JPH07270719A

JPH07270719A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH07270719A
Application number: JP6059082A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kida; 博木田; Akira Ookamito; 晃大上戸; Shinsuke Shikama; 信介鹿間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】高輝度でかつ高コントラストの投写型表示装
置を実現する。【構成】高輝度の白色光を出射するランプ１を楕円面
鏡２により集光し、楕円面鏡２の第２焦点付近に開口径
が変えられる照明系の絞り３を配置する。照明系の絞り
を透過した光束をコリメータレンズ４により平行化して
散乱と透過の２状態に変化する液晶ライトバルブ５を照
明し、液晶ライトバルブ５の透過光をフィールドレンズ
６によって絞り８の径が変えられる投写レンズ７の入射
瞳８１位置に集光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高輝度で、かつ高コン
トラストの投写画像を得る投写型表示装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の投写型表示装置の構成図
である。図において、１はランプ、２０は放物面鏡、５
は液晶ライトバルブ、６はフィールドレンズ、７は投写
レンズ、８は投写レンズ７の絞り、８１は投写レンズ７
の入射瞳である。

【０００３】次に動作について説明する。ランプ１とし
ては、例えばメタルハライドランプ，キセノンランプ，
ハロゲンランプ等の高輝度の白色光源が用いられる。ラ
ンプ１の出射光を集光して平行光束を出射する手段とし
て、コリメータレンズと球面鏡を用いた方法、楕円面鏡
とコリメータレンズを用いた方法、放物面鏡を用いた方
法等があるが、集光効率が高く光学系が簡便な点で放物
面鏡による方法が主流である。公知のように放物面鏡２
０の焦点位置にランプ１の発光部を配置することによ
り、平行光束１４が出射され、液晶ライトバルブ５の照
明光となる。

【０００４】画像に応じて光変調を行う液晶ライトバル
ブ５としては、ＴＮ(Twisted Nematic) 型液晶を用いた
液晶表示素子が実用化されている。しかし、ＴＮ型液晶
は、原理上２枚の偏光板によりＴＮ型液晶を挟んだ構成
をしており、照明光束の半分以上を入射側偏光板にて損
失して、高輝度化への障害となる問題があった。また、
偏光板の光吸収にともなう熱的な劣化があるため、必要
以上に照明光束を強くすることが困難であった。

【０００５】そこで、高輝度化が可能な点と、光吸収に
よる熱的な劣化がないため高照度の照明が可能な点とか
ら、偏光板を必要としない散乱型の液晶が注目され、そ
の開発が活発化している。

【０００６】散乱型の液晶ライトバルブとは、電圧の印
加状態により液晶が透過と散乱の２状態に変化する素子
であり、ＰＤＬＣ（Polymer Disrersed Liquid Crysta
l）やＤＳＭ（Dynamic Scattering Mode）液晶が知られ
ている。散乱型液晶の動作説明として、ＰＤＬＣにつき
説明する。これは、ポリマーマトリクス中に液晶が水滴
状に分散しており、電圧無印加時は、液晶が不規則な方
向に配向しているため、ポリマーと液晶に屈折率差が生
じ、液晶ライトバルブへの入射光が散乱光となる。また
電圧印加時には、電界方向に液晶分子が配向し、配向し
た時の液晶の屈折率がポリマーの屈折率と一致するよう
に選ばれているため、入射光は散乱せずにそのまま透過
する。

【０００７】図１２において、液晶ライトバルブ５の透
過光１５は投写レンズ７の入射瞳８１を効率よく透過す
るように、フィールドレンズ６で入射瞳８１上に集光さ
れ、投写光１６となってスクリーン（図示せず）上に液
晶ライトバルブ５の画像が拡大投影される。

【０００８】液晶ライトバルブ５に散乱型液晶を使用し
た場合、入射瞳８１は散乱光成分を除去しコントラスト
を高める働きがある。詳細については後述するが入射瞳
径を小さくするほど黒レベルが低下しコントラストが高
くなる。特開平５−１８８３４５では開口径が変えられ
る絞り８を備えた投写レンズを使用し、映像に応じて入
射瞳８１の径つまり投写レンズ７の絞り８の径を変化さ
せてコントラストを調整できるようにしていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１２の従来の投写型
表示装置において、投写レンズ７の入射瞳８１位置にラ
ンプ１の光源像が形成される。ランプ１にキセノンラン
プのような点発光に近い光源を使用すると、入射瞳８１
位置には非常に小さい光源像が得られるが、メタルハラ
イドランプやハロゲンランプのような線発光の光源を使
用すると得られる集光スポット径も大きくなる。

