したものであ
る。グラフに示したように、絞り遮光量Ｓが増大するに
つれて、コントラスト比Ｃが増大する一方、光出力Ｐは
減少する。すなわち、絞り遮光量に対する投写画像の投
写画像のコントラスト比と光出力との関係は相反関係に
ある。
【００５８】このことから、装置の外部に入力手段を設
け、可動手段の変位量を制御する制御手段により、絞り
の遮光面積を装置の外側からリモートコントロールで制
御できるようにすればよい。この構成によれば、必要に
応じてコントラストと光出力とのバランスを任意に設定
することができる。
【００５９】例えば、図３Ａの例では、遮光板３７ａを
矢印４０方向に移動させれば、遮光面積が大きくなり、
光出力は低下するがコントラストを向上させることがで
き、逆に遮光板３７ａを矢印４０方向と反対方向に移動
させれば、絞りの開放量が大きくなり、コントラストは
低下するが、光出力を向上させることができる。この構
成によれば、使用用途に応じて、明るさ重視の投写画像
とコントラスト重視の投写画像とを任意に選択できる。
【００６０】さらに、前記のような制御手段を用いて、
絞りの遮光面積を映像信号のレベルに応じて自動制御し
てもよい。例えば、暗いシーンほどコントラストや黒レ
ベルの低さを重視し、明るいシーンほど白レベルの高さ
を重視するように制御すれば、よりコントラスト感の高
い表示性能を得ることができる。
【００６１】（実施の形態２） 図５は、本発明の実施形態２に係る投写型表示装置の概
略構成を示している。同図において、光源としてのラン
プ１、反射型ライトバルブ６、投写レンズ７は図１に示
したものと同様である。また、凹面鏡２、ロッドプリズ
ム３、コンデンサレンズ４、反射ミラー４２、フールド
レンズ４３、及び全反射プリズム４４によって構成され
る光学系を総称して照明光学系と呼ぶ。
【００６２】凹面鏡２、ロッドプリズム３、コンデンサ
レンズ４の作用は、図１を用いて説明した実施形態の場
合と同様であるので、その説明は省略する。本実施形態
では、コンデンサレンズ４を出射した後の光が、反射ミ
ラー４２、フィールドレンズ４３を経て全反射プリズム
４４に入射するように構成している。
【００６３】ここで、全反射プリズム４４の作用につい
て説明する。全反射プリズム４４は２つのプリズムから
構成され、互いのプリズムの近接面には非常に薄い空気
層４５を形成している。空気層４５は、照明光４６が空
気層４５に入射する場合には臨界角以上の角度で入射し
て全反射されて反射型ライトバルブ６に斜め方向から入
射し、ＯＮ光４７は投写画像として臨界角以下の角度で
空気層４５に入射及び透過して投写レンズ７に入射する
ように角度設定されている。このように、全反射プリズ
ム４４を照明光学系の光路中に設けることにより、照明
光学系をコンパクトに構成できる。
【００６４】反射型ライトバルブ６に入射した照明光４
６うち、白表示に相当するＯＮ光４７は全反射プリズム
４４，投写レンズ７を透過してスクリーン上（図示せ
ず）に拡大投写される。一方、黒表示に相当するＯＦＦ
光４８は投写レンズ７の有効径外に進行し、スクリーン
には到達しない。
【００６５】本実施形態の場合、反射型ライトバルブ６
のカバーガラス界面で発生する第１の不要反射光４９に
加え、全反射プリズム４４の反射型ライトバルブ６側の
界面で発生する第２の不要反射光５０が、いずれも投写
画像のコントラスト性能に影響を及ぼす。この場合も、
遮光部の面積が可変できる絞り４１によって、投写レン
ズ７に入射する第１の不要反射光４９と第２の不要反射
光５０の影響度合いを任意に可変できる。
【００６６】絞り４１の開口形状は実施形態１と同様
に、図３に例示したものを用いることによって可変され
る。遮光部の可変による絞り又は開放は、実施形態１の
場合と同様であり、遮光手段を基準位置から光軸１２に
向かう方向に移動開始させ、以後この移動開始の方向と
同じ一方向に移動し続けることにより、遮光面積は増大
し、絞り４１の開口は、片側から順に遮光されることに
なる。また、遮光部が形成された状態において、逆方向
に移動させると、遮光面積は減少し、絞り４１の開口は
一方向に開放して行くことになる。
【００６７】図６は、図５に示した実施形態の比較例に
係る投写型表示装置の概略構成図を示している。図６に
示した比較例では、絞り４１が配置されていない構成、
又は絞り４１の開口が開放状態の構成である。この場合
の照明光５１は、反射型ライトバルブ６に入射した後、
白表示に相当するＯＮ光５２が全反射プリズム４４、投
写レンズ７を透過してスクリーン上（図示せず）に拡大
投写される。一方、黒表示に相当するＯＦＦ光５３は投
写レンズ７の有効径外に進行し、スクリーンには到達し
ない。
【００６８】また、第１の不要反射光５４、及び第２の
不要反射光５５は、いずれも投写画像のコントラスト性
能を劣化させる要因となる。図５の実施形態と、図６の
