JP2007065519A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光量を絞ると共に透過型液晶パネルへの入射角度を小さくし、コントラスト性能を向上する投射型映像表示装置を提供する。
【解決手段】 投射型映像表示装置において、第1の開口部として、所定間隔で配列された偏向変換素子の入射面上の複数の入射領域とそれぞれ同じ所定間隔で配置され、偏向変換素子の入射面に対応した形状を有する複数の第1の開口部の間に、複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を配列した遮光ユニットを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、液晶パネル等の映像表示素子を用いた投写型映像表示装置に関する。

従来、液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置においては、例えば小さなサイズで映像を投写する場合や、映画などの暗いシーンの多い映像を投写する場合には、スクリーンに必要以上の光が投写され眩しすぎて映像が見え難いという問題があった。この問題に対処するため、上記のような場合には、平板型偏光変換素子への入射光量を遮光板にて絞ることによりスクリーンに投写される光量を低減する技術が特開２００２−２３１０６号公報に記載されている。この技術では、平板型偏光変換素子に入射する光量を、遮光板で絞って低減させることで、スクリーンへ投写される光量を低減することを可能としている。

特開２００２−２３１０６号公報

しかしながら、上記文献が開示している技術では、コントラストについて何の考慮もされていない。単純に平板型偏光変換素子に入射する光量を絞っているため、コントラスト性能はほとんど変化しない一方、明るい映像時の輝度と、暗い映像時の輝度の差が小さくなり、光量を絞った場合は階調の差も小さくなる。従って、特に暗い映像で階調の差が判別できないという問題がある。

投射型映像表示装置において、第1の開口部として、所定間隔で配列された偏向変換素子の入射面上の複数の入射領域とそれぞれ同じ所定間隔で配置され、偏向変換素子の入射面に対応した形状を有する複数の第1の開口部の間に、複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を配列した遮光ユニットを有する。

本発明によれば、光量を絞った際にコントラスト性能が上がる為、光量を絞った状態においても、高画質な投写型映像表示装置を提供することが可能である。

以下、本発明による実施の形態につき、図面を用いて説明する。

図１は本発明を搭載した投写型映像表示装置の照明光学系の構成図である。図１において、１は光源、５は楕円面または回転放物面等の反射面で光源１からの光を反射するリフレクタ、６はマトリックス状に配列された複数の小さなレンズセルを有し複数の２次光源像を形成する第1アレイレンズ、７は第1アレイレンズ６の個々のレンズセルに共役なマトリックス状に配列された複数の小さなレンズセルを有し第１アレイレンズの個々のレンズ像を結像する第２アレイレンズ、１９１、１９２は遮光板、８は第２アレイレンズ７側からの光を所定方向の偏光光に揃える平板型偏光変換素子、２０は集光用レンズ、９Ｒ、９Ｇ、１５はコンデンサレンズ、４、１１は色分離用のダイクロイックミラー、１２、１７、１８は反射により光路方向を変えるミラー、１３、１４はそれぞれ、第１リレーレンズ、第２リレーレンズ、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂはそれぞれ各色の透過型液晶パネル、１０は色合成用の合成プリズム、３は拡大投写用の投写レンズユニット、１６はスクリーンである。

第1アレイレンズ６からコンデンサレンズ９Ｒ、９Ｇ、１５までの光学系は、透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに対する照明光学系を構成する。透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂでは、映像信号駆動回路（図示なし）により、光源１側からの光に対し、映像信号に応じた光強度変調を行い、光学像を形成する。

図１の構成において、光源１より出射した光束は、リフレクタ５で反射することによって集められ、第1アレイレンズ６側へ出射される。第1アレイレンズ６は、入射した光束を複数のレンズセルで複数の光束に分割し、光束が第２アレイレンズ７、偏光変換素子８を効率良く通過できるようにする。第２アレイレンズ７は、その複数のレンズセルのそれぞれが、対応する第１アレイレンズ６のレンズセルのレンズ像を、透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ側に投影する。このとき、平板型偏光変換素子８は、上述したように第２アレイレンズ７からの光束を所定方向の偏光光（ここではＳ偏光）に揃える。この平板型偏光変換素子８の詳細構成については後述する。集光用レンズ２０、コンデンサレンズ９Ｒ、９Ｇ、１５、第１リレーレンズ１３、及び第２リレーレンズ１４は、これら第１アレイレンズ６の各レンズセルのレンズ像を、各色の透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ上に重ね合わせる。