【００１０】メタルハライドランプやハロゲンランプを
使用した投写型表示装置に、絞り径が変えられる投写レ
ンズを適用して、入射瞳径を小さくしても、輝度が低下
するのみで十分なコントラストの向上の効果が得られな
いといった問題点があった。

【００１１】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、高輝度で、かつ高コントラ
ストの投写型表示装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る投写型表示
装置は、請求項１では、絞り径が変えられる投写レンズ
と、ランプの集光ミラーに楕円面鏡を使用し、楕円面鏡
の第２焦点付近に開口径が変えられる絞りを備えたもの
である。

【００１３】また、請求項２では、前記照明系の絞り径
および投写レンズの絞り径を連動して変化させる手段を
備えたものである。

【００１４】また、請求項３では、前記投写レンズの入
射瞳位置に形成される光源像の径が、入射瞳径と等しく
なるように照明系の絞り径を設定したものである。

【００１５】また、請求項４では、前記投写レンズの入
射瞳位置に形成される光源像の径が、入射瞳径より大き
くなるように照明系の絞り径を設定したものである。

【００１６】また、請求項５では、絞り径が変えられる
投写レンズと、ランプの集光ミラーに楕円面鏡を使用
し、楕円面鏡の第２焦点付近に錐体状プリズムを設け、
その直後に開口径が変えられる照明系の絞りを備えたも
のである。

【００１７】また、請求項６では、画像を投写するスク
リーンの輝度を検出する輝度検出装置と、該輝度検出装
置より得られたデータにより、投写画像のコントラスト
および輝度が最大となる投写レンズの散乱光受容角を決
定する散乱光受容角決定手段と、得られた散乱光受容角
に応じて投写レンズの絞り径および照明系の絞り径を変
える手段を備えたものである。

【００１８】また、請求項７では、前記輝度検出装置に
より画像を投写するスクリーンの暗レベル輝度を検出
し、投写型表示装置の暗室内における白レベル輝度およ
び黒レベル輝度と外部照明環境により変化するスクリー
ン上の暗レベル輝度とから、コントラストと輝度が最大
となる投写レンズの散乱光受容角を決定する手段を備え
たものである。

【００１９】また、請求項８では、前記輝度検出装置に
より白黒の投写映像の輝度を検出して、投写レンズの散
乱光受容角を決定する手段を備えたものである。

【００２０】

【作用】本発明に係る投写型表示装置は、請求項１にお
いては、投写画像のコントラストを決定する投写レンズ
の入射瞳径に応じ、照明系の絞り径を変化させて、投写
レンズの入射瞳径とほぼ一致した照明系の絞り開口形状
をした光源像を入射瞳位置に結像する。これにより、液
晶ライトバルブが透明と散乱の２状態において入射瞳を
透過する光束の差を大きくできる。

【００２１】また、請求項２においては、照明系の絞り
あるいは投写レンズの絞りのいずれかの径を変えるだけ
で、液晶ライトバルブが透明と散乱の２状態において入
射瞳を透過する光束の差が大きくなる条件に、もう一方
の絞り径も自動的に設定される。

【００２２】また、請求項３においては、投写レンズの
入射瞳位置に形成される光源像の径と入射瞳径を等しく
することにより、液晶ライトバルブが透明と散乱の２状
態において入射瞳を透過する光束の差が最大となる。

【００２３】また、請求項４においては、投写レンズの
入射瞳位置に形成される光源像の径が入射瞳径より大き
いので、入射瞳と光源像との間に偏心があっても、入射
瞳の透過光束を損失しない。

【００２４】また、請求項５においては、液晶ライトバ
ルブ照明光の照度むらの原因となるランプ配光特性の不
均一性を、錐体状プリズムにより光を屈折させることに
より解消する。

