JPH0787427A - 投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏光ビームスプリッターを用いて成る投写型
画像表示装置において光源から偏光ビームスプリッター
に入射する光の角度を規制する事で光源の出来に左右さ
れる事なく偏光ビームスプリッターの偏光度を維持でき
る事から、常に安定して良好なコントラストの画像を提
供する。 【構成】光源と画像表示装置であるライトバルブ間に配
置された偏光ビームスプリッターの光源側に入射角規制
手段を設けて構成される。また、入射角規制手段はファ
イバー光プレートにより構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は偏光ビームスプリッター
を用いることで偏光方向により光を分解合成せしめて画
像を形成する投写型画像表示装置の構成に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】テレビの大型化にともない、従来の直視
型の画像表示装置よりも容易に大画面化に対応できるこ
とにより投写型画像表示装置の需要が大きくなってきて
いる。

【０００３】特に１００インチ以上の画面を必要とする
業務用分野ではその需要の伸びが従来のイベント、監視
用途だけでなくコンピューターと接続してプレゼンテー
ション用途などにおいてもその需要は着実に拡大しつつ
ある。

【０００４】この様な投写型画像表示装置においては従
来陰極線管（以下ＣＲＴと記す）上の画像をその前方に
配置した投写レンズにより拡大投写する構成が主流であ
ったが、この構成においては高解像度化と高輝度化を両
立させるには装置の大型化、高コスト化を伴い実用的で
なかった。この問題を解決する為に光源とライトバルブ
とを別に備えることで高解像度化と高輝度化とを両立出
来るものが市場に提供されつつある。

【０００５】大別すると前記光源とライトバルブの構成
からなる装置はライトバルブが油膜またはエラストマー
とシュリーレン光学系からなる物、ライトバルブに透過
型液晶パネルを用いた物、ライトバルブに反射型液晶パ
ネルを用いた物がある。

【０００６】しかし先にあげた光源とライトバルブの構
成からなる装置においても問題点があり、その一つにコ
ントラストの低下、特に黒表示部に光が漏れて生じる
「黒の浮き」がある。

【０００７】これらの原因はそれぞれの構成によって異
なる。影響度の大小はあるが共通の原因としてあげられ
る物に光源からの光の入射角が大きいとライトバルブが
遮光しきれない（以下入射角依存性）ことにある。現在
市販されている装置で高輝度、高コントラストを両立さ
れるために放電アークが十分に短いキセノン光源を用い
ることで平行に近い（ライトバルブに対する入射角が小
さい）光束を得ている。しかしキセノン光源は寿命がお
よそ５００時間前後と短い、寿命末期において爆発する
可能性がある等の理由から導入される用途が限定されて
しまう。

【０００８】従って高輝度、高解像を可能にする光源と
ライトバルブの構成からなる投写型画像表示装置におい
て、従来のＣＲＴを用いた画像投写装置と同等の高コン
トラストを備え持った装置を民生市場に普及させること
は困難であった。

【０００９】この問題に対して考案されている従来例、
特開昭５６−１５５９２４号公報を図６に示した。この
実施例においてはライトバルブ表面部にファイバー光プ
レートを設けてライトバルブに入射する光の入射角を規
制するものであり、先に述べたライトバルブの入射角依
存性を改善を目的としている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これによればライトバ
ルブの入射角依存性によるコントラストの劣化は抑える
ことができる。しかし反射型液晶パネルをライトバルブ
に用いた場合について考えると、コントラストを左右す
る要因にライトバルブ入射角依存性とともに偏光ビーム
スプリッターの入射角依存性が挙げられ、図６に示した
従来例では後者について効果は認められないことから十
分なコントラストが得られるとは言えない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の投写型画像表示装置は、光源とライトバルブ
の構成からなる投写型画像表示装置の中でも特に光路の
分岐、合成に偏光ビームスプリッターを用いた装置にお
いて前記問題点を解決するための手段として発光体に反
射ミラーを備えてなる光源と、入射された光の偏光状態
を変換することでライトバルブとして機能する画像表示
素子と、前記画像表示素子上の画像を拡大投写可能に設
けられた投写レンズと、入射した光の偏光方向によりそ
の光路を分岐する偏光ビームスプリッターとからなり、
前記偏光ビームスプリッターと光源の間には入射する光
の入射角を制限する入射角規制手段を備えて構成される
ことを特徴とする。

