JPH08334620A

JPH08334620A - 表示装置

Info

Publication number: JPH08334620A
Application number: JP16279595A
Authority: JP
Inventors: Yuji Uchiyama; 裕治内山; Toshiaki Sho; 敏明正
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】フォーカスずれや非点収差を大幅に抑制した
構造の表示装置を提供する。【構成】光源２からの読取光Ｌ１が入射すると共に表
示情報を含んで投射される情報光Ｌ２を通過させる偏光
プリズム３を備えた表示装置において、前記偏光プリズ
ムは、前記読取光が通過する１つの透明板７と互いに対
向して前記情報光が通過する一対の透明板８，９とを有
する筐体１０と、表面に偏光膜が形成されて前記筐体内
に前記情報光の光軸と所定の角度をなして配置された偏
光板１１と、前記筐体の内部に充填された液体１５とを
有し、前記一対の透明板の内、少なくとも一方の透明板
の全部或いは一部は、この透明板の平面の法線方向に前
記筐体内の圧力変化に応じて移動可能に設けられるよう
に構成する。これにより、温度変化に伴う液体の体膨張
変化により透明板を移動させ、光学的距離の変化を相殺
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光源からの光を
偏光させた偏光光を液晶ライトバルブに入射させ、バル
ブの表示情報に応じてこの液晶ライトバルブで変調され
た情報光を投射光学系にてスクリーン等に投射する表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、投射型の表示装置としては、例
えば液晶ライトバルブを用いた表示装置が知られてい
る。この表示装置は、例えば液晶層と反射層と光導電層
等を積層してなる反射型の液晶ライトバルブが、光導電
層を介して液晶層に形成された表示画像に偏光光を投射
することにより、表示画像に応じて変調された光が反射
して情報光として射出して行くという性質を利用したも
のであり、光源からの読取光を偏光させてライトバルブ
に向け、且つライトバルブからの情報光の特定成分のみ
をスクリーン側に透過させる目的で、偏光プリズムが用
いられる。

【０００３】そして、この偏光プリズム中には、光源光
と情報光の吸収で生じる熱を熱交換によって冷却し、ガ
ラス等の固体の場合と比較して容易に温度制御できる利
点を有すことから液体が充填されている。これにより、
偏光板の熱変形、非点収差を抑制して良好な偏光特性を
得ることが行なわれている。更に、液体の温度分布が均
一になるように温度制御をすることで、温度による液体
の屈折率の変化を抑制できるため、液体の温度分布の不
均一から生じる非点収差の抑制、光学的距離が変化して
生じるフォーカスずれの抑制を行なうようになってい
る。

【０００４】ところで、偏光プリズムに液体を用いるこ
とで、プリズム自体の温度が上昇すると、この点からも
プリズム自体に僅かな変形が生じて例えば光学的距離が
僅かに変化してフォーカスずれや非点収差等が発生する
ことから、これを防止するために特開平６−１３８８３
５号公報に示すように透明板を円形や楕円形状に成型し
てこれらに変形の影響が表れないようにした技術や、特
開平５−３２３１２１号公報に示すように透明平板の両
面を液体で冷却して均一な温度分布にすることが行なわ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の構造
に限らず、温度制御は応答速度が遅く、特に外気との熱
交換を行なう場合には液体温度と外気温度の温度差が大
きい程、応答性が悪いために制御が困難である。応答速
度が遅いことは所望の温度に制御できずに不均一な温度
分布が生ずることを意味する。このことは、例えば偏光
板を支持して筐体内を液体で充填した表示装置の場合、
液体の温度による屈折率が変化して投射画像のフォーカ
スずれや非点収差を生じて良好な画像が得られないこと
を意味する。特に、偏光板を２枚用いて偏光特性を改善
した表示装置のように、液体を充填した筐体が大きくな
る場合は大きな問題となる。

