(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、画像形成手段としての反射型ライトバルブと、前記光源の放射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反射光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、
前記照明光学系の光路中にあって前記投写レンズの入射瞳と略共役な位置に開口面積の大きさを任意に可変できる遮蔽絞りとを具備し、
前記反射型ライトバルブは、出射側に透明部材を有し、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たものであり、
前記遮蔽絞りは、２つの遮光部により形成されており、
前記２つの遮光部は前記照明光学系の光軸に対して互いに所定の方向において軸対称であり、かつ前記照明光学系の光軸に対して軸対称に遮光するように可動であり、さらに前記２つの遮光部により遮蔽される領域の面積及び遮蔽される領域の形状が同一であり、
前記２つの遮光部の可動方向は、前記放射光が前記透明部材の表面で反射されて生じる表面反射光の幅が、前記投写レンズの入射瞳上の、前記ミラー素子によって前記放射光の反射方向が変化させられる方向において増減する方向に設定されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記遮蔽絞りの開口形状が、開放状態時において円形である請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記遮光部により遮蔽される領域の形状が、半円状又は三日月状である請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記遮蔽絞りにおける前記遮光部の表面には、入射する光が少なくとも８０％以上反射される金属又は誘電体多層膜による反射鏡が形成されている請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記照明光学系からの照明光が前記反射型ライトバルブに斜め方向から入射され、
前記遮蔽絞りにおける前記遮光部が、前記照明光の外周と前記反射型ライトバルブからの反射光の外周とが最も近接する位置から前記照明光学系の光軸方向に向かって遮光又は開放されるように可動できる請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記遮蔽絞りによる遮光量が、装置の外部からリモートコントロールで制御できる請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項７】
光源と、画像形成手段としての反射型ライトバルブと、前記光源の放射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、
前記照明光学系からの照明光を前記反射型ライトバルブ側へ反射し、前記反射型ライトバルブからの反射光は透過するプリズムと、
前記反射型ライトバルブからの反射光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、
前記照明光学系の光路中にあって前記投写レンズの入射瞳と略共役な位置に開口面積の大きさを任意に可変できる遮蔽絞りとを具備し、
前記反射型ライトバルブは、出射側に透明部材を有し、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たものであり、
前記遮蔽絞りが２つの遮光部により形成されており、
前記２つの遮光部は、前記照明光学系の光軸に対して互いに所定の方向において軸対称であり、かつ前記照明光学系の光軸に対して軸対称に遮光するように可動であり、さらに前記２つの遮光部により遮蔽される領域の面積及び遮蔽される領域の形状が同一であり、
前記２つの遮光部の可動方向は、前記放射光が前記透明部材の表面で反射されて生じる表面反射光の幅が、前記投写レンズの入射瞳上の、前記ミラー素子によって前記放射光の反射方向が変化させられる方向において増減する方向に設定されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項８】
前記遮蔽絞りの開口形状が、開放状態時において円形である請求項７記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記遮光部により遮蔽される領域の形状が、半円状又は三日月状である請求項７記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記遮蔽絞りにおける前記遮光部の表面には、入射する光が少なくとも８０％以上反射される金属又は誘電体多層膜による反射鏡が形成されている請求項７記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
前記照明光学系からの照明光が前記反射型ライトバルブに斜め方向から入射され、
前記遮蔽絞りにおける前記遮光部が、前記照明光の外周と前記反射型ライトバルブからの反射光の外周とが最も近接する位置から前記照明光学系の光軸方向に向かって遮光又は開放されるように可動できる請求項７記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
前記遮蔽絞りによる遮光量が、装置の外部からリモートコントロールで制御できる請求項７記載の投写型表示装置。
【請求項１３】
光源と、画像形成手段としての３つの反射型ライトバルブと、前記光源の放射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、
前記照明光学系からの照明光を前記反射型ライトバルブ側へ反射し、前記反射型ライトバルブからの反射光は透過する第１のプリズムと、
前記照明光を赤・青・緑の３原色光に分解、及び前記３つの反射型ライトバルブからの反射光を１つ合成する第２のプリズムと、
前記反射型ライトバルブからの反射光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、
