(57)【要約】【課題】切り替えによりシャーカステンとしても使用でき、シャーカステンモードの輝度が電子画像表示モードの最大輝度より明るい投写型表示装置を提供する。【解決手段】投写型表示装置５０は、光源１と、照明光学系２と、偏光ビームスプリッタ３と、反射型の液晶パネル４と、投写レンズ５と、スクリーン４９とを備えている。照明光学系２からの照明光の光路は、偏光ビームスプリッタ３の回動により２つのモードに切り替え可能である。ディスプレイモードでは、照明光が偏光ビームスプリッタ３を介して液晶パネル４に入射し、液晶パネル４からの反射光が偏光ビームスプリッタ３、投写レンズ５を介してスクリーン上に到達し、シャーカステンモードでは照明光が偏光ビームスプリッタ３および投写レンズ５を介してスクリーン上に到達する。【選択図】図１
2007206308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの出射光を照明光に変換する照明光学系と、
前記照明光の光路を第１および第２の状態に切替可能な光路切替光学系と、
電気信号に応じて光学像が形成されるライトバルブと、
前記光路切替光学系からの出射光を拡大投写する投写レンズと、
前記投写レンズからの投写光を受けるスクリーンとを備え、
前記第１の状態では、前記照明光が前記光路切替光学系を介して前記ライトバルブに入射し、前記ライトバルブからの反射光が前記光路切替光学系、前記投写レンズを介して前記スクリーン上に到達し、
前記第２の状態では、前記照明光が前記光路切替光学系および前記投写レンズを介して前記スクリーン上に到達する、
投写型表示装置。
【請求項２】
前記光路切替光学系は、反射面を有する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタを有しており、
前記第１および第２の状態では、前記照明光が入射する前記偏光ビームスプリッタの入射光軸に対する前記反射面の姿勢が異なる、
請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記第１の状態と前記第２の状態との切り替えは、前記偏光ビームスプリッタの回動により行われる、
請求項２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記偏光ビームスプリッタの回動軸は、前記偏光ビームスプリッタの入射光軸および反射光軸を含む平面に略垂直である、
請求項３に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記光路切替光学系は、前記偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記１／４波長板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記１／４波長板は光路上から引き抜かれる、
請求項３または４に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記第１の状態では、前記１／４波長板の光学軸が前記偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に略垂直または略平行である、
請求項５に記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記光路切替光学系は、前記偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記偏光板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記偏光板は光路上から引き抜かれる、
請求項３から６のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記光路切替光学系は、２つの前記偏光ビームスプリッタを有しており、
前記第１の状態では、一方の前記偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入され、
前記第２の状態では、他方の前記偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入される、
請求項２に記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記光路切替光学系は、前記一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記１／４波長板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記１／４波長板は光路上から引き抜かれる、
請求項８に記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記第１の状態では、前記１／４波長板の光学軸が前記一方の偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に略垂直または略平行である、
請求項９に記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
前記光路切替光学系は、前記一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記偏光板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記偏光板は光路上から引き抜かれる、
請求項８から１０のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
光源と、
前記光源からの出射光を照明光に変換するための照明光学系と、
前記照明光学系からの照明光を色が異なる複数の光に分解する色分解光学系と、
各前記分解光の光路上に配置され、各前記分解光の光路を第１および第２の状態に切替可能な複数の光路切替光学系と、
電気信号に応じて各前記分解光に対応する光学像が形成される複数のライトバルブと、
前記複数の光路切替光学系から出射した複数の前記分解光を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系から出射した光束を拡大投写する投写レンズと、
前記投写レンズからの投写光を受けるスクリーンとを備え、
前記第１の状態では、前記分解光が前記光路切替光学系を介して前記ライトバルブに入射し、前記ライトバルブからの反射光が前記光路切替光学系、前記色合成光学系、および前記投写レンズを介して前記スクリーン上に到達し、
前記第２の状態では、前記分解光が前記光路切替光学系、前記色合成光学系、および前記投写レンズを介して前記スクリーン上に到達する、
投写型表示装置。
【請求項１３】
前記光路切替光学系は、反射面を有する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタを有しており、
前記第１および第２の状態では、前記分解光が入射する前記偏光ビームスプリッタの入射光軸に対する前記反射面の姿勢が異なる、
請求項１２に記載の投写型表示装置。
【請求項１４】
前記第１の状態と前記第２の状態との切り替えは、前記偏光ビームスプリッタの回動により行われる、
請求項１３に記載の投写型表示装置。
【請求項１５】
前記偏光ビームスプリッタの回動軸は、入射光軸および反射光軸を含む平面に略垂直である、
請求項１４に記載の投写型表示装置。
【請求項１６】
前記複数の光路切替光学系の各前記偏光ビームスプリッタを連結し、各前記偏光ビームスプリッタの回動運動を連動させるための連結機構をさらに備えた、
請求項１４または１５に記載の投写型表示装置。
【請求項１７】
前記光路切替光学系は、前記偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記１／４波長板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記１／４波長板は光路上から引き抜かれる、
請求項１４から１６のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項１８】
前記光路切替光学系は、前記偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記偏光板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記偏光ビームスプリッタの回動により前記偏光板は光路上から引き抜かれる、
請求項１４から１７のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項１９】
各前記光路切替光学系は、２つの前記偏光ビームスプリッタを有しており、
前記第１の状態では、各前記光路切替光学系の一方の前記偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入され、
前記第２の状態では、各前記光路切替光学系の他方の前記偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入される、
請求項１３に記載の投写型表示装置。
【請求項２０】