【０００６】このようなフォーカスずれ等は、僅か数μ
ｍ程度の変動で顕著に発生するので、この種のビジュア
ル機器の発展に伴って早期の解決が望まれている。本発
明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
フォーカスずれや非点収差を大幅に抑制した構造の表示
装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、光源からの読取光が入射すると共に表
示情報を含んで投射される情報光を通過させる偏光プリ
ズムを備えた表示装置において、前記偏光プリズムは、
前記読取光が通過する１つの透明板と互いに対向して前
記情報光が通過する一対の透明板とを有する筐体と、表
面に偏光膜が形成されて前記筐体内に前記情報光の光軸
と所定の角度をなして配置された偏光板と、前記筐体の
内部に充填された液体とを有し、前記一対の透明板の
内、少なくとも一方の透明板の全部或いは一部は、この
透明板の平面の法線方向に前記筐体内の圧力変化に応じ
て移動可能に設けられるように構成したものである。

【０００８】

【作用】上述のように構成することにより、筐体内の液
体はその材料による熱吸収係数に応じて光源からの読取
光と情報光を吸収し、熱を生じるため液体温度は上昇す
る。温度上昇に伴ない、液体はその材料による体膨張率
によって体積が増加する体膨張を生じる。体積増加によ
って圧力が発生し、この圧力によって、移動可能になさ
れた透明板は筐体外部の方向に押し出されて移動する。
液体の温度に対する屈折率変化は液体の材料で定まる
が、例えばエチレングリコール、ベンジルアルコール、
カージルオイル、これらの混合液等の場合、温度上昇に
伴ってその屈折率は低下する。つまり上記液体では情報
光が透過する偏光プリズム内での光学的距離は温度に伴
って短くなって減少し、投射光学系のフォーカス位置か
らずれて良好な画像が得られない。

【０００９】よって、前記光学的距離の減少分に相当す
る情報光が透過する偏光プリズム内での長さと、前記可
動透明板の移動量を一致させるように充填時の液体の体
積、筐体内部の体積、可動透明板が移動することで生ず
る筐体内の体積等を設定することでフォーカスずれを抑
制することができる。また、液体自体の温度で体積変化
するためその応答は瞬時である。また、攪拌装置で対流
させることで温度分布を均一として更に良好な画像を表
示することができる。更に、偏光板に流通孔を設けるこ
とにより、筐体内の全ての液体を攪拌でき、温度分布の
均一化を一層高めることができる。更に、移動可能な透
明板を補助容器で密閉状態に覆うことにより、例えば高
度や天候の変化による外気変動による影響を排除するこ
とが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明に係る表示装置の一実施例を添
付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る表示装
置を示す構成図、図２は図１に示す装置に用いる第１の
実施例に係る偏光プリズムを示す上面透視図、図３は図
２に示す偏光プリズムの側面透視図である。本実施例で
は、表示装置として、液晶ライトバルブを用いた投射型
の液晶表示装置を例にとって説明する。

【００１１】この表示装置１は、読取光Ｌ１を照射する
例えばメタルハライドランプ等よりなる光源２と、この
読取光Ｌ１を偏光させると共に情報光Ｌ２を透過させる
偏光プリズム３と、画像情報に基づいて読取光Ｌ１を変
調して情報光Ｌ２として反射させるライトバルブ４と、
偏光プリズム３を透過した情報光Ｌ２をスクリーン６上
に結像させる投射レンズを含む投射光学系５とにより主
に構成されている。ライトバルブ４は、例えば光導電層
４Ａと、反射層４Ｂと、液晶層４Ｃ等の積層構造を有し
ており、光導電層４Ａに表示情報を書き込むことによ
り、液晶層４Ｃにその表示画像の濃淡が形成される。