前記照明光学系の光路中にあって前記投写レンズの入射瞳と略共役な位置に開口面積の大きさを任意に可変できる遮蔽絞りとを具備し、
前記反射型ライトバルブは、出射側に透明部材を有し、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たものであり、
前記遮蔽絞りが２つの遮光部により形成されており、
前記２つの遮光部は、前記照明光学系の光軸に対して互いに所定の方向において軸対称であり、かつ前記照明光学系の光軸に対して軸対称に遮光するように可動であり、さらに前記２つの遮光部により遮蔽される領域の面積及び遮蔽される領域の形状が同一であり、
前記２つの遮光部の可動方向は、前記放射光が前記透明部材の表面で反射されて生じる表面反射光の幅が、前記投写レンズの入射瞳上の、前記ミラー素子によって前記放射光の反射方向が変化させられる方向において増減する方向に設定されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１４】
前記遮蔽絞りの開口形状が、開放状態時において円形である請求項１３記載の投写型表示装置。
【請求項１５】
前記遮光部により遮蔽される領域の形状が、半円状又は三日月状である請求項１３記載の投写型表示装置。
【請求項１６】
前記遮蔽絞りにおける前記遮光部の表面には、入射する光が少なくとも８０％以上反射される金属又は誘電体多層膜による反射鏡が形成されている請求項１３記載の投写型表示装置。
【請求項１７】
前記照明光学系からの照明光が前記反射型ライトバルブに斜め方向から入射され、
前記遮蔽絞りにおける前記遮光部が、前記照明光の外周と前記反射型ライトバルブからの反射光の外周とが最も近接する位置から前記照明光学系の光軸方向に向かって遮光又は開放されるように可動できる請求項１３記載の投写型表示装置。
【請求項１８】
前記遮蔽絞りによる遮光量が、装置の外部からリモートコントロールで制御できる請求項１３記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大画面映像を得るための方法として、ライトバルブ上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、投写レンズを用いてスクリーン上に拡大投写する方法が良く用いられている。かかる方法においては、ライトバルブとして反射型ライトバルブを用いることで、高い解像度と高い画素開口率と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することが可能となる。
【０００３】
図９に、上述したような反射型ライトバルブを用いた従来の投写型表示装置における光学系の構成例示図を示す。図９において、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１０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１０の有効表示面と略同じアスペクト比を有する四角柱状のロッドプリズム４、コンデンサレンズ５、集光ミラー６によって構成されている。
【０００４】
まず、凹面鏡２は反射面の断面形状が楕円形をなしており、第１焦点と第２焦点を有している。そして、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ており、ロッドプリズム４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。なお、凹面鏡２は、ガラス製機材の内面に、赤外光を透過させ、可視光を反射させる性質を有する光学多層膜を形成したものである。
【０００５】
次に、ランプ１から放射された光は、凹面鏡２によって反射及び集光され、凹面鏡２の第２焦点においてランプ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ってしむという問題が生じていた。かかる問題に対し、第２焦点付近にロッドプリズム４の入射面を配置し、ロッドプリズム４の側面で入射光を多重反射させて輝度の均一化を図っている。こうすることで、ロッドプリズム４の出射面を２次面光源として、以降に配置されているコンデンサレンズ５、集光レンズ６８によって、反射型ライトバルブ１０上に結像させることにより、照明光の均一性を確保することが可能となる。
【０００６】
なお、ランプ１から出力される白色光は、凹面鏡２の第２焦点付近に配置されたカラーホイール３によって赤・緑・青の３原色に時分割される。カラーホイール３は、３原色のうち、１色のみを透過する３種類のカラーフィルタを組み合わせて構成したものであり、これを回転させることによって、順次、赤・緑・青の３原色を反射型ライトバルブ１０上に時分割で照明させ、１つの表示素子（反射型ライトバルブ１０）上においてフルカラーの投写画像を表示できるようにしている。
【０００７】
次に、反射型ライトバルブ１０の動作について、図１０を用いて説明する。図１０は、従来の投写型表示装置における反射型ライトバルブの動作説明図である。
【０００８】
一般に反射型ライトバルブ１０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。そして、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に対して傾斜している。そして、照明主光線２４はカバーガラス２３を透過した後、ミラー素子２１に入射及び反射され、再びカバーガラス２３から出射される。
【０００９】
具体的には、まずＯＮ信号時においては、図１０（ａ）に示すように、照明主光線２４の入射角を、ＯＮ光主光線２５が平面２２と垂直な方向、すなわ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。
【００１０】
また、ＯＦＦ信号時においては、図１０（ｂ）に示すように、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することになり、照明主光線２４とＯＦＦ光主光線２６とのなす角度は６θとなる。
【００１１】