光源１より出射された白色光は、平板型偏光変換素子８から出射され、集光レンズ２０、第１リレーレンズ１３、第２リレーレンズ１４、及びコンデンサレンズ９Ｒ、９Ｇ、１５を経て各映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに照射される過程で、ダイクロイックミラー４、１１により、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）に分離され、それぞれ対応する透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに照射される。なお、図１の例の場合、ダイクロイックミラー４は、緑色光と青色光を透過し、赤色光は反射させる特性を有し、ダイクロイックミラー１１は、緑色光を反射して青色光を透過させる特性を有する。各色光が照射された透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは、外部からの映像信号によって各色光を変調して映像信号に対応した光学像を形成し、信号光として合成プリズム１０側に出射する。合成プリズム１０では、各色光の信号光を色合成し、投写レンズユニット３側に出射する。投写レンズユニット３は白色光の光学像をスクリーン１６上に拡大投写し、映像を表示する。第１リレーレンズ１３、第２リレーレンズ１４は、透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇの光路長に対し映像表示素子２Ｂの光路長が長くなっているため、これを補う作用もある。また、コンデンサレンズ１５、９Ｒ、９Ｇは、透過型液晶パネル２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ通過後の光束の広がりを抑え、投写レンズユニット３によって効率良い拡大投写を可能とする。

図２は、平板型偏光変換素子部の一部を上部から見た説明図である。平板型偏光変換素子８は、図に示すように、複数の透光性部材８４が張り合わされており、その貼り合わせ面には反射膜８２と偏光分離膜８３が交互に形成されている。従って、平板型偏向変換素子８の第２レンズアレイ７側の入射面には、ｘ方向に一定の間隔（ピッチ）ｄで複数の透光性部材８４の張り合わせ面が配列している。従って、平板型偏向変換素子８の入射領域は、幅dの矩形型入射領域の領域が、一定間隔dでｘ方向に配列されることとなる。平板型偏光変換素子８の出射面の一部にはλ／２位相差板８１が配置されている。２枚の遮光板１９１、１９２は平板型偏光変換素子８と第２レンズアレイ７の間に配置され、第２レンズアレイ７を透過した光（Ｓ偏光＋Ｐ偏光）が、遮光板１９１、１９２の開口部１９１ａ、１９２ａを透過し、平板型偏光変換素子８に入射する。

平板型偏光変換素子８に入射した光のうち、Ｐ偏光は偏光分離膜８３を透過し、平板型偏光変換素子８から出射する際にλ／２位相差板８１を透過してＳ偏光となる。平板型偏光変換素子８に入射したＳ偏光は、偏光分離膜８３により反射し、その後反射面８２により、前記偏光分離膜８３を透過したＰ偏光と同方向に反射し平板型偏光変換素子８を出射する。以上により、平板型偏光変換素子８を出射する光はＳ偏光に揃えられる。このとき、遮光板１９１、１９２は、平板型偏光変換素子８を出射した光が反射膜８２に直接入射しないように遮光する。

次に遮光板１９１、１９２について説明する。図３は第１遮光板１９１の正面図であり、図に示すように、穴部（開口部）１９１ａを設け、その残りの部分を遮光部１９１ｂ（斜線部分）とする。図４は第２遮光板１９２の正面図であり、穴部（開口部）１９２ａを設け、その残りの部分を遮光部１９２ｂ（斜線部分）とする。それぞれの図に示すように、開口部１９１ａと１９２aの形状が異なっており、２枚の遮光板１９１、１９２を重ね合わせて用いる。

この例では、第２遮光板１９２の形状は、ｘ方向に関しては、平板型偏向変換素子８の入射面における透光性部材８４の張り合わせ面のピッチと同じ間隔ｄで、開口部１９２aと遮光部１９２bを配列している。また、第２遮光板１９２の開口部１９２aにおいて、ｙ方向に関しては、平板型偏向変換素子８のy方向の有効入射幅と同じ高さを有している。

一方、第１遮光板１９１は、第２遮光板１９２と同様の形状から、さらに絞り時に使用される開口部１９１a-aを、第２遮光板１９２の遮光部１９２bに対応する領域の一部に形成した形状を有する。通常使用時に使用される開口部１９１a-nは、第２遮光板１０２の開口部１９２aと同じ形状を有する。絞り時に使用される開口部１９１a-aは、第２遮光板１９２において平板型偏向変換素子８の入射面における透光性部材８４の張り合わせ面のピッチと同じ間隔ｄで配置されている１９２bの部分に対し、中心部分からｙ方向の高さを変えた開口部として形成されたものである。このように、ｙ方向の高さは、ｘ方向中心に近いものが高く、中心から外側に配置されている１９１a-aであればあるほど低い。この高さの相違により、遮光板中心を照明光学系の光軸とした場合には、光軸中心な略円形状とすることができる。

