JP2007199302A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの画面上で低輝度領域と高輝度領域とを同時に表示できる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、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は、光源１から出射した光束を取り込み、取り込んだ光束により被照明領域を照明する。液晶パネル４は、電気信号に応じて光学像が形成される被照明領域を有している。投写レンズ５は液晶パネル４から出射した光束を拡大投写する。スクリーン４９は投写レンズ５からの投写光を受ける。照明光学系２は、透過領域１９と透過領域１９よりも透過率が低い減光領域１８とを有する部分減光素子１６を有している。部分減光素子１６は液晶パネル４近傍の光路上に配置されている。
【選択図】 図１

Description

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。

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、電子画像データであるレントゲン画像として保存される。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レントゲン画像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レントゲン画像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、レントゲン画像を観察する場合にはＣＲＴ画面上にレントゲン画像が表示され、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。
特開平７−２９９０５６号公報

レントゲンフィルムには大小様々な大きさがあり、例えば大きなものとして胸部Ｘ線撮影用の半切サイズ（３５６ｍｍ×４３２ｍｍ）のフィルムがある。医療現場においては、患部の時間的変化を見るために、複数のレントゲンフィルム同士や複数のレントゲン画像同士を並べて比較したり、あるいはレントゲンフィルムとレントゲン画像とを並べて比較する場合がある。
しかし、特許文献１に開示されているＣＲＴモニタでは、半切サイズのレントゲンフィルムを１枚しか観察することができない。複数のレントゲンフィルムを観察するために複数のＣＲＴモニタや液晶モニタを並べることが考えられるが、この場合、隣接する表示画像の間に何も表示されない無効な領域が存在するために、隣接する２つの画像を比較しにくい。また、モニタの大型化が考えられるが、設置スペースが拡大したり製造コストが高くなるため現実的ではない。
また、表示画面の大型化が比較的容易な投写型表示装置を用いることが考えられるが、レントゲンフィルム同士やレントゲン画像同士を並べて表示することはできても、レントゲンフィルムとレントゲン画像とを並べて比較することは難しい。なぜなら、レントゲンフィルムを見る場合とレントゲン画像を見る場合とでは、それぞれの最適な画面の輝度が異なるためである。例えば、画面上の輝度をレントゲン画像を見るのに最適な輝度に調整しても、レントゲンフィルムの最大透過率が低いため、レントゲンフィルムの面光源としては輝度が足りなくなり、外光に邪魔されて重要な部分が見にくくなる。逆に、レントゲンフィルム用の面光源として最適な輝度に調整しても、レントゲン画像を見る場合には輝度が高くなり過ぎてしまい、画面に表示された微妙な陰影に気がつかなかったり、あるいは観察者の眼が疲れる。

このように、１台の投写型表示装置を用いてレントゲンフィルムとレントゲン画像とを並べて比較するためには、１つの画面上で低輝度領域と高輝度領域とを同時に表示する必要があるが、投写型表示装置やＣＲＴモニタなどの従来の電子モニタでは、この課題は解決されていない。
本発明の課題は、１つの画面上で低輝度領域と高輝度領域とを同時に表示できる投写型表示装置を提供することにある。

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、ライトバルブと、投写レンズと、スクリーンと、部分減光素子とを備えている。照明光学系は光源から出射した光束を取り込み、取り込んだ光束を利用して被照明領域を照明する。ライトバルブは、電気信号に応じて光学像が形成される被照明領域を有している。投写レンズはライトバルブ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。部分減光素子は、透過領域と、透過領域よりも透過率が低い減光領域とを有しており、ライトバルブ近傍の光路上に配置されている。
この投写型表示装置では、光源から出射した光束が照明光学系に取り込まれ、照明光学系によりライトバルブの被照明領域が照明される。このとき、部分減光素子がライトバルブ近傍の光路上に配置されており、減光領域は透過領域よりも透過率が低いため、部分減光素子により照明光が部分的に減光される。これにより、この投写型表示装置では、減光領域に対応する低輝度領域と透過領域に対応する高輝度領域とを１つのスクリーン上に同時に表示することができる。
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、減光領域に金属薄膜が形成されている。

