JPH10339852A - 投射型表示装置 - Google Patents

投射型表示装置

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JPH10339852A
JPH10339852A JP9165358A JP16535897A JPH10339852A JP H10339852 A JPH10339852 A JP H10339852A JP 9165358 A JP9165358 A JP 9165358A JP 16535897 A JP16535897 A JP 16535897A JP H10339852 A JPH10339852 A JP H10339852A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るい画像と、コントラスト比の高い画像と
を切換え表示できる投射型表示装置を提供する。 【解決手段】 光源1から放射させた光束を偏光ビーム
スプリッタ4を介してライトバルブ5に集光させる照明
光学系と、ライトバルブ5によって表示の対象とされる
べき画像情報と対応して強度変調された光束を、スクリ
ーン上に拡大投影させる投影レンズ系10とを含んで構
成してある投射型表示装置における光源1から偏光ビー
ムスプリッタ4までの光路中に、光学系のFナンバーを
切換えるための光学絞り6を設けて、前記の光学絞り6
を切換えることにより、明るいがコントラスト比の低い
画像と、暗いがコントラスト比の高い画像とを切換え表
示させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は投射型表示装置、特
に、高いコントラスト比を有する画像表示の状態と、高
いスクリーン輝度を有する画像表示の状態とに、用途に
応じて切換え変更できるようにした投射型表示装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】光源から放射された光束が与えられてい
るライトバルブによって、表示の対象にされている画像
情報で強度変調された光束を、スクリーン上に拡大投影
させるようにした投射型表示装置としては、従来から透
過型のアクティブマトリックス液晶ライトバルブ、反射
型のアクティブマトリックス液晶ライトバルブ、透過型
の光書込み光読出し型空間光変調素子、反射型の光書込
み光読出し型空間光変調素子、透過型の電気書込み光読
出し型空間光変調素子、反射型の電気書込み光読出し型
空間光変調素子、透過型の電気書込み光読出し型液晶ラ
イトバルブ、反射型の電気書込み光読出し型液晶ライト
バルブ、その他のライトバルブを使用して構成したもの
が提案されて来ている。
【0003】ところで、前記のような投射型表示装置に
要求される光学性能の主なものとしては、スクリーン上
に投影される表示画像の明るさと、表示画像のコントラ
スト比とを挙げることができる。前記のように投射型表
示装置に要求される前記した2つの光学性能の内で、表
示画像の明るさという光学性能は、投射型表示装置が比
較的に明るい環境の部屋で、プレゼンテーションの用途
に使用されるような場合に、スクリーン上に明るい投影
画像を表示させるときに最も重要視される。他方、表示
画像の高いコントラスト比という光学性能は、投射型表
示装置を比較的に暗い環境の部屋で使用し、高画質の投
影画像をスクリーン上に表示させることが要求されるよ
うなときに最も重要視される。
【0004】そして、従来の投射型表示装置において、
プレゼンテーションを行なうために、比較的に明るい環
境の部屋で、スクリーン上に明るい投影画像を表示させ
ることができるような状態で、投射型表示装置が使用さ
れる場合には光源の光量を増大させ、また、比較的に暗
い環境の部屋で投影画像をスクリーン上に表示させるよ
うな状態で投射型表示装置が使用される場合には、光源
の光量を減少させるように光源の光量を可変して、スク
リーン上の画像の輝度を用途の違いに応じて変化できる
ように構成した投射型表示装置は、従来から提供されて
来ているが、前記した従来の投射型表示装置において
は、スクリーン上の画像の輝度を可変させるだけで、画
像のコントラスト比については何の配慮も払われていな