【００１２】また前記入射角規制手段は偏光ビームスプ
リッターと光源を結ぶ光軸方向にその光軸を平行に持
ち、中心部と周辺部において屈折率の異なる材料からな
るファイバーの集合体、あるいはこれと同様な構成を備
えたファイバー光プレートであることを特徴とする前記
手段、並びに前記画像表示素子は反射型液晶パネルであ
ることを特徴とする構成からなる投写型画像表示装置を
考案した。

【００１３】

【作用】以上のように光源と偏光ビームスプリッターと
の間に入射角規制手段を設けることにより、偏光ビーム
スプリッターに入射する光の入射角のばらつきを任意の
範囲に収めることが可能となる。この入射角の範囲を偏
光ビームスプリッターの性能が最終的に得られる投写画
像のコントラストを保証できる範囲に設定することで、
光源が必ずしも点光源に近くなくてもコントラストの劣
化なく高輝度、高解像度な画像を得ることが出来る。

【００１４】また前記入射角規制手段は、中心と周辺と
で屈折率が異なる硝材からなっているファイバーを束ね
たファイバー光プレートで、必要な入射角の光は内側の
硝材と外側の硝材との間で反射せしめられてファイバー
光プレートを透過し、それ以上の不要な入射角の光は外
側の硝材をも透過して前記必要な光と光路を分けること
が出来る。この時にファイバー間に光吸収層を設けるこ
とで不要光を除去することも出来る。

【００１５】前記ファイバーは非常に細かく構成するこ
とが可能であることから、薄いプレートで入射光による
透過光の選択が可能となる。さらに入射側から見て開口
面積に対する遮光部の割合を抑えて必要な光の透過率を
上げることが可能となる。

【００１６】この様に本発明によれば、コントラストを
落とすことなく画質を保証できることから、メタルハラ
イドランプやハロゲンランプを用いることが可能とな
り、装置の小型、低コスト化による民生市場への展開が
可能になる。

【００１７】

【実施例】以下本発明について実施例をあげて説明す
る。反射型液晶ライトバルブを用いた本発明第一の実施
例の構成図を図１に示す。

【００１８】光源部１は２のメタルハライドランプと、
メタルハライドランプ２の電極間放電アークの少なくと
も一部がその焦点位置にあるようにメタルハライドラン
プ２の一端をセメント固定した放物面鏡３により成って
いる。放物面鏡３の開口側光軸上にはコールドミラー
４、紫外線除去フィルター５が図のように設けられてい
る。前記光軸の先には入射角規制手段６、偏光ビームス
プリッター７が設けられており、この偏光ビームスプリ
ッター７により図１の紙面と平行に振動方向を持つ光は
透過し、紙面に対し垂直方向に振動方向を持つ光は反射
面７ａにより反射せしめられる。偏光ビームスプリッタ
ー７により反射せしめられた光源１の光軸上に反射型液
晶パネル８が、その入射面８ａが前記光軸に対し垂直に
なるよう配置されている。前記反射型液晶パネル８は入
射面８ａから入射した光は前面硝子８ｂ、透明電極層８
ｃ、液晶層８ｄを透過した後に反射層８ｅで反射され入
射の際と同じ光路を経て出射される。この時反射層８ｅ
の裏側に設けられた液晶駆動回路層８ｆと前記透明電極
層８ｃの間に電荷が加わると液晶層８ｄの液晶の配列が
変化し、入射してきた光の振動方向を９０度偏光して出
射。また液晶駆動回路層８ｆと前記透明電極層８ｃの間
に電荷が加わっていないときには入射してきた光の振動
方向を変える事なく出射する。