これにより、所望の透過率を精度良く実現できると共に耐熱性など優れた環境特性を実現できる。
第３の発明に係る投写型表示装置は、第１または第２の発明において、ライトバルブが透過領域および減光領域に対応する複数の表示領域を有している。
第４の発明に係る投写型表示装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、異なる領域に減光領域が配置された複数の部分減光素子と、複数の部分減光素子を駆動するための部分減光素子駆動機構と、複数の部分減光素子のうちいずれか１つを選択するための素子選択部と、部分減光手段駆動機構および素子選択部に接続され、素子選択部により選択された部分減光素子が光路上に挿入されるように部分減光素子駆動機構の動作を制御する駆動制御部とをさらに備えている。
これにより、スクリーン上に投影される減光領域の配置を複数のパターンの中から選択することができ、低輝度領域および高輝度領域の配置を選択することができる。
第５の発明に係る投写型表示装置は、第４の発明において、部分減光素子と形状が略同一であり単位領域の全面が減光領域で覆われている全面減光素子と、部分減光素子と形状が略同一であり単位領域の全面が透過領域で覆われている全面透過素子とをさらに備えている。素子選択部は、複数の部分減光素子、全面減光素子および全面透過素子のうちいずれか１つを選択可能である。駆動制御部は、複数の部分減光素子、全面減光素子および全面透過素子のうち素子選択部により選択されたいずれか１つの素子が光路上に挿入されるように部分減光素子駆動機構の動作を制御する。

これにより、低輝度領域および高輝度領域の配置を選択することができることに加えて、スクリーン上の全面を低輝度領域および高輝度領域のいずれか一方にすることもできる。
第６の発明に係る制御装置は、ライトバルブと、ライトバルブ近傍の光路上に配置されライトバルブへの照明光を部分的に減光する減光領域を有する複数の部分減光素子と、ライトバルブから出射した光束が投写されるスクリーンと、複数の部分減光素子を光路上に挿脱可能に駆動する素子駆動機構とを備えた投写型表示装置の制御装置である。この制御装置は、素子選択部と、素子駆動部と、駆動制御部とを備えている。素子選択部は異なる減光領域を有する複数の部分減光素子のうちいずれか１つを選択する。素子駆動部は、素子駆動機構に接続され、素子駆動機構を作動させる。駆動制御部は、素子選択部および素子駆動部に接続され、素子選択部からの信号に応じて、素子選択部において選択された部分減光素子が光路上に挿入されるように素子駆動部へ信号を出力する。
この制御装置では、異なる減光領域を有する複数の部分減光素子のうち１つが光路上に挿入され、挿入された部分減光素子により照明光が部分的に減光される。これにより、スクリーン上に低輝度領域と高輝度領域とが同時に表示される。そして、異なる減光領域を有する複数の部分減光素子の中から所望の減光領域を有する部分減光素子を選択することができるため、低輝度領域および高輝度領域の配置を自由に選択することができる。

第７の発明に係る制御装置は、第６の発明において、投写型表示装置が、ライトバルブおよび駆動制御部に接続され、電気信号に応じた光学像をライトバルブに形成させるライトバルブ駆動部をさらに備えている。駆動制御部は、素子選択部からの信号に応じて、減光領域以外の領域に対応するスクリーンの表示領域に単一色からなる画像が表示されるようにライトバルブ駆動部へ信号を出力する。
これにより、選択された部分減光素子の減光領域の配置に応じて、スクリーン上の高輝度領域に白色などの単一色からなる画像が自動的に表示され、高輝度領域を面光源として使用することができる。
第８の発明に係る制御方法は、ライトバルブと、ライトバルブ近傍の光路上に配置されライトバルブへの照明光を部分的に減光する減光領域を有する複数の部分減光素子と、ライトバルブから出射した光束が投写されるスクリーンと、複数の部分減光素子を光路上に挿脱可能に駆動する素子駆動機構とを備えた投写型表示装置の制御方法である。この制御方法は、異なる減光領域を有する複数の部分減光素子のうちいずれか１つを選択する素子選択工程と、選択された部分減光素子を光路上に挿入する素子挿入工程とを含んでいる。
この制御方法では、異なる減光領域を有する複数の部分減光素子のうち１つが光路上に挿入され、挿入された部分減光素子により照明光が部分的に減光される。これにより、スクリーン上に低輝度領域と高輝度領域とが同時に表示される。そして、異なる減光領域を有する複数の部分減光素子の中から所望の減光領域を有する部分減光素子を選択することができるため、低輝度領域および高輝度領域の配置を自由に選択することができる。