したがって、図９に示すように、反射型ライトバルブ１０に入射する照明光１２は、ＯＮ信号時にはＯＮ光１３として投写レンズ１１に入射し、ＯＦＦ信号時にはＯＦＦ光１４として投写レンズ１１の有効径の外側へと進行することになる。このように、ＯＮ光１３とＯＦＦ光１４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ことになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示すカバーガラス２３と外部媒質である空気との界面においては反射光が必ず発生し、かかる反射光は、図９において斜線部で示す不要反射光１５として進行することになる。そして、不要反射光１５の一部は、ＯＮ／ＯＦＦいずれの信号時においても投写レンズ１１に入射することになってしまうために、特にＯＦＦ信号時における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大きく劣化させる要因となってしまうという問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解決するために、色再現性等の表示性能に影響を及ぼすことなく、不要反射光を効率良くカットしてコントラストを向上させるとともに、コントラスト性能を任意に調整できる機能を有する投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる投写型表示装置は、光源と、画像形成手段としての反射型ライトバルブと、光源の放射光を反射型ライトバルブ上に集光する照明光学系と、反射型ライトバルブからの反射光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、照明光学系の光路中にあって投写レンズの入射瞳と略共役な位置に開口面積の大きさを任意に可変できる遮蔽絞りとを具備し、反射型ライトバルブは、出射側に透明部材を有し、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たものであり、遮蔽絞りは、２つの遮光部により形成されており、２つの遮光部は照明光学系の光軸に対して互いに所定の方向において軸対称であり、かつ照明光学系の光軸に対して軸対称に遮光するように可動であり、さらに２つの遮光部により遮蔽される領域の面積及び遮蔽される領域の形状が同一であり、２つの遮光部の可動方向は、放射光が透明部材の表面で反射されて生じる表面反射光の幅が、投写レンズの入射瞳上の、ミラー素子によって放射光の反射方向が変化させられる方向において増減する方向に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成により、不要反射光の発生による明るさの低下を最小限に抑えながら、かつ色の再現性を劣化させることなく、コントラスト性能を向上させることが可能となる。
【００１６】
次に、上記目的を達成するために本発明にかかる投写型表示装置は、光源と、画像形成手段としての反射型ライトバルブと、光源の放射光を反射型ライトバルブ上に集光する照明光学系と、照明光学系からの照明光を反射型ライトバルブ側へ反射し、反射型ライトバルブからの反射光は透過するプリズムと、反射型ライトバルブからの反射光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、照明光学系の光路中にあって投写レンズの入射瞳と略共役な位置に開口面積の大きさを任意に可変できる遮蔽絞りとを具備し、反射型ライトバルブは、出射側に透明部材を有し、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たものであり、遮蔽絞りは、２つの遮光部により形成されており、２つの遮光部は照明光学系の光軸に対して互いに所定の方向において軸対称であり、かつ照明光学系の光軸に対して軸対称に遮光するように可動であり、さらに２つの遮光部により遮蔽される領域の面積及び遮蔽される領域の形状が同一であり、２つの遮光部の可動方向は、放射光が透明部材の表面で反射されて生じる表面反射光の幅が、投写レンズの入射瞳上の、ミラー素子によって放射光の反射方向が変化させられる方向において増減する方向に設定されていることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成により、不要反射光の発生による明るさの低下を最小限に抑えながら、かつ色の再現性を劣化させることなく、コントラスト性能を向上させることが、よりコンパクトな構成においても可能となる。
【００１８】
次に、上記目的を達成するために本発明にかかる投写型表示装置は、光源と、画像形成手段としての３つの反射型ライトバルブと、光源の放射光を反射型ライトバルブ上に集光する照明光学系と、照明光学系からの照明光を反射型ライトバルブ側へ反射し、反射型ライトバルブからの反射光は透過する第１のプリズムと、照明光を赤・青・緑の３原色光に分解、及び３つの反射型ライトバルブからの反射光を１つ合成する第２のプリズムと、反射型ライトバルブからの反射光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、照明光学系の光路中にあって投写レンズの入射瞳と略共役な位置に開口面積の大きさを任意に可変できる遮蔽絞りとを具備し、反射型ライトバルブは、出射側に透明部材を有し、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たものであり、遮蔽絞りは、２つの遮光部により形成されており、２つの遮光部は照明光学系の光軸に対して互いに所定の方向において軸対称であり、かつ照明光学系の光軸に対して軸対称に遮光するように可動であり、さらに２つの遮光部により遮蔽される領域の面積及び遮蔽される領域の形状が同一であり、２つの遮光部の可動方向は、放射光が透明部材の表面で反射されて生じる表面反射光の幅が、投写レンズの入射瞳上の、ミラー素子によって放射光の反射方向が変化させられる方向において増減する方向に設定されていることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成により、不要反射光の発生による明るさの低下を最小限に抑えながら、かつ色の再現性を劣化させることなく、コントラスト性能を向上させることができ、高精細なフルカラー画像を投写表示することが可能となる。
