JP2001174912A - 投射型表示装置 - Google Patents
投射型表示装置Info
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- JP2001174912A JP2001174912A JP36125199A JP36125199A JP2001174912A JP 2001174912 A JP2001174912 A JP 2001174912A JP 36125199 A JP36125199 A JP 36125199A JP 36125199 A JP36125199 A JP 36125199A JP 2001174912 A JP2001174912 A JP 2001174912A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パネルサイズが小さく、システムのサイズも
小さい投射型表示装置において、環境の明るさに影響さ
れることなく、対応でき、所要の明るさとコントラスト
を維持できて、高品質な映像が実現できる投射型表示装
置を提供する。 【解決手段】 明るいバックグランドに対応して、表示
パネルでの所要の明るさを確保するためのシステム輝度
になる光源、あるいは、該光源およびリフレクターから
所要の光路を経て前記表示パネルへ供給される投射光束
の角度範囲を可変に制御することで、その明るさの減少
と共に表示パネルでのコントラスト値を大きく上昇する
手段を装備していることを特徴とする。
小さい投射型表示装置において、環境の明るさに影響さ
れることなく、対応でき、所要の明るさとコントラスト
を維持できて、高品質な映像が実現できる投射型表示装
置を提供する。 【解決手段】 明るいバックグランドに対応して、表示
パネルでの所要の明るさを確保するためのシステム輝度
になる光源、あるいは、該光源およびリフレクターから
所要の光路を経て前記表示パネルへ供給される投射光束
の角度範囲を可変に制御することで、その明るさの減少
と共に表示パネルでのコントラスト値を大きく上昇する
手段を装備していることを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、投射型表示装置に
関し、特に、フロントタイプの投射型表示装置に関する
ものである。
関し、特に、フロントタイプの投射型表示装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】先ず、従来の投射型表示装置について、
図12を参照して具体的に説明する。なお、ここでは、
3枚の液晶の反射型表示パネルを用いている。ここで、
符号1は光源としてのランプ、2はランプ1に付帯する
リフレクター、3はランプ1の光源像から2次光源像を
形成する光学手段としてのロッドインテグレーター、4
はコリメーターレンズ、5は偏光変換素子、6はリレー
レンズ、7は色分解ダイクロイックミラー、8はPBS
(偏光ビームスプリッター)である。また、符号9はク
ロスプリズム、10は液晶表示パネル、11は投影レン
ズ、12は全反射ミラーである。
図12を参照して具体的に説明する。なお、ここでは、
3枚の液晶の反射型表示パネルを用いている。ここで、
符号1は光源としてのランプ、2はランプ1に付帯する
リフレクター、3はランプ1の光源像から2次光源像を
形成する光学手段としてのロッドインテグレーター、4
はコリメーターレンズ、5は偏光変換素子、6はリレー
レンズ、7は色分解ダイクロイックミラー、8はPBS
(偏光ビームスプリッター)である。また、符号9はク
ロスプリズム、10は液晶表示パネル、11は投影レン
ズ、12は全反射ミラーである。
【0003】ランプ1から出た光束は、リフレクター2
で反射し、インテグレーター3の入口に集光する。この
リフレクター3は、ここでは、楕円リフレクターであ
り、発光部及びインテグレーターの入口に、その焦点が
存在する。従って、インテグレーター3に入った光束
は、インテグレーター3の内部で、0〜数回反射を繰り
返し、インテグレーター3の出口で、2次光源像を形成
する。なお、2次光源形成法としては、特開平3−11
1806号公報などに所載のフライアイを用いた方法な
どもあるが、ここでは、これを例示、説明しない。
で反射し、インテグレーター3の入口に集光する。この
リフレクター3は、ここでは、楕円リフレクターであ
り、発光部及びインテグレーターの入口に、その焦点が
存在する。従って、インテグレーター3に入った光束
は、インテグレーター3の内部で、0〜数回反射を繰り
返し、インテグレーター3の出口で、2次光源像を形成
する。なお、2次光源形成法としては、特開平3−11
1806号公報などに所載のフライアイを用いた方法な
どもあるが、ここでは、これを例示、説明しない。
【0004】而して、2次光源からの光束は、コリメー
ターレンズ4を通して、概ね、平行光になり、偏光変換
系のPBSなどの偏光変換素子5に入射する。P波はP
BSで反射し、λ/2板を通って(全てが)S波とな
り、リレーレンズ6に入射する。光束はリレーレンズ6
により、液晶表示パネル10に集光されるが、その間の
光路には、ダイクロイックミラー7、偏光板(図示せ
ず)、PBS8、クロスプリズム9などの色分解系が構
成されていて、S波が、それぞれ3枚の液晶表示パネル
10に入射される。
ターレンズ4を通して、概ね、平行光になり、偏光変換
系のPBSなどの偏光変換素子5に入射する。P波はP
BSで反射し、λ/2板を通って(全てが)S波とな
り、リレーレンズ6に入射する。光束はリレーレンズ6
により、液晶表示パネル10に集光されるが、その間の
光路には、ダイクロイックミラー7、偏光板(図示せ
ず)、PBS8、クロスプリズム9などの色分解系が構
成されていて、S波が、それぞれ3枚の液晶表示パネル
10に入射される。
【0005】液晶表示パネルでは、液晶シャッターが、
映像に合わせて、画素ごとに電圧を制御し、液晶の作用
により、S波を楕円偏光(もしくは直線偏光)に変調
し、PBS8でP波成分を透過させ、クロスプリズム9
で色合成した後で、投影レンズ11から投影する。この
形態は一般的である。
映像に合わせて、画素ごとに電圧を制御し、液晶の作用
により、S波を楕円偏光(もしくは直線偏光)に変調
し、PBS8でP波成分を透過させ、クロスプリズム9
で色合成した後で、投影レンズ11から投影する。この
形態は一般的である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、パネルサイ
ズを縮小して、全体のシステムの大きさを縮小しようと
すると、Etendue(面積と角度の積)の考えから、表示
パネルへの入射角度が大きくなり、系のコントラストを
大きく劣化させることが解っている(例えばY.Ito et a
l SID 97 DiGEST p993, J.Iwai IDW 98 p721 などを参
照)。
ズを縮小して、全体のシステムの大きさを縮小しようと
すると、Etendue(面積と角度の積)の考えから、表示
パネルへの入射角度が大きくなり、系のコントラストを
大きく劣化させることが解っている(例えばY.Ito et a
l SID 97 DiGEST p993, J.Iwai IDW 98 p721 などを参
照)。
【0007】従って、そのコントラストの確保のため
に、投射角度の大きい成分の光を捨てて、明るさを落と
すシステム設計を行っているので、システム構成が小さ
いと、画面が暗いというのが、投射型表示装置の一般的
な通念であった。例えば、現在は、光源に100Wクラ
スの高圧水銀ランプを用いて、1.3インチの液晶表示
パネルを用いる場合で、1200ANSILumenの明るさが
実現できるが、0.9インチの液晶表示パネルでは、8
00ANSILumenが精々である。
に、投射角度の大きい成分の光を捨てて、明るさを落と
すシステム設計を行っているので、システム構成が小さ
いと、画面が暗いというのが、投射型表示装置の一般的
な通念であった。例えば、現在は、光源に100Wクラ
スの高圧水銀ランプを用いて、1.3インチの液晶表示
パネルを用いる場合で、1200ANSILumenの明るさが
実現できるが、0.9インチの液晶表示パネルでは、8
00ANSILumenが精々である。
【0008】本発明は、この問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、パネルサイズが小さく、シ
ステムのサイズも小さい投射型表示装置において、環境
の明るさに対応でき、所要の明るさとコントラストを維
持できて、高品質な映像が実現できる投射型表示装置を
提供するにある。
されたもので、その目的は、パネルサイズが小さく、シ
ステムのサイズも小さい投射型表示装置において、環境
の明るさに対応でき、所要の明るさとコントラストを維
持できて、高品質な映像が実現できる投射型表示装置を
提供するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
明るいバックグランドに対応して、表示パネルでの所要
の明るさを確保するためのシステム輝度になる光源、あ
るいは、該光源およびリフレクターから所要の光路を経
て前記表示パネルへ供給される投射光束の角度範囲を可
変に制御することで、その明るさの減少と共に表示パネ
ルでのコントラスト値を大きく上昇する手段を装備して
いることを特徴とする。
明るいバックグランドに対応して、表示パネルでの所要
の明るさを確保するためのシステム輝度になる光源、あ
るいは、該光源およびリフレクターから所要の光路を経
て前記表示パネルへ供給される投射光束の角度範囲を可
変に制御することで、その明るさの減少と共に表示パネ
