JP2008209730A - Polarizing illumination device and projection display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投影型の高精細度テレビジョン(HDTV)システムや、ビデオプロジェクタ等に使用される、偏光照明装置及び投射表示装置に関するものである。 The present invention relates to a polarization illumination device and a projection display device used in a projection type high definition television (HDTV) system, a video projector, and the like.
投影型の高精細度テレビジョン(HDTV)システムや、ビデオプロジェクタに用いられる照明装置は、矩形の照明領域を均一に照明する必要があり、その要請を満たすための照明装置が種々発案されている。例えば、液晶ライトバルブと共に用いられるインテグレータ光学系と称される照明装置がある。これは、光源の光を複数の矩形集光レンズ(本説明では、「単位レンズ」という。)で構成されるレンズ板(第1のレンズアレイ)によって分割し、各矩形集光レンズにより切り出された各部分光束を、第1のレンズ板と同様に複数の矩形集光レンズで構成されたレンズ板(第2のレンズアレイ)を介して、一箇所の照明領域上に重畳結像させるものである。 An illumination device used in a projection-type high-definition television (HDTV) system or a video projector needs to uniformly illuminate a rectangular illumination area, and various illumination devices have been proposed to satisfy the demand. . For example, there is an illumination device called an integrator optical system used with a liquid crystal light valve. In this method, light from a light source is divided by a lens plate (first lens array) composed of a plurality of rectangular condenser lenses (referred to as “unit lenses” in this description), and is cut out by each rectangular condenser lens. Each partial light beam is superimposed and imaged on one illumination area via a lens plate (second lens array) composed of a plurality of rectangular condenser lenses in the same manner as the first lens plate. is there.
又、液晶ライトバルブに用いられている捻れネマティック液晶は、直線偏光した光の偏光方向を変えることによって表示を行うものであることから、光源からの自然光を直線偏光化することが、光源からの光の利用率を向上させる上で望ましい。そこで、図11、図12に示される偏光ビームスプリッタアレイ10を備える偏光光学系と称される照明装置が開発されている。ここで用いられる偏光ビームスプリッタアレイ10は、偏光分離膜12を備えた偏光ビームスプリッタ14及び、反射膜としての機能を果たす偏光分離膜12を備えた反射ミラー16を含む単位構造体18が、複数整列した繰返し構造を有している。又、図示の例では反射ミラー16の出射側端面に、半波長板20(図12)が規則的に配置されている。
In addition, the twisted nematic liquid crystal used in the liquid crystal light valve performs display by changing the polarization direction of linearly polarized light. Therefore, it is possible to linearly polarize natural light from the light source. It is desirable for improving the utilization rate of light. Therefore, an illumination device called a polarization optical system having the polarization
そして、偏光ビームスプリッタアレイ10の入射側端面に照射された自然光Lは、偏光ビームスプリッタ14の部分のみから、偏光ビームスプリッタアレイ10に入射する。そして自然光Lは、偏光分離膜12を通過するP偏光光と、偏光分離膜12に反射されるS偏光光とに分離される。そして、偏光分離膜12を通過するP偏光光は、偏光ビームスプリッタ14をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタアレイ10の出射側端面からP偏光光として出射される。一方、偏光分離膜12に反射されたS偏光光は、再び偏光分離膜12によって、進行方向をP偏光光と平行な方向へと反射された後、半波長板20を通過することによってP偏光光へと変換される。よって、自然光Lが偏光ビームスプリッタアレイ10を通過する際に、自然光Lは単位構造体18の偏光ビームスプリッタ14の部分みから入射するが、出射の際には単位構造体18の全体から、全て同一の偏光光(図示の例ではP偏光光)へと偏光された状態で出射されるものであり、単位構造体18を構成する偏光ビームスプリッタ14および反射ミラー16は、互いに一体不可分の関係にある。かかる偏光ビームスプリッタアレイ10を、前述のインテグレータ光学系と組み合わせて照明装置を構成することで、光源光の、液晶ライトバルブにおける利用効率を高めることが可能となる(例えば、特許文献1参照)。
Then, the natural light L irradiated to the incident side end face of the polarization
又、投影型の高精細度テレビジョン(HDTV)システムや、ビデオプロジェクタは、使用環境に応じて画像の明度を調整することができるように、光源に大光量のランプを用いつつ、必要に応じてその光量を絞るための絞り装置を備えている(例えば、特許文献2参照)。図13に示されるように、この絞り装置22は、偏光ビームスプリッタアレイ10を構成する反射ミラー16の入射側端面を覆う、短冊状の複数の固定遮光板24と、固定遮光板24に隣接するようにしてスライド可能に配置された可動遮光板26とを備えている。この可動遮光板26には、偏光ビームスプリッタ14の幅Bと同一の幅を有する、スリット状の光透過部28が形成されている。
Projection-type high-definition television (HDTV) systems and video projectors use a lamp with a large amount of light as the light source so that the brightness of the image can be adjusted according to the usage environment. A diaphragm device for reducing the amount of light is provided (for example, see Patent Document 2). As shown in FIG. 13, the
そして、絞り装置22は、図13に示されるように可動遮光板26の光透過部28が偏光ビームスプリッタ14と一致するとき、絞り開放状態となる。又、図14に示されるように、可動遮光板26をスライドさせることで、光透過部28と固定遮光板24との重なり領域が増加して行き、偏光ビームスプリッタ14は可動遮光板26によって徐々に覆い隠され、光透過領域が減少していく。そして、図15に示されるように、偏光ビームスプリッタ14が完全に覆い隠される位置まで可動遮光板26をスライドすると、絞り装置22は全閉状態となる。