第９の発明に係る制御方法は、第８の発明において、選択された部分減光素子に応じて、減光領域以外の領域に対応するスクリーンの表示領域に単一色からなる画像が表示される単一色表示工程とをさらに含んでいる。
これにより、選択された部分減光素子の減光領域の配置に応じて、スクリーン上の高輝度領域に白色などの単一色からなる画像が自動的に表示され、高輝度領域を面光源として使用することができる。

本発明に係る投写型表示装置であれば、透過領域および減光領域を有する部分減光素子を備えているため、減光領域に対応する低輝度領域と透過領域に対応する高輝度領域とをスクリーン上に同時に表示することができる。これにより、１つの装置でレントゲンフィルムとレントゲン画像とを並べて比較することができる。
また、本発明に係る投写型表示装置の制御装置および制御方法であれば、異なる減光領域を有する複数の部分減光素子から所望の減光領域を有する部分減光素子を選択することができるため、スクリーン上の低輝度領域と高輝度領域の配置を自由に選択することができる。

＜１＞第１実施形態
（１）投写型表示装置の全体構成
図１〜図６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の概略構成図、図２に部分減光素子１６の斜視図、図３に第１および第２レンズアレイ板１０、１１の斜視図、図４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５に部分減光素子１６周辺の構成図、図６に表示領域の対応関係の説明図を示す。
投写型表示装置５０は、スクリーン上に複数の電子画像を並べて表示できる装置であり、図１に示すように、光源１と、照明光学系２と、偏光ビームスプリッタ３と、部分減光素子１６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。
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。

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。
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３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５参照）。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３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５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５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４および図５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、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。偏光変換光学系１２は２つの平行平板をプリズム２３の断面が左右対称となるように接着して形成されている。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。

図５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５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とともに、部分減光素子１６により光源１から入射した光束を部分的に減光することができる。
３）偏光ビームスプリッタ
偏光ビームスプリッタ３は、照明光学系２からの照明光を所望の偏光成分に変換し液晶パネル４に照射するための光学系であり、図１に示すように、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偏光選択性多層膜３３が蒸着されている。プリズム３１から偏光選択性多層膜３３に自然光が入射すると、Ｐ偏光成分は偏光選択性多層膜３３を直進し、Ｓ偏光成分は偏光選択性多層膜３３により光軸Ａ３に平行は方向へ反射され、反射型の液晶パネル４に入射する。

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の入射光軸を含む平面と垂直となるように、反射光軸を含む平面と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で反射した光線に一致する直線である。
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）部分減光素子
本発明に係る投写型表示装置５０では、液晶パネル４近傍の光路上に部分減光素子１６が配置されていることに特徴を有している。具体的には、部分減光素子１６は、液晶パネル４に入射する光束を部分的に減光するための素子であり、図１に示すように後述する液晶パネル４の入射側の近傍に配置されている。図２に示すように、部分減光素子１６は、１枚のガラス板１６ａから主に構成されており、透過領域１９と、透過領域１９に隣接して配置された減光領域１８とを有している。