ルでのコントラスト値を大きく上昇する手段を装備して
いることを特徴とする。
【0010】この場合、本発明の実施の形態として、前
記可変制御手段が、前記光源、あるいは、該光源および
リフレクターから所要の光路へ導出される光束の角度範
囲を可変に制御する手段であること、特に、前記可変制
御手段が、前記光源およびリフレクターから所要の光路
へ導出される光束の角度範囲を、開口絞り手段で実現す
ること、あるいは、前記可変制御手段が、前記光源およ
びリフレクターから所要の光路へ導出される光束の角度
範囲を、前記リフレクターの反射経路もしくは反射率の
可変制御で実現することが有効である。更には、前記可
変制御手段が、前記表示パネルへ光束を投射する投射レ
ンズの入口側に設けられて、その開口を規制し、投射光
束の角度範囲を可変に制御する手段であることも有効で
ある。
記可変制御手段が、前記光源、あるいは、該光源および
リフレクターから所要の光路へ導出される光束の角度範
囲を可変に制御する手段であること、特に、前記可変制
御手段が、前記光源およびリフレクターから所要の光路
へ導出される光束の角度範囲を、開口絞り手段で実現す
ること、あるいは、前記可変制御手段が、前記光源およ
びリフレクターから所要の光路へ導出される光束の角度
範囲を、前記リフレクターの反射経路もしくは反射率の
可変制御で実現することが有効である。更には、前記可
変制御手段が、前記表示パネルへ光束を投射する投射レ
ンズの入口側に設けられて、その開口を規制し、投射光
束の角度範囲を可変に制御する手段であることも有効で
ある。
【0011】また、上述の投射型表示装置おいて、前記
光路には、色分解光学系があり、前記可変制御手段は、
前記光路にある1枚以上のレンズからなるリレーレンズ
群から前記表示パネルまでの距離、および、前記リレー
レンズ群から光源までの距離の、少なくとも一方を可変
制御するように構成されていると、特に、その光源が2
次光源であることは、好ましい実施の形態である。
光路には、色分解光学系があり、前記可変制御手段は、
前記光路にある1枚以上のレンズからなるリレーレンズ
群から前記表示パネルまでの距離、および、前記リレー
レンズ群から光源までの距離の、少なくとも一方を可変
制御するように構成されていると、特に、その光源が2
次光源であることは、好ましい実施の形態である。
【0012】同様に、上述の投射型表示装置において、
前記光路には、色分解光学系および1枚以上のレンズか
らなるリレーレンズ群があり、前記可変制御手段は、そ
のリレーレンズ群の構成を制御して、明るさ及びコント
ラストを可変に制御することが有効である。
前記光路には、色分解光学系および1枚以上のレンズか
らなるリレーレンズ群があり、前記可変制御手段は、そ
のリレーレンズ群の構成を制御して、明るさ及びコント
ラストを可変に制御することが有効である。
【0013】この場合、前記可変制御手段は、前記リレ
ーレンズ群の開口を規制し、投射光束の角度範囲を可変
に制御する手段であること、前記光路には、前記光源の
光源像から2次光源像を形成する光学手段があり、前記
リレーレンズ群は、前記2次光源像と前記表示パネルを
共役関係にするものであること、あるいは、前記光路に
は、前記光源の光源像から複数の2次光源像を分割形成
する光学手段があり、前記リレーレンズ群は、前記2次
光源像と前記表示パネルを共役関係にするものであるこ
とは、好ましい実施の形態である。
ーレンズ群の開口を規制し、投射光束の角度範囲を可変
に制御する手段であること、前記光路には、前記光源の
光源像から2次光源像を形成する光学手段があり、前記
リレーレンズ群は、前記2次光源像と前記表示パネルを
共役関係にするものであること、あるいは、前記光路に
は、前記光源の光源像から複数の2次光源像を分割形成
する光学手段があり、前記リレーレンズ群は、前記2次
光源像と前記表示パネルを共役関係にするものであるこ
とは、好ましい実施の形態である。
【0014】更に詳述すると、本発明の実施の形態で
は、前記光学手段は、前記光源像から2次光源像を形成
するロッドインテグレーターであり、前記可変制御手段
は、前記インテグレーターの入口側に設けた開口絞り手
段であり、また、前記表示パネルが反射型、特に、液晶
パネルであり、前記表示パネルを3枚使用している。
は、前記光学手段は、前記光源像から2次光源像を形成
するロッドインテグレーターであり、前記可変制御手段
は、前記インテグレーターの入口側に設けた開口絞り手
段であり、また、前記表示パネルが反射型、特に、液晶
パネルであり、前記表示パネルを3枚使用している。
【0015】また、上述の本発明の構成において、周囲
の明るさによって、前記可変制御手段が自動的に制御さ
れるような、検出手段および駆動手段が装備されている
ことは、実施の上で重要であり、この際、表示パネルで
のコントラスト値が10倍以上に変化するように、前記
可変制御手段の制御範囲が設定されていることが有用で
ある。
の明るさによって、前記可変制御手段が自動的に制御さ
れるような、検出手段および駆動手段が装備されている
ことは、実施の上で重要であり、この際、表示パネルで
のコントラスト値が10倍以上に変化するように、前記
可変制御手段の制御範囲が設定されていることが有用で
ある。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の具体的な構成を説明する
前に、この投射型表示装置における、明るさとコントラ
ストについて説明する。所謂、コントラストは、白表示
の輝度が黒表示の輝度の何倍であるかを示す指標であっ
て、コントラスト値は白輝度/黒輝度で表す。投射表示
装置において、一般には、2桁以上、黒輝度が小さく
(即ち、コントラストは100以上)、黒の値がコント
ラストを決定している主要因となっている。一方、明る
さは、白輝度について、9点の平均であるANSILumenと
いう単位で表示される。
前に、この投射型表示装置における、明るさとコントラ
ストについて説明する。所謂、コントラストは、白表示
の輝度が黒表示の輝度の何倍であるかを示す指標であっ
て、コントラスト値は白輝度/黒輝度で表す。投射表示
装置において、一般には、2桁以上、黒輝度が小さく
(即ち、コントラストは100以上)、黒の値がコント
ラストを決定している主要因となっている。一方、明る
さは、白輝度について、9点の平均であるANSILumenと
いう単位で表示される。
【0017】なお、本発明者は、この明るさとコントラ
ストについて、実際の使用時に必要な仕様を、鋭意検討
した結果、特異に投射型表示装置を発明したのであっ
て、単純に明るさを向上すること、もしくは、単純にコ
ントラストを向上することが目的でなされたのではな
い。この点を以下に説明する。
ストについて、実際の使用時に必要な仕様を、鋭意検討
した結果、特異に投射型表示装置を発明したのであっ
て、単純に明るさを向上すること、もしくは、単純にコ
ントラストを向上することが目的でなされたのではな
い。この点を以下に説明する。
【0018】図1には、横軸にスクリーン(表示パネ
ル)上の白輝度(即ち、投射型表示装置の白輝度にスク
リーン上のバックグラウンドを加えたもの)、縦軸にコ
ントラストの値の上限値を、それぞれ、各バックグラウ
ンド(即ち、部屋の明るさ)をパラメーターとしたグラ
フである。
ル)上の白輝度(即ち、投射型表示装置の白輝度にスク
リーン上のバックグラウンドを加えたもの)、縦軸にコ
ントラストの値の上限値を、それぞれ、各バックグラウ
ンド(即ち、部屋の明るさ)をパラメーターとしたグラ
フである。
【0019】ここで、バックグラウンドとしての2ルッ
クスは、部屋の電気を完全に消した状態、同じく、90
ルックスは、スクリーン側の電気のみを消して残りを点
灯した状態、400ルックスは、全ての蛍光燈を点灯し
た状態である。これから明らかなように、電気を点灯し
た状態では、システムのコントラストが無限大であって
も、実際に観察されるコントラストは、非常に低いこと
が分かる。これは、例えば、A点で示すように、バック
グラウンドが400ルックスであるため、システムのコ
ントラストが無限大、しかも、1000ルックスの明る
さがあっても、コントラスト値は1000+400/4
00=3.5となり、コントラスト値は僅かに、3.5
にしかならないのである。因みに、通常、云われる20
00ANSILumenの投射型表示装置の場合、80インチの
拡大投影で、システムの白輝度は、およそ1000ルッ
クスとなる。
クスは、部屋の電気を完全に消した状態、同じく、90
ルックスは、スクリーン側の電気のみを消して残りを点
灯した状態、400ルックスは、全ての蛍光燈を点灯し
た状態である。これから明らかなように、電気を点灯し
た状態では、システムのコントラストが無限大であって
も、実際に観察されるコントラストは、非常に低いこと
が分かる。これは、例えば、A点で示すように、バック
グラウンドが400ルックスであるため、システムのコ
ントラストが無限大、しかも、1000ルックスの明る
さがあっても、コントラスト値は1000+400/4
00=3.5となり、コントラスト値は僅かに、3.5
にしかならないのである。因みに、通常、云われる20
00ANSILumenの投射型表示装置の場合、80インチの
拡大投影で、システムの白輝度は、およそ1000ルッ
クスとなる。
【0020】図2〜図4において、バックグラウンド
が、それぞれ、2ルックス、90ルックス、400ルッ
クスの場合に、スクリーン上の投影を82インチに拡大
した時の、横軸に明るさ(ANSILumen)、縦軸に投射型
表示装置のコントラスト値をとっていて、その時の感応
評価の結果が示されている。ここで注目する重要部分