【００１２】偏光プリズム３は、読取光Ｌ１や情報光Ｌ
２が透過する少なくとも３面、例えばガラス製の透明板
７、８、９を備えた直方体或いは立方体状の筐体１０を
有しており、この筐体７内に、表面に偏光膜を形成した
例えば透明ガラスよりなる偏光板１１が内部を２つに区
画するように対角線上に配置されており、情報光Ｌ２の
光軸に対して所定の角度をなしている。そして、この筐
体７内には、上記各透明板７、８、９及び偏光板１１の
材料と略同一の屈折率を有する液体１５により充填され
ている。液体１５としては、例えば、エチレングリコー
ル、ベンジルアルコール、カージルオイル、シリコンオ
イル及びこれらの混合液等を用いることができるが、こ
れに限定されないのは勿論である。

【００１３】そして、情報光Ｌ２が透過する一対の透明
板８、９の内、一方の透明板、例えば図示例において
は、スクリーン側の透明板９には、少なくとも情報光Ｌ
２が通過する断面積と同一か、これよりも大きい面積を
有する可動透明板部１２が設けられる。具体的には、こ
の可動透明板部１２は、その周縁部と筐体１０側との間
を、弾性係数の小さい薄い弾性シート材１３で気密に連
結することにより、この平面の法線方向すなわちスクリ
ーン方向に対して僅かな距離だけ弾性的に移動可能にな
されている。従って、筐体１０の内部圧力の変動に応じ
てこの可動透明板部１２が移動することになる。このシ
ート材１３としてはシリコンゴムを用いることができる
が、これに限定されない。

【００１４】液体の温度変化により液体の屈折率も変動
してプリズム内での光学的距離も変動するが、この場
合、この光学的距離の変動を吸収して相殺するように、
すなわち温度変化に伴って発生する液体体積の変動によ
って引き起こされる上記可動透明板部１２の移動量が液
体の光学的距離の変動を相殺するように、筐体内部の体
積や圧力を設定してある。尚、偏光板１１の情報光Ｌ２
の通過しない隅部に、流通孔１４を設けて偏光板１１に
より区画された両側の液体の流通或いは圧抜きを行なう
ようにしてもよい。

【００１５】次に、以上のように構成された本実施例の
作用について説明する。光源２より発せられた読取光Ｌ
１は、透明板７を介して偏光プリズム３の筐体１０内に
入り、偏光板１０によりＰ波とＳ波のいずれか一方が反
射され、これが反射型のライトバルブ４に入射する。こ
のライトバルブ４では、前述のようにして表示情報によ
り読出光が変調されて情報光Ｌ２として反射される。こ
の情報光Ｌ２は、変調に応じてＳ波とＰ波が混在するこ
とになり、この情報光Ｌ２が偏光プリズム３の偏光板１
１を通過することにより一方の偏光成分が除去される。
そして、プリズム３を射出した偏光波は投射光学系５に
よってスクリーン６上に投射され、映像を映すことにな
る。

【００１６】この過程で、筐体１０中の液体１５は読取
光Ｌ１と情報光Ｌ２を吸収して熱を発生し、液体温度を
上昇させるが、液体温度の上昇に伴って液体体積は増加
して筐体内部の圧力が増加し、その結果、シリコンゴム
等の弾性係数の小さい薄いシート材１３で支持された可
動透明板部１２を筐体外部の方向、すなわちスクリーン
方向に押し出し、可動透明板部１２は移動することにな
る。この可動透明板部１２は、筐体内部と外部の圧力が
等しくなった時に停止する。また、液体の温度上昇に伴
いその屈折率は減少する。従来構造のように、透明板が
完全に固定されている場合には、液体を通過する情報光
の偏光プリズム内での光学的距離は減少してフォーカス
ずれが生じてくる。

【００１７】しかしながら、本実施例では、フォーカス
ずれを生じる光学的距離の減少分は、上記可動透明板部
１２が筐体外部に向けて移動することで増加する光学的
距離と一致するように、充填時の液体の体積と筐体内部
の体積を設定しているためにフォーカスずれは生じな
い。また、液体温度が低下した場合は、今度は上記とは
逆に筐体内部の圧力が低下し、可動透明板部１２は筐体
内部の方向に引き込まれることになり、屈折率の増加に
よる光学的距離の増加分だけ可動透明板部１２は筐体内
部に引き込まれ、よって情報光の偏光プリズム内での光
学的距離は温度変化前と等しくなる。