前記複数の光路切替光学系のうち少なくともいずれか１つは、前記一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記１／４波長板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記１／４波長板は光路上から引き抜かれる、
請求項１９に記載の投写型表示装置。
【請求項２１】
前記第１の状態では、前記１／４波長板の光学軸が前記一方の偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に略垂直または略平行である、
請求項２０に記載の投写型表示装置。
【請求項２２】
前記複数の光路切替光学系のうち少なくともいずれか１つは、前記一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有しており、
前記第１の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記偏光板は光路上に挿入され、
前記第２の状態では、前記一方の偏光ビームスプリッタとともに前記偏光板は光路上から引き抜かれる、
請求項１９から２１のいずれかに記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大画面の電子画像を表示するとともに面光源としても使用できる投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場では人体内部の検査のためにＸ線を用いた方法が用いられている。本来不可視のＸ線を可視化する方法として、Ｘ線が銀塩フィルムを感光させる現象を利用する方法と、Ｘ線が蛍光物質から蛍光を発生させる現象を利用する方法とがある。前者はレントゲンフィルムとして保存され、後者は蛍光物質を付着させた平板に可視画像を形成し、その可視画像を電子化し、電子画像データとしてハードディスク装置や光ディスクなどの記録媒体に保存される。レントゲンフィルムは白色光の面光源としてのシャーカステンの前面に装着して観察され、電子画像データはＣＲＴモニタや液晶モニタに表示させて観察される。
しかし、レントゲンフィルムと電子画像データとを頻繁に観察する場合、面光源としてのシャーカステンと、ＣＲＴモニタや液晶モニタなどの表示装置とを１つの場所に設置することになり、広い設置スペースが必要となる。
そこで、レントゲンフィルムと電子画像データとの両方を観察できるＣＲＴモニタが提案されている（例えば、特許文献１）。このＣＲＴモニタでは、電子画像データを観察する場合にはＣＲＴ画面上に電子画像データから再生された電子画像が表示され、レントゲンフィルムを観察する場合にはＣＲＴモニタの画面全体に白色の電子画像が表示され、ＣＲＴモニタの前面にレントゲンフィルムを置いてフィルムを透過する光を観察する。
【特許文献１】特開平７−２９９０５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、レントゲンフィルムの最大透過率は低いため、電子画像を表示する場合の最大輝度に対して、面光源として使用する場合の最大輝度は約２倍程度明るくする必要がある。そのため、例えばＣＲＴモニタの最大輝度を面光源として適切な輝度に設定すると、電子画像をＣＲＴモニタに表示した場合に画面が明るくなりすぎてしまい、医師の眼が疲れるとともにレントゲン画像の微妙な陰影に医師が気づかないおそれがある。また、ＣＲＴモニタの最大輝度を電子画像を表示するのに適切な輝度に設定すると、ＣＲＴモニタを面光源として使用した場合にレントゲンフィルムを透過する光の量が少なくなり、外光に邪魔されて重要な部分が見にくくなる。
また、ＣＲＴモニタの最大輝度を面光源として適切な輝度に設定しておき、電子画像を表示する場合に電気回路を用いて画面を暗くすることが考えられる。しかし、この場合はＣＲＴモニタの階調特性が低下し、電子画像の微妙な陰影に医師が気づかないおそれがある。
また、ＣＲＴモニタの代わりに投写型表示装置を用いる場合には、ランプの輝度を調節することが考えられるが、ランプの輝度を低くしていくと放電を維持することができない。また、投写型表示装置のライトバルブの駆動回路を調整し、ランプの輝度は変えないで、ライトバルブの透過率または反射率を低くすることによりスクリーンに投写される画像の輝度を低くすることが考えられる。しかし、この場合は投写型表示装置の階調特性が低下し、電子画像の微妙な陰影に医師が気づかないおそれがある。
【０００４】
以上に述べたように、レントゲンフィルム用の面光源としての性能と電子画像を表示するディスプレイとしての性能とを１台の電子ディスプレイで確保するのは困難である。
本発明の課題は、ディスプレイおよび面光源の両方の機能を備えた投写表示装置において、ディスプレイとしての性能と面光源としての性能とをともに確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明に係る投写型表示装置は、光源と、照明光学系と、光路切替光学系と、ライトバルブと、投写レンズと、スクリーンとを備えている。照明光学系は光源からの出射光を照明光に変換する。光路切替光学系は照明光の光路を第１および第２の状態に切替可能である。ライトバルブは電気信号に応じて光学像が形成される。投写レンズは光路切替光学系からの出射光を拡大投写する。スクリーンは投写レンズからの投写光を受ける。第１の状態では、照明光が光路切替光学系を介してライトバルブに入射し、ライトバルブからの反射光が光路切替光学系、投写レンズを介してスクリーン上に到達する。第２の状態では、照明光が光路切替光学系および投写レンズを介してスクリーン上に到達する。
この投写型表示装置では、光路切替光学系によりライトバルブを経由する第１の状態とライトバルブを経由しない第２の状態とに照明光の光路を切り替えることができる。この結果、第１の状態ではライトバルブに形成された光学像に対応する画像がスクリーン上に投写され、第２の状態では照明光学系からの白色の照明光がスクリーン上に投写される。そして第２の状態では、ライトバルブを経由していないため、第１の状態に比べて光学系全体の総合効率が高くなる。すなわち、第１の状態では適切な輝度で電子画像を表示することができるとともに、第２の状態では面光源として必要な輝度を確保することができる。これにより、この投写型表示装置では、ディスプレイとしての性能と面光源としての性能とをともに確保することができる。
【０００６】
第２の発明に係る投写型表示装置は、第１の発明において、光路切替光学系が反射面を有する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタを有している。第１および第２の状態では、照明光が入射する偏光ビームスプリッタの入射光軸に対する反射面の姿勢が異なる。
第３の発明に係る投写型表示装置は、第２の発明において、第１の状態と第２の状態との切り替えは、偏光ビームスプリッタの回動により行われる。
これにより、簡素な構造で光路の切替を行うことができる。
第４の発明に係る投写型表示装置は、第３の発明において、偏光ビームスプリッタの回動軸が入射光軸および反射光軸を含む平面に略垂直である。
第５の発明に係る投写型表示装置は、第３または第４の発明において、光路切替光学系が偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有している。第１の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により１／４波長板は光路上に挿入される。第２の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により１／４波長板は光路上から引き抜かれる。
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
第６の発明に係る投写型表示装置は、第５の発明において、第１の状態では、１／４波長板の光学軸が偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に略垂直または略平行である。
【０００７】
第７の発明に係る投写型表示装置は、第３から第６の発明のいずれかにおいて、光路切替光学系は偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有している。第１の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により偏光板は光路上に挿入される。第２の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により偏光板は光路上から引き抜かれる。
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
第８の発明に係る投写型表示装置は、第２の発明において、光路切替光学系が２つの偏光ビームスプリッタを有している。第１の状態では、一方の偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入される。第２の状態では、他方の偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入される。
これにより、簡素な構造で光路の切替を行うことができる。