は、バックグラウンドを含めたスクリーン上のコントラ
ストの値である。なお、投影表示装置としては、液晶プ
ロジェクターとOHPを用いている。○はプレゼンテー
ションとして見苦しくないと判断した場合、△は少し見
難いという判断基準である。
が、それぞれ、2ルックス、90ルックス、400ルッ
クスの場合に、スクリーン上の投影を82インチに拡大
した時の、横軸に明るさ(ANSILumen)、縦軸に投射型
表示装置のコントラスト値をとっていて、その時の感応
評価の結果が示されている。ここで注目する重要部分
は、バックグラウンドを含めたスクリーン上のコントラ
ストの値である。なお、投影表示装置としては、液晶プ
ロジェクターとOHPを用いている。○はプレゼンテー
ションとして見苦しくないと判断した場合、△は少し見
難いという判断基準である。
【0021】図2から明らかなように、バックグラウン
ドが明るい場合は、明るさが重要であって、システムの
コントラスト値は重要でない。即ち、2000ANSILume
nの所では、システムのコントラストが4の場合と10
0以上の場合を比較しても、スクリーン上のコントラス
トは、それぞれ、2.1および3.2であって、大きな
差はなく、判定の上で、許容範囲となった。
ドが明るい場合は、明るさが重要であって、システムの
コントラスト値は重要でない。即ち、2000ANSILume
nの所では、システムのコントラストが4の場合と10
0以上の場合を比較しても、スクリーン上のコントラス
トは、それぞれ、2.1および3.2であって、大きな
差はなく、判定の上で、許容範囲となった。
【0022】図3は、一般に、プレゼンテーションで使
用される環境下での値を示しているが、その明るさにも
よるが、システムのコントラストは、精々、10も有れ
ば十分と言える。ここでは、バックグラウンドと同等
な、システムのバックグラウンドは許容されている(1
000ANSILumenで、82インチの拡大投影の場合、白
輝度は500ルックス、システムのコントラスト値が1
0の時、即ち、システムのバックグラウンドが50ルッ
クスとすると、コントラスト値は(500+90/(5
0+90)=4.2であり、また、システムのコントラ
スト値100でも、バックグランドのコントラスト値は
(500+90)/(5+90)=6.2であり、感応
試験では、大きな差が認められない)。
用される環境下での値を示しているが、その明るさにも
よるが、システムのコントラストは、精々、10も有れ
ば十分と言える。ここでは、バックグラウンドと同等
な、システムのバックグラウンドは許容されている(1
000ANSILumenで、82インチの拡大投影の場合、白
輝度は500ルックス、システムのコントラスト値が1
0の時、即ち、システムのバックグラウンドが50ルッ
クスとすると、コントラスト値は(500+90/(5
0+90)=4.2であり、また、システムのコントラ
スト値100でも、バックグランドのコントラスト値は
(500+90)/(5+90)=6.2であり、感応
試験では、大きな差が認められない)。
【0023】一方、図4で示すような、暗い環境下で
は、明るさよりもコントラストが重視される。これは使
用目的にもよるが、バックグラウンドが暗いため、シス
テムとしてコントラストが高いと、画質にそのまま反映
され、非常に見易い。ただし、通常の、会議などにおい
ては、相手の顔が見えないことや、メモ書きもできなく
なり、不適切である。即ち、適切な仕様環境は、きれい
な動画を見せる場合や、ホームシアターのような使い方
の場合である。
は、明るさよりもコントラストが重視される。これは使
用目的にもよるが、バックグラウンドが暗いため、シス
テムとしてコントラストが高いと、画質にそのまま反映
され、非常に見易い。ただし、通常の、会議などにおい
ては、相手の顔が見えないことや、メモ書きもできなく
なり、不適切である。即ち、適切な仕様環境は、きれい
な動画を見せる場合や、ホームシアターのような使い方
の場合である。
【0024】以上述べてきたように、周囲の明るさ、も
しくは、使い方により、必要な明るさとコントラストは
一致しないことがわかった。即ち、会議のような、明る
い所で、投射型表示装置を使用する場合は明るさを重視
する。ここでは、コントラストをかなり落としても支障
がない。その反面、ホームシアターのような映像を見る
目的で投射型表示装置を使用する場合は、明るさより
も、コントラストが重要である。
しくは、使い方により、必要な明るさとコントラストは
一致しないことがわかった。即ち、会議のような、明る
い所で、投射型表示装置を使用する場合は明るさを重視
する。ここでは、コントラストをかなり落としても支障
がない。その反面、ホームシアターのような映像を見る
目的で投射型表示装置を使用する場合は、明るさより
も、コントラストが重要である。
【0025】(第1の実施の形態)図5には、この両者
を満たす性能を持った、本発明の投射型表示装置の構成
例が示されている。なお、図において、従来と同じ構成
要素には同じ番号を使用して、その説明は省略する。
を満たす性能を持った、本発明の投射型表示装置の構成
例が示されている。なお、図において、従来と同じ構成
要素には同じ番号を使用して、その説明は省略する。
【0026】本発明では、液晶表示パネル10に照射す
る光束の内、21゜に近い角度成分まで、十分に取り込
むような構成にしていて、絶対的な明るさの確保を、ま
ずは優先した。なぜなら、明るさを確保することは、そ
の明るさで、光束を液晶表示パネルに照射することで、
Etendueとして、保存することから、1.3インチのパ
ネル相当の明るさを確保しようとすると、この時の角度
を凡そ8゜として(後述)、1.3×8゜=0.5×2
0.8゜となり、上述の21゜の角度の光束まで取り込
むことが必要となるからである。
る光束の内、21゜に近い角度成分まで、十分に取り込
むような構成にしていて、絶対的な明るさの確保を、ま
ずは優先した。なぜなら、明るさを確保することは、そ
の明るさで、光束を液晶表示パネルに照射することで、
Etendueとして、保存することから、1.3インチのパ
ネル相当の明るさを確保しようとすると、この時の角度
を凡そ8゜として(後述)、1.3×8゜=0.5×2
0.8゜となり、上述の21゜の角度の光束まで取り込
むことが必要となるからである。
【0027】21゜の光束を取り込むために、1.3イ
ンチパネルの光学系に対して、リレーレンズ系のパワー
を大きくして、θを大きくしてある。従って、焦点距離
は小さくなり、全体のシステムは小さくなる。
ンチパネルの光学系に対して、リレーレンズ系のパワー
を大きくして、θを大きくしてある。従って、焦点距離
は小さくなり、全体のシステムは小さくなる。
【0028】ここで、コントラストを決めている要因に
ついて述べる。コントラストは、PBSや表示パネルを
含めた光路上の、全ての部材のコントラストで、総合的
に計算されるものであるが、最も低い値の所で律速する
ものである。一般的にPBSが最も鍵となっている。図
6には、本発明で使用している一般的なPBS(偏光ビ
ームスプリッター)の透過率の入射角度依存性が示され
ている。
ついて述べる。コントラストは、PBSや表示パネルを
含めた光路上の、全ての部材のコントラストで、総合的
に計算されるものであるが、最も低い値の所で律速する
ものである。一般的にPBSが最も鍵となっている。図
6には、本発明で使用している一般的なPBS(偏光ビ
ームスプリッター)の透過率の入射角度依存性が示され
ている。
【0029】即ち、コントラスト100を保とうとする
と、入射角度としては8゜ぐらいが限度となる(実際に
は、光束の分布は、入射角度が0゜を中心としており、
その積分値で、コントラストが決まるため、コントラス
トは高くなる)。この時、明るさについて、光源に20
0Wの超高圧水銀ランプを用いており、これにより、十
分な明るさである1800ANSILumenが得られた。一
方、システムのコントラストは8となった。先述したよ
うに、明るい部屋での、通常のプレゼンテーションとし
ては十分な値である。
と、入射角度としては8゜ぐらいが限度となる(実際に
は、光束の分布は、入射角度が0゜を中心としており、
その積分値で、コントラストが決まるため、コントラス
トは高くなる)。この時、明るさについて、光源に20
0Wの超高圧水銀ランプを用いており、これにより、十
分な明るさである1800ANSILumenが得られた。一
方、システムのコントラストは8となった。先述したよ
うに、明るい部屋での、通常のプレゼンテーションとし
ては十分な値である。
【0030】次に、コントラストを上げ、明るさを抑制
する制御手段について述べる。この実施の形態では、明
るいバックグランドに対応して、表示パネル10での所
要の明るさを確保するためのシステム輝度になる光源
(ランプ)1およびリフレクター2(光源のみでも良い
が)から所要の光路を経て表示パネル10へ供給される
投射光束の角度範囲を可変に制御することで、その明る
さの減少と共に表示パネルでのコントラスト値を大きく
上昇する可変制御手段である。
する制御手段について述べる。この実施の形態では、明
るいバックグランドに対応して、表示パネル10での所
要の明るさを確保するためのシステム輝度になる光源
(ランプ)1およびリフレクター2(光源のみでも良い
が)から所要の光路を経て表示パネル10へ供給される
投射光束の角度範囲を可変に制御することで、その明る
さの減少と共に表示パネルでのコントラスト値を大きく
上昇する可変制御手段である。
【0031】なお、この実施の形態として、前記可変制
御手段は、光源1およびリフレクター2から所要の光路
へ導出される光束の角度範囲を可変に制御する手段とし