比較例とを比較すると、図５では、絞り４１を用いて固
定絞りの開口の一部を遮光しているので、図５に示した
第１の不要反射光４９、及び第２の不要反射光５０の光
線束の太さが、図６に示した第１の不要反射光５４、及
び第２の不要反射光５５の光線束よりも細くなっている
ことが分かる。
【００６９】以上のように、図５の実施形態では、絞り
４１によって、第１の不要反射光４９と第２の不要反射
光５０はいずれも、図６に示した比較例と比べ、効率的
にカットすることができる。すなわち、回転対称に遮光
面積を可変する絞り、例えば開口を同心円状に狭めて行
く絞りに比べて、必要光の遮光を抑えることができるの
で、明るさの低下を最小限に抑えながら、コントラスト
性能を向上させることができる。
【００７０】また、絞り４１の配置、遮光板の材質につ
いては、実施形態１と同様である。さらに、絞りの遮光
面積をセットの外側からリモートコントロールで制御で
きるのが好ましいことや、映像信号に応じて遮光面積を
制御できるのが好ましいことも実施形態１と同様であ
る。また、絞り４１の遮光面積の可変は、遮光手段を移
動させる例で説明したが、図３Ｃの構成のように、遮光
手段の開口が可変する構成でもよい。
【００７１】（実施の形態３） 図７は、本発明の実施形態３に係る投写型表示装置の概
略構成を示している。同図において、光源としてのラン
プ１、反射型ライトバルブ６、投写レンズ７は図１に示
したものと同様である。また、図５と同様に、凹面鏡
２，ロッドプリズム３，コンデンサレンズ４，反射ミラ
ー４２，フィールドレンズ４３，全反射プリズム４４に
よって構成されるシステムを総称して照明光学系と呼
ぶ。
【００７２】凹面鏡２、ロッドプリズム３、コンデンサ
レンズ４の作用は、図１を用いて説明した実施形態の場
合と同様であるので、その説明は省略する。本実施形態
では、全反射プリズム４４と反射型ライトバルブ６との
間に色分解合成プリズム６２を配置し、反射型ライトバ
ルブ６を３つ用いている。
【００７３】ここで色分解合成プリズム６２の構成及び
作用について、図８を参照して以下に説明する。図８
は、図７に図示した色分解合成プリズム６２の水平方向
の断面図である。色分解合成プリズム６２は、３つのプ
リズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には第１
のダイクロイックミラー７１と第２のダイクロイックミ
ラー７２が形成されている。本実施形態で用いた色分解
合成プリズム６２の場合、全反射プリズム４４から入射
した光７３が、まず第１のダイクロイックミラー７１に
よって青色光のみ反射され青色光７４となって青色用反
射型ライトバルブ６Ｂに入射する。
【００７４】次に、第２のダイクロイックミラー７２に
よって赤色光のみ反射され赤色光７５となって赤色用反
射型ライトバルブ６Ｒに入射する。そして、第１のダイ
クロイックミラー７１と第２のダイクロイックミラー７
２のいずれをも透過した緑色光７６は緑色用反射型ライ
トバルブ６Ｇに入射する。３色の光はそれぞれ対応する
反射型ライトバルブ６Ｂ、６Ｒ、６Ｇによって反射され
た後、再び第１のダイクロイックミラー７１と第２のダ
イクロイックミラー７２によって１つに合成され、全反
射プリズム４４に入射する。
【００７５】このように、白色光を赤、青、緑の３原色
に分解及び合成し、それぞれの映像信号に対応する３つ
の反射型ライトバルブ６Ｂ、６Ｒ、６Ｇを用いること
で、高精細でフルカラーの投写画像を表示できる。図７
に示した反射型ライトバルブ６に入射した照明光６３う
ち、白表示に相当するＯＮ光６４は色分解合成プリズム
６２，全反射プリズム４４、投写レンズ７を透過してス
クリーン上（図示せず）に拡大投写される。一方、黒表
示に相当するＯＦＦ光６５は投写レンズ７の有効径外に
進行し、スクリーンには到達しない。
【００７６】本実施形態の場合、図１及び図５に示した
ような反射型ライトバルブ６のカバーガラス界面で発生
する不要反射光や、図５に示した全反射プリズム４４の
反射型ライトバルブ６側界面で発生する不要反射光に加
え（いずれも図７においては図示せず。）、色分解合成
プリズムの界面で発生する不要反射光６６も投写画像の
コントラスト性能に影響を及ぼすことになる。
【００７７】この場合においても、遮光面積が可変でき
る絞り６１によって、投写レンズ７に入射する不要反射
光６６の影響度合いを任意に可変できるようにしてい
る。絞り６１の開口形状は、前記実施形態１と同様に図
３に例示したものを用いることにより可変され、遮光部
の可変による絞り又は開放は、実施形態１の場合と同様
であり、遮光手段を基準位置から光軸１２に向かう方向
に移動開始させ、以後この移動開始の方向と同じ一方向
に移動し続けることにより、遮光面積は増大し、絞り６
１の開口は、片側から順に遮光されることになる。ま