Then, as shown in FIG. 13, the
本発明は、以上のごとくインテグレータ光学系及び偏光光学系の両方の特徴を具備する照明装置において、絞り装置による絞り値の如何に関わらず、照度ムラ、色ムラ、フリッカの発生を抑え、対称性の良い照明光が得られることによって高品質の画像を映し出すことを可能とするものである。又、絞り装置による光量調整を、より高速で行うことを可能とするものである。又、必要に応じてFナンバーを可変することにより、画像のコントラストを向上させることを可能とするものである。又、可動遮光板を完全なる全閉状態とすることにより、「スタンバイモード」を備えることを可能とするものである。さらには、かかる照明装置を用いた、高機能かつ高性能の投射表示装置を提供するものである。 As described above, according to the present invention, in an illuminating device having both the characteristics of an integrator optical system and a polarizing optical system, the occurrence of illuminance unevenness, color unevenness, and flicker is suppressed regardless of the aperture value of the stop device, and symmetry. It is possible to project a high-quality image by obtaining a good illumination light. Further, the light quantity adjustment by the diaphragm device can be performed at a higher speed. Further, the contrast of the image can be improved by changing the F number as required. Further, the “standby mode” can be provided by fully moving the movable light shielding plate. Furthermore, the present invention provides a high-performance and high-performance projection display device using such an illumination device.
(発明の態様)
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
(Aspect of the Invention)
The following aspects of the present invention exemplify the configuration of the present invention, and will be described separately for easy understanding of various configurations of the present invention. Each section does not limit the technical scope of the present invention, and some of the components of each section are replaced, deleted, or further while referring to the best mode for carrying out the invention. Those to which the above components are added can also be included in the technical scope of the present invention.
(1)光源と、複数の単位レンズが整列して構成されるレンズアレイと、偏光ビームスプリッタ及び反射ミラーを含む単位構造体が、複数整列した繰返し構造を有する偏光ビームスプリッタアレイと、絞り装置とを具備し、
該絞り装置は、互いにスライド可能に配置された二枚の可動遮光板と、該二枚の可動遮光板をスライドさせる駆動手段とを含み、
前記二枚の可動遮光板の各々には、前記偏光ビームスプリッタアレイの繰返し構造のピッチと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向が前記偏光ビームスプリッタの長手方向に一致するようにして、複数のスリット状の光透過部が形成されており、
前記駆動手段は、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、前記二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態を基点として、前記二枚の可動遮光板を、前記単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動可能な駆動機構を備える偏光照明装置(請求項1)。
(1) A light source, a lens array configured by aligning a plurality of unit lenses, a polarizing beam splitter array having a repeating structure in which a unit structure including a polarizing beam splitter and a reflecting mirror is aligned, and a diaphragm device Comprising
The diaphragm device includes two movable light shielding plates arranged to be slidable with each other, and a driving means for sliding the two movable light shielding plates,
Each of the two movable light-shielding plates has a pitch that is the same or substantially the same as the pitch of the repeating structure of the polarization beam splitter array, and a longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the polarization beam splitter. Slit-shaped light transmission part is formed,
The driving means is based on the diaphragm opening state where the incident side end face of the polarization beam splitter of the unit structure and the transmitted light portions of the two movable light shielding plates are all coincident or substantially coincident with each other. A polarized light illumination device comprising: a drive mechanism capable of sliding the movable light shielding plate by the same distance at the same time in parallel to the alignment direction of the unit structures and in opposite directions.
