JPH08122699A - 画像投影装置 - Google Patents

画像投影装置

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JPH08122699A
JPH08122699A JP6265817A JP26581794A JPH08122699A JP H08122699 A JPH08122699 A JP H08122699A JP 6265817 A JP6265817 A JP 6265817A JP 26581794 A JP26581794 A JP 26581794A JP H08122699 A JPH08122699 A JP H08122699A
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JP
Japan
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light
image
optical system
liquid crystal
image projection
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JP6265817A
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English (en)
Inventor
Setsuya Funanami
雪弥 船浪
Yasuyuki Mitsuoka
靖幸 光岡
Nobuyuki Kasama
宣行 笠間
Tadao Iwaki
岩城  忠雄
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Priority to DE1995621967 priority patent/DE69521967T2/de
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3102Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators
    • H04N9/3105Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] using two-dimensional electronic spatial light modulators for displaying all colours simultaneously, e.g. by using two or more electronic spatial light modulators

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周囲の環境変動に合わせ、容易に、しかも光
源や空間光変調素子等を劣化させることなく投影画像の
画質を調整できる画像投影装置を得ることにある。 【構成】 光源と、空間光変調素子と、光源からの光を
空間光変調素子に照射する照明光学系と、空間光変調素
子の画像を投影する投影光学系と、からなる画像投影装
置において、照明光学系403または投影光学系411
をテレセントリック光学系で構成し、テレセントリック
光学系の焦点位置には、光軸を中心とした円形もしくは
多角形の形状を変えられる遮光枠404を有する構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶プロジェクタ、投
影器等の画像投影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の画像投影装置の一例として、図2
に反射型液晶画像投影装置の構成図を示す。反射型液晶
画像投影装置の基本的な構成としては、複数の反射型光
書込液晶ライトバルブと、その一面側から書込光を照射
して各反射型光書込液晶ライトバルブに各色成分の画像
を光学的に書き込む書込手段と、各反射型光書込液晶ラ
イトバルブの書込光を照射した反対の面側から対応する
色成分の偏光照明光束を照射し反射型光書込液晶ライト
バルブに書き込まれた各色成分の画像を反射的に読み出
す偏光照明光学系と、読み出された各色成分の画像を合
成して拡大投影し画像を写しだす投影光学系とから構成
されている。
【0003】まず、反射型液晶画像投影装置で用いられ
ている反射型光書込液晶ライトバルブの構造について説
明する。図3は、反射型光書込液晶ライトバルブの構造
を示す断面図である。液晶分子を挟持するためのガラス
やプラスチックなどの透明基板301a、301bは、
表面に透明電極層302a、302b、配向膜層303
a、303bが設けられている。透明基板301aと3
01bはその配向膜層303a、303b側を、スペー
サ309を介して間隙を制御して対向させ、液晶層30
4を挟持するようになっている。また、光による書込側
の透明電極層302a上には光導電層305、遮光層3
06、誘電体ミラー307が配向膜層303aとの間に
積層形成され、書込側の透明基板301aと読出側の透