図４および図５が示す、異なる形状の開口部を有した２枚の遮光板を平板型偏光変換素子の入射側に配置することにより、通常状態では、この２枚の遮光板を重ね合わせて形成される開口形状を、平板型偏光変換素子のピッチ間隔と同等でスリット状の形状とする。さらに、上記２枚の遮光板のどちらか一方を平板型偏光変換素子の１ピッチ分移動させた場合の開口部形状の外形を、光軸を中心とした略円形状としている。

図５は２枚の遮光板１９１、１９２を重ね合わせた状態を示す図である。図５（Ａ）は通常使用時の遮光板１９１、１９２の状態である。図に示すように、遮光板１９１、１９２の遮光部１９１b、１９２bで構成される遮光部１９ｂと、遮光板１９１、１９２の開口部１９１a、１９２aで構成される開口部１９ａが交互に配列され、第２レンズアレイ７からの光を透過する。このように、通常状態においては、第１遮光板１９１の開口部１９１a-nと第2遮光板１９２の開口部１９２aが重なり、第１遮光板１９１の開口部１９１a-aについては、第2遮光板１９２の遮光部１９２ｂと重なる。

図５（Ｂ）は光量を絞った状態を示している。図５（Ａ）の状態において第１遮光板１９１をｙ方向において矢印方向に移動させることにより、図５（Ｂ）の状態に変更する。このときの開口部１９ａの形状は、外形が光軸を中心とした略円形状（破線）となる。すなわち、絞った状態では、第1遮光板１９１の開口部１９１a-nが第2遮光板１９２の遮光部１９２bと重なり、第1遮光板１９１の開口部１９１a-aが第2遮光板１９２の開口部１９２aと重なる。従って、開口部１９１a-aの形状から、全体として略円形の開口部を形成することができる。

次に遮光板の作用について説明する。

図６は遮光板１９１、１９２が図５（Ａ）の通常状態の場合の、Ｃ−Ｃ断面の模式図である。図に示すように、第２レンズアレイ７を透過した光は、全て遮光板１９１、１９２の開口部を透過し、平板型偏向変換素子８に入射し、集光用レンズ２０により透過型液晶パネル２に照射される。このときの入射角度を２２ａ、光軸を２１とする。

図７は遮光板１９１、１９２が図５（Ｂ）の絞った状態の場合の、Ｃ−Ｃ断面の模式図である。図に示すように、第２レンズアレイ７を透過した光の最外周部の光は、第１遮光板１９１の遮光部で遮光され、平板型偏向変換素子８に入射しない。したがって遮光される分、透過型液晶パネル２に照射される光量が低下し、かつ透過型液晶パネル２への入射角度は２２ｂのように、上記通常状態の場合の入射角度２２ａより小さくなる。

なお、本実施の形態では、遮光板１９２、１９２の２枚を有する構成としたが、たとえば遮光板１９２に相当するものを偏向変換素子の入射面にあらかじめ接着しておくことも可能である。また、その場合には、第1遮光板１９２を、光源１と平板型偏向変換素子８の間ではなく、光源１からみて、平板型偏向変換素子８の下流に配置することも可能である。

図８は透過型液晶パネルにおける入射角（倒れ角）とコントラスト性能の関係を示す図である。図に示すように、入射角度が小さいとコントラスト性能が上がる。したがって、遮光板１９１、１９２により光量を絞った場合（図５（Ｂ））は、光量が下がるとともに、透過型液晶パネル２への入射角度が小さくなるためコントラスト性能が上がることになる。よって、遮光板により光量を絞った状態で、コントラスト性能が上がるため、暗い映像の場合でも高画質な映像を得ることができる。

光量を絞ると共に、透過型液晶パネル等に入射する光の入射角度が小さくなるようにした。したがって、光量を絞った際には、透過型液晶パネルに入射する光の角度が小さくなる為、コントラスト性能が上がる。

次に、図９に他の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1遮光板191および第2遮光板１９２にそれぞれ、絞り時の開口部１９１a-a、１９２a-aを有する構成である。たとえば、図９（A）に示すように、第1遮光板１９１には、通常時の開口部１９１a-nの左側に絞り時の開口部19aの半分幅の開口部１９１a-aを形成している。また、第2遮光板１９２は、図９（B）に示すように、通常時の開口部１９２a-nの右側に絞り時の開口部19aの半分幅の開口部１９２a-aが形成されている。