本項に記載の偏光照明装置は、単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態では、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の開口面積は最大となる。そして、この絞り開放状態を基点として、駆動手段により、二枚の可動遮光板を、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させる。すると、二枚の可動遮光板の、透過光部以外の部分(遮光部)によって遮光される偏光ビームスプリッタの面積は、その幅方向両側から均等に増大する(開口面積が均等に減少する)。この間、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の、幅方向の中心位置が移動することはなく、スリット状の開口の中心軸と各偏光ビームスプリッタの中心軸の位置は、絞り装置の開度と無関係に常時一定となる。従って、絞り装置の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られる。
又、駆動手段によって、二枚の可動遮光板を、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させることから、二枚の可動遮光板の、透過光部以外の部分(遮光部)によって遮光される偏光ビームスプリッタの面積変化率は、1枚の可動遮光板のみスライドさせる場合の、2倍の変化率となる。
In the polarization illumination device described in this section, in the open aperture state in which the incident side end face of the polarization beam splitter of the unit structure and the transmitted light portions of the two movable light shielding plates all coincide or substantially coincide, The opening area of the slit-like opening constituted by the transmitted light portion of the movable light shielding plate is maximized. Then, with the aperture open state as a base point, the two movable light shielding plates are slid and driven by the same distance in the opposite direction to each other in parallel with the alignment direction of the unit structures by the driving means. Then, the area of the polarization beam splitter that is shielded by the portions other than the transmitted light portion (the light shielding portion) of the two movable light shielding plates increases uniformly from both sides in the width direction (the opening area decreases equally). During this time, the center position in the width direction of the slit-shaped opening constituted by the transmitted light portions of the two movable light shielding plates does not move, and the center axis of the slit-shaped opening and the center axis of each polarization beam splitter The position is always constant regardless of the opening of the expansion device. Therefore, it is possible to always obtain a projection light having a good symmetry regardless of the opening degree of the aperture device.
Further, since the two movable light-shielding plates are slid and driven by the same distance in the opposite direction to each other at the same time by the driving means, the transmitted light of the two movable light-shielding plates is transmitted. The area change rate of the polarization beam splitter that is shielded by the portion other than the portion (the light shielding portion) is twice the rate of change when only one movable light shielding plate is slid.
なお、本項においては、二枚の可動遮光板の各々に形成された複数のスリット状の光透過部が、偏光ビームスプリッタアレイの繰返し構造のピッチと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向が前記偏光ビームスプリッタの長手方向に一致するようにして形成されているが、本説明において「略同一ピッチ」を含む理由は、必要に応じ両者のピッチを必ずしも完全に一致させることなく、若干のずれを持たせる場合を含むことを明らかにしたものである。かかるずれ量については、光学特性の最適化を考慮して適宜設定されるものである。
又、絞り装置の絞り開放状態においては、単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致するが、本説明において「略一致する」を含む理由は、必要に応じ上記各要素を完全に一致させることなく、若干のずれを持たせる場合を含むことを明らかにしたものである。かかるずれ量については、光学特性の最適化を考慮して適宜設定されるものである。
In this section, the plurality of slit-shaped light transmitting portions formed on each of the two movable light shielding plates have the same or substantially the same pitch as that of the repeating structure of the polarization beam splitter array, and the longitudinal direction. Is formed so as to coincide with the longitudinal direction of the polarizing beam splitter. The reason for including “substantially the same pitch” in the present description is that the two pitches do not necessarily coincide with each other as necessary. It is clarified that it includes the case of giving a deviation. The amount of deviation is set as appropriate in consideration of optimization of optical characteristics.
In addition, when the aperture of the aperture stop is in the open state, the incident side end face of the polarization beam splitter of the unit structure and the transmitted light portions of the two movable light shielding plates are all coincident or substantially coincide with each other. The reason for including “matching” is to clarify that the above-described elements are included in some cases without being completely matched if necessary. The amount of deviation is set as appropriate in consideration of optimization of optical characteristics.