第９の発明に係る投写型表示装置は、第８の発明において、光路切替光学系が一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有している。第１の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに１／４波長板は光路上に挿入される。第２の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに１／４波長板は光路上から引き抜かれる。
【０００８】
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
第１０の発明に係る投写型表示装置は、第９の発明において、第１の状態では１／４波長板の光学軸が一方の偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に略垂直または略平行である。
第１１の発明に係る投写型表示装置は、第８から第１０の発明のいずれかにおいて、光路切替光学系が一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有している。第１の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに偏光板は光路上に挿入される。第２の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに偏光板は光路上から引き抜かれる。
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
第１２の発明に係る投写型表示装置は、光源と、照明光学系と、色分解光学系と、複数の光路切替光学系と、複数のライトバルブと、色合成光学系と、投写レンズと、スクリーンとを備えている。照明光学系は光源からの出射光を照明光に変換する。色分解光学系は照明光学系からの照明光を色が異なる複数の光に分解する。光路切替光学系は、各分解光の光路上に配置され、各分解光の光路を第１および第２の状態に切替可能である。ライトバルブは電気信号に応じて各分解光に対応する光学像が形成される。色合成光学系は複数の光路切替光学系から出射した複数の分解光を合成する。投写レンズは色合成光学系から出射した光束を拡大投写する。スクリーンは投写レンズからの投写光を受ける。第１の状態では、分解光が光路切替光学系を介してライトバルブに入射し、ライトバルブからの反射光が光路切替光学系、色合成光学系、および投写レンズを介してスクリーン上に到達する。第２の状態では、分解光が光路切替光学系、色合成光学系、および投写レンズを介してスクリーン上に到達する。
【０００９】
この投写型表示装置では、光路切替光学系によりライトバルブを経由する第１の状態とライトバルブを経由しない第２の状態とに各分解光の光路を切り替えることができる。この結果、第１の状態では各ライトバルブに形成された光学像の合成画像がスクリーン上に投写され、第２の状態では光源からの白色光が各ライトバルブを経由することなくスクリーン上に投写される。そして第２の状態では、ライトバルブを経由していないため、第１の状態に比べて光学系全体の総合効率が高くなる。すなわち、第１の状態では適切な輝度で電子画像を表示することができるとともに、第２の状態では面光源として必要な輝度を確保することができる。これにより、この投写型表示装置では、ディスプレイとしての性能と面光源としての性能とをともに確保することができる。
第１３の発明に係る投写型表示装置は、第１２の発明において、光路切替光学系が反射面を有する少なくとも１つの偏光ビームスプリッタを有している。第１および第２の状態では、分解光が入射する偏光ビームスプリッタの入射光軸に対する反射面の姿勢が異なる。
第１４の発明に係る投写型表示装置は、第１３の発明において、第１の状態と第２の状態との切り替えが偏光ビームスプリッタの回動により行われる。
【００１０】
これにより、簡素な構造で分解光の光路の切替を行うことができる。
第１５の発明に係る投写型表示装置は、第１４の発明において、偏光ビームスプリッタの回動軸が入射光軸および反射光軸を含む平面に略垂直である。
第１６の発明に係る投写型表示装置は、第１４または第１５の発明において、複数の光路切替光学系の各偏光ビームスプリッタを連結し、各偏光ビームスプリッタの回動運動を連動させるための連結機構をさらに備えている。
これにより、より簡素な構造で分解光の光路の切替を行うことができる。
第１７の発明に係る投写型表示装置は、第１４から第１６の発明のいずれかにおいて、光路切替光学系が偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有している。第１の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により１／４波長板は光路上に挿入される。第２の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により１／４波長板は光路上から引き抜かれる。
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
第１８の発明に係る投写型表示装置は、第１４から第１７の発明のいずれかにおいて、光路切替光学系が偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有している。第１の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により偏光板は光路上に挿入される。第２の状態では、偏光ビームスプリッタの回動により偏光板は光路上から引き抜かれる。
【００１１】
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
第１９の発明に係る投写型表示装置は、第１３の発明において、各光路切替光学系が２つの偏光ビームスプリッタを有している。第１の状態では、各光路切替光学系の一方の偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入される。第２の状態では、各光路切替光学系の他方の偏光ビームスプリッタのみが光路上に挿入される。
これにより、簡素な構造で分解光の光路の切替を行うことができる。
第２０の発明に係る投写型表示装置は、第１９の発明において、複数の光路切替光学系のうち少なくともいずれか１つは、一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた１／４波長板をさらに有している。第１の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに１／４波長板は光路上に挿入される。第２の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに１／４波長板は光路上から引き抜かれる。
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
第２１の発明に係る投写型表示装置は、第２０の発明において、第１の状態では、１／４波長板の光学軸が一方の偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に略垂直または略平行である。
【００１２】
第２２の発明に係る投写型表示装置は、第１９から第２１の発明のいずれかにおいて、複数の光路切替光学系のうち少なくともいずれか１つは、一方の偏光ビームスプリッタに取り付けられた偏光板をさらに有している。第１の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに偏光板は光路上に挿入される。第２の状態では、一方の偏光ビームスプリッタとともに偏光板は光路上から引き抜かれる。
これにより、第２の状態の光学系全体の総合効率を高く保った状態で、第１の状態においてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る投写型表示装置では、光路切替光学系により第１および第２の状態に光路を切り替えることができるため、第１の状態では電子画像をスクリーンに表示することができ、第２の状態では高効率の照明光を利用してスクリーンを白色の面光源として使用することができる。これにより、ディスプレイとしての性能と面光源としての性能とをともに確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜１＞第１実施形態
（１）投写型表示装置の全体構成
図１〜図８を用いて、本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置について説明する。図１に本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置５０の光学系の概略構成図、図２に第１および第２レンズアレイ板１０、１１の斜視図、図３に偏光変換光学系１２を構成するプリズム板２１の斜視図、図４に第１および第２レンズアレイ板１０，１１、偏光変換光学系１２の位置関係を示す図、図５に表示領域の対応関係の説明図、図６に投写型表示装置５０のキャビネット内の概略構成図、図７にスクリーン４９の概略構成図、図８に投写型表示装置５０の斜視図を示す。