て、前記光路にある光学系の光軸中心を中心として、所
要のアパーチャを形成した遮光板(あるいは、前記アパ
ーチャ領域を透明とし、その領域外を構造的あるいは材
質的に不透明、もしくは、低い透光率で構成した透明
板)などの、開口絞り手段13(例えば、前記遮光板を
光軸方向に対して平行移動することなどにより、光束の
角度範囲を可変する)で実現している。
御手段は、光源1およびリフレクター2から所要の光路
へ導出される光束の角度範囲を可変に制御する手段とし
て、前記光路にある光学系の光軸中心を中心として、所
要のアパーチャを形成した遮光板(あるいは、前記アパ
ーチャ領域を透明とし、その領域外を構造的あるいは材
質的に不透明、もしくは、低い透光率で構成した透明
板)などの、開口絞り手段13(例えば、前記遮光板を
光軸方向に対して平行移動することなどにより、光束の
角度範囲を可変する)で実現している。
【0032】即ち、リフレクター2の外周部を、アパー
チャーにより自由にカットして、インテグレーター3に
入る角度をθからθ′と小さくすることができ、Etendu
eを小さくするのである。このような構成を用いると、
インテグレーター3の出口の2次光源の角度が小さくな
り(ほぼθ′)、カットした分、明るさは落ちるが、パ
ネル付近の角度成分の大きいものがカットされるため、
コントラスト値は大きく上昇する。例えば、400ANSI
Lumenにすると、パネルに照射される光束の角度成分
は、最大でも8゜に押さえられ、システムのコントラス
トを200とすることができ、明るい時のコントラスト
の8と比較すると、25倍である。
チャーにより自由にカットして、インテグレーター3に
入る角度をθからθ′と小さくすることができ、Etendu
eを小さくするのである。このような構成を用いると、
インテグレーター3の出口の2次光源の角度が小さくな
り(ほぼθ′)、カットした分、明るさは落ちるが、パ
ネル付近の角度成分の大きいものがカットされるため、
コントラスト値は大きく上昇する。例えば、400ANSI
Lumenにすると、パネルに照射される光束の角度成分
は、最大でも8゜に押さえられ、システムのコントラス
トを200とすることができ、明るい時のコントラスト
の8と比較すると、25倍である。
【0033】このように、本発明ではコントラストの値
に大きな自由度を持たせることで、1つの装置でありな
がら、周囲の環境に合わせたインテリジェントな装置を
実現できる。さらに、前記遮光板のランプ側の面を、全
反射ミラーにしておくと、反射光束が再びリフレクター
に入り、明るさの改善に役立つので、有効である。
に大きな自由度を持たせることで、1つの装置でありな
がら、周囲の環境に合わせたインテリジェントな装置を
実現できる。さらに、前記遮光板のランプ側の面を、全
反射ミラーにしておくと、反射光束が再びリフレクター
に入り、明るさの改善に役立つので、有効である。
【0034】また、ここでは、アパーチャのある遮光板
を用いて、可変制御手段を実現したが、リフレクター内
部に反射板や吸収板を設けるなど、光源およびリフレク
ターから所要の光路へ導出される光束の角度範囲を、前
記リフレクターの反射経路もしくは反射率の可変制御で
実現することも、本発明の実施の形態として有効であ
る。
を用いて、可変制御手段を実現したが、リフレクター内
部に反射板や吸収板を設けるなど、光源およびリフレク
ターから所要の光路へ導出される光束の角度範囲を、前
記リフレクターの反射経路もしくは反射率の可変制御で
実現することも、本発明の実施の形態として有効であ
る。
【0035】なお、本発明に用いた表示パネルは比較的
小さいため、開口率の大きく取れる反射型のTN液晶を
用いたが、反射型や液晶の種類について、特に、限定さ
れないことは勿論である。例えば、開口率が小さくなる
が、透過型の構成を用いても良いし、また、VA液晶や
その他の液晶を用いても、基本的な考え方に差がないこ
とは言うまでもない。
小さいため、開口率の大きく取れる反射型のTN液晶を
用いたが、反射型や液晶の種類について、特に、限定さ
れないことは勿論である。例えば、開口率が小さくなる
が、透過型の構成を用いても良いし、また、VA液晶や
その他の液晶を用いても、基本的な考え方に差がないこ
とは言うまでもない。
【0036】(第2の実施の形態)本発明に係わる第2
の実施の形態を、図7を参照して、具体的に説明する。
なお、先述の本発明の構成と同一の構成は、同じ符号を
付して、その説明を省略する。ここでは、アパーチャの
ある遮光板などの可変制御手段17が、表示パネルへ光
束を投射する投射レンズ11の入口側に設けられて、そ
の開口を規制し、投射光束の角度範囲を可変に制御する
手段である。図7において、パネル16には、DMD
(Digital Micromirror Device)を用いており、単板の
構成である。また、符号14は回転カラーフィルター
で、ここでは、時分割的に色を分離している。また、符
号15は凹ミラーである。DMDについては、例えば、
1995年の、Part of SPIE'sThematic Applied Scien
ceand Engineering Seriesにおいて、Larry J.Hornbeck
nにより、詳細に説明されているので、ここでは詳細な
説明を省略する。
の実施の形態を、図7を参照して、具体的に説明する。
なお、先述の本発明の構成と同一の構成は、同じ符号を
付して、その説明を省略する。ここでは、アパーチャの
ある遮光板などの可変制御手段17が、表示パネルへ光
束を投射する投射レンズ11の入口側に設けられて、そ
の開口を規制し、投射光束の角度範囲を可変に制御する
手段である。図7において、パネル16には、DMD
(Digital Micromirror Device)を用いており、単板の
構成である。また、符号14は回転カラーフィルター
で、ここでは、時分割的に色を分離している。また、符
号15は凹ミラーである。DMDについては、例えば、
1995年の、Part of SPIE'sThematic Applied Scien
ceand Engineering Seriesにおいて、Larry J.Hornbeck
nにより、詳細に説明されているので、ここでは詳細な
説明を省略する。
【0037】基本的には、DMDパネルのミラーが動
き、角度を変えることで、投影レンズに光を入れるか、
入れないかで、映像を作り出すのである。この時、やは
り、DMDパネルに入射する光束の角度がバラ付いてい
ると、コントラストを低下させるため、ある角度以内の
光束のみを使用するように制限される。なお、DMDパ
ネルのミラーの角度は、オン状態とオフ状態で±10゜
であり、従って、一般的には、パネルに入射する光束は
中心光束から10゜以内になるように投影レンズの径が
決定される。
き、角度を変えることで、投影レンズに光を入れるか、
入れないかで、映像を作り出すのである。この時、やは
り、DMDパネルに入射する光束の角度がバラ付いてい
ると、コントラストを低下させるため、ある角度以内の
光束のみを使用するように制限される。なお、DMDパ
ネルのミラーの角度は、オン状態とオフ状態で±10゜
であり、従って、一般的には、パネルに入射する光束は
中心光束から10゜以内になるように投影レンズの径が
決定される。
【0038】しかし、本発明では、更に大きな角度も取
り込めるように設計し、大きな開口の投影レンズを採
用、ランプから表示パネルまでの光学設計も、25゜ま
での角度を取り込むように設計する。更に、投影レンズ
の入口側開口に、先述のようなアパーチャを有する遮光
板17などの、開口絞り手段を設け、絞りを可変とする
ことで、コントラスト重視の時は、アパーチャを絞り、
明るさ優先の時は、アパーチャを大きく開放し、多くの
光束を取り込むようにしている。
り込めるように設計し、大きな開口の投影レンズを採
用、ランプから表示パネルまでの光学設計も、25゜ま
での角度を取り込むように設計する。更に、投影レンズ
の入口側開口に、先述のようなアパーチャを有する遮光
板17などの、開口絞り手段を設け、絞りを可変とする
ことで、コントラスト重視の時は、アパーチャを絞り、
明るさ優先の時は、アパーチャを大きく開放し、多くの
光束を取り込むようにしている。
【0039】その結果、0.85インチで単板形式で、
1200ANSILumen、コントラストが20のシステムか
ら、600ANSILumen、コントラストが300のシステ
ムを、1つの投射型表示装置において実現できた。この
ように、本発明では、コントラスト値に大きな自由度を
持たせることで(この実施の形態では、コントラスト値
が15倍も異なる仕様である)、1つの装置でありなが
ら、周囲の環境(バックグランドの明るさ)に合わせた
インテリジェントな装置を実現できる。
1200ANSILumen、コントラストが20のシステムか
ら、600ANSILumen、コントラストが300のシステ
ムを、1つの投射型表示装置において実現できた。この
ように、本発明では、コントラスト値に大きな自由度を
持たせることで(この実施の形態では、コントラスト値
が15倍も異なる仕様である)、1つの装置でありなが
ら、周囲の環境(バックグランドの明るさ)に合わせた
インテリジェントな装置を実現できる。
【0040】なお、上述のように、DMDのようなパネ
ルは、必ずしも、光束の中心軸がパネルに対して垂直に
入射するような設計にはなっていない。しかし、本発明
では本質的に、パネルに入射する光束の角度範囲を制御
することによって、投射表示に有効に実現させることが
できる。これは、液晶パネルにおいても同様で、光束の
中心がパネルに垂直になるように設計するのが一般的で
はあるが、本発明の本質は、パネルに入射する光束の角