明基板301bのセル外面には、無反射コーティング層
308a、308bが形成されている。液晶層304の
液晶としては、ネマティック液晶や強誘電性液晶等が用
いられている。特に強誘電性液晶を用いた反射型液晶ラ
イトバルブは、動作速度が数百Hz以上と非常に高速で
ある。強誘電性液晶を用いた反射型光書込液晶ライトバ
ルブは、入力画像を閾値処理し2値化するデバイスとし
て知られているが、駆動電圧の波形を工夫する事により
グレースケール表示をする事も可能である。
【0004】このような反射型光書込液晶ライトバルブ
に書き込まれた画像を読み出すには、まず、入射光束を
偏光板等で偏光成分を直線偏光、例えばs偏光成分のみ
にし、反射型光書込液晶ライトバルブに照射する。その
後反射型光書込液晶ライトバルブで反射された光束は、
入射光束の直線偏光の偏光軸に対し垂直な直線偏光成
分、例えばp偏光成分のみを偏光板等で透過させること
により書き込まれた画像を強度情報として読み出すこと
ができる。このようにして読み出された画像はポジ画像
となる。
【0005】次に、反射型液晶画像投影装置の構成を具
体的に図2を用いて説明する。この反射型液晶画像投影
装置は、3枚の反射型光書込液晶ライトバルブ221、
231、241から構成されている。即ち、赤、緑、青
の3原色のうち、赤色画像が割り当てられている反射型
光書込液晶ライトバルブ(以下R用SLMと称す)22
1と、緑色画像が割り当てられている反射型光書込液晶
ライトバルブ(以下G用SLMと称す)231と、青色
画像が割り当てられている反射型光書込液晶ライトバル
ブ(以下B用SLMと称す)241とを備えている。こ
の反射型液晶画像投影装置は、各色成分の画像毎に書込
手段としてTFT液晶パネル223、233、243
と、書込レンズ222、232、242とを備えてお
り、R用SLM221の書込面にR用TFT223で表
示された赤色成分画像をR用書込レンズ222により光
学的に書き込む。同様に、G用SLM231の書込面に
G用TFT233で表示された緑色成分画像をG用書込
レンズ232により光学的に書き込む。また、B用SL
M241の書込面にB用TFT243で表示された青色
成分画像をB用書込レンズ242により光学的に書き込
む。
【0006】一方、偏光照明光学系として光源201
と、照明レンズ系202と、偏光ビームスプリッター
(以下PBSと称す)203、と赤反射ダイクロイック
ミラー(以下R−DMと称す)204と、青反射ダイク
ロイックミラー(以下B−DMと称す)205とを備え
ている。光源201から発せられた光束は、照明レンズ
系202で反射型光書込液晶ライトバルブ221、23
1、241へ照射される照明光束となる。この照明光束
は、PBS203により互いに直交する偏光照明光束に
分割される。PBS203により反射された一方の偏光
照明光束を例えばs偏光とすると、PBS203を透過
した他方の偏光照明光束はp偏光となる。PBS203
により分離されたs偏光成分のうち赤色成分のみがR−
DM204により選択的に反射され、R用SLM221
を照明して赤色成分画像を反射的に読み出す。R−DM
204を透過した残りの色成分は、B−DM205によ
り緑成分と青色成分に分離される。B−DM205を透
過した緑色成分は、G用SLM231を照明し、緑色成
分画像を反射的に読み出す。
【0007】一方、B−DM205により反射された青
色成分は、B用SLM231を照明し青色成分画像を反
射的に読み出す。この様にして読み出された3種の赤色
成分画像、緑色成分画像及び青色成分画像は、再びB−
DM205とR−DM204により合成され、PBS2
03を透過し、投影レンズ211を介し前方のスクリー
ン212上に拡大投影される。この結果スクリーン21
2の表面に画像が写し出される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の画像投
影装置では、以下のような課題があった。 (1)投影画像の画質、例えば輝度もしくはコントラス
ト等の調整は、光源もしくは液晶パネル等を電気的に調
整し光の強度を変化させて行っていた。しかし、それ
は、調整が難しい上、光源等の劣化の原因にもなっ
た。。
【0009】(2)反射型液晶パネルを用いた画像投影
装置の場合、図2で前述したように、反射型光書込液晶
ライトバルブに照射された直線偏光成分、例えばs偏光
成分は、光書き込みされた画像情報に対応し反射型光書
込液晶ライトバルブによりp偏光成分に変換、反射さ
れ、その反射してきたp偏光成分のみが偏光ビームスプ
リッタを透過し画像として投影される。すなわち、投影
された画像の輝度、コントラスト等は、偏光ビームスプ
リッタの特性に依存するところが多く、光源もしくは液
晶パネル等の電気的な調整だけでは、それら画質の調整
はできなかった。
【0010】(3)画像投影装置または投影された画像
周囲の環境、例えば室内の照明の点灯消灯による明るさ
の変動によっては、投影画像の輝度もしくはコントラス
ト等を調整する必要がある。そのような場合、周囲環境
の変動に合わせ、投影画像の画質を調整することが難し
かった。