【００１８】このように、温度変化が生じて液体の体積
が変動し、これに伴って光学的距離が変動しても、可動
透明板部１２が光軸方向に移動することにより、変動量
を相殺することができる。この時の可動透明板部１２の
移動量は図中においてΔｄとして示されている。従っ
て、温度変化が生じてもフォーカスずれや非点収差の発
生を大幅に抑制することができ、高品質の画像の表示が
可能である。また、液体自身の体積変動によって可動透
明板部１２が移動するので、熱伝導と異なり、応答は瞬
時である。

【００１９】次に、図４及び図５に基づいて本発明の第
２の実施例に係る偏光プリズムについて説明する。尚、
図２及び図３に示す第１の実施例と同一部分については
同一符号を付して説明を省略する。図４は第２の実施例
の偏光プリズムを示す上面透視図、図５は図４に示す偏
光プリズムの側面透視図である。ここで第１の実施例と
異なる点は、筐体１０内の上部に所定の圧力、所定の体
積の気体１６を封入して密閉した点である。この気体と
しては、液体１５と反応しない不活性ガスを用いるのが
よい。

【００２０】この場合においても、前述した温度変化に
伴って発生する光学的距離の変動の相殺条件は、前述し
たと同様である。特に、この第２の実施例においては、
可動透明板部１２は、液体１５と気体１６の体膨張・収
縮で生じる筐体内部の圧力変動で移動し、筐体外部の圧
力と等しくなった時に停止する。この場合にも、第１の
実施例と同様に、フォーカスずれ等の発生を抑制して高
品質な画像を得ることができるのみならず、迅速な応答
性も確保することができる。次に、図６及び図７に基づ
いて本発明の第３の実施例に係る偏光プリズムについて
説明する。尚、図２乃至図５に示す実施例と同一部分に
ついては同一符号を付して説明を省略する。

【００２１】図６は第３の実施例の偏光プリズムを示す
上面透視図、図７は図６に示す偏光プリズムの側面透視
図である。先の第１及び第２の実施例は、筐体外部の圧
力を一定としたとき、つまり偏光プリズムが置かれる環
境の気圧が一定となっていることを前提としている。し
かしながら、環境の圧力は高度、天候によって様々に変
化するものであり、この圧力変動に対応するものが本実
施例である。ここで第２の実施例と異なる点は、可動透
明板部１２が、内部が所定の圧力の気体で充填された補
助容器１７により覆われている点である。この補助容器
１７の基部は、筐体１０側へ気密に固定されており、ま
た、補助容器１７の可動透明板部１２の対向面部は、情
報光Ｌ２を透過するために、他の透明板と同様な材質の
透明板１８として構成されている。

【００２２】このように可動透明板部１２を補助容器１
７で密閉することにより、外部環境の圧力変化が生じて
も、これと無関係に可動透明板部１２は動くことができ
る。補助容器１８内の気体は、筐体内部の気体１６と同
じものであり、筐体内部に液体１５と気体１６を封入す
る時の環境温度、気圧を同じくしておく。すなわち、こ
れらの気体を同時に封入、密閉すればよい。この封入時
の温度と液体、両気体の温度が等しいならば可動透明板
は停止したままである。

【００２３】今、読取光Ｌ１を偏光プリズム３に入射さ
せると、液体温度は次第に上昇し、例えばΔＴ℃だけ増
加したとする。液体の温度上昇は緩やかであるため、筐
体内部の気体１６の温度は液体１５の温度変化に追従
し、液体温度と常に一致する。温度上昇に伴って、筐体
内部の液体１５及び気体１６の体積は増加する。よって
内部の圧力は上昇する。ところで、補助容器１７に密閉
された気体１９は筐体内部の圧力上昇で圧縮されて体積
は減少するが、この気体１９の圧縮にしたがって補助容
器１７内の圧力は増加する。従って、補助容器１７と筐
体１０の内部の圧力が等しくなった時に可動透明板部１
２の移動は停止する。この停止位置は前述の実施例で述
べたものと同じである。