度範囲を制御するという意味で、何ら差異をもたらすも
のではない。
ルは、必ずしも、光束の中心軸がパネルに対して垂直に
入射するような設計にはなっていない。しかし、本発明
では本質的に、パネルに入射する光束の角度範囲を制御
することによって、投射表示に有効に実現させることが
できる。これは、液晶パネルにおいても同様で、光束の
中心がパネルに垂直になるように設計するのが一般的で
はあるが、本発明の本質は、パネルに入射する光束の角
度範囲を制御するという意味で、何ら差異をもたらすも
のではない。
【0041】(第3の実施の形態)本発明に係わる第3
の実施の形態について、図8を参照して、具体的に説明
する。上述の投射型表示装置おいて、光路には、色分解
光学系があり、可変制御手段は、前記光路にある1枚以
上のレンズからなるリレーレンズ群から表示パネルまで
の距離、および、前記リレーレンズ群から光源までの距
離の少なくとも一方を可変制御するように構成され(こ
の実施の形態では、両方を制御する)、その光源がフラ
イアレイレンズ18からの2次光源である。
の実施の形態について、図8を参照して、具体的に説明
する。上述の投射型表示装置おいて、光路には、色分解
光学系があり、可変制御手段は、前記光路にある1枚以
上のレンズからなるリレーレンズ群から表示パネルまで
の距離、および、前記リレーレンズ群から光源までの距
離の少なくとも一方を可変制御するように構成され(こ
の実施の形態では、両方を制御する)、その光源がフラ
イアレイレンズ18からの2次光源である。
【0042】光源1から出た光は、放物線リフレクター
により平行光となり、まず、第1のフライアイレンズ1
8−1に入射する。ここでのフライアイレンズは、矩形
のマトリクス状に分割され、各矩形レンズは、対応する
第2のフライアイレンズ18−2に光源の像を形成す
る。第1のフライアイレンズは、第2のフライアイレン
ズと、リレーレンズを介して表示パネルと共役の関係に
有り、第1のフライアイレンズでの光源像を、表示パネ
ルに重畳し、結像することで、光源のむらを無くし、均
一に照明するものである。
により平行光となり、まず、第1のフライアイレンズ1
8−1に入射する。ここでのフライアイレンズは、矩形
のマトリクス状に分割され、各矩形レンズは、対応する
第2のフライアイレンズ18−2に光源の像を形成す
る。第1のフライアイレンズは、第2のフライアイレン
ズと、リレーレンズを介して表示パネルと共役の関係に
有り、第1のフライアイレンズでの光源像を、表示パネ
ルに重畳し、結像することで、光源のむらを無くし、均
一に照明するものである。
【0043】なお、図8においては、簡略化のために、
色分解系を符号20、色合成系を符号21で総括して表
わしている。従って、パネルは透過型、反射型の如何に
よらず、この構成の形態を採ることができる。また、図
8の、符号19で示すものは第2のフライアイレンズ1
8−2と1つ以上のリレーレンズで構成するリレーレン
ズ群191との主点であり(ここでは、前側主点と後側
主点が一致している例で示しているが、これに限定され
ないのは、言うまでもない)、該主点19と液晶パネル
10までの距離をa、主点19とフライアイ18−1の
出口の2次光源までの距離をbとすると、リレーレンズ
群の焦点距離fは、液晶パネルと2次光源が共役関係に
ある場合、1/f=1/a+1/bで表せる。
色分解系を符号20、色合成系を符号21で総括して表
わしている。従って、パネルは透過型、反射型の如何に
よらず、この構成の形態を採ることができる。また、図
8の、符号19で示すものは第2のフライアイレンズ1
8−2と1つ以上のリレーレンズで構成するリレーレン
ズ群191との主点であり(ここでは、前側主点と後側
主点が一致している例で示しているが、これに限定され
ないのは、言うまでもない)、該主点19と液晶パネル
10までの距離をa、主点19とフライアイ18−1の
出口の2次光源までの距離をbとすると、リレーレンズ
群の焦点距離fは、液晶パネルと2次光源が共役関係に
ある場合、1/f=1/a+1/bで表せる。
【0044】なお、液晶パネルに照射される角度θは、
前記リレーレンズの口径をLとすると、tan-1(L/
2a)である。2次光源の大きさをB、共役関係にある
パネルでの大きさをAとすると、拡大率MはA/Bであ
り、また、a/bでもある。この実施の形態では、a=
117mm、b=41mmで、約12゜までの光束を液
晶パネルに照射するように、基本設計を行っている。ま
た、拡大率は2.9倍である。レンズ径は、およそ50
mmであり、8×10に分割したフライアイの1つの口
径は、およそ6.3mm×4.7mmであり、フライア
イ18−1の出口の2.9倍の大きさの表示パネルに照
明した。
前記リレーレンズの口径をLとすると、tan-1(L/
2a)である。2次光源の大きさをB、共役関係にある
パネルでの大きさをAとすると、拡大率MはA/Bであ
り、また、a/bでもある。この実施の形態では、a=
117mm、b=41mmで、約12゜までの光束を液
晶パネルに照射するように、基本設計を行っている。ま
た、拡大率は2.9倍である。レンズ径は、およそ50
mmであり、8×10に分割したフライアイの1つの口
径は、およそ6.3mm×4.7mmであり、フライア
イ18−1の出口の2.9倍の大きさの表示パネルに照
明した。
【0045】この実施の形態では、表示パネルは0.9
インチの反射型液晶パネルであり、18.3mm×1
3.7mmの領域である。この時、100Wの高圧水銀
ランプを光源として用い、1200ANSILumenで、コン
トラストが4のシステムを実現した。さらに、本発明で
は、液晶パネルとリレーレンズを連動して動かし、aと
bの距離を代えることができる。例えば、a=168m
m、b=37mmとして、θを8.4゜とすると、明る
さを500ANSILumenに抑えるが、一方、コントラスト
を200以上、確保することができた。このような、フ
レキシブルなシステムを1つの投射型表示装置で実現で
きるのである。
インチの反射型液晶パネルであり、18.3mm×1
3.7mmの領域である。この時、100Wの高圧水銀
ランプを光源として用い、1200ANSILumenで、コン
トラストが4のシステムを実現した。さらに、本発明で
は、液晶パネルとリレーレンズを連動して動かし、aと
bの距離を代えることができる。例えば、a=168m
m、b=37mmとして、θを8.4゜とすると、明る
さを500ANSILumenに抑えるが、一方、コントラスト
を200以上、確保することができた。このような、フ
レキシブルなシステムを1つの投射型表示装置で実現で
きるのである。
【0046】なお、ここでは、リレーレンズとの距離を
双方とも変更したが、例えば、リレーレンズ群としてレ
ンズを形成し、そのパワー(焦点距離)を変えて、即
ち、fを変え、パネルの方のみの光学系である片側の距
離だけを変えることにより、可変制御しても良い。焦点
距離の変更には、レンズ群を纏めて交換しても良いし、
部分的にレンズを交換しても構わない。
双方とも変更したが、例えば、リレーレンズ群としてレ
ンズを形成し、そのパワー(焦点距離)を変えて、即
ち、fを変え、パネルの方のみの光学系である片側の距
離だけを変えることにより、可変制御しても良い。焦点
距離の変更には、レンズ群を纏めて交換しても良いし、
部分的にレンズを交換しても構わない。
【0047】(第4の実施の形態)この実施の形態で
は、装置の光路には、色分解光学系および1枚以上のレ
ンズからなるリレーレンズ群があり、可変制御手段は、
そのリレーレンズ群の構成を制御して、明るさ及びコン
トラストを可変に制御することが有効である。特に、前
記可変制御手段は、前記リレーレンズ群の開口を規制
し、投射光束の角度範囲を可変に制御する手段である。
そして、前記光路には、光源の光源像から2次光源像を
形成する光学手段があり、前記リレーレンズ群は、前記
2次光源像と前記表示パネルを共役関係にするものであ
る。
は、装置の光路には、色分解光学系および1枚以上のレ
ンズからなるリレーレンズ群があり、可変制御手段は、
そのリレーレンズ群の構成を制御して、明るさ及びコン
トラストを可変に制御することが有効である。特に、前
記可変制御手段は、前記リレーレンズ群の開口を規制
し、投射光束の角度範囲を可変に制御する手段である。
そして、前記光路には、光源の光源像から2次光源像を
形成する光学手段があり、前記リレーレンズ群は、前記
2次光源像と前記表示パネルを共役関係にするものであ
る。
【0048】次に、その具体的構成を、図9を参照して
説明する。この実施の形態は、明るさの点では効率は悪
いが、構造上、比較的容易に構成できるものである。図
9において、パネルから見える角度は、ダイクロイック
ミラーに入る前の、リレーレンズ6の出口で開口角であ
り、この部分にアパーチャを有する開口絞り手段22を
設けていて、この開口を絞ることにより、パネルに入射
される実質的な角度を小さくする。ただし、この部分で
開口を絞ると、角度がついていない利用できる光の一部
も捨ててしまうことになり、他の方法と比べると、効率
は若干、低下する。
説明する。この実施の形態は、明るさの点では効率は悪
いが、構造上、比較的容易に構成できるものである。図
9において、パネルから見える角度は、ダイクロイック
ミラーに入る前の、リレーレンズ6の出口で開口角であ
り、この部分にアパーチャを有する開口絞り手段22を
設けていて、この開口を絞ることにより、パネルに入射
される実質的な角度を小さくする。ただし、この部分で
開口を絞ると、角度がついていない利用できる光の一部
も捨ててしまうことになり、他の方法と比べると、効率
は若干、低下する。
【0049】表示パネルに1.3インチの液晶パネルを