【００２５】また、請求項６においては、投写画像を鑑
賞する照明環境に応じ、コントラストおよび輝度に優れ
た投写画像が得られる投写レンズの絞り径および照明系
の絞り径の決定を自動化する。

【００２６】また、請求項７においては、暗レベル輝度
と暗室内における白レベルおよび黒レベル輝度から算出
される最大コントラストと白レベル輝度により最適な散
乱光受容角を決定する。

【００２７】また、請求項８においては、暗レベル輝度
を含めた白レベルおよび黒レベル輝度を直接検出して、
最適な散乱光受容角を決定する。

【００２８】

【実施例】

実施例１．図１は本発明の実施例１における投写型表示
装置の構成図である。図において、１は高輝度の白色光
を出射するランプ、２は楕円面鏡、３は開口径が変えら
れる照明系の絞り、４はコリメータレンズ、５はライト
バルブ、６はフィールドレンズ、７は投写レンズ、８は
開口径が変えられる投写レンズ７の絞り、８１は投写レ
ンズ７の入射瞳である。

【００２９】次に、動作について説明する。ランプ１に
はメタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンラ
ンプ等の高輝度の白色光源があるが、寿命、発光効率、
演色性等が優れている点で、メタルハライドランプが良
く用いられている。楕円面鏡の第１焦点付近にランプの
発光部を配置することにより、ランプ１の出射光１１は
楕円面鏡２で反射された後、集束光束１２となって楕円
面鏡２の第２焦点付近に集光される。ランプ１にキセノ
ンランプのような点発光に近い光源を使用すると、楕円
面鏡２の第２焦点には非常に小さい集光スポットが得ら
れるが、メタルハライドランプやハロゲンランプのよう
な線発光の光源を使用すると得られる集光スポット径も
有限の大きさとなる。

【００３０】ランプ１の出射光が最も集光される楕円面
鏡２の第２焦点付近に照明系の絞り３を配置して集光ス
ポット径を制限し、焦点距離がｆ1 のコリメータレンズ
４を照明系の絞り３からほぼｆ1 だけ離して配置して、
照明系の絞り３からの透過光１３を平行化する。このと
きライトバルブ５への照明光となる平行光束１４の平行
度は、照明系の絞り３の開口径ａとレンズ４の焦点距離
ｆ1 により決まり、平行光束１４の発散角θ1は次式の
関係で与えられる。ｔａｎθ１＝ａ／（２・ｆ1）（１）

【００３１】本発明では、ライトバルブ５に散乱と透明
の２状態に変化する散乱型液晶を一例に挙げて説明す
る。散乱型液晶としては、ＰＤＬＣ（Polymer Disrerse
d Liquid Crystal）やＤＳＭ（Dynamic Scattering Mod
e）液晶が印加電圧に応じて散乱と透明の２状態に変化
することが知られている。

【００３２】フィールドレンズ６は液晶の透過光が投写
レンズ７の入射瞳８１に効率よく入射するように設けら
れている。このために、焦点距離ｆ2 のフィールドレン
ズ６の焦点付近に入射瞳８１を配置して集光している。
入射瞳８１を透過した光束は、投写光１６となってスク
リーン（図示せず）上に液晶ライトバルブ５の画像が拡
大投影される。

【００３３】液晶ライトバルブ５に散乱型液晶を使用し
た場合、投写レンズ７の入射瞳８１は、散乱光を除去し
て黒レベルの輝度を下げ、投写映像のコントラストを高
める働きがある。

【００３４】次に、図によりその動作原理を述べる。図
２は散乱型液晶のライトバルブを使用した時の入射瞳の
動作説明図である。図２（ａ）の液晶ライトバルブ５１
は透明状態の液晶ライトバルブを示し、液晶ライトバル
ブ５の透過光１５１はフィールドレンズ６による集光
後、入射瞳８１に妨げられることなく透過し白レベルと
なる。図２（ｂ）の液晶ライトバルブ５２は散乱状態の
液晶ライトバルブを示し、液晶ライトバルブ５２の透過
散乱光１５２のうち、斜線を施した光束が入射瞳８１に
おいてけられ黒レベルとなる。投写レンズ７の入射瞳８
１による散乱光受容角θ2は、 tanθ2＝ｂ／（２・ｆ2）（２）の関係で表わされ、入射瞳径ｂが小さくなるほど散乱光
受容角θ2 が小さくなり、除去される透過散乱光１５２
成分が増すため、黒レベル輝度がより低くなって、コン
トラストの高い投写画像が得られる。白レベルの投写光
束をΦt 、黒レベルの投写光束をΦd とすると白レベル
と黒レベルの比CR（以下、コントラストと記載する）は
次式の関係で与えられる。 CR＝Φt／Φd （３）