た、遮光部が形成された状態において、逆方向に移動さ
せると、遮光面積は減少し、絞り６１の開口は一方向に
開放して行くことになる。
【００７８】図９は、図７に示した実施形態の比較例に
係る投写型表示装置の概略構成図を示している。図９に
示した比較例では、絞り６１が配置されていない構成、
又は絞りの開口が開放状態の構成である。この場合の照
明光８１は反射型ライトバルブ６に入射した後、白表示
に相当するＯＮ光８２が色分解合成プリズム６２，全反
射プリズム４４，投写レンズ７を透過してスクリーン上
（図示せず）に拡大投写される。
【００７９】一方、黒表示に相当するＯＦＦ光８３は投
写レンズ７の有効径外に進行し、スクリーンには到達し
ない。また、不要反射光８４は投写画像のコントラスト
性能を劣化させる要因となる。
【００８０】なお、図示していないが、この場合も反射
型ライトバルブ６のカバーガラス界面で発生する不要反
射光や全反射プリズム４４の界面で発生する不要反射光
は図１や図５に示した場合と同様の影響を及ぼす。
【００８１】図７の実施形態と、図９の比較例とを比較
すると、図７では、絞り６１を用いて固定絞りの開口の
一部を遮光しているので、図７に示した不要反射光６６
の光線束の太さが、図９に示した不要反射光８４の光線
束よりも細くなっていることが分かる。
【００８２】以上のように、図７の実施形態では、絞り
６１によって、不要反射光６６は図９に示した比較例と
比べ、効率的にカットすることができる。すなわち、回
転対称に遮光面積を可変する絞り、例えば開口を同心円
状に狭めて行く絞りに比べて、必要光の遮光を抑えるこ
とができるので、明るさの低下を最小限に抑えながら、
コントラスト性能を向上させることができる。
【００８３】また、絞り６１の配置、遮光板の材質につ
いては、実施形態１と同様である。さらに、絞りの遮光
面積をセットの外側からリモートコントロールで制御で
きるのが好ましいことや、映像信号に応じて遮光面積を
制御できるのが好ましいことも、実施形態１と同様であ
る。また、絞り６１の遮光面積の可変は、遮光手段を移
動させる例で説明したが、図３Ｃの構成のように、遮光
手段の開口が可変する構成でもよい。
【００８４】なお、前記各実施形態において、コントラ
スト性能と光出力とを任意に調整できるようにするた
め、絞りの遮光面積を可変できるように構成したが、絞
りの開口が固定された構成とし、所望のコントラスト性
能に固定して使用してもよい。この構成では、可動手段
はなくてもよく、この場合の開口の形状は、図３の各図
の例では、開放状態の開口から遮光部（斜線部）を除い
た残りの開口の形状になる。
【００８５】すなわち、固定した開口の形状は、開放状
態に相当する開口に対して、略半円形状又は略三日月形
状等の光軸に対して非回転対称の部分を遮光した形状と
同じである。この場合、遮光部形状に相当する部分が光
軸に対して非回転対称であるので、固定した開口の形状
も光軸に対して非回転対称になる。
【００８６】また、前記各実施形態では、絞りの位置
は、照明光学系の光路中において投写レンズの入射瞳と
略共役な位置としたが、投写レンズの入射瞳に直接配置
しても同様の効果が得られる。
【００８７】さらに、前記各実施形態で用いた絞りは、
図１１に示した反射型ライトバルブのように、映像信号
に応じて光の進行方向を制御して光学像が形成されるラ
イトバルブに対して最も大きな効果を発揮する。しかし
ながら、このような反射型ライトバルブに限るものでは
なく、画像形成面の出射側に透明なガラス又はプラスチ
ックを有している反射型ライトバルブであれば、不要反
射光を低減させるという効果が得られる。例えば、変調
材料として液晶等を用いた光の偏光状態や回折状態、又
は散乱状態の変化として光学像を形成するタイプのライ
トバルブを用いた場合でもよい。
【００８８】以上のように本発明によれば、遮光手段に
よって遮光された遮光部の形状を照明光学系の光軸に対
して非回転対称とすることにより、必要光の遮光を抑え
ることができるので、明るさの低下を最小限に抑えなが
ら、コントラスト性能を向上させることができ、ライト
バルブ上に形成された光学像をスクリーン上に拡大投写
する投写型表示装置に用いることができる。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、本発明の実施形態１に係る投写型表示装置の概
略構成図。 図２は、本発明の一実施形態に係る絞り位置を説明する
概略構成図。 図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係る絞りの概略構
成図。 図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る絞りの概略構
成図。 図３Ｃは、本発明の第３の実施形態に係る絞りの概略構