用いて、第1の実施の形態と同じように、所要の角度成
分を取り入れ、1800ANSILumenが達成できる系にお
いて、単純にリレーレンズ径を50mmから連続的に2
0mmまで変えた時の、明るさとコントラストとは以下
の通りである。リレーレンズ径を20mmまですると、
角度は8.2゜までに抑えられ、コントラストが300
まで上昇する。一方、明るさはカットされる分で暗くな
るが、300ANSILumenとなり、スクリーンが60イン
チクラスでのシアターにおける投射型表示装置としての
能力は、十分であった。
用いて、第1の実施の形態と同じように、所要の角度成
分を取り入れ、1800ANSILumenが達成できる系にお
いて、単純にリレーレンズ径を50mmから連続的に2
0mmまで変えた時の、明るさとコントラストとは以下
の通りである。リレーレンズ径を20mmまですると、
角度は8.2゜までに抑えられ、コントラストが300
まで上昇する。一方、明るさはカットされる分で暗くな
るが、300ANSILumenとなり、スクリーンが60イン
チクラスでのシアターにおける投射型表示装置としての
能力は、十分であった。
【0050】なお、この実例を含めて、本発明の上述の
実施の形態では、液晶パネルと2次光源像を共役にして
おり、明るさの効率を重視しているが、システムの大き
さを重視する場合や、表示画面内のむらの回避に重視を
置く立場では、必ずしも共役関係を守らなくても、本発
明の本質に影響を与えない。
実施の形態では、液晶パネルと2次光源像を共役にして
おり、明るさの効率を重視しているが、システムの大き
さを重視する場合や、表示画面内のむらの回避に重視を
置く立場では、必ずしも共役関係を守らなくても、本発
明の本質に影響を与えない。
【0051】(第5の実施の形態)本発明の第5の実施
の形態は、上述の実施の形態での、角度成分を制御する
例を示す。これを、図10を参照して、説明する。ここ
では、可変制御手段としてロッドインテグレーター3の
入口側に開口絞り手段23を用いて、光源サイズのバラ
付きによる角度成分が大きくなる要因を抑制している。
の形態は、上述の実施の形態での、角度成分を制御する
例を示す。これを、図10を参照して、説明する。ここ
では、可変制御手段としてロッドインテグレーター3の
入口側に開口絞り手段23を用いて、光源サイズのバラ
付きによる角度成分が大きくなる要因を抑制している。
【0052】一般に、光源1は点光源でないため、楕円
リフレクター2を用いても、一点には収束せずに、ある
角度φの成分を持つ。これが点光源の場合の角度に比べ
て、その角度成分が大きくなる要因であり、インテグレ
ーター3の開口を広げることは、φのバラ付きに起因す
る成分を拾うことで、明るさをアップさせる効果を持
つ。また、一方では、インテグレーター3の出口側の開
口での2次光源での角度を大きくする要因にもなり、実
質的にパネルに照射される光束の角度を大きくししまう
ので、コントラストを低下させる。ここでは、2次光源
の大きさはインテグレーター3の出口側の開口だけで決
まるので、このシステムでは関係はない。
リフレクター2を用いても、一点には収束せずに、ある
角度φの成分を持つ。これが点光源の場合の角度に比べ
て、その角度成分が大きくなる要因であり、インテグレ
ーター3の開口を広げることは、φのバラ付きに起因す
る成分を拾うことで、明るさをアップさせる効果を持
つ。また、一方では、インテグレーター3の出口側の開
口での2次光源での角度を大きくする要因にもなり、実
質的にパネルに照射される光束の角度を大きくししまう
ので、コントラストを低下させる。ここでは、2次光源
の大きさはインテグレーター3の出口側の開口だけで決
まるので、このシステムでは関係はない。
【0053】さらに、偏光変換系を通った後のランプ光
源と共役関係にある、図10の、符号24で示す部分
は、ランプ光源1が複数像を結ぶ所である。この部分
も、点光源ならば点の像になるが、実際には点光源でな
いため、広がりを持つ。従って、この1つ1つに開口を
持たせ、その開口を制御することにより、光源を点光源
に近づけることが可能で、パネルに照射される光束の角
度を、若干ながら制御することができる。
源と共役関係にある、図10の、符号24で示す部分
は、ランプ光源1が複数像を結ぶ所である。この部分
も、点光源ならば点の像になるが、実際には点光源でな
いため、広がりを持つ。従って、この1つ1つに開口を
持たせ、その開口を制御することにより、光源を点光源
に近づけることが可能で、パネルに照射される光束の角
度を、若干ながら制御することができる。
【0054】このように、この実施の形態では、第1〜
4の実施の形態例と比較すると、得られる効果は若干弱
いが、実施の上では、重要な観点であり、単独で行うと
いうより、複合させて、制御することで、大きな効果を
生むことが期待できる。そこで、投射型表示装置の光路
に、光源1の光源像から複数の2次光源像を分割形成す
る光学手段を設け、リレーレンズ群は、2次光源像と表
示パネルを共役関係にする構成にするのが良い。
4の実施の形態例と比較すると、得られる効果は若干弱
いが、実施の上では、重要な観点であり、単独で行うと
いうより、複合させて、制御することで、大きな効果を
生むことが期待できる。そこで、投射型表示装置の光路
に、光源1の光源像から複数の2次光源像を分割形成す
る光学手段を設け、リレーレンズ群は、2次光源像と表
示パネルを共役関係にする構成にするのが良い。
【0055】なお、このように複合で使用することは、
この実施の形態に限らず、第1〜5までの実施の形態の
事例を複合させれば、効果はより大きくなることは、言
うまでもないが、その分、制御が複雑になるため、価格
が高くなる。従って、このような複合の設計では、パネ
ルの構造、光学系の構造を含め、そのシステムとして必
要な部分のみを複合させ、使用することが好ましい。
この実施の形態に限らず、第1〜5までの実施の形態の
事例を複合させれば、効果はより大きくなることは、言
うまでもないが、その分、制御が複雑になるため、価格
が高くなる。従って、このような複合の設計では、パネ
ルの構造、光学系の構造を含め、そのシステムとして必
要な部分のみを複合させ、使用することが好ましい。
【0056】(第6の実施の形態)上述の本発明の構成
において、周囲の明るさによって、可変制御手段が自動
的に制御されるような、検出手段および駆動手段が装備
されていることは、実施の上で重要であり、この際、表
示パネルでのコントラスト値が10倍以上に変化するよ
うに、前記可変制御手段の制御範囲が設定されているこ
とが有用である。
において、周囲の明るさによって、可変制御手段が自動
的に制御されるような、検出手段および駆動手段が装備
されていることは、実施の上で重要であり、この際、表
示パネルでのコントラスト値が10倍以上に変化するよ
うに、前記可変制御手段の制御範囲が設定されているこ
とが有用である。
【0057】そこで、この実施の形態では、上記の実施
の形態を自動制御する方法について述べる。第1の実施
の形態で示したように、明るさ重視で、コントラストの
重要性が少ない系は、一般的に、周囲が明るい環境の時
であり、一方、コントラスト重視で、明るさをさほど必
要としない系は、ホームシアターなどの用途で、できれ
ば、暗い環境での鑑賞となる。従って、周囲の明るさに
合わせて、投射型表示装置自身が、明るさとコントラス
トとを、自動的に変える構成にすると、人がその時々
に、わざわざ、手動で設定しなくても良いという点で、
大きなメリットがある。表1には、第1の実施の形態で
の、実験結果から導き出した周囲の明るさに対する、所
望の明るさ及び許容コントラストが示されている(この
例は80インチに拡大投影した場合)。
の形態を自動制御する方法について述べる。第1の実施
の形態で示したように、明るさ重視で、コントラストの
重要性が少ない系は、一般的に、周囲が明るい環境の時
であり、一方、コントラスト重視で、明るさをさほど必
要としない系は、ホームシアターなどの用途で、できれ
ば、暗い環境での鑑賞となる。従って、周囲の明るさに
合わせて、投射型表示装置自身が、明るさとコントラス
トとを、自動的に変える構成にすると、人がその時々
に、わざわざ、手動で設定しなくても良いという点で、
大きなメリットがある。表1には、第1の実施の形態で
の、実験結果から導き出した周囲の明るさに対する、所
望の明るさ及び許容コントラストが示されている(この
例は80インチに拡大投影した場合)。
【0058】
【表1】 例えば、周辺明るさが2ルックスの時は、明るさは30
0ANSILumen程度になるような系に自動的に変化し、周
囲の環境が400ルックスもあるような時は、明るさ重
視で、例えば、1800ANSILumenで、コントラストを
落とす系にする。この自動制御の構成を、図11のブロ
ック図で示す。ここで、符号21は照度を観測するセン
サー部。22は周囲の明るさと所望の系を対応させる対
応表を持つメモリー部。23はそのセンサーの値から、
対応させる系を実現させる制御部、また、24はそれを
実行する機構部である。
0ANSILumen程度になるような系に自動的に変化し、周
囲の環境が400ルックスもあるような時は、明るさ重
視で、例えば、1800ANSILumenで、コントラストを
落とす系にする。この自動制御の構成を、図11のブロ
ック図で示す。ここで、符号21は照度を観測するセン
サー部。22は周囲の明るさと所望の系を対応させる対
応表を持つメモリー部。23はそのセンサーの値から、
対応させる系を実現させる制御部、また、24はそれを
実行する機構部である。
【0059】例えば、第1の実施の形態での、リフレク
ター前の開口制御を、メカ的に周囲の環境明るさと連動