【００２４】この実施例においては、前記実施例と同一
の効果を生ずるのみならず、外部の圧力の変化に関係な
く可動透明板部１２を移動できるので、外部環境に画質
が影響されることを防止することができる。尚、１組の
可動透明板部１２と補助容器１７で構成する場合は、ス
クリーン側とは反対側の透明板８を可動透明板部とする
ことが望ましい。これは、補助容器１７に密閉された気
体１９を透過する光強度が情報によらず一定であり、よ
って温度変化も安定するからである。

【００２５】次に、図８及び図９に基づいて本発明の第
４の実施例に係る偏光プリズムについて説明する。尚、
先に説明した実施例と同一部分については同一符号を付
して説明を省略する。図８は第４の実施例の偏光プリズ
ムを示す上面透視図、図９は図８に示す偏光プリズムの
側面透視図である。この第４の実施例では筐体１０内
に、モータ２０をスクリュウ２１よりなる攪拌装置２２
を設けてあり、スクリュウを回転させることで内部の液
体１５を攪拌し、液体の温度分布を略均一にすることが
できる。液体の温度分布が均一でなければ、液体の温度
変化で生じた光学的距離の変化分と可動透明板部１２が
移動することで変化した光学的距離の変化分がフォーカ
スずれを抑制するように一致しない場合が生ずるが、本
実施例のように攪拌装置で液体を攪拌することによりこ
の温度分布が均一化され、従って、温度変化で生じた光
学的距離の変化分と可動透明板部１２の移動により生じ
た光学的距離の変化分を精度良く一致させることがで
き、フォーカスずれや非点収差の発生を一層抑制するこ
とができる。

【００２６】次に、図１０及び図１１に基づいて本発明
の第５の実施例に係る偏光プリズムについて説明する。
図１０は第５の実施例の偏光プリズムを示す上面透視図
である。図１１は図１０に示す偏光プリズムの側面透視
図である。尚、先に説明した実施例と同一部分について
は同一符号を付して説明を省略する。先の第４の実施例
の場合には、攪拌装置２２を備えているが、筐体１０内
は偏光板１１により２分割されているので、攪拌装置２
２を備えていない側の液体の攪拌は行なうことができな
い。

【００２７】そこで、この偏光板１１の適当箇所に流通
孔１４を設け、偏光板１１の両側間に位置する液体同士
が流通孔１４を通って混じり合うようになっている。図
示例においては偏光板１１を円形或いは楕円形に成形
し、その周縁部と筐体内側との間に生ずる間隙を流通孔
１４として構成している。この円形或いは楕円形の偏光
板１１は点Ｐ１〜Ｐ３に示す３点で筐体内壁に支持固定
され、固定箇所が少ないことから、熱による偏光板自体
の変形も緩和することが可能となる。

【００２８】この場合、情報光の断面積に対する偏光板
１１の大きさに関しては、ライトバルブで変調・反射さ
れた情報光はその進行方向に垂直な面（断面）では一般
的には円形若しくは楕円形であるので、上記偏光板１１
は少なくともこのエリアをカバーできる大きさを有する
円形或いは楕円形状に設定すればよい。尚、上記エリア
をカバーできるのであれば、偏光板の形状は円形或いは
楕円形状に限定されないのは勿論である。このように、
流通孔１４を設けることにより筐体１０内の全体の液体
１５を攪拌できるので、攪拌効果を高めることができ、
フォーカスずれや非点収差の発生を一層抑制することが
できる。