【0011】そこで、本発明の目的は、従来のこのよう
な課題を解決するために、周囲の環境変動に合わせ、容
易に、しかも光源や空間光変調素子等を劣化させること
なく投影画像の画質を調整できる画像投影装置を得るこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、光源と、空間光変調素子と、光源からの
光を空間光変調素子に照射する照明光学系と、空間光変
調素子の画像を投影する投影光学系と、からなる画像投
影装置において、前記照明光学系または前記投影光学系
をテレセントリック光学系で構成し、テレセントリック
光学系の焦点位置には、光軸を中心とした円形もしくは
多角形の形状を変えられる遮光枠を有し、さらに、画像
投影装置もしくは投影された画像周囲の環境を検出する
環境検出手段と、環境検出手段の検出結果に対応し、遮
光枠の形状を変える遮光枠形状変更手段と、を有する構
成とした。
【0013】
【作用】図1は、本発明の画像投影装置の画像投影光学
系の一例を示す簡単な概略図である。空間光変調素子を
用いた画像投影装置は、光源と、空間光変調素子と、光
源からの光を空間光変調素子に照射する照明光学系と、
空間光変調素子の画像を投影する投影光学系と、から構
成される。図1は、画像投影装置のうちの投影光学系の
一例を示す簡単な概略図であり、テレセントリック光学
系を成していることを示している。
【0014】空間光変調素子101から出射される光束
111は、投影レンズ系102に入射し、遮光枠103
で絞られ、スクリーン104上に画像を結像する。照明
光束は、空間光変調素子101が透過型であれば投影レ
ンズ系102と反対側から、一方反射型であれば偏光ビ
ームスプリッタ等を用い投影レンズ系102側から、空
間光変調素子101にそれぞれ照射される。遮光枠10
3は、テレセントリック光学系の後焦点面に配置され、
中央部には、円形もしくは多角形の開口を持っている。
また、この開口部の形状は必要に応じて変えられる構造
となっている。この開口部の形状を変えることにより、
投影レンズ系102に入射する光束111の角度成分の
みを制御することが可能になる。
【0015】例えば、空間光変調素子101が、入射角
に依存するようなコントラスト特性、すなわち入射角が
大きくなるとコントラストが低下するような場合を考え
る。その時、もし、周囲環境または投影画像の性質等に
よりコントラストの高い画質を必要とするようなら、遮
光枠103を絞ることにより角度成分の大きい光束を遮
断し、所望のコントラストが得られるよう調整する。一
方、高輝度な画質を必要とするような時、遮光枠103
を解放することにより角度成分の大きな光束を透過さ
せ、高輝度な画質を得られるよう調整するというような
手順となる。
【0016】さらに、部屋の明るさ等を測定する環境検
出手段を設け、画像投影装置または投影された画像周囲
の環境を検出し、その検出結果に対応し、例えば、明る
い部屋で高輝度な画質を要求されたならば遮光枠103
を大きく解放する等、遮光枠103の形状を変える遮光
枠形状変更手段を有する構成とし、周囲環境に合わせ、
画質を調整することも可能になる。
【0017】本発明の画像投影装置は、画像投影装置ま
たは投影された画像周辺の環境に対応して、遮断する光
量すなわち光束の角度成分を制御することで、光源や空
間光変調素子を劣化させることなく、容易に投影画像の
画質を調整することが可能になる。
【0018】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。 (1)第一実施例 図4は、本発明の画像投影装置の第一の実施例の構成図
である。基本的な構成としては、複数の反射型光書込液
晶ライトバルブと、その一面側から書込光を照射して各
反射型光書込液晶ライトバルブに各色成分の画像を光学
的に書き込む書込手段と、各反射型光書込液晶ライトバ
ルブの書込光を照射した反対の面側から対応する色成分
の偏光照明光束を照射し反射型光書込液晶ライトバルブ
に書き込まれた各色成分の画像を反射的に読み出す偏光
照明光学系と、読み出された各色成分の画像を合成して
拡大投影し画像を写しだす投影光学系とから構成されて
いる。反射型光書込液晶ライトバルブについては図3で
説明したものと同様のものである。
【0019】反射型液晶画像投影装置の構成を具体的に
説明する。この反射型液晶画像投影装置は、3枚の反射
型光書込液晶ライトバルブ421、431、441から
構成されている。即ち、赤、緑、青の3原色のうち、赤
色画像が割り当てられている反射型光書込液晶ライトバ
ルブ(以下R用SLMと称す)421と、緑色画像が割
り当てられている反射型光書込液晶ライトバルブ(以下
G用SLMと称す)431と、青色画像が割り当てられ
ている反射型光書込液晶ライトバルブ(以下B用SLM
と称す)441とを備えている。この反射型液晶画像投
影装置は、各色成分の画像毎に書込手段としてTFT液
晶パネル423、433、443と、書込レンズ42
2、432、442とを備えており、R用SLM421
の書込面にR用TFT423で表示された赤色成分画像