光源１から出射する光量は、透過領域１９を透過した光束によりスクリーン４９に白色の画像を表示した場合に、スクリーン４９が面光源として最適な輝度になるように設定されている。また、減光領域１８は透過領域１９よりも透過率が低く、減光領域１８の透過率は、減光領域１８を透過した光束によりスクリーン４９上に画像を表示した場合に、画像の輝度が最も観察しやすい輝度になるように設定されている。本実施形態においては、減光領域１８において所望の透過率を実現するために、例えば減光領域１８に対応するガラス板１６ａの出射面に金属薄膜が形成されている。言い換えると、透過領域１９に対応するガラス板１６ａの出射面には金属薄膜は形成されていない。この金属薄膜により、所望の透過率を精度良く実現できると共に、耐熱性などの優れた環境特性を実現できる。
５）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６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は部分減光素子１６の減光領域１８に対応しており、表示領域４ｂ、４ｃは透過領域１９に対応している。

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。
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）投写レンズおよびスクリーン
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。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レントゲン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６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。すなわち、スクリーン４９の表示領域４９ａは部分減光素子１６の減光領域１８に対応しており、表示領域４９ｂ、４９ｃは透過領域１９に対応している。
（３）投写型表示装置５０の各光学系の作用
前述の構成を備えた投写型表示装置５０の光学的な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に入射する。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。

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レンズアレイ板１０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。すなわち、偏光変換光学系１２から出射した複数の部分光束を被照明領域としての液晶パネル４に重畳的に集光する。これにより、液晶パネル４の照度分布の均一性を良好とすることができる。
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および部分減光素子１６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。
そして、この投写型表示装置５０では、液晶パネル４の近傍の光路上に部分減光素子１６が配置されているため、照明光は減光領域１８により部分的に減光される。これにより、被照明領域において減光領域１８に対応する領域のみを部分的に減光することができ、スクリーン４９上に透過領域１９に対応する高輝度領域と減光領域１８に対応する低輝度領域とを表示することができる。
本実施形態においては図６に示すように、減光領域１８は、部分減光素子１６の１／３の範囲を占めており、液晶パネル４の表示領域４ａおよびスクリーン４９の表示領域４９ａに対応している。また透過領域１９は、部分減光素子１６の２／３の範囲を占めており、液晶パネル４の表示領域４ｂ、４ｃおよびスクリーン４９の表示領域４９ｂ、４９ｃに対応している。そのため、減光領域１８に対応する領域に形成された光学像はスクリーン４９上では全体的に低輝度な画像として表示され、透過領域１９に対応する領域に形成された光学像はスクリーン４９上では全体的に高輝度な画像として表示される。したがって、減光領域１８に対応する液晶パネル４の表示領域４ａにレントゲン画像の電気信号を入力し、透過領域１９に対応する液晶パネル４の表示領域４ｂ、４ｃに白色の画像の電気信号を入力することで、スクリーン４９上の表示領域４９ａに最適な輝度でレントゲン画像を表示できるとともに、表示領域４９ｂ、４９ｃを高輝度の面光源として使用することができる。これにより、１台の投写型表示装置５０でレントゲン画像とレントゲンフィルムとを並べて比較することができる。

＜第２実施形態＞
前述の第１実施形態に係る投写型表示装置５０では、部分減光素子１６により１つのスクリーン４９上に低輝度領域と高輝度領域とを表示することができる。
しかし、低輝度領域と高輝度領域との配置のパターンが１種類しか存在せず、面光源として使用できる範囲を広げたり、あるいはレントゲン画像を表示できる範囲を広げたりすることができない。また、スクリーン全面をレントゲンフィルム用の面光源としたり、あるいはスクリーン全面に複数のレントゲン画像を表示できない。
そこで、本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置１５０では、異なる減光領域を有する複数の部分減光素子を設けて、低輝度領域と高輝度領域との配置パターンに応じて、部分減光素子が選択可能となっている。図７に本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置１５０の概略構成図、図８に部分減光素子の減光領域の配置パターンを示す。図７に示すように、複数の部分減光素子を設けてそれらを選択できるようにしている点を除いて、投写型表示装置１５０は前述の第１実施形態に係る投写型表示装置５０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記載する。なお、第１実施形態に係る投写型表示装置５０と同じ構成には同じ符号を付している。