投写型表示装置５０は、スクリーン上に複数の電子画像の投写像を並べて表示できる装置であり、電子画像を表示するディスプレイモード（第１の状態）と面光源として使用できるシャーカステンモード（第２の状態）とに切り替えが可能であることに特徴を有している。ディスプレイモードおよびシャーカステンモードの切り替えの詳細については後述する。投写型表示装置５０の光学系は、図１に示すように、光源１と、照明光学系２と、光路切替光学系としての偏光ビームスプリッタ３と、ライトバルブとしての液晶パネル４と、投写レンズ５と、スクリーン４９とから主に構成されている。本実施形態に係る投写型表示装置５０は、例えばスクリーン４９上の横方向に３枚の電子画像を並べて表示できる。なお、図１はディスプレイモードの状態を示している。
【００１５】
１）光源
光源１は、ランプ６と、凹面鏡７とから主に構成されている。ランプ６は例えば超高圧水銀ランプである。凹面鏡７はガラス製基材から構成されており、内面８が回転楕円面となっており、内面８には可視光を反射し赤外光を透過させる光学多層膜が蒸着されている。凹面鏡７の中央にはランプ６の発光管を貫通させるための窓が設けられている。ランプ６と凹面鏡７とは、ランプ６の発光体の中心が凹面鏡７の第１焦点と一致するように一体化されている。光源１から出射する光量は、ディスプレイモードにおいて、スクリーン４９に表示される画像の最大輝度が画像を観察するのに適切な輝度になるように設定されている。
２）照明光学系
照明光学系２は、光源１から出射する光束を取り込むとともに取り込んだ光束により被照明領域を照明するための光学系であり、図１に示すように、コリメータレンズ９と、第１および第２レンズアレイ板１０，１１と、偏光変換光学系１２と、補正レンズ１３と、平面ミラー１４と、フィールドレンズ１５とから主に構成されている。
コリメータレンズ９は、光源１から出射する光束を平行光束に変換するためのレンズであり、図１に示すように凹面鏡７の出射側に配置されている。コリメータレンズ９は、例えばガラス製の両凹レンズであり、その入射側焦点が凹面鏡７の第２焦点とほぼ一致するように配置されている。凹面鏡７の第１焦点から出射して凹面鏡７の内面８で反射した光束は、凹面鏡７の第２焦点を通過してコリメータレンズ９に入射し、コリメータレンズ９から光軸Ａ１と平行に出射する。コリメータレンズ９から出射した平行光束は、第１レンズアレイ板１０、第２レンズアレイ板１１を順に透過して偏光変換光学系１２に入射する。
【００１６】
第１レンズアレイ板１０は、コリメータレンズ９からの平行光束を複数の部分光束に分割するためのレンズであり、図２に示すように、出射面には複数の第１微小レンズ２６がマトリックス状に形成されており、入射面には平面２０が形成されている（図４参照）。各第１微小レンズ２６は、有効領域が長方形の正レンズであり、曲率半径がすべて略同一となっている。本実施形態においては、水平方向に５個、垂直方向に１１個の第１微小レンズ２６がマトリックス状に配置されている。
第２レンズアレイ板１１は、第１レンズアレイ板１０と同一の形状を有しており、図２に示すように、第１微小レンズ２６に対応する複数の第２微小レンズ２９を有している。図４に示すように、第２レンズアレイ板１１は第２微小レンズ２９が形成されている面が入射側を向くように、そして各第２微小レンズ２９が各第１微小レンズ２６に対応するように配置されている。より具体的には、対応する第１微小レンズ２６および第２微小レンズ２９の光軸２８、３０が略一致するように、第２レンズアレイ板１１は配置されている。
偏光変換光学系１２は、第２レンズアレイ板１１から出射した複数の部分光束を高効率で直線偏光に変換するための光学系であり、図１および図４に示すように、第２レンズアレイ板１１の出射側近傍に配置されている。図３および図４に示すように、偏光変換光学系１２は、プリズム板２１と、１／２波長板２２とから主に構成されている。プリズム板２１は、プリズムの集合体であり、２つの平行平板２１ａ，２１ｂから構成されている。平行平板２１ａ，２１ｂは断面が平行四辺形である複数のプリズム２３を接着して形成されている。プリズム板２１は平行平板２１ａ，２１ｂがプリズム２３の断面が左右対称となるように接着され形成されている。各接着面には偏光方向により反射率が変化する偏光選択性多層膜２４と可視光を反射する誘電体多層膜２５とが交互に蒸着されている。本実施形態においては平行四辺形の２つの頂角は４５°である。プリズム板２１の出射面の偏光選択性多層膜２４を直進した光が通過する領域には、光学軸がプリズム２３の稜線に対して４５°となるように５枚の１／２波長板２２が接着されている。
【００１７】
図４に示すように、偏光変換光学系１２は、各偏光選択性多層膜２４が第２レンズアレイ板１１の各第２微小レンズ２９に対応するように配置されている。より具体的には、各偏光選択性多層膜２４の幅方向（図４の上下方向）の中心線が各第２微小レンズ２９の光軸３０と略一致するように、偏光変換光学系１２は配置されている。
補正レンズ１３およびフィールドレンズ１５は、偏光変換光学系１２から出射した複数の部分光束を液晶パネル４上に合成するためのレンズである。平面ミラー１４は、補正レンズ１３から出射した光軸Ａ１に平行な光束を光軸Ａ２に平行な方向に折り曲げる。本実施形態では平面ミラー１４による光束の折り曲げ角度は９０°である。
以上の構成により、この照明光学系２では、被照明領域を高効率で照明することができる。
３）偏光ビームスプリッタ
前述のように、本発明に係る投写型表示装置５０はディスプレイモードとシャーカステンモードとに切り替えることができ、各モードの切り替えは偏光ビームスプリッタ３の回動により実現される。以下に、偏光ビームスプリッタ３の詳細について説明する。図９に偏光ビームスプリッタ３の斜視図、図１０にディスプレイモードにおける偏光ビームスプリッタ周辺の構成図、図１１にシャーカステンモードにおける偏光ビームスプリッタ周辺の構成図を示す。図１０および図１１では光源１、照明光学系２の細部および投写レンズ５の細部（例えば平面ミラー６０など）が省略されている。
【００１８】
図１および図９に示すように、偏光ビームスプリッタ３は、２つのプリズム３１，３２と、偏光板３４と、１／４波長板３５とから主に構成されている。２つのプリズム３１，３２は断面が直角三角形であり、互いに接着されている。プリズム３１，３２の接着面には偏光方向により反射率が変化する反射面としての偏光選択性多層膜３３が蒸着されている。
プリズム３１の入射面には偏光板３４が貼付されており、プリズム３２の液晶パネル４に対向する出射面には１／４波長板３５が貼付されている。偏光板３４は、偏光方向がランダムな自然光が入射すると、直線偏光に近い光を出射する。１／４波長板３５は、偏光方向が所定の方向を向いた直線偏光が入射すると円偏光を出射する。１／４波長板３５は光学軸を偏光ビームスプリッタ３の入射光軸と反射光軸とを含む平面と垂直または平行となるように配置されている。ここで入射光軸とは偏光板３４から偏光ビームスプリッタ３の偏光板３４が貼付される面に垂直な有効領域の中心を通る直線であり、反射光軸とは入射光軸に沿って進む光線が偏光選択性多層膜３３で反射した光線に一致する直線である。
また、従来とは異なり、この偏光ビームスプリッタ３は回動可能となっている。具体的には図９に示すように、偏光ビームスプリッタ３の両端には２つの回動支持部材８０が取り付けられている。回動支持部材８０は、支持板８１と、スピンドル８２とから構成されている。支持板８１は、例えば外形が偏光ビームスプリッタ３に略一致した正方形を有する板状の部材であり、例えば偏光ビームスプリッタ３の端部に接着剤により取り付けられている。スピンドル８２は、支持板８１に固定された円柱状の部材であり、支持板８１の中心付近から側方へ延びている。偏光ビームスプリッタ３は、スピンドル８２を介して図示しない軸受により回動可能に支持されている。また、スピンドル８２は、キャビネット６５の前面に設けられた切替ダイヤル７４（図８参照）に連結されており、切替ダイヤル７４を回すとスピンドル８２を介して偏光ビームスプリッタ３が回動する。
【００１９】
図９に示すように、２つのスピンドル８２の中心軸８５は一致しており、この中心軸８５は偏光ビームスプリッタ３の回動軸Ａ４と一致している。回動軸Ａ４は偏光ビームスプリッタ３の入射光軸Ａ２と反射光軸Ａ３とを含む平面に垂直である。また、図９に示すように、偏光選択性多層膜３３内に回動軸Ａ４が位置するように、２つの回動支持部材８０は偏光ビームスプリッタ３に固定されている。これにより、偏光ビームスプリッタ３に含まれる偏光選択性多層膜３３は、入射光軸Ａ２と反射光軸Ａ３とを含む平面に垂直に回動する。
また、図１０の状態（ディスプレイモード）と図１１の状態（シャーカステンモード）とで偏光ビームスプリッタ３の姿勢が決まるように、回動支持部材８０は、例えば図示しないストッパ機構により、図１０の状態では回動方向の反時計回り側に、図１１の状態では回動方向の時計回り側に係止されている。これにより、入射光軸Ａ２に対する偏光選択性多層膜３３の姿勢が各モードで安定する。
さらに、回動の途中で偏光ビームスプリッタ３が液晶パネル４、フィールドレンズ１５に接触しないように、偏光ビームスプリッタ３は液晶パネル４、フィールドレンズ１５から離して配置されている。
【００２０】
以上の構成により、偏光ビームスプリッタ３は、９０°の範囲内で入射光軸Ａ２に対して回動可能となっており、偏光ビームスプリッタ３を回動させることで入射光軸Ａ２に対する偏光ビームスプリッタ３の姿勢、より詳細には入射光軸Ａ２に対する偏光選択性多層膜３３の姿勢を変えることができる。これにより、偏光ビームスプリッタ３での反射光の出射方向を変えることができ、照明光学系２からの照明光の光路を２種類に切り替えることができる。