【００２０】
また、本発明にかかる投写型表示装置は、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たものであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明にかかる投写型表示装置は、遮蔽絞りの開口形状が、開放状態時において円形であることが好ましい。さらに、本発明にかかる投写型表示装置は、遮光部により遮蔽される領域の形状が、半円状又は三日月状であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明にかかる投写型表示装置は、遮蔽絞りにおける遮光部の表面には、入射する光が少なくとも８０％以上反射される金属又は誘電体多層膜による反射鏡が形成されていることが好ましい。輻射熱による周辺機器の破損を防止するためである。
【００２３】
また、本発明にかかる投写型表示装置は、照明光学系からの照明光が反射型ライトバルブに斜め方向から入射され、遮蔽絞りにおける遮光部が、照明光の外周と反射型ライトバルブからの反射光の外周とが最も近接する位置から照明光学系の光軸方向に向かって遮光又は開放されるように可動できることが好ましい。
【００２４】
また、本発明にかかる投写型表示装置は、遮蔽絞りによる遮光量が、装置の外部からリモートコントロールで制御できることが好ましい。投写画像のコントラスト性能と光出力性能のバランスを任意に制御することができるからである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１にかかる投写型表示装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる投写型表示装置の構成図である。図１において、１は光源としてのランプ、３はカラーホイール、３１は絞り、１０は反射型ライトバルブ、１１は投写レンズを、それぞれ示している。また、本実施の形態１において、凹面鏡２、ロッドプリズム４、コンデンサレンズ５、集光ミラー６によって構成される光学系を、総称して以後、「照明光学系」と呼ぶことにする。
【００２６】
反射型ライトバルブ１０は、図１０に示したように、画素ごとにミラー素子２１がマトリックス状に形成されており、映像信号に応じて光の進行方向を制御することによって、反射角の変化に応じて光学像が形成されるものである。
【００２７】
また凹面鏡２は、反射面の断面形状が楕円形をなす楕円面鏡で構成されており、第１焦点と第２焦点を有している。さらに、ランプ１としてはキセノンランプを用いており、発光体の中心が凹面鏡２における第１焦点付近に位置するように配置されており、またロッドプリズム４の光入射面が、凹面鏡２における第２焦点付近に位置するように配置されている。なお、凹面鏡２は、ガラス製機材の内面に、赤外光を透過させ、可視光を反射させる性質を有する光学多層膜を形成したものである。
【００２８】
また、ロッドプリズム４は、光の入射面及び出射面が反射型ライトバルブ１０の有効表示面と同じアスペクト比を有する四角柱形状を有しており、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が好ましい。そして、ロッドプリズム４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ことになる。
【００２９】
凹面鏡２によって集光されたランプ１の発光体像は、光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺に向かうにつれて急激に暗くなる傾向にある。そのため、面内には輝度の不均一性が残ることになる。これに対し、ロッドプリズム４に入射した光線束は、ロッドプリズム４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ことになる。したがって、ロッドプリズム４の出射面においては輝度が均一化されることになる。
【００３０】
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４内で反射される回数が多いほど均一性が向上するので、均一性の度合いはロッドプリズム４の長さに依存することになる。本実施に形態１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４の長さを設定した。
【００３１】
このように輝度が均一化されたロッドプリズム４の出射面を２次面光源とし、以降に配置されているコンデンサレンズ５と集光ミラー６によって、反射型ライトバルブ１０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を両立させることが可能となる。
【００３２】
また、ランプ１から出力される白色光は、凹面鏡２の第２焦点付近に配置されたカラーホイール３を回転させることによって、順次、赤・緑・青の３原色を反射型ライトバルブ１０上に時分割で照明させ、１つの反射型ライトバルブ１０でフルカラーの投写画像を表示できるようになっている。
【００３３】
またランプ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１０に入射する。反射型ライトバルブ１０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１１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１１の有効径の外側へと進行することから、スクリーンには到達しないことになる。
【００３４】
また、反射型ライトバルブ１０のカバーガラス界面で発生する不要反射光３５は、絞り３１によって、投写レンズ１１に入射する面積の大部分をカットできるようにしている。
【００３５】
このとき、絞り３１の遮光面積は、図２に示すように可変にすることが好ましい。図２においては、遮光板の形状が異なる絞り３１の３つ例を、それぞれ図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示している。本実施の形態１においては、いずれの構成であっても所望の効果を得ることができる。