図７に示すように、この投写型表示装置１５０は、複数の部分減光素子１１６と、素子駆動機構１４０と、制御装置１４７とをさらに備えている。本実施形態では、６つの部分減光素子１１６が液晶パネル４近傍の光路上に配置されている（図７では３つのみ記載）。６つの部分減光素子１１６のうち１つの部分減光素子１１６のみが光路上に挿入可能となっており、例えば後述する素子駆動機構１４０により、３つの部分減光素子１１６は光軸に垂直な方向にスライド可能となっている。
６つの部分減光素子１１６は、透過領域１１９および減光領域１１８の配置が異なっている。図８に透過領域１１９および減光領域１１８の配置パターンを示す。本実施形態では、前述の第１実施形態と同様に液晶パネル４が３つの表示領域４ａ、４ｂ、４ｃを有しているため、低輝度領域および高輝度領域の配置のパターンとして図８に示す８種類が考えられる。部分減光素子２１６は図８（ａ）〜（ｆ）に相当する。
素子駆動機構１４０は、複数の部分減光素子１１６を光路上に挿脱可能に移動させるための機構であり、例えば、投写型表示装置１５０のハウジングに固定された固定枠１４０ａと、光路に対して垂直な方向に固定枠に対してスライド可能に配置された可動枠１４０ｂと、可動枠を固定枠に対してスライドさせるための駆動モータ１４０ｃとから構成されている。可動枠１４０ｂには複数の部分減光素子１１６が装着されている。駆動モータ１４０ｃにより可動枠１４０ｂをスライドさせることで、複数の部分減光素子１１６のうち１つを光路上に配置することができる。駆動モータ１４０ｃは素子駆動部１４５に接続されている。

制御装置１４７は、素子駆動部１４５と、素子選択部としての３つの選択スイッチ１４１と、ライトバルブ駆動部としての液晶パネル駆動部１４６と、ランプ駆動部１４４と、画像信号入力部１４３と、駆動制御部１４２とをさらに備えている。
素子駆動部１４５は、素子駆動機構１４０の動作を制御するための回路であり、駆動制御部１４２に接続されている。選択スイッチ１４１は、スクリーン４９上の低輝度領域の配置を選択するためのものであり、駆動制御部１４２に接続されている。図９に示すように、選択スイッチ１４１は例えばスクリーン４９の各表示領域４９ａ、４９ｂ、４９ｃの下側に配置されており、それぞれの表示領域４９ａ、４９ｂ、４９ｃについて低輝度表示および高輝度表示のいずれにするか選択することができる。液晶パネル駆動部１４６は、液晶パネル４に電気信号により光学像を形成させるための回路であり、液晶パネル４および駆動制御部１４２に接続されている。ランプ駆動部１４４は、ランプ６を点灯および消灯するための回路であり、駆動制御部１４２に接続されている。画像信号入力部１４３は、電気画像データを外部から受け取り駆動制御部１４２に出力するための回路であり、駆動制御部１４２および図示しない外部装置に接続されている。
ここで、この投写型表示装置１５０の動作について説明する。観察者が選択スイッチ１４１によりレントゲン画像を表示させる低輝度領域を選択すると、３つの選択スイッチ１４１から駆動制御部１４２に信号が出力される（素子選択工程）。駆動制御部１４２は、選択スイッチ１４１からの信号に応じて、どのパターンの部分減光素子１１６を挿入するか選択し、選択した部分減光素子１１６を光路上に挿入するために素子駆動部１４５へ信号を出力する。この結果、選択スイッチ１４１および駆動制御部１４２により選択された部分減光素子１１６が素子駆動機構１４０により光路上に挿入される（素子挿入工程）。