成図。 図４Ａは、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の
絞り遮光量とコントラスト比との関係を示す図。 図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る投写型表示装置の
絞り遮光量と光出力との関係を示す図。 図５は、本発明の実施形態２に係る投写型表示装置の概
略構成図。 図６は、絞りを備えていない比較例に係る投写型表示装
置の概略構成図。 図７は、本発明の実施形態３に係る投写型表示装置の概
略構成図。 図８は、本発明の実施形態３に係る色分解合成プリズム
の構成図。 図９は、絞りを備えていない比較例に係る投写型表示装
置の概略構成図。 図１０は、従来の投写型表示装置の一例の概略構成図。 図１１Ａは、ＯＮ信号時における反射型ライトバルブの
動作説明図。 図１１Ｂは、ＯＦＦ信号時における反射型ライトバルブ
の動作説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−206455（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−129138（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−500738（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03B 21/00 G02B 27/18 H04N 5/74

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源と、 入射した照明光に対する反射光の進行方向を信号に応じ
    て制御する反射型ライトバルブと、 前記光源からの光を前記反射型ライトバルブ上に集光す
    る照明光学系と、 前記反射型ライトバルブからの光を拡大投写する投写レ
    ンズと、 前記投写レンズの入射瞳の位置、または前記入射瞳と略
    共役な位置に配置され、開口によって前記光源からの放
    射光の一部を遮光する絞りとを備え、 前記絞りの開口の重心を、前記反射型ライトバルブの前
    面で反射された不要反射光のスクリーン上への投写を抑
    えるよう、前記投写レンズまたは照明光学系の光軸に対
    し、偏心して配置したことを特徴とする投写型表示装
    置。
  2. 【請求項２】 前記絞りの開口は、円と直線で囲まれた
    形状である請求項１に記載の投写型表示装置。
  3. 【請求項３】 前記絞りの開口は、２つの円を重ねた場
    合の重なりあう部分の形状である請求項１に記載の投写
    型表示装置。
  4. 【請求項４】 前記絞りを、少なくとも一辺が直線であ
    る遮光板と円形の開口を有する固定絞りで構成し、前記
    固定絞りの開口に対し前記遮断手段を変位させた請求項
    ２に記載の投写型表示装置。
  5. 【請求項５】 前記絞りを、円形の開口を有する遮光板
    と円形の開口を有する固定絞りで構成し、前記固定絞り
    の開口に対し前記遮光板を変位させた請求項３に記載の
    投写型表示装置。
  6. 【請求項６】 前記絞りを、円形の開口を有し、かつ開
    口径が変化可能な遮光板と円形の開口を有する固定絞り
    で構成し、前記遮光板の開口の重心を前記固定絞りの開
    口に対し偏心させた請求項３に記載の投写型表示装置。
  7. 【請求項７】 前記照明光学系からの照明光を前記反射
    型ライトバルブへ反射するとともに、前記反射型ライト
    バルブからの反射光を透過するプリズムを備えた請求項
    １に記載の投写型表示装置。
  8. 【請求項８】 前記反射型ライトバルブを３つ有してお
    り、前記照明光学系からの照明光を前記反射型ライトバ
    ルブへ反射し、前記反射型ライトバルブからの光を透過
    する第1のプリズムと、前記照明光を赤、青、及び緑の
    ３原色光に分解し、かつ前記３原色光に対応した前記各
    反射型ライトバルブからの反射光を１つに合成する第２
    のプリズムとをさらに備えた請求項１に記載の投写型表
    示装置。
  9. 【請求項９】 前記反射型ライトバルブは、画面形成面
    と、前記画像形成面の出射側に、前記画像形成面と平行
    に配置された透明板とを有している請求項１に記載の投
    写型表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記反射型ライトバルブは、映像信号
    に応じて光の反射方向を制御する複数のミラー素子がマ
    トリックス状に配列されている請求項１に記載の投写型
    表示装置。
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