図９（C）は、第1遮光板１９１と第2遮光板１９２を通常状態で重ねた構成を示している。本実施の形態では、通常状態においては、2枚の遮光板１９１、１９２が完全に重なった場合に、平板型偏向変換素子８のピッチにあった開口部が形成される。一方、図９（D）に示すように、絞り状態においては、たとえば第2遮光板を図９（C）の矢印で示す方向に１ピッチ分移動させることにより、略円形の開口部19aを形成する。本実施の形態の場合は、第1遮光板１９１と第2遮光板の形状がｙ軸を挟んで線対称になっているため、製造工程を共通化することが可能となる。なお、図９の例では、一方の遮光板を移動させる構成としたが、双方の遮光板を1/2ピッチ分だけ相互に逆方向に移動させる構成としてもよい。このようにすると、通常状態の光軸中心の位置と、絞り状態の光軸中心の位置のずれを現象させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態は以下のように示される。
（１）光源とリフレクタで構成される光源ユニットからの光を照明光学系により映像表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成し、拡大投写して映像を表示する投写型映像表示装置であって、平板偏光変換素子のピッチ間隔と同等の複数のスリットを有し、そのスリット形状において、スリットを透過する全光束域より小さい円状の透過光領域を有し、平板偏光変換素子近傍に有する遮光板近傍にて、左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変することにより、最外光領域を遮断し、絞りを形成する投写型映像表示装置である。

（２）（１）の投射型映像装置に加え、前記左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変する絞りの状態を有する手段であり、２個所以上にて遮光板の可変位置があり、それぞれの遮光板の位置において光束量の絞り量が違う投写型映像表示装置である。

（３）（１）または（２）に加え、前記左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変する絞りの状態を有する手段であり、２個所以上にて可変位置を有する遮光板がランプ側である平板偏光変換素子の前に設置されている投写型映像表示装置である。

（４）（１）または（２）に加え、前記左右に平板偏光変換素子の1ピッチ間隔可変する絞りの状態を有する手段であり、２個所以上にて可変位置を有する遮光板がランプから見て平板偏光変換素子の後に設置される投写型映像表示装置である。

本発明を搭載した投写型映像表示装置の照明光学系の構成図である。 平板型偏光変換素子部の説明図である。 第１遮光板の正面図である。 第２遮光板の正面図である。 第１遮光板と第２遮光板を重ね合わせた状態の説明図である。 遮光板が通常状態の模式図である。 遮光板で光量を絞った状態の模式図である。 入射角（倒れ角）とコントラスト性能の関係を示す図である。 他の例の第１遮光板と第２遮光板の説明図である。

符号の説明

１…光源、２、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ…映像表示素子、３…投写レンズユニット、１２、１７、１８…ミラー、５…リフレクタ、６…第1アレイレンズ、７…第２アレイレンズ、８…偏光変換素子、２０…集光レンズ、９Ｒ、９Ｇ、１５…コンデンサレンズ、１０…合成プリズム、４、１１…ダイクロイックミラー、１３…第１リレーレンズ、１４…第２リレーレンズ、１６…スクリーン、１９１…第１遮光板、１９２…第２遮光板、２２ａ、２２ｂ…光束入射角。

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源が出射する光を入射する複数の入射領域を所定間隔で配置する入射面と、前記入射光を第1の偏向光に揃えて出射する出射面を有する偏向変換素子と、
   前記複数の入射領域の各々と同形状を有する複数の第1の開口部を前記所定間隔で配列し、前記所定間隔の幅を有する第2の開口部であって前記複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を前記複数の第1の開口部と交互に前記所定間隔で配列した遮光ユニットと、
   前記偏向光を映像信号に応じて変調する映像表示素子と、
   変調した光を投射する投射装置を有する投射型映像表示装置。
2. 請求項１記載の投射型映像表示装置であって、
   前記遮光ユニットは、
   前記複数の入射領域と同形状の複数の第1の開口部を前記所定間隔で配列し、前記複数の第1の開口部と交互に前記所定間隔幅の第2の開口部であって前記複数の入射領域よりも小さい面積の第2の開口部を前記所定間隔で配列した第１の遮蔽板であって、前記偏向変換素子に対して前記配列した方向に摺動可能な第1の遮蔽板と、
   前記複数の入射領域と同形状の複数の開口部を前記所定間隔で配列した第２の遮蔽板を有することを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項１または２に記載の投射型映像表示装置であって、
   前記複数の第2の開口部の各々の高さを、前記遮光ユニットの透過する光の光軸中心から外側に向う配列順に、段階的に低くすることを特徴とする投射型映像表示装置。
4. 請求項２に記載の投射型映像表示装置であって、
   少なくとも前記第2の遮光板は前記光源と前記偏向変換素子の間に配置されることを特徴とする投射型映像表示装置。
   

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