かった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光源から放
射された光束を偏光ビームスプリッタを介して、少なく
とも光変調材(例えば液晶)を含んで構成されているラ
イトバルブに集光させる照明光学系と、前記のライトバ
ルブによって表示の対象とされるべき画像情報と対応し
て強度変調された光束を、スクリーン上に拡大投影させ
る投影レンズ系とを少なくとも含んで構成されている投
射型表示装置において、それがプレゼンテーション用に
使用される場合のように、スクリーン上の画像の輝度を
高くすることが要求されるときには、一般にFナンバー
の小さな光学系が用いられる。そして、前記のようにF
ナンバーの小さな光学系における光束は、コーンアング
ルが大きいために、光軸に対して大きな角度を有する光
線を含んでいる。
【0006】投射型表示装置の構成部材の一つとして使
用されているライトバルブ、すなわち、光変調材(例え
ば液晶)を含んで構成されているライトバルブが、制御
入力に応じて光の偏光面を回転させるような動作態様で
の光変調動作を行なうものとして構成されているもので
あった場合には、ライトバルブに対して直線偏光を入射
させることが必要とされる。そのために、光源から放射
された不定偏光を、直線偏光に変換してライトバルブに
入射させるようにしており、前記した不定偏光を直線偏
光に変換する偏光子としては、偏光板または偏光ビーム
スプリッタが使用される。
【0007】ところが、前記した偏光板や偏光ビームス
プリッタは、入射光の角度依存性が高く、入射角度の大
きな光線は、不要な偏光成分までも透過または反射させ
てしまうので、投影される画像のコントラスト比を悪化
させていた。それで、既述したプレゼンテーション用の
投射型表示装置のように、スクリーン上の画像の輝度を
高くするために、Fナンバーの小さな光学系が用いられ
た場合には、光軸に対して大きな角度を有する光線が偏
光板や偏光ビームスプリッタに入射されるので、偏光板
や偏光ビームスプリッタでは、不要な偏光成分までも透
過または反射させてしまい、したがって、スクリーン上
に投影される画像はコントラスト比の低い画像品質が劣
っているものになっていた。そのために、既述した従来
の投射型表示装置のように、比較的に暗い環境の部屋で
投影画像をスクリーン上に表示させるような状態で投射
型表示装置が使用される場合に、光源の光量を減少させ
るように光源の光量を可変したところで、スクリーン上
には、コントラスト比の低い画像品質の悪い投影画像し
か表示できない。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、光源から放射
された光束を偏光ビームスプリッタを介してライトバル
ブに集光させる照明光学系と、前記のライトバルブによ
って表示の対象とされるべき画像情報と対応して強度変
調された光束を、スクリーン上に拡大投影させる投影レ
ンズ系とを少なくとも含んで構成されている投射型表示
装置において、前記した照明光学系中に設けられている
光源から偏光ビームスプリッタまでの光路中の集光レン
ズの近傍に、前記光学系のFナンバーを切換えるための
光学絞りを設けた投射型表示装置、及び光源から放射さ
れた光束を偏光ビームスプリッタを介してライトバルブ
に集光させるための一対のインテグレータを備えて構成
されている照明光学系と、前記のライトバルブによって
表示の対象とされるべき画像情報と対応して強度変調さ
れた光束を、スクリーン上に拡大投影させる投影レンズ
系とを少なくとも含んで構成されている投射型表示装置
において、前記したインテグレータの周辺部分に前記光
学系のFナンバーを切換えるための光学絞りを設けた投
射型表示装置、ならびに光源から放射された光束を偏光
ビームスプリッタを介してライトバルブに集光させる照
明光学系と、前記のライトバルブによって表示の対象と
されるべき画像情報と対応して強度変調された光束を、
スクリーン上に拡大投影させる投影レンズ系とを少なく
とも含んで構成されている投射型表示装置において、前
記光学系のFナンバーを切換えるための光学絞りを投影
レンズ系中に設けた投射型表示装置を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の投射型表示装置の具体的な内容を詳細に説明する。図