偏光ビームスプリッタ３に、入射光軸と反射光軸とを含む平面から傾斜した光線が入射した場合、液晶パネル４に入射する光線のＳ偏光の方位と、液晶パネル４から出射する反射光線のＳ偏光の方位が平行にならないことから、コントラストが低くなるという現象が見られる。この問題は、上述したように１／４波長板を用いることにより解決される。
４）液晶パネル
液晶パネル４は、電子画像データに基づいて光学像を形成するためのもので、本実施形態では反射型液晶パネルを採用している。図５に示すように、本実施形態の液晶パネル４は、３つの表示領域４ａ，４ｂ，４ｃを有しており、異なる電子画像に対応する光学像を各表示領域４ａ，４ｂ，４ｃに形成することができる。後述するように、液晶パネル４の表示領域４ａはスクリーン４９の表示領域４９ａ，４９ｂ，４９ｃに対応している。
【００２１】
液晶パネル４は単結晶シリコン基板とガラス板との間に液晶が封入されており、シリコン基板には画素を形成するマトリックス状の反射電極が設けられている。また、反射電極の下には信号電圧を取り込むスイッチング回路と信号電圧を保持する回路とが形成されており、画像表示領域の周囲には駆動回路が形成されている。液晶は例えば垂直配向液晶であり、液晶層に電圧が印加されない場合には液晶は等方性を有し、液晶層に電圧が印加された場合は液晶は複屈折性を有する。こうして、所定の偏光方向の直線偏光を液晶パネル４に入射させると、各画素の印加電圧により各画素からの反射光の偏光状態が変化し、液晶パネル４に電子画像の電気信号に対応して複屈折性の変化として光学像が形成される。
複屈折性の変化としての光学像を輝度変化としての画像に変換するには、偏光子と検光子とが必要である。偏光子は、自然光から直線偏光を取り出して、直線偏光を液晶パネル４に入射させる。検光子は液晶パネル４からの反射光から直線偏光を取り出す。ここでは、液晶パネル４が反射型であり、入射光の光路と反射光の光路とが重なるため、光路分離が可能な偏光ビームスプリッタ３が偏光子と検光子とを兼ねている。
また、液晶パネル４の複屈折性には入射角依存性があり、偏光ビームスプリッタ３のＳ偏光反射率特性、Ｐ偏光透過率特性にも入射角依存性がある。そのため、これらの入射角依存性の影響により、スクリーン４９上の投写画像にコントラストむらを発生する場合がある。この問題を解決するには、液晶パネル４上の各画素から反射して出射する円錐状光束の中心的な光線を互いに平行にするとよく、そのためには後述する投写レンズ５のテレセントリック性を良好にするとともに、照明光学系２のテレセントリック性を良好にするとよい。そこで、フィールドレンズ１５を用いて液晶パネル４に入射する光のテレセントリック性を良好にしている。このようにすると、偏光ビームスプリッタ３の大きさも小さくなる。
【００２２】
なお、液晶パネル４に入射させる光は直線偏光に近いほど望ましく、そのために偏光ビームスプリッタ３の入射側にさらに偏光子（前置偏光子）を配置するとよい。ここでは、前置偏光子として偏光板３４を用いている。偏光板３４も偏光子の一種であり、自然光が入射すると、不要偏光成分を吸収することにより直線偏光に近い光を出射する。前置偏光子を用いることにより投写画像のコントラストを良好にすることができる。
５）投写レンズ
投写レンズ５は、液晶パネル４からの反射光をスクリーン４９に拡大投写するための光学系であり、前群５８と、後群５９と、その間に配置される平面ミラー６０とから構成されている。平面ミラー６０は、ガラス板の表面にアルミニウムを蒸着し、その上に反射率増大のための光学多層膜を蒸着したものである。平面ミラー６０により光路が９０°曲げられる。
図６に示すように、キャビネット６５の下部には図１に示す光学系の一部（より詳細には光源１から投写レンズ５までの光学系）が配置され、前部には透過型のスクリーン４９が配置され、スクリーン４９の背後には光路を折り曲げるための折り曲げミラー６８が配置されている。折り曲げミラー６８は、ガラス板の表面にアルミニウムを蒸着し、さらにその上に反射率を増大させるための光学多層膜を蒸着したものである。投写レンズ５から出射した投写光は折り曲げミラー６８で反射し、スクリーン４９に到達する。こうして、液晶パネル４に形成された光学像は投写レンズ５により画面の大きさを拡大されてスクリーン４９上に形成される。投写レンズ５内で光路を折り曲げているため、キャビネット６５がコンパクトになっている。
【００２３】
６）スクリーン
スクリーン４９は、投写レンズ５からの投写光を受けて、液晶パネル４に形成された光学像に対応する輝度変化としての画像を表示する。スクリーン４９は、例えば透過型スクリーンであり、複数のレントゲンフィルムや電子画像を並べて表示できるように、スクリーン４９は水平方向に長い長方形を有している。図５に示すように、本実施形態のスクリーン４９は３つの表示領域４９ａ，４９ｂ，４９ｃを有しており、表示領域４９ａ，４９ｂ，４９ｃはそれぞれ液晶パネル４の表示領域４ａ，４ｂ，４ｃに対応している。
図７に示すように、スクリーン４９は、レンズ面６９を観察者側に向けたフレネルレンズ７０と、内部または表面に光拡散材を有する光拡散板７１とから構成されている。フレネルレンズ７０は、投写レンズ５から拡がりながら出射する光の進行方向を光軸と平行にする。光拡散板７１は、投写レンズ５から出射する指向性の狭い光を指向性の広い光に変換する。
また、キャビネット６５の前部上端にはフィルムを保持するためのクリップが設けられており（図示せず）、図８に示すように、前部右下には電源スイッチ７３、その左側には切替ダイヤル７４が設けられている。スクリーン４９は、例えば、有効表示領域の寸法が水平１０８０ｍｍ×垂直４８０ｍｍであり、有効表示領域の画素数が水平３６００画素×垂直１６００画素である。キャビネットの外径寸法は、例えば幅１１３０ｍｍ×高さ７０９ｍｍ×奥行２８６ｍｍである。
【００２４】
（２）投写型表示装置５０の動作
前述の構成を備えた投写型表示装置５０の動作について説明する。
１）ディスプレイモード
まず、ディスプレイモード（図１０の状態）の動作について説明する。
図８に示す電源スイッチ７３をＯＮにすると、例えば光源１が点灯し液晶パネル４が駆動される。切替ダイヤル７４をディスプレイモード側（例えば反時計回り）に回すと、偏光ビームスプリッタ３が回動し図１０の状態となる。
ディスプレイモードにおける光学系の作用について説明する。図１に示すように、光源１から出射する光束はコリメータレンズ９により平行光束に変換される。コリメータレンズ９から出射する平行光束は、第１レンズアレイ板１０に入射し、各第１微小レンズ２６に対応した複数の部分光束に分割される。そして、第１レンズアレイ板１０の各第１微小レンズ２６は、第２レンズアレイ板１１の各第２微小レンズ２９上にランプ６の発光体の像を形成する。各第２微小レンズ２９は、第１レンズアレイ板１０の各第１微小レンズ２６を物体として、その物体に対応する像を無限遠に形成する。各第２微小レンズ２９から出射した光束は、偏光変換光学系１２の各偏光選択性多層膜２４に入射する。
【００２５】
偏光変換光学系１２に入射した部分光束は、偏光選択性多層膜２４により、Ｐ偏光成分が透過され、部分光束のＳ偏光成分は反射される。偏光選択性多層膜２４を透過したＰ偏光成分は、１／２波長板２２により偏波面が９０°回転したＳ偏光成分に変換される。偏光選択性多層膜２４により反射されたＳ偏光成分は、誘電体多層膜２５により反射され、光軸３０と略平行な方向へ出射する。これにより、偏光変換光学系１２に入射した部分光束を直線偏光に近い光に高効率で変換することができる。
図１に示すように、偏光変換光学系１２から出射した光束は、補正レンズ１３、平面ミラー１４、およびフィールドレンズ１５を介して偏光ビームスプリッタ３に入射する。補正レンズ１３およびフィールドレンズ１５は、無限遠に形成される第１微小レンズ２６の像を物体として、この物体に対応する実像を液晶パネル４の位置と一致させている像側焦点の位置に形成する。
第１レンズアレイ板１０の各第１微小レンズ２６の有効領域が長方形であるため、第２レンズアレイ板１１の各第２微小レンズ２９と補正レンズ１３とにより形成される像はいずれも長方形状となる。また、第１レンズアレイ板１０の第１微小レンズ２６が５５個であるので、この長方形状の像は５５個形成される。各第１微小レンズ２６の光軸２８に沿って進んだ光線は、補正レンズ１３の像側焦点を通過するため、５５個の長方形状の像は互いにほぼ重なる。個々の長方形状像の照度分布は均一性が良くないが、５５個の長方形状の像が合成されると、それぞれの照度分布の不均一性が相殺されて、照度分布の均一性が良好となる。液晶パネル４の液晶層上における照度均一性が良好になると、投写レンズ５の照度分布特性が良好であれば、投写画像の照度均一性も良好となる。
【００２６】
図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ３に入射する光束は、偏光選択性多層膜３３に対して主にＳ偏光成分の光であり、偏光板３４によりさらにＳ偏光成分に近い光に変換される。このＳ偏光成分は偏光選択性多層膜３３により反射され、１／４波長板３５を透過して液晶パネル４に入射する。