【００３６】
投写レンズの入射瞳と略共役な位置に配置されている絞り３１は、システム全体のＦナンバ仕様とマッチングするような開口径を有し、かつ位置及び開口形状が固定である固定絞り３６と、遮光板３７及び３８との組み合わせによって構成される。
【００３７】
例えば図２（ａ）に示す絞り３１においては、少なくとも一辺が直線となっている２つの遮光板３７ａ及び３８ａを対称にスライドさせることによって、同じ面積で半円状である遮光部３９ａ及び４０ａを形成している。
【００３８】
また、図２（ｂ）に示す絞り３１においては、円形の開口を有する２つの遮光板３７ｂ及び３８ｂを対称にスライドさせることによって、同じ面積で三日月状である遮光部３９ｂ及び４０ｂを形成している。
【００３９】
さらに、図２（ｃ）に示す絞り３１においては、円形の開口を有する遮光板を２つ用いる点では図２（ｂ）と同様であるが、固定絞り３６の中心から偏心させた同じ開口を有する２つの遮光板３７ｃ及び３８ｃが、その開口径を同じ了だけ同時に変化させることにより同じ面積で三日月状である遮光部３９ｃ及び４０ｃを形成している。
【００４０】
以上のように、遮光板３７ａ、３８ａ、３７ｂ、３８ｂ、３７ｃ、及び３８ｃによって形成される遮光部３９ａ、４０ａ、３９ｂ、４０ｂ、３９ｃ、及び４０ｃの面積が変化する方向は、いずれも図１の照明光３２と不要反射光３５とが最も近接する方向から照明光学系の光軸方向に向う一方向であり、遮光部が照明光学系の光軸に対して、軸対称に遮光又は開放されるように設定されている。
【００４１】
ここで、例えば図２（ａ）に示す絞り３１の場合、遮光板３７ａを１つのみ用いる仕様であってもコントラストの向上効果を得ることは可能である。しかし、その場合には、絞りを通過する光線束のうち、図１に示したカラーホイール３を透過する光線束の角度が照明光軸に対して非対称となる。カラーホイール３を構成する赤・緑・青のカラーフィルタは、光線の入射角によって、透過後の分光スペクトルが変化する特性を有するため、遮光板３７ａを可変させることによって投写画像の色度点も変化し、色再現性が著しく劣化する場合も考えられる。これを防ぐためには、２つの遮光板３７ａと３８ａを用い、互いに軸対称となるように可変させ、遮光部の面積・形状も軸対称となるようにすることが必要となる。
【００４２】
以上のような遮光部形状となる絞り３１を用いることにより、図１に示す不要反射光３５による明るさの低下を最小限に抑えながら、色再現性を劣化させることなくコントラスト性能を向上させることができる。
【００４３】
また図１において、照明光学系の光路中に配置される絞り３１は、投写レンズ１１の瞳とほぼ共役な位置に配置される必要がある。かかる位置に配置されない場合には、スクリーン上の投写画像の一部に影が発生するおそれがある。
【００４４】
また、図２に示した遮光板３７及び３８の材質は、表面の反射率が少なくとも８０％のものを用いるのが望ましい。遮光部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ほど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おそれもあるからである。本実施の形態１においては、表面を鏡面仕上げさせ反射率がおよそ８８％のアルミニウム板を用いているが、ステンレスなど他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。
【００４５】
図３は、本実施の形態１における可変絞りを導入した投写型表示装置における絞り遮光量と投写画像性能との関係を示した図である。図３（ａ）は、図２（ａ）に示す絞り３１において、遮光板３７ａ及び３８ａを対称にスライドさせた場合の絞り遮光量とコントラスト比との関係を、図３（ｂ）は、図２（ａ）に示す絞り３１において、遮光板３７ａ及び３８ａを対称にスライドさせた場合の絞り遮光量と光出力相対値との関係を、それぞれ示している。
【００４６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）においては、遮光板３７ａ及び３８ａを図２（ａ）に示す矢印方向に単位長さ当たりスライドさせた場合の遮光量を横軸に取っている。したがって、右へ行くほど絞り遮光量が増加することになる。
【００４７】
したがって、図３（ａ）からは、絞り遮光量が増加するにつれて、投写画像のコントラスト比が増加することがわかり、図３（ｂ）からは、絞り遮光量が増加するにつれて、光出力が減少することがわかる。以上の事実から、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ようにし、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ことになる。
【００４８】
このような機能を導入することにより、使用用途に応じて、明るさを重視した投写画像にするか、あるいはコントラストを重視した投写画像にするか、任意に選択することが可能となる。
【００４９】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２にかかる投写型表示装置について、図面を参照しながら説明する。図４は本発明の実施の形態２にかかる投写型表示装置の構成図である。図４において、光源としてのランプ１、カラーホイール３、反射型ライトバルブ１０、投写レンズ１１は図１に示したものと同様である。また、本実施の形態２においては、凹面鏡２、ロッドプリズム４、コンデンサレンズ５、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光学系を、総称して以後、「照明光学系」と呼ぶことにする。
【００５０】
まず凹面鏡２、カラーホイール３、ロッドプリズム４、及びコンデンサレンズ５については、実施の形態１と同様である。すなわち、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構成されており、第１焦点と第２焦点を有している。さらにランプ１としてはキセノンランプを用いており、発光体の中心が凹面鏡２における第１焦点付近に位置するように配置されており、またロッドプリズム４の光入射面が、凹面鏡２における第２焦点付近に位置するように配置されている。なお、凹面鏡２は、ガラス製機材の内面に、赤外光を透過させ、可視光を反射させる性質を有する光学多層膜を形成したものである。