【００３５】前述したように、キセノンランプのような
点光源に近い光源を使用した場合、入射瞳８１上には非
常に小さい集光スポットが得られるため、入射瞳８１の
径ｂを小さくしても白レベル輝度を損なうことなく、コ
ントラストが向上する。しかし、メタルハライドランプ
のような線発光のランプを使用する場合、楕円面鏡２の
第２焦点に集光されるスッポト径は有限の大きさとな
る。

【００３６】照明系の絞り３のＳ１面と入射瞳８１のＳ
２面とは共役な関係にあり、照明系の絞り３の開口形状
をした光源像が入射瞳８１位置に結像されている。照明
系の絞り３の径ａと光源像の径ｂ■とは、ａ／ｂ■＝ｆ1／ｆ2 （４）の関係で表わされる。

【００３７】メタルハライドランプを使用した本装置に
おいて、コントラストを向上するため入射瞳径ｂを入射
瞳８１位置の光源像の径ｂ’より小さくした時、照明系
の絞り３の径ａも同時に小さくして光源像の径ｂ’を小
さくしなければ、コントラスト向上の十分な効果が得ら
れない。

【００３８】図３は入射瞳径が入射瞳８１位置の光源像
の径より小さい場合の投写型表示装置のコントラストを
説明する図である。図における液晶ライトバルブ５は透
明状態であり、破線は液晶ライトバルブ５の照明光１４
の発散光成分を表わす。入射瞳８１位置には径ｂ’の照
明系の絞り３（図示せず）の光源像が結像されており、
光源像の光束、つまりフィールドレンズ６を透過した光
束１５３をΦ1 とする。入射瞳径が光源像より小さい場
合（ｂ＜ｂ’）の、入射瞳の透過光束、つまり白レベル
の投写光全光束１５４をΦ2 とすると、 Φ2 ＜Φ1 （５）の関係となる。液晶ライトバルブ５が散乱状態の時、黒
レベルの全光束は（３）式よりΦ1 ／CRで表わされる。
白レベルの全光束は入射瞳８１で制限されるから、あら
かじめ入射瞳８１位置に結像される光源像が入射瞳径と
ほぼ同じ大きさとなるように照明系の絞り径ａを設定し
ておけば、白レベルの全光束はΦ2 に対し、黒レベルの
全光束はΦ2／CRとなる。

【００３９】図４は投写型表示装置の電圧ー透過光束特
性図であり、液晶ライトバルブにＰＤＬＣを使用した時
の電圧−投写光束特性を示している。図において、実線
は投写レンズ７の入射瞳８１に結像される光源像の径
ｂ’が入射瞳の径ｂと一致（ｂ＝ｂ’）するように照明
系の絞り径ａを設定した場合の特性であり、破線は投写
レンズ７の入射瞳８１に結像される光源像の径ｂ’を入
射瞳径ｂより大きくなるよう（ｂ＜ｂ’）に照明系の絞
り径ａを設定した場合の特性である。それぞれの黒レベ
ルは(５)式より、（Φ2／ＣＲ）＜（Φ1／ＣＲ）（６）となる。白レベルの全光束はいずれの場合もΦ2 である
から、入射瞳８１の入射瞳径ｂに照明系の絞りの像の大
きさを合わせた場合、白レベルを犠牲にすることなく、
最大のコントラストが得られる。

【００４０】そこで、本発明は図１のごとく最適なコン
トラストが得られるように、入射瞳径つまり投写レンズ
７の絞り径および照明系の絞り径を変化させる絞り開口
径可変手段９を備えた構成にしている。