(2)前記レンズアレイを構成する単位レンズの幅Aと、前記偏光ビームスプリッタアレイを構成する偏光ビームスプリッタの幅BとがA≒2Bの関係にあり、なおかつ、前記可動遮光板の光透過部の幅Cと遮光部の幅Dとが、C+D=2B、B<C、D<Cの各関係を満たすように構成されている偏光照明装置(請求項2)。
本項に記載の偏光照明装置は、上記各関係を満たすことにより、光の利用効率が高く、かつ、絞り装置の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られるものである。なお、本説明において「A≒2B」としている理由は、Aと2Bとを完全に一致させることなく、若干の寸法差を持たせる場合を含むことを明らかにしたものである。かかる寸法差については、光学特性の最適化を考慮して適宜設定されるものである。
(2) The width A of the unit lens constituting the lens array and the width B of the polarization beam splitter constituting the polarizing beam splitter array have a relationship of A≈2B, and the light transmitting portion of the movable light shielding plate The polarization illumination device is configured such that the width C of the light-shielding portion and the width D of the light-shielding portion satisfy the relationships of C + D = 2B, B <C, and D <C (claim 2).
The polarization illumination device described in this section has high light utilization efficiency by satisfying each of the above relationships, and can always obtain projection light with good symmetry regardless of the aperture of the diaphragm device. It is. In this description, the reason that “A≈2B” is clarified to include a case where a slight dimensional difference is included without completely matching A and 2B. Such a dimensional difference is appropriately set in consideration of optimization of optical characteristics.
(3)前記可動遮光板の、前記光透過部が形成された領域よりもスライド方向外側の領域に、前記単位構造体の幅と同等以上の幅を有する拡幅遮光部が形成され、前記駆動手段は、前記可動遮光板に対し、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの幅と同等以内のスライド量を与える第1の駆動モードと、前記単位構造体の幅を超える任意のスライド量を与える第2の駆動モードとを備える偏光照明装置(請求項3)。
本項に記載の偏光照明装置は、可動遮光板の、光透過部が形成された領域よりもスライド方向外側の領域に、単位構造体の幅と同等以上の幅を有する拡幅遮光部が形成されていることから、二枚の可動遮光板を駆動手段により第2の駆動モードでスライドさせると、スライド量の増加と共に、一方の可動遮光板の複数の透過光部のうちの端部に位置する透過光部から順に、他方の可動遮光板の拡幅遮光部によって覆い隠されていく。そして、覆い隠されていない残りの一部の透過光部同士を一致させることが可能となる。かかる状態では、拡幅遮光部によって、前述のごとく一体不可分の関係にある偏光ビームスプリッタおよび反射ミラーからなる各単位構造体が、その一単位ごと覆い隠され、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の数が減少し、その結果、偏光ビームスプリッタアレイを通過する自然光の光量が減少することから、絞り装置の絞り開放状態における絞り値(Fナンバー)を増大させることができる。そして、スリット状の開口の数が減少した状態で、二枚の可動遮光板を駆動手段により第1の駆動モードでスライドさせることにより、絞り値を自在に調整することができる。よって、必要に応じて、高いコントラストを容易に得ることが可能となる。
(3) A widening light-shielding portion having a width equal to or greater than the width of the unit structure is formed in a region on the outer side in the sliding direction of the movable light-shielding plate from the region where the light transmission portion is formed, and the driving unit Includes a first driving mode that gives a sliding amount equal to or less than a width of the polarizing beam splitter of the unit structure to the movable light shielding plate, and a second driving mode that gives an arbitrary sliding amount exceeding the width of the unit structure. A polarization illumination device comprising:
In the polarization illumination device described in this section, a widened light-shielding portion having a width equal to or greater than the width of the unit structure is formed in a region on the outer side in the sliding direction of the movable light-shielding plate than the region where the light transmission portion is formed. Therefore, when the two movable light shielding plates are slid in the second drive mode by the driving means, the sliding amount increases and the movable light shielding plate is positioned at the end of the plurality of transmitted light portions of one movable light shielding plate. In order from the transmitted light portion, the light is covered with the widened light shielding portion of the other movable light shielding plate. Then, it is possible to match the remaining part of the transmitted light parts that are not covered. In such a state, the unit structure composed of the polarization beam splitter and the reflection mirror, which are inseparably integrated as described above, is covered by the widened light-shielding part, and the transmitted light parts of the two movable light-shielding plates are covered. As a result, the amount of natural light passing through the polarization beam splitter array is reduced, so that the aperture value (F number) in the aperture open state of the aperture device is increased. Can do. The aperture value can be freely adjusted by sliding the two movable light-shielding plates in the first drive mode by the drive means in a state where the number of slit-like openings is reduced. Therefore, high contrast can be easily obtained as necessary.