1及び図2ならびに図4は、それぞれ本発明の投射型表
示装置の異なる実施態様の要部の概略構成を示すブロッ
ク図であり、また、図3は図2に示してある本発明の投
射型表示装置の動作を説明するために用いられる図であ
り、さらに図5は偏光ビームスプリッタに対する入射光
の入射角度と、投影画像のコントラスト比との関係を説
明するための図である。
【0010】図1に示す本発明の投射型表示装置の要部
の概略構成を示すブロック図において、1は不定偏光を
放射する光源用灯管(例えば白熱灯、放電灯)、2は反
射鏡(例えば楕円反射鏡)、3はレンズであり、前記し
た光源用灯管1と反射鏡2とレンズ3とは、投射型表示
装置の光源PSを構成している。光源PSにおける光源
用灯管1から放射された不定偏光は反射鏡2で反射され
た後にレンズ3に入射され、前記のレンズ3から射出し
た光が偏光ビームスプリッタ4を介してライトバルブ5
に集光される。
【0011】前記した偏光ビームスプリッタ4は、2個
の三角プリズムの接合面に、2種類の異なる屈折率の膜
を多数層積層して構成されている偏光分離膜4aを備え
て構成されている。前記した光源PSから放射された不
定偏光が、前記した偏光ビームスプリッタ4に入射され
ることにより、前記した偏光分離膜4aで反射したS偏
光波が、ライトバルブ5(図示のライトバルブは反射型
のライトバルブ、例えば反射型のアクティブマトリック
ス液晶ライトバルブ)に入射する。前記した偏光ビーム
スプリッタ4から射出してライトバルブ5に入射するS
偏光波におけるライトバルブへの最大入射角をθ(光源
PSから偏光ビームスプリッタ4への最大入射角と同
じ)とすると、前記した照明光学系のFナンバーFno
の値は、次の(1)式で表される。 Fno=1/2sinθ …(1)
【0012】前記した図1中のライトバルブ5へ最大入
射角θ(光源PSから偏光ビームスプリッタ4への最大
入射角と同じ)で入射する光線(図1中の実線図示の光
線)の状態は、後述されている光学絞り6が無い場合に
得られるものであるとして示してある。光源PSから放
射された光束のすべてが、前記したライトバルブ5に集
光されるような明るい照明光学系を構成しようとする
と、前記したライトバルブ5への入射光束の最大入射角
θが大きな角度となるために、(1)式で示される照明
光学系のFナンバーFnoの値は小さな値となる。
【0013】そこで、図1中に図面符号6で示してある
光学絞り6を、光源PSと偏光ビームスプリッタ4との
光路中に入れて、光源PSから偏光ビームスプリッタ4
に入射する光束における外側の部分が偏光ビームスプリ
ッタ4に入射しないように遮光し、この場合に光源PS
から偏光ビームスプリッタ4に入射する入射光束の最大
入射角(偏光ビームスプリッタ4から射出してライトバ
ルブ5に入射するS偏光波におけるライトバルブへの最
大入射角と同じ)を、図1中で破線により示してある光
束のように、光学絞り6が無い状態における図1中に実
線で示してある光束の入射角に比べて小さな入射角にし
た場合における(1)式で示される照明光学系のFナン
バーFnoの値は、光学絞り6によって遮光されていな
かった状態における照明光学系のFナンバーFnoの値
よりも大きくなる。
【0014】ところで、偏光ビームスプリッタ4におけ
る偏光分離膜4aは、P偏光波を略々100%透過させ
るとともに、S偏光波を略々100%反射させるような
ブルースター角を備えているものとして構成されてい
る。そして、前記した偏光ビームスプリッタ4における
偏光分離膜4aに入射する光線の入射角が、前記したブ
ルースター角からずれた場合の偏光分離膜4aにおける
P偏光波の透過率と、S偏光波の反射率とは低下するの
であり、前記したブルースター角からずれた状態で偏光
分離膜4aに入射する光束が、投射型表示装置によって
スクリーン上に投影される画像のコントラスト比を低下
させることになる。図5は、ブルースター角度が45度
であるような偏光ビームスプリッタにおけるコントラス
ト比の入射角依存性を例示した図であり、図5を参照す
れば偏光ビームスプリッタ4における偏光分離膜4aに
入射する光線の入射角が、前記したブルースター角から
ずれるのに従って、投射型表示装置によってスクリーン