また、選択された部分減光素子１１６の透過領域１１９および減光領域１１８の配置に応じて、液晶パネル４の透過領域１１９に対応する領域に例えば白色の電子画像としての光学像が形成されるように、駆動制御部１４２は液晶パネル駆動部１４６へ信号を出力する（単一色表示工程）。また、液晶パネル４の減光領域１１８に対応する領域に画像信号入力部１４３に入力された電子画像としての光学像が形成されるように、駆動制御部１４２は液晶パネル駆動部１４６へ画像信号入力部１４３からの信号を出力する。
以上の動作により、スクリーン４９上に投影される減光領域１１８の配置を複数のパターンの中から選択することができ、低輝度領域および高輝度領域の配置を自由に選択することができる。すなわち、スクリーン４９上のどの表示領域にレントゲン画像を表示させて、どの表示領域を面光源として使用するかを選択することができる。
また、選択された部分減光素子１１６の減光領域１１８の配置に応じて、スクリーン４９上の高輝度領域に白色の電子画像が自動的に表示され、高輝度領域を面光源として使用することができる。
なお、図８（ｇ）に示す素子は、全面が透過領域１１９により覆われている全面透過素子１５１であり、全面透過素子１５１を選択すると、スクリーン４９の全面を面光源として使用することができる。また、図８（ｈ）に示す素子は、全面が減光領域１１８により覆われている全面減光素子１５２であり、全面減光素子１５２を選択すると、スクリーン４９の全面に３枚のレントゲン画像を最適な輝度で表示することができる。

＜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。
（１）
前述の実施形態は、光学系の構成を限定するものではない。
（２）
前述の実施形態では、ライトバルブとして反射型液晶パネルを採用しているが、これに限定されない。ライトバルブは例えば透過型液晶パネルであってもよい。
（３）
前述の実施形態では、液晶パネルやスクリーンを横方向に並んだ３つの表示領域に分割しているが、これに限定されない。例えば、液晶パネルやスクリーンがさらに多くの表示領域に分割されていてもよい。
（４）
前述の第２実施形態において説明した制御方法は、本発明に係る投写型表示装置の制御方法を限定するものではない。

本発明に係る投写型表示装置は、１つの大きな表示画面上に低輝度領域と高輝度領域とを同時に表示することができるため、レントゲンフィルムとレントゲン画像とをそれぞれ適切な輝度で観察することができ、一つの装置でレントゲンフィルムとレントゲン画像とを並べて観察し比較できる。
そのため、人体内部の情報などを記録したレントゲンフィルムとレントゲン画像との両方が混在する医療現場において非常に有用である。
また、本発明に係る投写型表示装置の制御装置および制御方法は、スクリーン上の低輝度領域と高輝度領域の配置を自由に選択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レントゲン画像との両方が混在する医療現場において非常に有用である。

本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置５０の概略構成図。 部分減光素子１６の斜視図。 第１および第２レンズアレイ板１０、１１の斜視図。 偏光変換光学系１２を構成するプリズム板２１の斜視図。 部分減光素子１６、第１および第２レンズアレイ板１０、１１、および偏光変換光学系１２の位置関係を示す図。 表示領域の対応関係の説明図。 本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置１５０の概略構成図。 部分減光素子１１６の減光領域１８の配置パターンを示した概略図。 本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置１５０の外観図。

符号の説明

１ 光源
２ 照明光学系
３ 偏光ビームスプリッタ
４ 液晶パネル（ライトバルブ）
５ 投写レンズ
６ ランプ
７ 凹面鏡
８ 内面
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
１６ 部分減光素子
１７ 単位共役領域（単位領域）
１８ 減光領域
１９ 透過領域
２６ 第１微小レンズ
２９ 第２微小レンズ
１４０ 素子駆動機構
１４１ 駆動制御部
１４２ 選択スイッチ（素子選択部）
１４３ 画像信号入力部
１４４ ランプ駆動部
１４５ 素子駆動部
１４６ 液晶パネル駆動部（ライトバルブ駆動部）
１４７ 制御装置