(4)前記可動遮光板の、前記光透過部の長手方向の長さが、前記光透過部が形成された領域の中心部からスライド方向外側に位置するものほど短くなるように形成されている偏光照明装置(請求項4)。
本項に記載の偏光照明装置は、光透過部の長手方向の長さが、光透過部が形成された領域の中心部からスライド方向外側に位置するものほど短くなるように形成されていることから、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口は、遮光部を交互に含みつつ全体として円状の開口を形成し、バランスの良い投射光が得られる。
(4) The length of the movable light-shielding plate in the longitudinal direction of the light transmission portion is formed so as to be shorter from the center of the region where the light transmission portion is formed toward the outside in the sliding direction. Polarized illumination device (Claim 4).
The polarized light illumination device described in this section is formed such that the length of the light transmitting portion in the longitudinal direction is shorter as it is located on the outer side in the sliding direction from the center of the region where the light transmitting portion is formed. Therefore, the slit-shaped opening constituted by the transmitted light portions of the two movable light shielding plates forms a circular opening as a whole while alternately including the light shielding portions, and a well-balanced projection light can be obtained.
(5)前記可動遮光板は、前記レンズアレイと、前記偏光ビームスプリッタアレイとの間に配置されている偏光照明装置(請求項5)。
偏光ビームスプリッタアレイは、通常、光学接着剤(紫外線硬化型等)を用いて組み立てられることから、十分な耐熱性を得ることが困難である。そこで、偏光ビームスプリッタアレイの両主面(光の入射側端面及び出射側端面)を空冷するための送風装置を備えることが一般的である。そこで、本項に記載の偏光照明装置は、この送風装置を有効利用して、偏光ビームスプリッタアレイ用の冷却用冷風により、可動遮光板の熱も同時に除去し、偏光ビームスプリッタアレイ及び可動遮光板の温度上昇を防ぐことができる。特に、二枚の可動遮光板を閉じると、可動遮光板はより多くの光に照らされるが、それらの温度上昇が効果的に抑えられるので、レンズアレイと、前記偏光ビームスプリッタアレイとの間の空間の、温度上昇を回避することができる。
(5) The polarization illumination device (claim 5), wherein the movable light shielding plate is disposed between the lens array and the polarization beam splitter array.
Since the polarizing beam splitter array is usually assembled using an optical adhesive (such as an ultraviolet curing type), it is difficult to obtain sufficient heat resistance. Therefore, it is common to provide a blower for air-cooling both main surfaces (light incident side end surface and light exit side end surface) of the polarizing beam splitter array. Therefore, the polarization illumination device described in this section effectively uses this blower to simultaneously remove heat from the movable light shielding plate by the cooling air for the polarization beam splitter array, and the polarization beam splitter array and the movable light shielding plate. Temperature rise can be prevented. In particular, when the two movable light shielding plates are closed, the movable light shielding plates are illuminated with more light, but their temperature rise is effectively suppressed, so that the lens array and the polarizing beam splitter array are It is possible to avoid a temperature rise in the space.
(6)前記(1)項から(5)項記載の偏光照明装置により光量調整された直線偏光を、映像信号に応答して変調する光変調素子と、該光変調素子により得られる変調光の投射手段とを備える投射表示装置(請求項6)。 (6) A light modulation element that modulates linearly polarized light whose light amount is adjusted by the polarized illumination device according to the above (1) to (5) in response to a video signal, and a modulated light obtained by the light modulation element. A projection display device comprising projection means (claim 6).