【００５１】
また、ロッドプリズム４は、光の入射面及び出射面が反射型ライトバルブ１０の有効表示面と同じアスペクト比を有する四角柱形状を有しており、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が好ましい。そして、ロッドプリズム４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ことになる。
【００５２】
凹面鏡２によって集光されたランプ１の発光体像は、光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺に向かうにつれて急激に暗くなる傾向にある。そのため、面内には輝度の不均一性が残ることになる。これに対し、ロッドプリズム４に入射した光線束は、ロッドプリズム４の側面で多重反射され、ロッドプリズム４の出射面においては輝度が均一化される。ロッドプリズム４内での反射される回数が多いほど均一性が向上するため、均一性の度合いはロッドプリズム４の長さに依存する。本実施の形態２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４の長さを設定した。
【００５３】
このように輝度が均一化されたロッドプリズム４の出射面を２次面光源とし、以降に配置されているコンデンサレンズ５とフィールドレンズ４３によって、反射型ライトバルブ１０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を両立させることが可能となる。
【００５４】
また、ランプ１から出力される白色光は、凹面鏡２の第２焦点付近に配置されたカラーホイール３を回転させることによって、順次、赤・緑・青の３原色を反射型ライトバルブ１０上に時分割で照明させ、１つの反射型ライトバルブ１０でフルカラーの投写画像を表示できるようになっている。
【００５５】
本実施の形態２の構成では、コンデンサレンズ５を出射したのち、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されている。ここで、全反射プリズム４４の作用について以下に説明する。
【００５６】
全反射プリズム４４は２つのプリズムから構成されており、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の角度設定は、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１０に斜め方向から入射するように、及びＯＮ光４７が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１１に入射するように、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することが可能となる。
【００５７】
反射型ライトバルブ１０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及び投写レンズ１１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１１の有効径の外側へと進行することから、スクリーン上には到達しない。
【００５８】
本実施の形態２の場合、反射型ライトバルブ１０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１０側界面で発生する第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、遮光部の面積を可変できる絞り４１によって、投写レンズ１１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ようにしている。
【００５９】
例えば絞り４１の開口形状を、実施の形態１と同様に、図２に例示したような対称にスライドする２つの遮光板を用いることによって可変することができる。遮光部の可変方向は、図４に示す照明光４６と第１の不要反射光４９とが最も近接する方向から照明光学系の光軸方向に向かって、一方向に遮光又は開放されるように設定している。
【００６０】
この場合も、軸対称に可変される遮光板を２つ用いることによって、カラーホイール３を透過する光線束の入射角も軸対称となり、遮光部の形状や面積が変化しても投写画像の色度点は変化しないようにすることができる。
【００６１】
図５は図４の構成に対し、絞り４１が配置されていないか、又は絞り４１の開口が開放状態の場合の構成図を示している。この場合、照明光５１は、反射型ライトバルブ１０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及び投写レンズ１１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１１の有効径の外側へと進行することから、スクリーン上には到達しない。また、第１の不要反射光５４と第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ってしまう。
【００６２】
そこで、絞り４１を用いて上述した方向から開口の一部を遮光することによって、図４に示した第１の不要反射光４９と第２の不要反射光５０との光線束の太さが、図５に示す第１の不要反射光５４と第２の不要反射光５５との光線束よりも細くなっていることがわかる。
【００６３】
以上のように、図４に示すように、第１の不要反射光４９と第２の不要反射光５０は、いずれも絞り４１によって効率的にカットすることができ、同心円で面積を可変する絞りの場合に比べて、明るさの低下を最小限に抑えながら、しかも色再現性を劣化させることなくコントラスト性能を向上させることができる。
【００６４】
この場合も、照明光学系の光路中に配置される絞り４１は、投写レンズ７の瞳とほぼ共役な位置に配置される必要がある。そうでない場合は、スクリーン上の投写画像の一部に影が発生するおそれがある。