をR用書込レンズ422により光学的に書き込む。同様
に、G用SLM431の書込面にG用TFT433で表
示された緑色成分画像をG用書込レンズ432により光
学的に書き込む。また、B用SLM441の書込面にB
用TFT443で表示された青色成分画像をB用書込レ
ンズ442により光学的に書き込む。
【0020】一方、照明光学系として、光源401と、
ロッドインテグレータ402と、照明レンズ系403
と、遮光枠404と、偏光ビームスプリッター(以下P
BSと称す)405と、赤反射ダイクロイックミラー
(以下R−DMと称す)406と、青反射ダイクロイッ
クミラー(以下B−DMと称す)407と、を備えてい
る。光源401から発せられた光束は、ロッドインテグ
レータ402の一方の端面に入射し、その反対側の端面
から出射した後、照明レンズ系403で反射型光書込液
晶ライトバルブ421、431、441へ照射される照
明光束となる。この照射光束は、PBS405により互
いに直交する偏光照明光束に分割される。PBS405
により反射された一方の偏光照明光束を例えばs偏光と
すると、PBS405を透過した他方の偏光照明光束は
p偏光となる。PBS405により分離されたs偏光成
分のうち赤色成分のみがR−DM406により選択的に
反射され、R用SLM421を照明して赤色成分画像を
反射的に読み出す。R−DM406を透過した残りの色
成分は、B−DM407により緑成分と青色成分に分離
される。B−DM407を透過した緑色成分は、G用S
LM431を照明し、緑色成分画像を反射的に読み出
す。
【0021】一方、B−DM407により反射された青
色成分は、B用SLM407を照明し青色成分画像を反
射的に読み出す。この様にして読み出された3種の赤色
成分画像、緑色成分画像及び青色成分画像は、再びB−
DM407とR−DM406により合成され、PBS4
05を透過し、投影レンズ411を介し前方のスクリー
ン412上に拡大投影される。この結果スクリーン41
2の表面に画像が写し出される。
【0022】照明レンズ系403は、両テレセントリッ
ク光学系になっており、照明光束の主光線が、反射型光
書込液晶ライトバルブ421、431、441に垂直に
入る。遮光枠404は、その両テレセントリック光学系
の焦点面に配置されている。ロッドインテグレータ40
2は、石英ガラスからなる角柱であり、各面は光学研磨
されている。
【0023】光源401から発せられた光束は、ロッド
インテグレータ402の入射側端面で焦点を結び入射す
る。入射した光束は、ロッドインテグレータ402の側
面で複数回全反射を繰り返し、出射端面では光量の均一
な光束となる。そのため、照明レンズ系403により、
ロッドインテグレータ402の出射端面を反射型光書込
液晶ライトバルブ421、431、441上に結像させ
ることにより、照明光束は、反射型光書込液晶ライトバ
ルブ421、431、441に均一に照度むらなく照射
される。共役関係としては、ロッドインテグレータ40
2の入射端面に対して遮光枠404の位置、ロッドイン
テグレータ402の出射端面に対しては反射型光書込液
晶ライトバルブ421、431、441が、それぞれ共
役になる。
【0024】ここで、遮光枠404の開口の大きさを変
えることは、照明レンズ系403から出射され、反射型
光書込液晶ライトバルブ421、431、441へ照射
される光束の立体角を制御することになる。また、PB
S405には、照射光束をp、s偏光にそれぞれ分離し
直線偏光にする機能と、光書き込みされた画像情報に対
応し反射型光書込液晶ライトバルブ421、431、4
41により変換、反射されたp偏光成分のみを透過し画
像として投影させる機能がある。すなわち、ここでのP
BS405の特性が、投影画像の画質、特にコントラス
トに影響する。
【0025】一般に、PBS405のp、s偏光の分離
特性は、PBS405への入射角に依存し、入射角が大
きくなるにつれて分離特性が低下する。特に、400〜
700nmといった広い波長帯全域での使用となると、
さらに分離特性の入射角依存性が高くなる。つまり、投
影画像として、例えばコントラストの高い画質を必要と
する場合、PBS405への入射角の大きい光束を遮断
することが要求される。一方、例えば輝度の高い画質を
必要とする場合、PBS405への入射角の大きい光束
もできるだけ透過させることが要求される。このよう
に、遮光枠404の開口の大きさを変え、PBS405
へ入射する光束の角度成分を制御することにより、投影
画像の画質を調整することができる。
【0026】さらに、遮光枠404は、照明レンズ系4
03から出射する不要な光束を遮断するので、PBS4
05、反射型光書込液晶ライトバルブ421、431、
441等が不要な光を吸収し発熱することによる性能の
低下も抑制できる。図5は、遮光枠404の形状を示し
たもので、図4の照明レンズ系403のA−A断面を示
す断面図である。。
【0027】尚、照明レンズ系403ではなく、投影レ
ンズ411をテレセントリック光学系で構成し、そのテ
レセントリック光学系の焦点位置に遮光枠404と同様
