JP2004094262A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

　【課題】　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。
　【解決手段】　光源１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６と、光源１からの光を反射型ライトバルブ６上に集光する照明光学系と、反射型ライトバルブ６からの光を拡大投写する投写レンズ７と、投写レンズ７の入射瞳の位置、または入射瞳と略共役な位置に配置され、開口によって光源１からの放射光の一部を遮光する絞り３１とを備え、絞り３１の開口の重心を、反射型ライトバルブ６の前面で反射された不要反射光３５のスクリーン上への投写を抑えるよう、投写レンズ７または照明光学系の光軸１２に対し、偏心して配置するとともに変位可能としている。
【選択図】　図１

Description

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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２３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。

　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２５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。

　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１０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。

　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。

　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。

　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、偏心して配置するとともに変位可能としたことを特徴とする。

　本発明によれば、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。

　本発明に係る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。

　前記本発明の投写型表示装置においては、前記絞りを、開口を有する固定絞りと前記固定絞りの開口の少なくとも一部を遮光する遮光板で構成し、かつ前記遮光板を移動させる可動手段を設けることにより前記絞りの開口の重心の変位を可能としたことが好ましい。この構成によれば、コントラスト性能と光出力とを任意に調整できる。

　また、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たことが好ましい。

　また、前記絞りを、円形の開口を有する固定絞りと円形の開口を有し、かつ開口径が変化可能な円形の開口を有する遮光板で構成し、かつ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、前記可動手段による前記遮光板の変位量を制御する制御手段を備え、
前記絞りの開口面積を、入力される映像信号のレベルに応じて自動制御することが好ましい。この構成によれば、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。

　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。この構成によれば、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。

　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。この構成によれば、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。

　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。

　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。

　また、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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　（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。

　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。

　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。

　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。

　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９０％以上となるようにロッドプリズム３の長さを設定した。

　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。

　反射型ライトバルブ６に入射した照明光３２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。

　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。

　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９０であり、９１及び９２は軸外光線束である。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　図３Ａに示した絞り３１ａは、固定絞り３６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３７ａ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。

　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３７ａは、固定絞り３６の開口の中心３６ａ（図１の光軸１２上の点）を通る水平線３９と平行な直線である辺３７ｄ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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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３７ｃ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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　（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。

　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。

　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。

　反射型ライトバルブ６に入射した照明光４６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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　（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。

　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。

　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。

　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７２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。

　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。

　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。

　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６１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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

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。 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。 本発明の第１の実施形態に係る絞りの概略構成図。 本発明の第２の実施形態に係る絞りの概略構成図。 本発明の第３の実施形態に係る絞りの概略構成図。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 従来の投写型表示装置の一例の概略構成図。 ＯＮ信号時における反射型ライトバルブの動作説明図。 ＯＦＦ信号時における反射型ライトバルブの動作説明図。

符号の説明

　１　ランプ
　２　凹面鏡
　３　ロッドプリズム
　４　コンデンサレンズ
　６　反射型ライトバルブ
　７　投写レンズ
　１２　光軸
　３１，４１，６１　絞り
　３３，４７，５２，６４，８２　ＯＮ光
　３４，４８，５３，６５，８３　ＯＦＦ光
　３５，４９，５０，５４，５５，６６，８４　不要反射光
　４４　全反射プリズム
　６２　色分解合成プリズム

Claims (12)

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、偏心して配置するとともに変位可能としたことを特徴とする投写型表示装置。
2. 　前記絞りを、開口を有する固定絞りと前記固定絞りの開口の少なくとも一部を遮光する遮光板で構成し、かつ前記遮光板を移動させる可動手段を設けることにより前記絞りの開口の重心の変位を可能とした請求項１記載の投写型表示装置。
3. 　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２記載の投写型表示装置。
4. 　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２記載の投写型表示装置。
5. 　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た請求項３記載の投写型表示装置。
6. 　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た請求項４記載の投写型表示装置。
7. 　前記絞りを、円形の開口を有する固定絞りと円形の開口を有し、かつ開口径が変化可能な円形の開口を有する遮光板で構成し、かつ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４記載の投写型表示装置。
8. 前記可動手段による前記遮光板の変位量を制御する制御手段を備え、
   前記絞りの開口面積を、入力される映像信号のレベルに応じて自動制御する請求項２から７のいずれかに記載の投写型表示装置。
9. 　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記載の投写型表示装置。
10. 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記載の投写型表示装置。
11. 　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請求項１記載の投写型表示装置。
12. 　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記載の投写型表示装置。

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