【００６５】
また、２つの遮光板の材質は、表面の反射率が少なくとも８０％のものを用いるのが望ましい。遮光部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ほど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おそれもあるからである。本実施の形態２においては、表面を鏡面仕上げさせ、反射率がおよそ８８％のアルミニウム板を用いているが、ステンレスなど他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。
【００６６】
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ようにし、図３に示したコントラスト性能と光出力性能の範囲内において、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できるようにすることも考えられる。このような構成とすることで、使用用途に応じて、明るさを重視した投写画像と、コントラストを重視した投写画像とを、任意に選択することが可能となる。
【００６７】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３にかかる投写型表示装置について、図面を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施の形態３にかかる投写型表示装置の構成図である。図６において、光源としてのランプ１、反射型ライトバルブ１０、投写レンズ１１は図１に示したものと同様である。また、図４と同様に、凹面鏡２、ロッドプリズム４、コンデンサレンズ５、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、総称して以後、「照明光学系」と呼ぶことにする。
【００６８】
かかる照明光学系の構成は、実施の形態２と同様であることから、特に詳細な説明を省略する。
【００６９】
本実施の形態３においては、全反射プリズム４４と反射型ライトバルブ１０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１０を３つ用いている点に特徴を有する。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７を参照しながら説明する。
【００７０】
図７は、図６に示す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つのプリズムから構成されており、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。本実施の形態３における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１０Ｂ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１０Ｒ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をいずれも透過した緑色光７６は緑色用反射型ライトバルブ１０Ｇに入射する。
【００７１】
３色の光は、それぞれ対応する反射型ライトバルブ１０Ｂ、１０Ｒ、１０Ｇ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１０Ｂ、１０Ｒ、１０Ｇを用いることで、高精細でフルカラーの投写画像を表示することが可能となる。
【００７２】
なお、ダイクロックミラー７１及び７２についても、前述したようなカラーホイールと同様に、光線の入射角によって透過後の分光スペクトルが変化する特性を有している。
【００７３】
図６に示した反射型ライトバルブ１０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、及び投写レンズ１１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１１の有効径の外側へと進行し、スクリーン上には到達しない。
【００７４】
本実施の形態３の場合、実施の形態１及び２における反射型ライトバルブ１０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の反射型ライトバルブ１０側界面で発生する不要反射光に加え（いずれも図６においては図示せず。）、色分解合成プリズム６２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、遮光部の面積が可変できる絞り６１によって、投写レンズ１１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なっている。
【００７５】
絞り６１の開口形状は、例えば図２に例示したような対称にスライドする２つの遮光板を用いることにより可変することができる。遮光部の可変方向は、図６の照明光６３と第１の不要反射光６６とが最も近接する方向から照明光学系の光軸方向に向かって一方向に遮光又は開放されるように設定している。
【００７６】
この場合、軸対称に可変される遮光板を２つ用いることによって、色分解合成プリズム６２のダイクロイックミラー７１及び７２を透過する光線束の入射角が軸対称となり、遮光部の形状や面積が変化しても投写画像の色度点が変化しないようにすることができる。
【００７７】
図８は、図６の構成に対し、絞り６１が配置されていないか、または絞り６１の開口が開放状態の場合の構成図を示す。この場合の照明光８１は、反射型ライトバルブ１０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１１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１１の有効径の外側へと進行し、スクリーン上には到達しない。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１０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４に示した場合と同様の影響を及ぼしている。