本発明はこのように構成したので、投影型の高精細度テレビジョン(HDTV)システムや、ビデオプロジェクタに用いることが可能な、ランプの光を機械的に遮断する光量絞り装置において、光を絞るための可動遮光板の動作をより高速に行うことが可能となる。また、対称性の良い照明光を得ることが可能となる。又、特別な構造を追加することなく、Fナンバーを可変する調光モードへの切換えが可能となる。又、特別な構造を追加したりサイズを変更したりすることなく、完全なる全閉状態の「スタンバイモード」への切り換えが可能となる。さらには、かかる照明装置を用いた、高機能かつ高性能の投射表示装置を提供することが可能となる。 Since the present invention is configured as described above, the light is narrowed down in a light quantity diaphragming device that can be used in a projection-type high-definition television (HDTV) system or a video projector and that mechanically blocks the light of the lamp. Therefore, the operation of the movable light shielding plate can be performed at a higher speed. In addition, it is possible to obtain illumination light with good symmetry. In addition, it is possible to switch to a dimming mode in which the F number is variable without adding a special structure. Further, it is possible to switch to the “standby mode” in the fully closed state without adding a special structure or changing the size. Furthermore, it is possible to provide a high-function and high-performance projection display device using such an illumination device.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
図1には、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置30を備える投射表示装置32が示されている。偏光照明装置30は、光源ランプ34及びリフレクタ36から構成される光源部38と、第1のレンズアレイ40と、第2のレンズアレイ42と、偏光ビームスプリッタアレイ10と、視野レンズ44とを備えている。又、第2のレンズアレイ42と、偏光ビームスプリッタアレイ10との間に、絞り装置46が配置されている。絞り装置46は、二枚の可動遮光板26と、電動モータ48及びモータ駆動回路50を含む駆動手段52とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, parts that are the same as or correspond to those in the prior art are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 1 shows a
又、投射表示装置32は、映像信号SIIに応答して変調する光変調素子として、3原色の各々に個別に対応するために独立した、3枚の液晶ライトバルブLQR、LQB、LQGを備え、かつ、これら光変調素子により得られる変調光の投射手段として、複数のミラー、レンズ、及びプリズムを備える、いわゆる三板式液晶プロジェクタの構成を呈している。具体的には、偏光照明装置30の視野レンズ44から出射された単一の直線偏光は、第1のダイクロイックミラー54に照射され、赤色成分のみ第1のダイクロイックミラー54を通過して、第1のミラー56により反射され、液晶ライトバルブLQRへと照射される。又、第1のダイクロイックミラー54において反射された青色成分及び緑色成分を含む光は、第2のダイクロイックミラー58において緑色成分が反射され、液晶ライトバルブLQGへと照射される。更に、第2のダイクロイックミラー58を通過した青色成分のみを含む光は、レンズ60、第2のミラー62、レンズ64、第3のミラー66、レンズ68を介して、液晶ライトバルブLQBへと照射される。そして、電子計算機等によって構成された信号処理手段72において映像信号SIIから加工された赤色ドライブ信号RD、青色ドライブ信号BD、及び、緑色ドライブ信号GDを受け、照射された光を各色に応じた変調光へと変換する。各液晶ライトバルブLQR、LQB、LQGは、何れもダイクロイックプリズム70に面していることから、各液晶ライトバルブLQR、LQB、LQGから出射された各色の変調光は、ダイクロイックプリズム70において合成され、投影レンズ74を介してスクリーン76に投影される。
なお、偏光照明装置30は、映像信号SIIに応答して変調する光変調素子として、LCOS(Liquid crystal on silicon)等の反射型液晶や、液晶以外の例えばDMD(Digital mirror device)等を用いた投射表示装置にも、当然に適用することも可能である。