上に投影される画像のコントラスト比の低下することが
判かる。
【0015】さて、光源PSから放射された光のすべて
をライトバルブ5に集光させうるような照明光学系を備
えている投射型表示装置は、前記のように照明光学系の
FナンバーFnoが小さいために、スクリーン上に投影
された画像のスクリーン輝度を高くできるから、図1に
示す投射型表示装置において光学絞り6を全開の状態に
した場合には、比較的に明るい部屋で使用されるプレゼ
ンテーション用の投射型表示装置として好適に使用でき
る。また、図1に示す投射型表示装置において、光源P
Sと偏光ビームスプリッタ4との光路中に設けた光学絞
り6により、光源PSから偏光ビームスプリッタ4に入
射する光束における外側の所定の部分が偏光ビームスプ
リッタ4に入射しないように遮光した場合には、光学絞
り6が無い状態における図1中に実線で示してある光束
の入射角に比べて小さな入射角にした場合における
(1)式で示される照明光学系のFナンバーFnoの値
は、光学絞り6によって遮光されていなかった状態にお
ける照明光学系のFナンバーFnoの値よりも大きくな
るから、この状態で使用される図1に示す投射型表示装
置によってスクリーン上に投影される画像のコントラス
ト比は高いものになる。
【0016】すなわち、図1に示す投射型表示装置は、
光学絞り6の状態を2段階的に切換えることにより、そ
れを比較的に明るい部屋で使用されるプレゼンテーショ
ン用の投射型表示装置として好適に使用したり、あるい
は比較的に暗い部屋でコントラスト比の高い高画質の投
射画像をスクリーン上に投影させることのできる投射型
表示装置として好適に使用したりすることができる。前
記した光学絞り6の切換え態様は、例えば、光学絞り6
を図1中の位置に取付けたり取外すことができるように
したり、あるいは一般的な写真機において光学絞りとし
て採用されているような可変絞り機構が用いられてもよ
い。
【0017】次に図2に示す本発明の投射型表示装置の
要部の概略構成を示すブロック図において、1は不定偏
光を放射する光源用灯管(例えば白熱灯、放電灯)であ
り、また7はインテグレータである。前記のインテグレ
ータ7は、図示の構成例のものでは、多数の単眼レンズ
La,La…を配列してなる第1の蠅の目レンズアレイ
板7aと、多数の単眼レンズLb,Lb…を配列してな
る第2の蠅の目レンズアレイ板7bと、集光レンズ7c
とによって構成されている。光源PSにおける光源用灯
管1から放射された不定偏光は、前記した第1の蠅の目
レンズアレイ板7aにおける個々の単眼レンズLa,L
a…によって、第2の蠅の目レンズアレイ板7bにおけ
る対応する個々の単眼レンズLb,Lb…上に光源像を
結像する。
【0018】前記の第2の蠅の目レンズアレイ板7bに
おける対応する個々の単眼レンズLb,Lb…は、それ
らに個々に結像された光源像を、集光レンズ7c及び偏
光ビームスプリッタ4を介してライトバルブ5に結像さ
せる。集光レンズ7cは第2の蠅の目レンズアレイ板7
bにおける対応する個々の単眼レンズLb,Lb…の透
過光をライトバルブ5上に集光させるためのものであ
る。また、図3中に図面符号8で示す部材は、光学的絞
りとして動作するマスク部材である。偏光ビームスプリ
ッタ4は、図1に示す投射型表示装置について既述した
と同様な構成態様のものであり、三角プリズムの接合面
に、2種類の異なる屈折率の膜を多数層積層して構成さ
れている偏光分離膜4aを備えて構成されている。
【0019】図2に示す投射型表示装置を、前記のマス
ク部材8が無い状態で使用した場合には、前記した光源
PSのインテグレータ7から射出した不定偏光は、前記
した偏光ビームスプリッタ4に大きな入射角度の状態で
入射される。それで、この図2に示す投射型表示装置に
おいても、図1を参照して既述した投射型表示装置の場
合と同様に、既述した(1)式で示される照明光学系の
FナンバーFnoの値は小さな値となる。また、図2に
示す投射型表示装置が、マスク部材8を取付けた状態で
使用された場合には、前記した光源PSのインテグレー
タ7から射出される不定偏光は、偏光ビームスプリッタ
4に入射する光束における外側の部分が偏光ビームスプ
リッタ4に入射しないように遮光されるために、この場