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から出射した光束を取り込み、取り込んだ光束を利用して被照明領域を照明する照明光学系と、
   電気信号に応じて光学像が形成される前記被照明領域を有するライトバルブと、
   前記ライトバルブ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、
   透過領域と、前記透過領域よりも透過率が低い減光領域と、を有する部分減光素子とを備え、
   前記部分減光素子は、前記ライトバルブ近傍の光路上に配置されている、
   投写型表示装置。
2. 前記減光領域には、金属薄膜が形成されている、
   請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記ライトバルブは、前記透過領域および減光領域に対応する複数の表示領域を有している、
   請求項１または２に記載の投写型表示装置。
4. 異なる領域に前記減光領域が配置された複数の前記部分減光素子と、
   前記複数の部分減光素子のうちいずれか１つを選択する素子選択部と、
   前記複数の部分減光素子を前記光路上に挿脱可能に駆動する素子駆動機構と、
   前記素子駆動機構に接続され、前記素子駆動機構を作動させる素子駆動部と、
   前記素子駆動部および素子選択部に接続され、前記素子選択部により選択された部分減光素子が前記光路上に挿入されるように前記素子駆動部へ動作信号を出力する駆動制御部とをさらに備えた、
   請求項１から３のいずれかに記載の投写型表示装置。
5. 前記部分減光素子と形状が略同一であり前記単位領域の全面が前記減光領域で覆われている全面減光素子と、前記部分減光素子と形状が略同一であり前記単位領域の全面が前記透過領域で覆われている全面透過素子とをさらに備え、
   前記素子選択部は、前記複数の部分減光素子、全面減光素子および全面透過素子のうちいずれか１つを選択し、
   前記駆動制御部は、前記複数の部分減光素子、全面減光素子および全面透過素子のうち前記素子選択部により選択されたいずれか１つの素子が前記光路上に挿入されるように前記素子駆動部へ動作信号を出力する、
   請求項４記載の投写型表示装置。
6. ライトバルブと、前記ライトバルブ近傍の光路上に配置され前記ライトバルブへの照明光を部分的に減光する減光領域を有する複数の部分減光素子と、前記ライトバルブから出射した光束が投写されるスクリーンと、前記複数の部分減光素子を前記光路上に挿脱可能に駆動する素子駆動機構とを備えた投写型表示装置の制御装置であって、
   異なる前記減光領域を有する前記複数の部分減光素子のうちいずれか１つを選択する素子選択部と、
   前記素子駆動機構に接続され、前記素子駆動機構を作動させる素子駆動部と、
   前記素子選択部および素子駆動部に接続され、前記素子選択部からの信号に応じて、前記素子選択部において選択された前記部分減光素子が前記光路上に挿入されるように前記素子駆動部へ信号を出力する駆動制御部と、
   を備えた投写型表示装置の制御装置。
7. 前記投写型表示装置は、前記ライトバルブおよび駆動制御部に接続され、電気信号に応じた光学像を前記ライトバルブに形成させるライトバルブ駆動部をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記素子選択部からの信号に応じて、前記減光領域以外の領域に対応する前記スクリーンの表示領域に単一色からなる画像が表示されるように前記ライトバルブ駆動部へ信号を出力する、
   請求項６に記載の投写型表示装置の制御装置。
8. ライトバルブと、前記ライトバルブ近傍の光路上に配置され前記ライトバルブへの照明光を部分的に減光する減光領域を有する複数の部分減光素子と、前記ライトバルブから出射した光束が投写されるスクリーンと、前記複数の部分減光素子を前記光路上に挿脱可能に駆動する素子駆動機構とを備えた投写型表示装置の制御方法であって、
   異なる前記減光領域を有する前記複数の部分減光素子のうちいずれか１つを選択する素子選択工程と、
   前記選択された部分減光素子を前記光路上に挿入する素子挿入工程と、
   を含む投写型表示装置の制御方法。
9. 前記選択された部分減光素子に応じて、前記減光領域以外の領域に対応する前記スクリーンの表示領域に単一色からなる画像が表示される単一色表示工程とをさらに含む、
   請求項８に記載の投写型表示装置の制御方法。
   
   

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