【００４１】さらに、絞り開口径制御手段４０により、
投写レンズ７の絞り径と照明系の絞り径とを連動させて
変化するようにしておけば、どちらか一方の径を変える
だけで、常に最適なコントラストの投写画像が得られ
る。

【００４２】また、絞り径の変化に対して、白レベル輝
度の損失を最小限に抑えてかつ最大コントラストの投写
画像を得るための光源像の径ｂと入射瞳径ｂ■とが等し
くなる条件は、照明系の絞り径ａと、投写レンズ７の入
射瞳径ｂと、コリメータレンズ４の焦点距離f1と、フィ
ールドレンズの焦点距離f2との関係が、ａ＝ｂ・（ｆ1／ｆ2）（７）となるように設定すればよい。

【００４３】また、投写レンズ７の入射瞳８１位置の光
源像の径ｂ’を投写レンズ７の入射瞳径ｂより若干大き
く（１０％程度）なるように、つまり照明系の絞り径ａ
を、ａ≧ｂ・（ｆ1／ｆ2）（８）と設定すれば、光源像と投写レンズ７の入射瞳８１との
偏心による輝度損失を抑制しながら、照明系と投写レン
ズとの配置精度が緩和される。

【００４４】図５は開口径が変化する絞りの一例を示す
構成図であり、公知の通りカメラレンズ等で使用されて
いる複数枚の羽根３１により構成されており、手動ある
いはモータ等を備えたものであれば電動で開口径ａの制
御が可能である。同様に投写レンズ７の絞り８も図５の
構成のものを使用すれば、入射瞳８１の径ｂを変えるこ
とができる。

【００４５】図６は本発明における投写型表示装置のス
クリーン輝度およびコントラスの特性図である。投写レ
ンズ７の散乱光受容角θ2 （図２ｂ参照）が小さくなる
とコントラストは向上するものの、絞り３あるいは入射
瞳８１でけられる光成分が増加するため、投写光束に比
例するスクリーン輝度が低下している。映像に応じコン
トラストを重視する場合、入射瞳８１の径つまり投写レ
ンズの絞り８の径および照明系の絞り３の径を小さく設
定すればよい。逆に輝度を重視する場合、上記の両開口
径を大きく設定すればよい。

【００４６】図７は暗室および室内照明点灯下における
投写型表示装置のコントラスト特性図である。投写レン
ズの散乱光受容角が２．８deg.のとき暗室ではコントラ
スト１００の投写映像が得られていたが、照明を点灯し
た状況下において照明光がスクリーンに入射して暗レベ
ル輝度が上がり、コントラストが３０に低下した。散乱
光受容角および照明系の絞り径ａを大きくして照明光１
４の平行度を２．８deg.から３．５deg.に広げてもコン
トラストには影響がなく、白レベル輝度が約４０％向上
した分、視認性の高い高輝度の映像が得られる。このよ
うに照明系の絞り３と投写レンズ７の絞り径が変えられ
る本装置は、映像を鑑賞する周囲の照明状態に応じて絞
り径を制御することにより、つねに最適なコントラスト
でかつ高輝度の映像が得られる。

【００４７】実施例．２図８は本発明の実施例２における投写型表示装置を示す
構成図である。図において、１０は錐体状プリズムであ
り、楕円面鏡２の第２焦点付近に配置され、錐体状プリ
ズム１０の直後に開口径が変えられる照明系の絞り３を
配置する。錐体状プリズム１０は液晶ライトバルブへの
照明光を均一化する働きがあり、その原理について次に
説明する。

【００４８】楕円面鏡２の第２焦点付近に設置された錐
体状プリズム１０は、図９のごとく楕円面鏡２の集光光
束１２ａが錐体状プリズム１０の平面１０ｐと斜面１０
ａで屈折をうける。同様に集光光束１２ｂが錐体状プリ
ズム１０の平面１０ｐと斜面１０ｂで屈折をうけ、２光
束がほぼ重なり合うような光束となって錐体状プリズム
を透過する。

