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発明の名称 投写型画像表示装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−87427
公開日 平成7年(1995)3月31日
出願番号 特願平5−225586
出願日 平成5年(1993)9月10日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 山岸 成多
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。
特許請求の範囲
【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。
【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。
【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。
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8c、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。




 

 


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