合の(1)式で示される照明光学系のFナンバーFno
の値は、マスク部材8によって遮光されていなかった状
態における照明光学系のFナンバーFnoの値よりも大
きくなる。
【0020】それで、図2に示す投射型表示装置におい
ても、マスク部材8が無い状態で使用された場合には、
比較的に明るい部屋で使用されるプレゼンテーション用
の投射型表示装置として好適に使用でき、また、マスク
部材8によって偏光ビームスプリッタ4に入射する光束
における外側の所定の部分が偏光ビームスプリッタ4に
入射しないように遮光した場合には、照明光学系のFナ
ンバーFnoの値が大きくなるから、この状態で使用さ
れる図2に示す投射型表示装置によってスクリーン上に
投影される画像のコントラスト比は高いものになる。
【0021】すなわち、図2に示す投射型表示装置にお
いても、マスク部材8によって光学絞りの状態を2段階
的に切換えることにより、それを比較的に明るい部屋で
使用されるプレゼンテーション用の投射型表示装置とし
て好適に使用したり、あるいは比較的に暗い部屋でコン
トラスト比の高い高画質の投射画像をスクリーン上に投
影させることのできる投射型表示装置として好適に使用
したりすることができる。そして、前記したマスク部材
8の切換え態様は、例えば、マスク部材8を図2中の位
置に取付けたり取外すことができるようにしたり、ある
いは一般的な写真機において光学絞りとして採用されて
いるような可変絞り機構が用いられてもよい。なお、図
1及び図2に示す投射表示装置において、図面符号10
で示してある構成部分は投影レンズである。
【0022】次に、図4は本発明の投射型表示装置の他
の実施例の要部の概略構成を示すブロック図であり、こ
の図において図面符号4,5,10で示す構成部分は、
図1及び図2を参照して既述した投射型表示装置におい
て図面符号PS,5,10を付してある構成部分と同様
な構成部分、すなわち、光源PS、ビームスプリッタ
4、ライトバルブ5、投影レンズ10である。この図4
に示す投射型表示装置は、光源PSから放射された光束
を偏光ビームスプリッタ4を介してライトバルブ5に集
光させる照明光学系と、前記のライトバルブ5によって
表示の対象とされるべき画像情報と対応して強度変調さ
れた光束を、スクリーン上に拡大投影させる投影レンズ
10とを含んで構成されている投射型表示装置における
投影レンズ10に、光学系のFナンバーを切換えるため
の光学絞り11を設けた構成態様としてものである。1
0a,10bはレンズである。
【0023】図4に示す投射型表示装置は、光源PSか
ら放射された不定偏光が、偏光ビームスプリッタ4によ
ってS偏光波とされてライトバルブ5に集光され、ライ
トバルブ5で光変調された状態でライトバルブ5から射
出したP偏光波出力を、投射レンズ10によってスクリ
ーンに投影し、スクリーン上に画像を表示させる場合
に、投影レンズ10内に設けた光学絞り11を2段階に
切換えることにより、比較的に明るい部屋で使用される
プレゼンテーション用の投射型表示装置として好適に使
用したり、あるいは比較的に暗い部屋でコントラスト比
の高い高画質の投射画像をスクリーン上に投影させるこ
とのできる投射型表示装置として好適に使用したりする
ことができる。前記した光学絞り11の切換え態様は、
例えば、一般的な写真機において光学絞りとして採用さ
れているような可変絞り機構が用いられてもよい。
【0024】すなわち、図4に示す投射型表示装置で
は、光源PSから放射された不定偏光のすべてが前記し
たライトバルブ5に集光できるようなFナンバーFno
の値の小さな明るい照明光学系を使用し、比較的に明る
い部屋でプレゼンテーション用の投射型表示装置として
使用する場合には投影レンズ10内に設けた光学絞り1
1を開放の状態として、投影レンズ10もFナンバーF
noの小さな明るいレンズ系として、図4中の実線で示
すような光線が投影レンズ10からスクリーンに投影さ
れるようにして、明るい画像がスクリーン上に表示され
るようにする。
【0025】また、図4に示す投射型表示装置で比較的
に暗い部屋でコントラスト比の高い高画質の投射画像を
スクリーン上に投影させようとする場合には、光源PS
から放射された不定偏光のすべてが前記したライトバル
ブ5に集光できるようなFナンバーFnoの値の小さな