液晶パネル４には、スクリーン４９に表示したい画像に対応した電気信号が入力されており、電気信号に応じた光学像が形成されている。具体的には、各画素に表示したい輝度に応じた電圧が印加される。この結果、電圧が印加されていない画素からの反射光はＳ偏光成分のままであるため、偏光選択性多層膜３３により反射されて投写レンズ５側へは出射しない。一方、電圧が印加されている画素からの反射光はＰ偏光成分が含まれるため、そのＰ偏光成分は偏光選択性多層膜３３を透過し、投写レンズ５を透過して、スクリーン４９に到達する。これにより、電子画像データの電気信号に応じて複屈折性の変化として液晶パネル４に形成された光学像は、偏光ビームスプリッタ３により輝度変化の画像に変換され、輝度変化の画像は投写レンズ５によりスクリーン４９上に拡大投写される。
以上の説明をまとめると、ディスプレイモードでは、照明光学系２からの照明光が偏光ビームスプリッタ３の偏光選択性多層膜３３で反射して液晶パネル４に入射し、液晶パネル４からの反射光が偏光ビームスプリッタ３、投写レンズ５を順次透過してスクリーン４９上に到達する。これにより、液晶パネル４に入力された電子画像がスクリーン４９に写し出される。
【００２７】
２）シャーカステンモード
次に、シャーカステンモード（図１１の状態）について説明する。なお、光源１、照明光学系２、補正レンズ１３、平面ミラー１４、およびフィールドレンズ１５の光学的な作用については、前述のディスプレイモードと同様であるため詳細な説明は省略する。
図８に示す切替ダイヤル７４をシャーカステンモード側（例えば時計回り）に回すと、偏光ビームスプリッタ３が回動し図１１の状態となる。
この場合、反射面である偏光選択性多層膜３３の入射光軸Ａ２に対する姿勢がディスプレイモードの場合とは異なる。そのため、図１１に示すように、フィールドレンズ１５から出射した照明光が偏光ビームスプリッタ３に入射すると、入射光のうちＳ偏光成分は偏光選択性多層膜３３で反射され、光軸Ａ３に沿って投写レンズ５側へ出射する。そして、投写レンズ５を透過した光はスクリーン４９上に拡大投写される。
以上の説明をまとめると、シャーカステンモードでは、照明光学系２からの照明光が偏光ビームスプリッタ３の偏光選択性多層膜３３で反射し、液晶パネル４を経由せずに投写レンズ５側へ出射する。偏光ビームスプリッタ３からの出射光は投写レンズ５を透過し、スクリーン４９上に到達する。これにより、スクリーン４９には白色の照明光が投写され、スクリーン４９を白色の明るい面光源として使用することが可能となる。
【００２８】
また、ディスプレイモードおよびシャーカステンモードでは、照明光の光路が異なるため光学系全体の総合効率が異なる。具体的には、偏光板３４の直線偏光入射時の透過率は約８０％、１／４波長板３５の透過率は反射防止膜を施した場合で約９９％である。液晶パネル４の白表示の場合の効率は、画素開口率、反射電極の反射率、他の境界面における反射率、最大駆動電圧により支配されるが、最大で約７５％である。ただし、階調性を良好にするために実際の駆動電圧を最大駆動電圧より低くするので液晶パネル４の効率は７５％より少し低くなる。偏光ビームスプリッタ３の光束広がり角を考慮した場合のＳ偏光反射率は約９９％、Ｐ偏光透過率は約９０％である。したがって、光学系全体の総合効率を比較すると、シャーカステンモードの総合効率はディスプレイモードの総合効率の約２倍となる。すなわち、シャーカステンモードの輝度は、ディスプレイモードで画面全体を白色表示した場合の輝度に比べて約２倍程度明るくなる。そして、レントゲンフィルムの最大透過率を考慮すると、ディスプレイモードに比べて、シャーカステンモードにおける画面の輝度は約２倍程度必要とされる。以上より、シャーカステンモードにおいて最適な輝度を確保することができるとともに、ディスプレイモードにおいては面光源として必要な輝度を確保することができる。
【００２９】
（３）投写型表示装置５０の作用効果
本発明に係る投写型表示装置５０の作用効果について以下にまとめる。
この投写型表示装置５０では、偏光ビームスプリッタ３の回動により、液晶パネル４を経由するディスプレイモードと、液晶パネル４を経由しないシャーカステンモードとに光路を切り替えることができる。そして、シャーカステンモードでは、液晶パネル４を経由していないため、前述のように照明光を高効率で利用することができる。そのため、ディスプレイモードでは適切な輝度で電子画像を表示することができるとともに、シャーカステンモードでは面光源として必要な輝度を確保することができる。これにより、この投写型表示装置５０では、ディスプレイとしての性能と面光源としての性能とをともに確保することができる。
また、偏光ビームスプリッタ３の回動により光路の切り替えを行っているため、簡素な構造により各モードの切り替えを行うことができる。
さらに、偏光ビームスプリッタ３を回動することで偏光ビームスプリッタ３に取り付けられた偏光板３４および１／４波長板３５が光路へ挿入されたり、あるいは光路から引き抜かれる。そのため、シャーカステンモードにおいて光学系全体の総合効率を高く保った状態で、ディスプレイモードにおいてスクリーンに表示される画像のコントラストを向上させることができる。
【００３０】
＜２＞第２実施形態
前述の第１実施形態では、偏光ビームスプリッタ３の回動により光路を切り替えているが、が、以下に説明する構成により光路を切り替えることも考えられる。図１２に本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置１５０の光学系の概略構成図、図１３に第１および第２偏光ビームスプリッタの斜視図を示す。なお、本実施形態に係る投写型表示装置は、偏光ビームスプリッタの構成が異なることを除いて、前述の第１実施形態と同じ構成を有しているため、ここでは異なる構成を中心に説明する。前述の第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付している。
図１２に示すように、この投写型表示装置１５０は、ディスプレイモードおよびシャーカステンモードに対応する２つの第１および第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ，１０３Ｂを備えている。図１３に示すように、第１偏光ビームスプリッタ１０３Ａは、前述の第１実施形態の偏光ビームスプリッタ３と同様に偏光板１３４Ａ、１／４波長板１３５Ａ、および偏光選択性多層膜１３３Ａを有している。一方、第２偏光ビームスプリッタ１０３Ｂは偏光選択性多層膜１３３Ｂは有しているが、シャーカステンモードでは不要な偏光板および１／４波長板を有していない。
【００３１】
第１および第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ，１０３Ｂは、いずれか一方が光路上に挿入可能なように、かつ、いずれも回動不能に配置されている。具体的には、第１および第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ，１０３Ｂは、光軸Ａ２および光軸Ａ３を含む平面に垂直な方向に並んで配置されており、例えば、図示しない駆動機構により光軸Ａ２および光軸Ａ３を含む平面に垂直な方向に移動可能に配置されている。駆動機構としては、例えば第１および第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ，１０３Ｂが固定される可動枠と、可動枠を移動可能に支持する固定枠と、可動枠を固定枠に対して相対移動させる駆動モータとから構成されている。支持枠を第１および第２偏光ビームスプリッタ１０３Ａ，１０３Ｂは、偏光選択性多層膜１３３Ａ，１３３Ｂの傾きが９０°異なるように配置されている。
以上の構成により、ディスプレイモードでは第１偏光ビームスプリッタ１０３Ａが光路上に挿入され、偏光選択性多層膜１３３で反射された照明光が液晶パネル４に入射する。一方、シャーカステンモードでは第２偏光ビームスプリッタ１０３Ｂを光路上に挿入して、液晶パネル４を経由せずに投写レンズ５へ照明光を反射する。この結果、前述の第１実施形態と同様に、ディスプレイモードでは適切な輝度で電子画像を表示することができるとともに、シャーカステンモードでは面光源として適切な輝度を確保することができる。これにより、この投写型表示装置１５０では、ディスプレイとしての性能と面光源としての性能とをともに確保することができる。
【００３２】
＜３＞第３実施形態
前述の実施形態では、偏光ビームスプリッタ３が偏光板３４を有しているが、偏光板３４を別の方式の偏光子に置換したものである。図１４に本発明の第３実施形態に係る投写型表示装置の偏光ビームスプリッタ周辺の光学系の概略構成図、図１５に前置偏光子の斜視図を示す。なお、本実施形態に係る投写型表示装置は、前置偏光子以外の構成は前述の第１実施形態と同じ構成であるため、異なる構成を中心に説明する。第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付している。図１４では光源１、スクリーン４９および投写レンズ５の細部（例えば平面ミラー６０など）などは省略している。
図１４に示すように、第３実施形態に係る投写型表示装置２５０は、偏光板の代わりに、照明光学系２と偏光ビームスプリッタ２０３との間の光路上に前置偏光子２９４を備えている。図１５に示すように、前置偏光子２９４は、１つの大きなプリズム２９５と、２つの小さなプリズム２９６，２９７とから主に構成されている。プリズム２９５，２９６，２９７は例えば接着固定されており、接着面には２つの偏光選択性多層膜２９８，２９９が蒸着されている。プリズム２９５，２９６，２９７は、いずれも断面が直角二等辺三角形であり、２つの偏光選択性多層膜２９８，２９９は断面がＶ字状となっている。２つの偏光選択性多層膜２９８，２９９の交線２９３が液晶パネル４の液晶層に対して垂直となるように前置偏光子２９４は配置されている。