【００１９】偏光ビームスプリッター７の反射面７ａと
反射型液晶パネル８の入射面８ａを垂直に結ぶ光軸上に
おいて、偏光ビームスプリッター７に対し反射型液晶パ
ネル８と反対側に投写レンズ９を配置してある。この時
投写レンズ９の光軸は前記光軸上にあり、投写レンズ９
の像面上に反射型液晶パネル８の液晶層８ｄが位置する
ように設けられている。この様な構成を取る事で光源１
から射出された光を偏光ビームスプリッター７と反射型
液晶パネル８からなるライトバルブで或部分は透過し、
或部分は遮断する事で画像を構成し、これを投写レンズ
９で拡大投写することで大画面の画像が得られる。

【００２０】従来のライトバルブ方式の画像投写装置で
は中心に比べて周辺で光源からの光の入射角が大きくな
るが、図２に示したように入射角が大きくなってくると
偏光ビームスプリッターの偏光度が劣化する。また液晶
パネルにも入射角に依存してその偏光性能が変化する等
の理由から高コントラスト、均一性を得るには入射角の
小さい入射光、すなわち平行光に近いＦナンバーの大き
い光のみを発する光源が必要であったためにほぼ点光源
に近いキセノンランプしか使えず、装置が高価、大型化
してしまっていた。

【００２１】本発明によれば先の述べたように光源１と
偏光ビームスプリッター７の間に入射角規制手段６を設
ける事で偏光ビームスプリッター７、反射型液晶パネル
８に入射する光の傾き、即ちＦナンバーは入射角規制手
段６により決められるので光源の選択の自由度を上げる
事が出来る。この時入射角規制手段６で決められるＦナ
ンバーと光源のＦナンバーとでは後者の方が小さい値で
ある事は言うまでもない。

【００２２】ここで前記入射角規制手段６は図３に示し
た様に奥行きのある格子窓を持つ構成によって透過する
光の角度を規制する事が出来る。しかしこれを構成する
材料は光吸収材である事から図３上のハッチングを施し
た部分の光は許容される角度で入射してきたにもかかわ
らず前記光吸収材によって吸収されてしまい損失が大き
い。

【００２３】この透過効率を上げる手段として前記入射
角規制手段６を図４に示した光ファイバープレートとす
れば図３の構成で損失になった光に相当するハッチング
で示した光も中心部のファイバー材料と周辺部の材料の
屈折率が異なる事からその境界面で反射されることで効
率よく光源の光のうち有用な入射角の光だけを偏光ビー
ムスプリッターに導く事が出来る。

【００２４】また、図５に示したように一度集光レンズ
で集光させ、その集光位置に有効な入射角の光のみを透
過させ、角度の大きい不要光は遮光するよう設定された
ピンホール１８を備えた遮光面１７を設ける。更に出射
側に集光された光を先の集光レンズに入射する際の角度
に戻すために集光レンズ１６ａと同じレンズからなるコ
リメーターレンズ１６ｂからなる光学系によっても同じ
機能は果たせる。しかしこの光学系一つで光路全ての光
束を処理しようとすると光軸方向に大きな空間が必要と
なる事から図にあるよう一つ一つを小さく構成し、必要
な空間を抑える事が必要となる。