【００４９】図１０は錐体状プリズムにより投写型光束
の照度が均一化される動作説明図であり、図１０に示す
ようにランプ１の電極を光軸方向に設定した場合、一般
にメタルハライドランプは電極と直交する方向が最も光
強度が強く、電極方向付近を出射するに従って、次第に
光強度が低下し、図１０の１００のような配光分布とな
る。図１０（ａ）の光学系では、前記のランプ配光特性
の影響により、液晶ライトバルブへの照明光１４は中心
付近に暗部の発生した不均一な照明光となる。そこで、
図１０（ｂ）のごとく錐体状プリズム１０を使用するこ
とにより、斜面１０ａと１０ｂを透過した光束が互いに
重なりあって、錐体状プリズム１０を透過した光束の透
過光の配光特性が均一化し、中心の暗部が解消された均
一照度の平行照明光１４が得られる。

【００５０】このため、液晶ライトバルブ５は均一に照
明され、照度均一性に優れた周辺光量比の高い投写画像
が得られる。

【００５１】図８のその他の光学素子およびその動作に
ついては実施例１の場合と同様であるので、説明は省略
する。

【００５２】なお、実施例１および実施例２とも単板の
液晶ライトバルブによる投写型表示装置の例を示した
が、公知のように白色光をＲ・Ｇ・Ｂの三原色光に分光
する分光手段と、Ｒ・Ｇ・Ｂそれぞれの映像を表示する
３枚のモノクロの液晶ライトバルブと、Ｒ・Ｇ・Ｂ画像
を合成する色合成手段を適用すれば高輝度、高解像度の
投写型表示装置が実現可能である。

【００５３】また、実施例１および実施例２は液晶ライ
トバルブ５の出射直後（投写レンズ側）にフィールドレ
ンズ６を配置した構成を示したが、フィールドレンズ６
は液晶ライトバルブ５の入射側に配置した構成であって
もよい。

【００５４】実施例３．図１１は本発明の実施例３にお
ける投写型表示装置を示す構成図である。図において、
５０は実施例１および実施例２で示した投写型表示装
置、６０は透過型あるいは反射型のスクリーン、７０は
光検出器７２と結像レンズ７１により構成された輝度検
出装置である。

【００５５】輝度検出装置７０は、結像レンズ７１によ
りスクリーン６０と光検出器７２とが共役な関係となる
ように設定されており、スクリーン６０上の輝度を検出
している。輝度検出装置７０はスクリーン６０の一部の
輝度を検出して、映像を鑑賞する周囲の照明環境によっ
て変化するスクリーン６０上の暗レベル輝度Ｌs をモニ
ターしている。

【００５６】投写レンズ７の散乱光受容角θにおける黒
レベル輝度Ｌd(θ) は、図６の白レベル輝度Ｌt(θ)と
コントラストＣＲ(θ)より、Ｌd(θ)＝Ｌt(θ)／ＣＲ(θ) （９）と表わされる。前記スクリーン６０上の暗レベル輝度が
Ｌs ≠０の場合の白レベル輝度Ｌt■(θ)とコントラス
トＣＲ■(θ)はそれぞれ、Ｌt■(θ)＝Ｌt(θ)＋Ｌs （１０）ＣＲ■(θ)＝{Ｌt(θ)＋Ｌs}／{Ｌd(θ)＋Ｌs} （１１）となる。

【００５７】スクリーン６０上の暗レベル輝度Ｌs のデ
ータより、散乱光受容角決定手段４１において（１
０）,（１１）式のＬt■(θ)とＣＲ■(θ)が最大となる
θが算出され、絞り開口径制御手段４０および絞り開口
径可変手段９によって投写型表示装置５０内にある照明
系の絞り径および投写レンズ７の絞り径が散乱光受容角
θに応じた径に変えられる。

【００５８】なお、図の輝度検出装置７０は、映像が投
写されていないスクリーン６０上の一部の輝度を検出し
ているが、瞬間的に投写光を遮光しスクリーン６０上の
輝度を検出する手段等によって、投写光による輝度の影
響を排除する手段を用いて、スクリーン６０上の暗レベ
ル輝度を検出すれば映像投写画面内であってもよい。

【００５９】また、映像を白黒に切り換えて双方の輝度
を直接検出して、コントラストおよび輝度が最大となる
散乱光受容角を決定してもよく、さらに、格子模様を表
示して直接コントラストを観測すれば、より迅速な散乱
光受容角の決定が可能ある。この構成は、スクリーン６
０により輝度レベルが変わる反射型のスクリーンを用い
た前面投写型表示装置に有効である。