【００７８】
そこで、絞り６１を用いて前述の方向から開口の一部を遮光することによって、図６に示した不要反射光６６の光線束の太さが、図８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わかる。
【００７９】
以上のように、図６の不要反射光６６は、絞り６１によって効率的にカットすることができ、同心円で面積を可変する絞りの場合に比べて明るさの低下を最小限に抑えながら、色再現性を劣化させることなくコントラスト性能を向上させることができる。
【００８０】
この場合も、照明光学系の光路中に配置される絞り６１は、投写レンズ１１の瞳とほぼ共役な位置に配置される必要がある。そうでない場合は、スクリーン上の投写画像の一部に影が発生するおそれがある。
【００８１】
また、絞り遮光板の材質は、表面の反射率が少なくとも８０％のものを用いるのが望ましい。遮光部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ほど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おそれもあるからである。本実施の形態３においては、表面を鏡面仕上げさせ、反射率がおよそ８８％のアルミニウム板を用いているが、ステンレスなど他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。
【００８２】
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ようにし、図３に示したコントラスト性能と光出力性能の範囲内において、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できるようにすることも考えられる。かかる構成とすることにより、使用用途に応じて、明るさを重視した投写画像と、コントラストを重視した投写画像とを、任意に選択することが可能となる。
【００８３】
なお、本実施の形態１から３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、半円状または三日月状の遮光部形状及び面積が固定された絞りを用い、所望のコントラスト性能のみで使用するようにしてもよい。
【００８４】
また、本実施の形態１から３で用いた絞りは、投写レンズの入射瞳と略共役な照明光学系の光路中に配置したが、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。ただし、投写レンズ中に配置した場合は、絞りの遮光部自体による反射光や発熱が投写レンズの結像性能やスクリーン上の投写画像品位に直接悪影響を及ぼす場合があるため注意が必要である。
【００８５】
さらに、本実施の形態１から３で用いた絞りは、図１０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が、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、変調材料として液晶などを用いた光の偏光状態や回折状態、また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、不要反射光を低減させるという効果を得ることは可能である。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように本発明にかかる投写型表示装置によれば、映像信号に応じて光の進行方向を制御することにより画像を形成する反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置において、色再現性を損ねることなく、コントラストを向上させることが可能となる。また、絞りの遮光量を可変できるようにすることで、投写画像のコントラスト性能と光出力性能のバランスを任意に制御することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかる投写型表示装置の構成図
【図２】  本発明の実施の形態１にかかる投写型表示装置における絞り形状の説明図
【図３】  本発明の実施の形態１にかかる投写型表示装置におけるコントラスト及び光出力特性を示す図
【図４】  本発明の実施の形態２にかかる投写型表示装置の構成図
【図５】  本発明の実施の形態２にかかる投写型表示装置の構成図
【図６】  本発明の実施の形態３にかかる投写型表示装置の構成図
【図７】  本発明の実施の形態３にかかる投写型表示装置における色分解合成プリズムの構成図
【図８】  本発明の実施の形態３にかかる投写型表示装置の構成図
【図９】  従来の投写型表示装置の構成図
【図１０】  従来の投写型表示装置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  カラーホイール
４  ロッドプリズム
５  コンデンサレンズ
６  集光ミラー
１０  反射型ライトバルブ
１１  投写レンズ
１３、３３、４７、５２、６４、８２  ＯＮ光
１４、３４、４８、５３、６５、８３  ＯＦＦ光
２１  ミラー素子
３１、４１、６１  絞り
３５、４９、５０、５４、５５、６６、８４  不要反射光
３７、３８  遮光板
３９、４０  遮光部
４２  反射ミラー
４３  フールドレンズ
４４  全反射プリズム
４５  空気層
４６、５１、６３、８１  照明光
６２  色分解合成プリズム
６８  集光レンズ
７１、７２  ダイクロイックミラー
【図１】
0004282925.tif 000002
【図２】
0004282925.tif 000003
【図３】
0004282925.tif 000004
【図４】
0004282925.tif 000005
【図５】
0004282925.tif 000006
【図６】
0004282925.tif 000007
【図７】
0004282925.tif 000008
【図８】
0004282925.tif 000009
【図９】
0004282925.tif 000010
【図１０】
0004282925.tif 000011