【００２５】以上に示したように本発明によれば必ずし
も点光源に近い光源だけに限定される事なく偏光ビーム
スプリッターの性能を保証できる。従って従来大型で、
高圧ガスを封入したキセノンランプを使用するため大き
さと安全面から困難であった偏光ビームスプリッターを
用いた投写型画像表示装置の家庭への普及が光源をハロ
ゲンランプ、メタルハライドランプとすることで可能と
なる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば光源とライトバルブの構
成からなる投写型画像表示装置の中でも特に光路の分
岐、合成に偏光ビームスプリッターを用いた装置におい
て発光体に反射ミラーを備えてなる光源と、入射された
光の状態を変換することでライトバルブとして機能する
画像表示素子と、前記画像表示素子上の画像を拡大投写
可能に設けられた投写レンズと、入射した光の偏光方向
によりその光路を分岐する偏光ビームスプリッターとか
らなり、前記偏光ビームスプリッターと光源の間には入
射する光の入射角を制限する入射角規制手段を備えて成
る。特に前記入射角規制手段は偏光ビームスプリッター
と光源を結ぶ光軸方向にその光軸を平行に持ち、中心部
と周辺部において屈折率の異なる材料からなるファイバ
ーの集合体、あるいはこれと同様な構成を備えたファイ
バー光プレートである。並びに前記画像表示素子は反射
型液晶パネルである事を特徴とする構成からなること
で、光源に依らず常に偏光ビームスプリッターに入射す
る角度は保証出来る事から、安定した高コントラストな
投写画像を得られる投写型画像表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】反射型液晶ライトバルブを用いた本発明第一の
実施例の構成図

【図２】偏光ビームスプリッターの入射角依存性を示す
分光特性図

【図３】本発明において格子状の壁を設けた入射角規制
手段の一例を示す図

【図４】本発明において光ファイバーを用いた入射角規
制手段の一例を示す図

【図５】本発明においてレンズとアパーチャを用いた入
射角規制手段の一例を示す図

【図６】従来の投写型画像表示装置の構成図

【符号の説明】

１・・・光源部 ２・・・メタルハライドランプ ３・・・放物面鏡 ４・・・コールドミラー ５・・・紫外線除去フィルター ６・・・入射角規制手段 ７・・・偏光ビームスプリッター ７ａ・・・反射面 ８・・・反射型液晶パネル ８ａ・・・入射面 ８ｂ・・・前面硝子 ８ｃ・・・透明電極層 ８ｄ・・・液晶層 ８ｅ・・・反射層 ８ｆ・・・液晶駆動回路層 ９・・・投写レンズ １０ａ・・・最適入射角で入射したときのＰ偏光の透過
率 １０ｂ・・・最適入射角で入射したときのＰ偏光の透過
率 １１ａ・・・最適入射角から外れた光が入射したときの
Ｐ偏光の透過率 １１ｂ・・・最適入射角から外れた光が入射したときの
Ｓ偏光の透過率 １２、１５・・・光吸収材 １３・・・コア光ファイバー １４・・・コア光ファイバーより屈折率の高い硝材 １６ａ・・・集光レンズ １６ｂ・・・コリメーターレンズ １７・・・・遮光面 １８・・・・ピンホール ３０・・・反射型液晶ライトバルブ ３１・・・ファイバー光プレート ３２・・・偏光ビームスプリッター ３３・・・スクリーン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光体に反射ミラーを備えてなる光源
   と、入射された光の偏光状態を変換することでライトバ
   ルブとして機能する画像表示素子と、前記画像表示素子
   上の画像を拡大投写可能に設けられた投写レンズと、入
   射した光の偏光方向によりその光路を分岐する偏光ビー
   ムスプリッターとからなり、前記偏光ビームスプリッタ
   ーと光源の間には入射する光の入射角を制限する入射角
   規制手段を備えたことを特徴とする投写型画像表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記入射角規制手段は偏光ビームスプリ
   ッターと光源を結ぶ光軸方向にその光軸を平行に持ち、
   中心部と周辺部において屈折率の異なる材料からなるフ
   ァイバーの集合体、あるいはこれと同様な構成を備えた
   ファイバー光プレートであることを特徴とする請求項１
   記載の投写型画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記画像表示素子は反射型液晶パネルで
   あることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装
   置。