な遮光枠を設けても、もちろん同様な画質調整ができ
る。 (2)第2実施例 図6は、本発明の画像投影装置の第二の実施例の外観断
面図である。画像投影装置の構成及び機能は、第一の実
施例と同様である。
【0028】外枠601の上部には、照度計602が配
置され、部屋の明るさを測定する。そこからの測定デー
タが、遮光枠駆動部603へ送られる。遮光枠駆動部6
03では、シリンダー604を可動させ、遮光枠605
の開口形状をデータに対応し変化させる。
【0029】例えば、暗い部屋では、画像の輝度より高
コントラストを必要とし、一方照明を点灯し部屋が明る
くなった場合は、高輝度な画像を要求されることが考え
られる。そこで、それぞれの部屋の明るさに応じて、遮
光枠605の開口形状を変化させ、図5で前述したよう
に要求されている画質にすることができる。このよう
に、環境の変化に応じて自動的に画質を変えることがで
きる。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光源
と、空間光変調素子と、光源からの光を空間光変調素子
に照射する照明光学系と、空間光変調素子の画像を投影
する投影光学系と、からなる画像投影装置において、前
記照明光学系または前記投影光学系をテレセントリック
光学系で構成し、テレセントリック光学系の焦点位置
に、光軸を中心とした円形もしくは多角形の形状を変え
られる遮光枠を有し、さらには、画像投影装置もしくは
投影された画像周囲の環境を検出する環境検出手段と、
環境検出手段の検出結果に対応し、遮光枠の形状を変え
る遮光枠形状変更手段と、を有する構成としたことによ
り、画像投影装置または投影された画像周辺の環境に対
応して、遮断する光量を制御することで、光源や空間光
変調素子を劣化させることなく、容易に投影画像の画質
を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像投影装置の画像投影光学系の一例
を示す概略図である。
【図2】従来の反射型液晶画像投影装置を示す構成図で
ある。
【図3】反射型光書込液晶ライトバルブの構造を示す断
面図である。
【図4】本発明の画像投影装置の第一の実施例を示す構
成図である。
【図5】本発明の画像投影装置の第一の実施例の遮光枠
を示す外観図である。
【図6】本発明の画像投影装置の第二の実施例を示す外
観断面図である。
【符号の説明】
101 空間光変調素子 102 投影レンズ系 103、404、605 遮光枠 104 スクリーン 111 光束 201、401 光源 202、403 照明レンズ系 203、405 偏光ビームスプリッター(PBS) 204、406 赤反射ダイクロイックミラー(R−D
M) 205、407 青反射ダイクロイックミラー(B−D
M) 211、411 投影レンズ 212、412 スクリーン 221、421 反射型光書込液晶ライトバルブ(R用
SLM) 222、422 書込レンズ(R用書込レンズ) 223、423 TFT液晶パネル(R用TFT) 231、431 反射型光書込液晶ライトバルブ(G用
SLM) 232、432 書込レンズ(G用書込レンズ) 233、433 TFT液晶パネル(G用TFT) 241、441 反射型光書込液晶ライトバルブ(B用
SLM) 242、442 書込レンズ(B用書込レンズ) 243、443 TFT液晶パネル(B用TFT) 301a、301B 透明基板 302a、302b 透明電極層 303a、303b 配向膜層 304 液晶層 305 光導電層 306 遮光層 307 誘電帯ミラー 308a、308b 無反射コーティング層 309 スペーサ 402 ロッドインテグレータ 601 外枠 602 照度計 603 遮光枠駆動部 604 シリンダー 605 遮光枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩城 忠雄 東京都江東区亀戸6丁目31番1号 セイコ ー電子工業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、 空間光変調素子と、 該光源からの光を該空間光変調素子に照射する照明光学
    系と、 前記空間光変調素子の画像を投影する投影光学系と、か
    らなる画像投影装置において、 前記照明光学系または前記投影光学系がテレセントリッ
    ク光学系で構成されており、かつ、該テレセントリック
    光学系の焦点位置に、光軸を中心とした円形もしくは多
    角形の形状であり、かつその形状または大きさを変えら
    れる遮光枠を有することを特徴とする画像投影装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の画像投影装置において、
    前記画像投影装置または投影された画像周囲の環境を検
    出する環境検出手段と、 該環境検出手段の検出結果に対応し、前記遮光枠の形状
    を変える遮光枠形状変更手段と、 を有することを特徴とする画像投影装置。
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