させるとすると、このような機構で、投影装置の環境に
よって、装置が判断して、所望の明るさ、コントラスト
に設定させるというインテリジェントな投影装置が実現
できる。
ター前の開口制御を、メカ的に周囲の環境明るさと連動
させるとすると、このような機構で、投影装置の環境に
よって、装置が判断して、所望の明るさ、コントラスト
に設定させるというインテリジェントな投影装置が実現
できる。
【0060】実際のシステムについては、図13の
(a)で説明する。この図では、投射型表示装置本体2
9に周囲の明るさを測定するセンサー30を設け、部屋
の明るさをモニターしている。照度センサー30は、光
を電流や電圧に変換して出力するタイプで、一般的なフ
ォトダイオードを用いた。フォトダイオードタイプの照
度センサーは、光量と出力電流が比例するため、それを
電圧に変換し、その信号を制御部に伝えるのである。制
御部では、対応表から、その信号に対応する開口部を制
御する信号を読み出し、その機構部(ここでは、リフレ
クター前の開口シャッター)を所望の位置に設定する。
(a)で説明する。この図では、投射型表示装置本体2
9に周囲の明るさを測定するセンサー30を設け、部屋
の明るさをモニターしている。照度センサー30は、光
を電流や電圧に変換して出力するタイプで、一般的なフ
ォトダイオードを用いた。フォトダイオードタイプの照
度センサーは、光量と出力電流が比例するため、それを
電圧に変換し、その信号を制御部に伝えるのである。制
御部では、対応表から、その信号に対応する開口部を制
御する信号を読み出し、その機構部(ここでは、リフレ
クター前の開口シャッター)を所望の位置に設定する。
【0061】なお、ここでは、1つの機構的な動きを制
御したが、他の実施の形態で、機構部を動かしたり、も
しくは、それを複合的に制御することも可能である。一
方、スクリーン上で、明るさをセンシングすると、実際
に見る位置での明るさをセンシングできるために、より
効果的である。この時は、スクリーンの反射をモニター
して、それに対応する開口に可変制御する。この場合
は、図13の(b)のように、投射型表示装置の前面
に、そのセンサー部を設置すると良いが、特に、この形
態に限定されない。一方、対応表は初期設定は有るもの
の、自分の好みに応じて設定変更できる機構が付加され
ていることが好ましく、使う環境に合せて、また、個人
の好みで自由に設定できることが好ましい。更に、その
対応表が複数あって、その時々で自由に選択できるよう
な機構になっていると良く、更に、自動設定の解除機構
を使用して、手動(マニュアル)で、設定することがで
きるようになっているのも、場合によって、必要であ
る。
御したが、他の実施の形態で、機構部を動かしたり、も
しくは、それを複合的に制御することも可能である。一
方、スクリーン上で、明るさをセンシングすると、実際
に見る位置での明るさをセンシングできるために、より
効果的である。この時は、スクリーンの反射をモニター
して、それに対応する開口に可変制御する。この場合
は、図13の(b)のように、投射型表示装置の前面
に、そのセンサー部を設置すると良いが、特に、この形
態に限定されない。一方、対応表は初期設定は有るもの
の、自分の好みに応じて設定変更できる機構が付加され
ていることが好ましく、使う環境に合せて、また、個人
の好みで自由に設定できることが好ましい。更に、その
対応表が複数あって、その時々で自由に選択できるよう
な機構になっていると良く、更に、自動設定の解除機構
を使用して、手動(マニュアル)で、設定することがで
きるようになっているのも、場合によって、必要であ
る。
【0062】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、主
に、パネルに入射する光束の角度範囲を制御することに
よって、明るさ及びコントラストを大きく変える構成と
し、周囲の明るさに合わせた、見易い投射型表示装置を
提供できる。更に、小さいパネルで、明るい投射型表示
装置が実現できるため、低価格で、かつ、装置本体も小
さい投射型表示装置を提供することができる。
に、パネルに入射する光束の角度範囲を制御することに
よって、明るさ及びコントラストを大きく変える構成と
し、周囲の明るさに合わせた、見易い投射型表示装置を
提供できる。更に、小さいパネルで、明るい投射型表示
装置が実現できるため、低価格で、かつ、装置本体も小
さい投射型表示装置を提供することができる。
【0063】また、本発明の投射型表示装置では、少な
くともパネルとリフレクターを有するランプなどの光源
を持った投射型表示装置において、リフレクターの反射
経路もしくは反射率などを制御して、明るさ及びコント
ラストを可変とすることにより、明るさ及びコントラス
トを大きく変える構成とし、周囲の明るさに合わせた見
易い投射型表示装置を提供できる。
くともパネルとリフレクターを有するランプなどの光源
を持った投射型表示装置において、リフレクターの反射
経路もしくは反射率などを制御して、明るさ及びコント
ラストを可変とすることにより、明るさ及びコントラス
トを大きく変える構成とし、周囲の明るさに合わせた見
易い投射型表示装置を提供できる。
【0064】また、本発明の投射型表示装置では、少な
くともパネルと投射レンズを持った投射型表示装置にお
いて、投射レンズの入り口側の開口を制御して、明るさ
及びコントラストを可変とすることにより、明るさ及び
コントラストを大きく変える構成とし、周囲の明るさに
合わせた見易い投射型表示装置を提供できる。
くともパネルと投射レンズを持った投射型表示装置にお
いて、投射レンズの入り口側の開口を制御して、明るさ
及びコントラストを可変とすることにより、明るさ及び
コントラストを大きく変える構成とし、周囲の明るさに
合わせた見易い投射型表示装置を提供できる。
【0065】また、本発明の投射型表示装置では、パネ
ルと色分解光学系及びリフレクターを有するランプなど
の光源を持った投射型表示装置において、光源と液晶パ
ネルの間にある1枚以上のリレーレンズ群を有し、前記
リレーレンズ群からパネルまでの距離及び前記リレーレ
ンズから光源との距離の、少なくとも一方を可変制御し
て、もしくは、前記リレーレンズの開口を制御して、明
るさ及びコントラストを可変とすることにより、明るさ
及びコントラストを大きく変えることができる構成とす
ることで、周囲の明るさに合わせた見易い投射型表示装
置を提供できる。
ルと色分解光学系及びリフレクターを有するランプなど
の光源を持った投射型表示装置において、光源と液晶パ
ネルの間にある1枚以上のリレーレンズ群を有し、前記
リレーレンズ群からパネルまでの距離及び前記リレーレ
ンズから光源との距離の、少なくとも一方を可変制御し
て、もしくは、前記リレーレンズの開口を制御して、明
るさ及びコントラストを可変とすることにより、明るさ
及びコントラストを大きく変えることができる構成とす
ることで、周囲の明るさに合わせた見易い投射型表示装
置を提供できる。
【0066】また、本発明の投射型表示装置では、パネ
ルと色分解光学系及びランプなどの光源を持った投射型
表示装置において、光源像から2次光源像を形成するイ
ンテグレーターを有し、インテグレーターの入口側の開
口を可変制御して、明るさ及びコントラストを可変とす
ることにより、明るさ及びコントラストを大きく変える
構成とし、周囲の明るさに合わせた見易い投射型表示装
置を提供できる。
ルと色分解光学系及びランプなどの光源を持った投射型
表示装置において、光源像から2次光源像を形成するイ
ンテグレーターを有し、インテグレーターの入口側の開
口を可変制御して、明るさ及びコントラストを可変とす
ることにより、明るさ及びコントラストを大きく変える
構成とし、周囲の明るさに合わせた見易い投射型表示装
置を提供できる。
【図1】本発明の実施の形態を説明するためのグラフで
ある。
ある。
【図2】同じく、本発明の実施の形態を説明するための
グラフである。
グラフである。
【図3】同じく、本発明の実施の形態を説明するための
グラフである。
グラフである。
【図4】同じく、本発明の実施の形態を説明するための
グラフである。
グラフである。
【図5】本発明に係わる第1の実施の形態を示す投影型
表示装置の概略説明図である。
表示装置の概略説明図である。
【図6】同じく、そこでのPBSの透過率を表わす図で
ある。
ある。
【図7】本発明に係わる第2の実施の形態を示す投影型
表示装置の概略説明図である。
表示装置の概略説明図である。
【図8】本発明に係わる第3の実施の形態を示す投影型
表示装置の概略説明図である。
表示装置の概略説明図である。
【図9】本発明に係わる第4の実施の形態を示す投影型
表示装置の概略説明図である。
表示装置の概略説明図である。
【図10】本発明に係わる第5の実施の形態を示す投影
型表示装置の概略説明図である。
型表示装置の概略説明図である。
【図11】本発明に係わる自動制御のための構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図12】本発明との対比のための従来例を説明する図
である。
である。
【図13】本発明の図11についての投影型表示装置の
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【符号の説明】 1 ランプ(光源) 2 リフレクター 3 ロッドインテグレーター 4,6,19 レンズ 5 偏光変換系 7 ダイクロイックミラー 8 PBS 9 クロスプリズム 10 液晶パネル 11 投影レンズ 12 全反射ミラー 13,17,22,23,24 アパーチャのある遮光