【００３３】
照明光学系２から出射した光は前置偏光子２９４に入射する。前置偏光子２９４から出射した光は偏光ビームスプリッタ２０３で反射され、液晶パネル４に入射する。液晶パネル４で反射された光のうちＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２０３、投写レンズ５を順に透過する。こうして、第１実施形態１の場合と同様に、液晶パネル４に形成された光学像は投写レンズ５によりスクリーン上に拡大投写される。
この前置偏光子２９４を用いると、画面水平方向の対称性が良いため、投写画像のコントラスト均一性が向上する。また、第１実施形態の偏光板に比べて耐熱性、耐光性が非常に有利となる。これにより、この投写型表示装置２５０では、前述の実施形態と同様の効果が得られるとともに、前置偏光子２９４の耐熱性、耐光性が向上するため、前述の実施形態の場合に比べて明るい投写画像を得ることができる。
なお、前置偏光子２９４の交線２９３のぼけた像がスクリーン上に現れることが懸念されるが、交線２９３付近の無効領域の幅を細くすれば全く問題ない。
＜４＞第４実施形態
前述の実施形態に加えて、フルカラー表示を可能とした第４実施形態も考えられる。図１６に本発明の第４実施形態に係る投写型表示装置３５０のディスプレイモードにおける光学系の概略構成図、図１７に偏光ビームスプリッタの連結機構の構成図、図１８に投写型表示装置３５０のシャーカステンモードにおける概略構成図を示す。なお、本実施形態に係る投写型表示装置は、フルカラー表示に対応している点を除いて、前述の第１実施形態と同じ構成を有しているため、異なる構成を中心に説明する。前述の第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付している。
【００３４】
図１６に示すように、この投写型表示装置３５０は、光源を含む光学系３０１と、色分解光学系としての２枚のダイクロイックミラー３０２，３０３と、３つのフィールドレンズ３０４，３０８，３１１と、光路切替光学系としての３つの偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２と、３つの液晶パネル３２２，３２３，３２４と、色合成光学系としての色合成プリズム３２５と、投写レンズ３３２と、図示しないスクリーンとから主に構成されている。
光学系１０１は光源と照明光学系とを組み合わせた光学系であり、例えば、前述の第１実施形態の光源１からフィールドレンズ１５までの光学系と全く同一の構成であり、パラメータが少し異なる。
２枚のダイクロイックミラー３０２，３０３は、白色光を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の原色光に分解するための光学系である。ダイクロイックミラー３０２は青色の光を透過し青色以外の光は反射する。ダイクロイックミラー３０３は緑色の光を反射し緑色以外の光は透過する。
３つのフィールドレンズ３０４，３０８，３１１は、ダイクロイックミラー３０２、３０３により分解された赤色、緑色、そして青色の原色光に対応している。フィールドレンズ３０４，３０５，３１１は、投写レンズ３０５のテレセントリック性と整合するように、液晶パネル３２２，３２３，３２４の周辺部の画素に入射する主光線を液晶層とほぼ垂直にしている。これにより、液晶パネル３２２，３２３，３２４、色分解用のダイクロイックミラー３０２，３０３、偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２、色合成プリズム３２５が有する光学特性の入射角依存性による投写画像への影響が軽減されるため、投写画像の色むら、コントラストむらを少なくすることができる。
【００３５】
３つの偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２は、それぞれ第１実施形態の偏光ビームスプリッタ３と同様の構成を有しており、入射光軸に対して回動可能に配置されている。各偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２のフィールドレンズ３０４，３０５，３１１に対向する面にはそれぞれ偏光板３３４，３３５，３３６が貼付され、液晶パネル３２２，３２３，３２４に対向する面には、光学軸が入射光軸と反射光軸とを含む平面に垂直または平行となるように、それぞれ１／４波長板３３７，３３８，３３９が貼付されている。偏光板３３５，３３６，３３７と１／４波長板３３７，３３８，３３９は投写画像のコントラストを向上するために用いられている。
３枚の液晶パネル３２２，３２３，３２４は、前述の第１実施形態と同じものであり、それぞれ赤色、緑色、そして青色の原色光に対応しており、赤色、緑色、青色に対応した光学像を形成可能である。
色合成プリズム３２５は、４つの三角プリズムの斜面に赤反射ダイクロイック多層膜３３０および青反射ダイクロイック多層膜３３１を蒸着し、赤反射ダイクロイック多層膜３３０と青反射ダイクロイック多層膜３３１とがＸ字状に交差するように４つの三角プリズムを接合したものである。
【００３６】
光学系３０１から３枚の液晶パネル３２２，３２３，３２４までの光路長を比較すると、２つの液晶パネル３２２，３２３は同一であるが、液晶パネル３２４だけは他の液晶パネル３２２，３２３より長い。光学系３０１は、２枚のレンズアレイ板を用いて液晶パネル３２２，３２３の液晶層上の照度が高く均一になるようにしている。しかし、液晶パネル３２３は他の液晶パネル３２２，３２３に比べて光学系３０１より遠い位置にあるため、照度均一性はそれほど低下しないが、照度が低くなるという問題を生じる。
そこで、リレーレンズを用いて液晶パネル３２３の液晶層上の照度が高く均一になるようにしている。第１リレーレンズ３０８はその出射側の少し離れた位置で照度均一性が良好となるようにしている。その照度分布を物体として、その像を第２リレーレンズ３１０とフィールドレンズ３１１とにより液晶パネル３２４の液晶上に形成する。第２リレーレンズ３１０は第１リレーレンズ３０８から出射して外に拡がろうとする光を内側に曲げている。こうして、液晶パネル３２４の液晶層上の照度を高く均一にし、３枚の液晶パネル３２２，３２３，３２４の液晶層上の照度分布をほぼ同じにしている。
図１６に示したディスプレイモードから図１８に示したシャーカステンモードに切り替える場合、偏光ビームスプリッタ３０６は左回りに、偏光ビームスプリッタ３０７，３１２は右回りに回動させる必要がある。３つの偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２をこのように回動させる方法の一例について説明する。
【００３７】
図１７に示すように、偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２の両端には、前述の第１実施形態と同様に回動支持部材が取り付けられている。回動支持部材はスピンドル３４１，３４２，３４３を有しており、スピンドル３４１，３４２，３４３の各中心軸３４４，３４５，３４６はそれぞれ偏光選択性多層膜３１９，３２０，３２１内に位置している。偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２はそれぞれスピンドル３４１，３４２，３４３の中心軸３４４，３４５，３４６を回動軸として９０°回動可能となっている。
偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２は、回動運動を連動させるために連結機構３６０により連結されている。具体的には、スピンドル３４１，３４２，３４３にはアーム３４７，３４８，３４９，３５０が固定されている。スピンドル３４２のみ２つのアームが取り付けられている。アーム３４７，３４８はピン１５３，１５４を介して連結板３５７により連結されており、アーム３４９，３５０はピン１５５，１５６を介して連結板３５８により連結されている。スピンドル３４２は切替ダイヤル７４（図８参照）に連結されている。
ここで、投写型表示装置３５０の動作について説明する。第１実施形態と同様に切替ダイヤル７４を回すと、スピンドル３４２が回動し、連結板１５７，１５８によりスピンドル１４１，１４３が回動する。これにより、偏光ビームスプリッタ３０７，３１２が同じ方向へ同じ角度だけ回動し、偏光ビームスプリッタ３０６が偏光ビームスプリッタ３０７，３１２と反対方向へ同じ角度だけ回動する。
【００３８】
この投写型表示装置３５０では、光学系３０１から白色光が出力され、青透過ダイクロイックミラー３０２、緑反射ダイクロイックミラー３０３で構成される色分解光学系により、白色光が赤色、緑色、青色の原色光に分解される。赤色光と緑色光とはそれぞれフィールドレンズ３０４，３０５を透過して、偏光ビームスプリッタ３０６，３０７に入射する。青色光は第１リレーレンズ３０８を透過し、平面ミラー３０９で反射され、第２リレーレンズ３１０およびフィールドレンズ３１１を順次透過して偏光ビームスプリッタ３１２に入射する。
各偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２では、各偏光選択性多層膜３１９，３２０，３２１がそれぞれ入射する原色光の波長帯域内でＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。
各偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２の偏光選択性多層膜３１９，３２０，３２１で反射された光はそれぞれ液晶パネル３２２，３２３，３２４に入射する。赤、緑、青の液晶パネル３２２，３２３，３２４には、それぞれ赤、緑、青の映像信号に応じて複屈折性の変化として光学像が形成される。３枚の液晶パネル３２２，３２３，３２４からの反射光のうちＰ偏光成分は対応する偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２を透過し、色合成プリズム３２５に入射する。
【００３９】
色合成プリズム３２５に入射した３つの原色光は、赤反射ダイクロイック多層膜３３０と青反射ダイクロイック多層膜３３１により１つの光に合成され、合成された光はテレセントリックな投写レンズ３３２に入射する。
こうして、図１６に示すディスプレイモードにおいては、３つの液晶パネル３２２，３２３，３２４に形成された光学像がフルカラー画像に合成され、投写レンズ３３２により離れて配置されるスクリーン上に拡大投写される。なお、図１６および図１８には示されていないが、投写レンズ３３２は例えば内部に平面ミラーを有するものであってもよい。
また、図１８に示すシャーカステンモードにおいては、３つの偏光ビームスプリッタ３０６，３０７，３１２は、図１に示した偏光ビームスプリッタ３と同様に、回転可能になっており、フィールドレンズ３０４，３０５，３１１から出射した光が色合成プリズム３２５に入射する構成に変えることができ、スクリーン上の画面全体を明るい白色表示とすることができる。
以上の説明から分かるように、実施の形態３における投写型表示装置は、切替ダイヤル７４を回すことにより、ディスプレイモードとシャーカステンモードとを瞬時に切り替えることができる。ディスプレイモードに設定すれば、スクリーン上に大画面で階調性の良好なフルカラーの電子画像を適切な輝度で表示することができ、シャーカステンモードに設定してレントゲンフィルムをスクリーンに重ねれば、適切な輝度でフィルム画像を観察することができる。
【００４０】
さらに、前述の第１実施形態と同様に、ディスプレイモードでは水平１２００画素×垂直１６００画素の縦長の電子画像を水平方向に３枚表示することができ、シャーカステンモードではスクリーン上に縦長半切サイズのフィルムを水平方向に３枚並べることができるので、比較観察が容易である。そのため、電子画像、レントゲンフィルムの観察から正確な診断を行いやすい。さらに、ディスプレイモードではフルカラー画像を表示することができるため、白黒表示の電子画像に有用な情報を付加してカラーで表示することができるなど高度な診断が可能になる。
なお、シャーカステンモードでは、スクリーン上に表示される画面の色調を調整したい場合には、投写器を構成する光学系の途中に多層膜を用いたダイクロイックフィルタを導入して画面の色度を調整し、液晶パネル駆動回路の調整により白バランスを調整するとよい。また、シャーカステンモードの場合のみ、光路の途中に、望ましくは色分解光学系の直後にダイクロイックフィルタが挿入されるようにすると、シャーカステンモードで画面の色を任意の色にすることもできる。
＜５＞その他の実施形態
前述の実施形態は本発明の一実施例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００４１】
（１）
前述の実施形態は、本発明の特徴的な構成以外の構成を限定するものではない。例えば、ランプ６としては、超高圧水銀ランプの他に、メタルハライドランプ、キセノンランプなどのアーク放電ランプを用いることができる。また、液晶パネルとしては、反射型であって、電子画像の信号に応じて複屈折性の変化として光学像を形成するものであれば、どのようなものでも用いることができる。
（２）
前述の実施形態では、シャーカステンモードでは画面全体を白色表示としているが、白色に限定する必要はなく、用途によっては例えば緑色、オレンジ色などの単色表示としてもよい。この場合、前述のようにシャーカステンモードの場合のみ、光路の途中に、望ましくは色分解光学系の直後にダイクロイックフィルタを挿入する。これにより、シャーカステンモードにおいて画面の色を任意の色にすることができる。
（３）
図１には、１／４波長板５６を偏光ビームスプリッタ３に貼付した構成を示したが、１／４波長板５６と偏光ビームスプリッタ３を分離し、１／４波長板５６の光学軸の方向を微調整可能な構成としてもよい。
【００４２】
（４）
前述の第４実施形態では、フルカラー表示をするために３枚の液晶パネルを用いているが、例えば２枚の液晶パネルを用いる構成も考えられる。この場合、図１６に示した構成から液晶パネル３２４および液晶パネル３２４に関係する光学素子を削除し、色合成プリズム３２５を２つの光を合成するプリズムに変更することが考えられる。このような構成では、フルカラー画像を表示することはできないが、１色よりは情報量の多い２色からなる画像を表示することができる。
（５）
前述の第４実施形態では、偏光ビームスプリッタ３０７，３１２が同じ方向に回動するが、これに限定されない。偏光ビームスプリッタや液晶パネルの配置によっては、例えば、偏光ビームスプリッタの回動方向が異なったり、あるいは同じ方向に回動する偏光ビームスプリッタが異なったりする場合も考えられる。
また、第４実施形態において、第２実施形態のように各分解光について２つの偏光ビームスプリッタ（合計６つの偏光ビームスプリッタ）を設けて、各モードで対応する偏光ビームスプリッタを挿入する構成としてもよい。
【００４３】
（６）
前述の実施形態では、偏光ビームスプリッタの回動が切替ダイヤルにより行われているが、これに限定されない。例えば、偏光ビームスプリッタの回動が駆動モータなどのアクチュエータにより行われてもよい。また、前述の第４実施形態では、連結機構３６０により各偏光ビームスプリッタの回動運動を連動させているが、各偏光ビームスプリッタにそれぞれアクチュエータを設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の投写型表示装置は、大画面で、フィルム画像と電子画像をそれぞれ適切な輝度で観察することができるため、人体内部の情報などを記録したレントゲンフィルムと電子画像データの両方が混在する医療現場において非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態１に係る投写型表示装置５０の光学系の概略構成図。
【図２】第１および第２レンズアレイ板１０、１１の斜視図。
【図３】偏光変換光学系１２を構成するプリズム板２１の斜視図。
【図４】第１、第２レンズアレイ板、および偏光変換光学系の位置関係を示す図。
【図５】表示領域の対応関係の説明図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置のキャビネット内の構成を示す縦断面概略図。
【図７】スクリーン４９の構成図。
【図８】本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置の外観斜視図。
【図９】偏光ビームスプリッタ３の斜視図。
【図１０】ディスプレイモード時の偏光ビームスプリッタ周辺の構成図。
【図１１】シャーカステンモード時の偏光ビームスプリッタ周辺の構成図。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置１５０の光学系の概略構成図。
【図１３】第１および第２偏光スプリッタの斜視図。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る投写型表示装置の前置偏光子２９４周辺の光学系の概略構成図。
【図１５】前置偏光子２９４の斜視図。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る投写型表示装置３５０のディスプレイモード時の概略構成図。
【図１７】偏光ビームスプリッタの連結機構の説明図。
【図１８】本発明の第４実施形態に係る投写型表示装置３５０のシャーカステンモード時の概略構成図。
【符号の説明】
【００４６】
１  光源
２  照明光学系
３，１０３Ａ，１０３Ｂ，２０３、３０６，３０７，３１２  偏光ビームスプリッタ（光路切替光学系）
４，３２２，３２３，３２４  液晶パネル（ライトバルブ）
５，３３２  投写レンズ
３４，３３４，３３５，３３６  偏光板
３５，３３７，３３８，３３９  １／４波長板
９  コリメータレンズ
１０  第１レンズアレイ板
１１  第２レンズアレイ板
１２  偏光変換光学系
１３  補正レンズ
１４  平面ミラー
１５  フィールドレンズ
３３  偏光選択性多層膜（反射面）
８０  回動支持部材
２９４  前置偏光子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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