【００６０】以上のように構成された投写型表示装置
は、映像を鑑賞する照明環境に応じ、常に高輝度でかつ
高コントラストな視認性に優れた映像が自動的に得られ
る。

【００６１】

【発明の効果】本発明になる投写型表示装置は、請求項
１によれば、散乱型液晶を用いた投写型表示装置に、開
口径が変えられる絞りを備えた投写レンズと、ランプの
集光ミラーに楕円面鏡と、第２焦点付近に設けた開口径
が変えられる絞りを用いて構成したので、表示画像ある
いは画像を鑑賞する照明環境に対応して、最も良好な高
輝度でかつ高コントラストな投写映像が得られる。

【００６２】また、請求項２によれば、照明系の絞りお
よび投写レンズの絞り径を連動して変化させているの
で、照明系の絞りおよび投写レンズの絞りのいずれかを
変えるだけで、もう一方の絞り径も、最適なコントラス
トが得られる径に自動的に設定される。

【００６３】また、請求項３によれば、投写レンズの入
射瞳位置に形成される光源像の径が入射瞳径と等しくな
るよにしたので、白レベル輝度を犠牲にすることなくと
最大コントラストの投写画像が得られる。

【００６４】また、請求項４によれば、投写レンズの入
射瞳位置に形成される光源像の径を入射瞳径より若干大
きくなるように照明系の絞り径を設定しているので、投
写レンズの絞りと光源像との間に偏心があっても、投写
レンズの透過光束を損失せず、高輝度の投写映像が得ら
れる。このため組み立て精度も緩和される。

【００６５】また、請求項５によれば、錐体状プリズム
により、ランプの配光特性に起因する、楕円面鏡集光後
に出射する光束の配光角による光強度ムラを解消してい
るので、液晶ライトバルブに均一な照明光が照射され、
周辺光量比に優れた投写映像が得られる。

【００６６】また、請求項６によれば、投写画像を鑑賞
している照明環境をモニターして照明系および投写レン
ズの絞り径を設定しているので、照明環境に応じて最も
良好な輝度およびコントラストの投写映像が自動的に設
定される。

【００６７】また、請求項７によれば、クリーン上の暗
レベル輝度を検出し、暗室内における白レベル輝度およ
び黒レベル輝度とから算出される最大コントラストと白
レベル輝度より最適な投写レンズの散乱光受容角を決定
しているので、映像を鑑賞している照明環境に即して自
動的に輝度およびコントラストに優れた投写映像が得ら
れる。

【００６８】また、請求項８によれば、白黒の投写映像
の輝度を直接検出しているので、スクリーンの光学特性
によらず、輝度およびコントラストに優れた投写映像が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における投写型表示装置の構
成図である。

【図２】散乱型液晶のライトバルブを使用した時の入射
瞳の動作説明図である。

【図３】入射瞳径が入射瞳位置の光源像の径より小さい
場合の投写型表示装置のコントラストを説明するための
図である。

【図４】投写型表示装置の電圧−透過光束特性図であ
る。

【図５】開口径が変化する絞りの一例を示す構成図であ
る。

【図６】投写型表示装置のスクリーン輝度およびコント
ラストの特性図である。

【図７】暗室及び照明点灯下における投写型表示装置の
コントラスト特性図である。

【図８】本発明の実施例２における投写型表示装置の構
成図である。

【図９】錐体状プリズムの動作説明図である。

【図１０】錐体状プリズムにより投写光束の照度が均一
化される動作説明図である。

【図１１】本発明の実施例３における投写型表示装置を
示す構成図である。

【図１２】従来の投写型表示装置の構成図である。

【符号の説明】

１ランプ２楕円面鏡３照明系の絞り４コリメータレンズ５ライトバルブ６フィールドレンズ７投写レンズ８投写レンズの絞り９絞り開口径可変手段１０錐体状プリズム１６投写光束２０放物面鏡４０絞り開口径制御手段４１散乱光受容角決定手段５０投写型表示装置６０スクリーン７０輝度検出装置８１入射瞳