明るい照明光学系を使用しているが、投影レンズ10内
に設けた光学絞り11を所定の状態に絞った状態とし
て、図4中の破線で示すような光線が投影レンズ10か
らスクリーンに投影されるように、すなわち、前記のよ
うにFナンバーFnoの値の小さな明るい照明光学系が
使用されているために、偏光ビームスプリッタに大きな
入射角で入射した光によって発生した画像のコントラス
ト比を低下させる光成分は、前記した光学絞り11で遮
断させて、投影レンズ10からスクリーンに投影されな
いようにして、コントラスト比の高い高画質の画像がス
クリーン上に表示されるようにする。
【0026】
【発明の効果】以上、詳細に説明したところから明らか
なように本発明の投射型表示装置は、光学絞りを用いて
光学系のFナンバーを切換えることによって、比較的に
明るい部屋で使用されるプレゼンテーション用の投射型
表示装置として好適に使用したり、あるいは比較的に暗
い部屋でコントラスト比の高い高画質の投射画像をスク
リーン上に投影させることのできる投射型表示装置とし
て好適に使用したりすることができるのであり、本発明
によれば既述した従来の問題点は良好に解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投射型表示装置の要部の概略構成を示
すブロック図である。
【図2】本発明の投射型表示装置の要部の概略構成を示
すブロック図である。
【図3】図2に示してある本発明の投射型表示装置の動
作を説明するために用いられる図である。
【図4】本発明の投射型表示装置の要部の概略構成を示
すブロック図である。
【図5】偏光ビームスプリッタに対する入射光の入射角
度と、投影画像のコントラスト比との関係を説明するた
めの図である。
【符号の説明】
1…不定偏光を放射する光源用灯管、2…反射鏡、3,
7c…レンズ、4…偏光ビームスプリッタ、5…ライト
バルブ、6,9…光学絞り、7…インテグレータ、8…
マスク部材、10…投影レンズ、PS…光源、La,L
b…単眼レンズ、7a…第1の蠅の目レンズアレイ板、
7b…第2の蠅の目レンズアレイ板、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から放射された光束を偏光ビームス
    プリッタを介してライトバルブに集光させる照明光学系
    と、前記のライトバルブによって表示の対象とされるべ
    き画像情報と対応して強度変調された光束を、スクリー
    ン上に拡大投影させる投影レンズ系とを少なくとも含ん
    で構成されている投射型表示装置において、前記した照
    明光学系中に設けられている光源から偏光ビームスプリ
    ッタまでの光路中に、前記光学系のFナンバーを切換え
    るための光学絞りを設けてなる投射型表示装置。
  2. 【請求項2】 光学系のFナンバーを切換えるための光
    学絞りを照明光学系中に設けられている集光レンズの近
    傍に設置した請求項1の投射型表示装置。
  3. 【請求項3】 光源から放射された光束を偏光ビームス
    プリッタを介してライトバルブに集光させるための一対
    のインテグレータを備えて構成されている照明光学系
    と、前記のライトバルブによって表示の対象とされるべ
    き画像情報と対応して強度変調された光束を、スクリー
    ン上に拡大投影させる投影レンズ系とを少なくとも含ん
    で構成されている投射型表示装置において、前記したイ
    ンテグレータの周辺部分に前記光学系のFナンバーを切
    換えるための光学絞りを設けてなる投射型表示装置。
  4. 【請求項4】 光源から放射された光束を偏光ビームス
    プリッタを介してライトバルブに集光させる照明光学系
    と、前記のライトバルブによって表示の対象とされるべ
    き画像情報と対応して強度変調された光束を、スクリー
    ン上に拡大投影させる投影レンズ系とを少なくとも含ん
    で構成されている投射型表示装置において、前記光学系
    のFナンバーを切換えるための光学絞りを投影レンズ系
    中に設けてなる投射型表示装置。
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