【００２９】尚、以上の各実施例においては、情報光Ｌ
２が透過する一対の透明板の内、スクリーン側に位置す
る透明板に可動透明板部１２を設けるようにしたが、こ
れに限定されず他方の透明板側に設けるようにしてもよ
いし、また、可動透明板部１２に替えて、この透明板全
体を可動となるように構成してもよい。また、ここでは
反射型ライトバルブを例にとって説明したが、表示情報
に応じて読取光を変調するものであれば、この型式のラ
イトバルブに限定されない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の表示装置
によれば、次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。筐体内に充填された液体自体の体膨張によって
透明板の一部或いは全部を移動させるようにしたので、
熱によって変化する光学的距離の変化分を相殺すること
ができる。従って、温度制御等を行なうことなく簡単な
構成で、フォーカスずれや非点収差の発生を抑制でき、
高品質の画像を得ることができる。また、上述のように
液体の体膨張にって透明板が移動するので応答の迅速性
を高めることができる。

【００３１】更に、可動になされた透明板を補助容器で
気密に覆うことにより、外部の環境の圧力変化に影響を
受けることなく移動させることができる。また、筐体内
に攪拌装置を設けることにより内部の液体の温度分布を
均一にでき、透明板の移動を適性に行なうことができる
ので、フォーカスずれや非点収差の発生を一層抑制する
ことができる。また更に、偏光板に流通孔を設けること
により筐体内の全ての流体を混合できるので一層温度分
布を均一化でき、従って、フォーカスずれや非点収差の
発生を更に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表示装置を示す構成図である。

【図２】図１に示す装置に用いる第１の実施例に係る偏
光プリズムを示す上面透視図である。

【図３】図２に示す偏光プリズムの側面透視図である。

【図４】第２の実施例の偏光プリズムを示す上面透視図
である。

【図５】図４に示す偏光プリズムの側面透視図である。

【図６】第３の実施例の偏光プリズムを示す上面透視図
である。

【図７】図６に示す偏光プリズムの側面透視図である。

【図８】第４の実施例の偏光プリズムを示す上面透視図
である。

【図９】図８に示す偏光プリズムの側面透視図である。

【図１０】第５の偏光プリズムを示す上面透視図であ
る。

【図１１】図１０に示す偏光プリズムの側面透視図であ
る。

【符号の説明】

１…表示装置、２…光源、３…偏光プリズム、４…ライ
トバルブ、５…投射光学系、６…スクリーン、７，８，
９…透明板、１０…筐体、１１…偏光板、１２…可動透
明板部、１３…弾性シート材、１４…流通孔、１５…液
体、１６…気体、１７…補助容器、２２…攪拌装置、、
Ｌ１…読取光、Ｌ２…情報光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの読取光が入射すると共に表示
情報を含んで投射される情報光を通過させる偏光プリズ
ムを備えた表示装置において、前記偏光プリズムは、前
記読取光が通過する１つの透明板と互いに対向して前記
情報光が通過する一対の透明板とを有する筐体と、表面
に偏光膜が形成されて前記筐体内に前記情報光の光軸と
所定の角度をなして配置された偏光板と、前記筐体の内
部に充填された液体とを有し、前記一対の透明板の内、
少なくとも一方の透明板の全部或いは一部は、この透明
板の平面の法線方向に前記筐体内の圧力変化に応じて移
動可能に設けられるように構成したことを特徴とする表
示装置。
【請求項２】前記筐体内には、所定の圧力の気体が部
分的に含まれていることを特徴とする請求項１記載の表
示装置。
【請求項３】前記移動可能になされた透明板は、所定
の圧力の気体が充填された補助容器で覆われていること
を特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
【請求項４】前記筐体の内部には、前記液体の温度分
布が略均一になるように攪拌するための攪拌装置を有す
ることを特徴とする請求項１乃至３記載の表示装置。
【請求項５】前記偏光板は、前記筐体内に前記液体を
流通させるための流通孔を有することを特徴とする請求
項１乃至４記載の表示装置。