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】白色光を出射するランプと、前記ランプ
の出射光を集光する楕円面鏡と、前記ランプの出射光の
集光点付近に配置した照明系の絞りと、絞り開口を透過
した光束を平行化するコリメータレンズと、透明と散乱
の２状態に変化するライトバルブと、ライトバルブ上の
画像を拡大投写する投写レンズと、前記投写レンズの入
射瞳上に前記ライトバルブの透過光を集光するフィール
ドレンズとを備え、前記照明系の絞り径と投写レンズの
絞り径を変化させる絞り開口径可変手段を有することを
特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】前記照明系の絞り径と投写レンズの絞り
径とは、連動して径を変化させる絞り開口径制御手段を
有することを特徴とする請求項１記載の投写型表示装
置。
【請求項３】前記照明系の絞り径ａと、前記投写レン
ズの入射瞳径ｂと、前記コリメータレンズの焦点距離ｆ
1と、前記フィールドレンズの焦点距離ｆ2との関係が、ａ＝ｂ・（ｆ1／ｆ2）（Ａ）となる絞り径を有することを特徴とする請求項１記載の
投写型表示装置。
【請求項４】前記照明系の絞り径ａと、前記投写レン
ズの入射瞳径ｂと、前記コリメータレンズの焦点距離ｆ
1と、前記フィールドレンズの焦点距離ｆ2との関係が、ａ≧ｂ・（ｆ1／ｆ2）（Ｂ）となる絞り径を有することを特徴とする請求項１記載の
投写型表示装置。
【請求項５】白色光を出射するランプと、前記ランプ
の出射光を集光する楕円面鏡と、前記ランプの出射光の
集光点付近に配置した錐体状プリズムと、前記錐体状プ
リズムの直後に配置した絞りと、絞り開口を透過した光
束を平行化するコリメータレンズと、透明と散乱の２状
態に変化するライトバルブと、ライトバルブ上の画像を
拡大投写する投写レンズと、前記投写レンズの入射瞳上
に前記ライトバルブの透過光を集光するフィールドレン
ズとを備え、前記照明系の絞り径と投写レンズの絞り径
を変化させる絞り開口径可変手段を有することを特徴と
する投写型表示装置。
【請求項６】白色光を出射するランプと、前記ランプ
の出射光を集光する楕円面鏡と、前記ランプの出射光の
集光点付近に配置した照明系の絞りと、絞り開口を透過
した光束を平行化するコリメータレンズと、透明と散乱
の２状態に変化するライトバルブと、ライトバルブ上の
画像を拡大投写する投写レンズと、該投写レンズの入射
瞳上に前記ライトバルブの透過光を集光するフィールド
レンズと、映像を投写するスクリーンと、該スクリーン
上の輝度を検出する輝度検出手段とを備え、該輝度検出
手段より得られた輝度データから前記投写レンズが散乱
光を受容する角度を決定する散乱光受容角決定手段と、
該散乱光受容角決定手段より得られた角度に応じて前記
照明系の絞り径および投写レンズの絞り径を変化させる
絞り開口径可変手段と、開口径を連動して変化させる開
口径制御手段を有することを特徴とする投写型表示装
置。
【請求項７】前記輝度検出手段により前記スクリーン
の暗レベル輝度を検出し、前記散乱光受容角決定手段
は、暗室内の投写型表示装置の黒レベル輝度Ｌd(θ)と
白レベル輝度Ｌt(θ)と暗レベル輝度Ｌsにより、下記式
(Ｃ),(Ｄ)より得られる値Ｌt■(θ),ＣＲ■(θ)が最大
となるような前記投写レンズの散乱光受容角θを決定す
る手段を有することを特徴とする請求項６記載の投写型
表示装置。Ｌt■(θ)＝Ｌt(θ)＋Ｌs （Ｃ）ＣＲ■(θ)＝{Ｌt(θ)＋Ｌs}／{Ｌd(θ)＋Ｌs} （Ｄ）
【請求項８】前記輝度検出手段により白黒の投写映像
の輝度を検出して、コントラストおよび白レベル輝度が
最大となる散乱光受容角を決定する手段を有することを
特徴とする請求項６記載の投写型表示装置。