板 14 回転フィルター 15 凹ミラー 16 DMDパネル 18 フライアイレンズ 20 色分解系 21 色合成系 25 照度センサー 26 対応表を持つメモリー部 27 制御部 28 機構部 29 投射型表示装置 30 照度センサー
板 14 回転フィルター 15 凹ミラー 16 DMDパネル 18 フライアイレンズ 20 色分解系 21 色合成系 25 照度センサー 26 対応表を持つメモリー部 27 制御部 28 機構部 29 投射型表示装置 30 照度センサー
フロントページの続き Fターム(参考) 2H088 EA14 EA15 EA16 EA18 EA19 GA02 HA13 HA20 HA22 HA24 HA28 JA05 MA04 MA06 2H091 FA10Z FA14Z FA21X FA26Z FA41Z FB07 FC14 FD06 FD12 FD22 FD24 HA07 LA03 LA09 LA18 MA07 5C058 AA06 AA18 BA08 EA02 EA11 EA12 EA13 EA42 5C060 BA03 BB01 BC05 BE05 BE10 GA01 HC01 HC14 HC20 HC22 HD05 JA17 JB06
Claims (17)
- 【請求項1】 明るいバックグランドに対応して、表示
パネルでの所要の明るさを確保するためのシステム輝度
になる光源、あるいは、該光源およびリフレクターから
所要の光路を経て前記表示パネルへ供給される投射光束
の角度範囲を可変に制御することで、その明るさの減少
と共に表示パネルでのコントラスト値を大きく上昇する
手段を装備していることを特徴とする投射型表示装置。 - 【請求項2】 前記可変制御手段は、前記光源、あるい
は、該光源およびリフレクターから所要の光路へ導出さ
れる光束の角度範囲を可変に制御する手段であることを
特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。 - 【請求項3】 前記可変制御手段は、前記光源およびリ
フレクターから所要の光路へ導出される光束の角度範囲
を、開口絞り手段で実現したことを特徴とする請求項2
に記載の投射型表示装置。 - 【請求項4】 前記可変制御手段は、前記光源およびリ
フレクターから所要の光路へ導出される光束の角度範囲
を、前記リフレクターの反射経路もしくは反射率の可変
制御で実現することを特徴とする請求項2に記載の投射
型表示装置。 - 【請求項5】 前記可変制御手段は、前記表示パネルへ
光束を投射する投射レンズの入口側に設けられて、その
開口を規制し、投射光束の角度範囲を可変に制御する手
段であることを特徴とする請求項1に記載の投射型表示
装置。 - 【請求項6】 前記光路には、色分解光学系があり、前
記可変制御手段は、前記光路にある1枚以上のレンズか
らなるリレーレンズ群から前記表示パネルまでの距離、
および、前記リレーレンズ群から光源までの距離の、少
なくとも一方を可変制御するように構成されている請求
項1に記載の投射型表示装置。 - 【請求項7】 前記光源は、2次光源であることを特徴
とする請求項6に記載の投射型表示装置。 - 【請求項8】 前記光路には、色分解光学系および1枚
以上のレンズからなるリレーレンズ群があり、前記可変
制御手段は、そのリレーレンズ群の構成を制御して、明
るさ及びコントラストを可変に制御することを特徴とす
る請求項1に記載の投射型表示装置。 - 【請求項9】 前記可変制御手段は、前記リレーレンズ
群の開口を規制し、投射光束の角度範囲を可変に制御す
る手段であることを特徴とする請求項1に記載の投射型
表示装置。 - 【請求項10】 前記光路には、前記光源の光源像から
2次光源像を形成する光学手段があり、前記リレーレン
ズ群は、前記2次光源像と前記表示パネルを共役関係に
するものであることを特徴とする請求項6、8あるいは
9の何れか1項に記載の投射型表示装置。 - 【請求項11】 前記光路には、前記光源の光源像から
複数の2次光源像を分割形成する光学手段があり、前記
可変制御手段は、前記複数の2次光源像の開口を制御し
て、投射光束の角度範囲を可変に制御する手段であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。 - 【請求項12】 前記光学手段は、前記光源像から2次
光源像を形成するロッドインテグレーターであり、前記
可変制御手段は、前記インテグレーターの入口側に設け
た開口絞り手段であることを特徴とする請求項1に記載
の投射型表示装置。 - 【請求項13】 前記表示パネルが反射型であることを
特徴とする請求項1ないし12の何れか1項に記載の投
射型表示装置。 - 【請求項14】 前記表示パネルが、液晶パネルである
ことを特徴とする請求項13に記載の投射型表示装置。 - 【請求項15】 前記表示パネルを3枚使用することを
特徴とする請求項1ないし14の何れか1項に記載の投
射型表示装置。 - 【請求項16】 周囲の明るさによって、前記可変制御
手段が自動的に制御されるような、検出手段および駆動
手段が装備されていることを特徴とする請求項1ないし
15の何れか1項に記載の投射型表示装置。 - 【請求項17】 コントラスト値が10倍以上に変化す
るように、前記可変制御手段の制御範囲が設定されてい
ることを特徴とする請求項1ないし16の何れか1項に
記載の投射型表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36125199A JP2001174912A (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 投射型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36125199A JP2001174912A (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 投射型表示装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001174912A true JP2001174912A (ja) | 2001-06-29 |
Family
ID=18472816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36125199A Pending JP2001174912A (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 投射型表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001174912A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003107396A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 投写型画像表示装置 |
JP2007094108A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Casio Comput Co Ltd | プロジェクタ装置、及びその光源制御方法 |
JP2007516645A (ja) * | 2003-05-14 | 2007-06-21 | インフォーカス コーポレイション | 投影装置用のプリセット・キー |
JP2009288407A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Canon Inc | 照明光学系及び画像投射装置 |
JP2011242806A (ja) * | 2011-08-26 | 2011-12-01 | Hitachi Ltd | 投写型映像表示装置 |
JP2016017989A (ja) * | 2014-07-04 | 2016-02-01 | 株式会社リコー | 画像表示装置 |
-
1999
- 1999-12-20 JP JP36125199A patent/JP2001174912A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003107396A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 投写型画像表示装置 |
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JP2007094108A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Casio Comput Co Ltd | プロジェクタ装置、及びその光源制御方法 |
US8465159B2 (en) | 2005-09-29 | 2013-06-18 | Casio Computer Co., Ltd. | Projector and method of controlling a light source for use with the projector |
JP2009288407A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Canon Inc | 照明光学系及び画像投射装置 |
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JP2016017989A (ja) * | 2014-07-04 | 2016-02-01 | 株式会社リコー | 画像表示装置 |
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