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続いて、図2から図10を参照しながら、偏光照明装置30の絞り装置46について詳しく説明する。絞り装置46は、図2に示されるように、板状の絞りユニットベース78と、絞りユニットベース78の片面に重ねて配置された二枚の可動遮光板26A、26Bとを備えている。図示の例では、絞りユニットベース78は樹脂成形品であり、二枚の可動遮光板26A、26Bは何れも金属板により形成されている。そして、可動遮光板26A、26Bは、絞りユニットベース78に平行かつ相互にスライド可能に配置されている。又、絞りユニットベース78には、図2(a)及び図4に示されるように、光を通過させるための開口78aが形成されている。更に、図3に示されるように、二枚の可動遮光板26A、26Bの、絞りユニットベース78の開口部78aに臨む領域には、偏光ビームスプリッタアレイ10(図11、図12参照)の繰返し構造のピッチPIと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向(Z方向)が偏光ビームスプリッタ14(図11、図12参照)の長手方向に一致するようにして、複数のスリット状の光透過部80、82が形成されている。これら光透過部80、82の長手方向の長さは、前記光透過部が形成された領域の中心部からスライド方向(X方向)外側に位置するものほど、短くなるように形成されている。図示の例では、光透過部が形成された領域の中心部に位置する透過光部80C、80D、82C、82Dが最も長く、これらの外側に位置する透過光部80B,80E、82B、82Eがこれに続いて長く、最も外側に位置する透過光部80A,80F、82A,82Fが最も短く形成されている。
Next, the
又、絞りユニットベース78には四本のピン84が立設されており、可動遮光板26A、26Bの各々には、ピン84が係合する長穴86、88が形成されている。長穴86、88は、絞りユニットベース78に対する各可動遮光板26A、26Bのスライド方向と平行に延びている。又、長穴86、88の長さは、後述する、偏光ビームスプリッタ14(図11、図12)の幅の2倍を超える任意のスライド量を与える第2の駆動モードにおいて必要とされる、各可動遮光板26A、26Bのスライドストロークに相当する長さを有している。
Further, four
又、絞りユニットベース78の、二枚の可動遮光板26A、26Bが配置された片面側と反対側の面に、電動モータ48(図2(b))が設けられている。そして、電動モータ48の回転軸48aが絞りユニットベース78を貫通して、二枚の可動遮光板26A、26Bが配置された片面側へと突出している。そして、回転軸48aに、各可動遮光板26A、26Bを駆動するアーム90が固定されている。
アーム90の両端部には、二枚の可動遮光板26A、26Bの各々と係合する二本の駆動ピン92、94を備えている。駆動ピン92、94は、アーム90が電動モータ48に回転駆動されることにより、電動モータ48の回転軸48aを中心として、正反対の位置で円弧状の移動軌跡を描くものである。
An electric motor 48 (FIG. 2B) is provided on the surface of the
At both ends of the
又、各可動遮光板26A、26Bには、駆動ピン92、94の円弧状の移動軌跡から、可動遮光板26A、26Bのスライド方向(図3のX方向)に平行な方向の駆動力のみ取り出し、当該スライド方向と直交する方向(図3のZ方向)の駆動力を打ち消すために、駆動ピン92、94の直径と概略同じ幅で、かつ、可動遮光板26A、26Bのスライド方向と直交する方向に延びる係合穴96、98が、形成されている。よって、電動モータ48によってアーム90を一定の角度の範囲内で回転駆動することにより、各可動遮光板26A、26Bを、単位構造体の整列方向(X方向)と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動可能な駆動機構が構成されている。しかも、偏光ビームスプリッタ14の入射側端面と、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態が基点となるように、各構成要素の位置決めがなされている。
Further, only the driving force in the direction parallel to the sliding direction (X direction in FIG. 3) of the movable
図示の例では、可動遮光板26A、26Bから舌部100、102を突出させて、この舌部100、102に係合穴96、98を形成することで、可動遮光板26A、26Bの重なり量の増減にかかわらず、駆動ピン92、94と可動遮光板26A、26Bとの干渉を防ぐことができる。
なお、本発明の実施の形態では、電動モータ48は、絞りユニットベース78の、二枚の可動遮光板26A、26Bが配置された片面側と反対側の面に設けられているが、必要に応じて何れも絞りユニットベース78の同一面側に設けることも可能である。又、本発明の実施の形態では、二枚の可動遮光板26A、26Bが、絞りユニットベース78の片面に重ねて配置されているが、絞りユニットベース78を挟むようにして、二枚の可動遮光板26A、26Bを配置することとしても良い。
In the illustrated example, the
In the embodiment of the present invention, the
更に、二枚の可動遮光板26A、26Bは、以下のような寸法上の特徴を有している。
本発明の実施の形態に係る偏光照明装置30は、第2のレンズアレイ42と、絞り装置46と、偏光ビームスプリッタアレイ10とが、図4に示されるように配置されている。ここで、レンズアレイ42を構成する単位レンズ104の幅Aと、偏光ビームスプリッタアレイ10を構成する偏光ビームスプリッタ14の幅BとがA≒2Bの関係にあり、なおかつ、可動遮光板26A、26Bの各光透過部80A〜80F、82A〜82Fの幅Cと、各光透過部に挟まれた遮光部の幅Dとが、C+D=2B、B<C、D<Cの各関係を満たすように構成されている。なお、各光透過の幅Cはすべて同一であり、各光透過部に挟まれた遮光部の幅Dも、全て同一である。
Further, the two movable
In the
更に、図3に示されるように、二枚の可動遮光板26A、26Bの、光透過部80、82が形成された領域よりもスライド方向外側の領域には、偏光ビームスプリッタ14(図11、図12)の幅Bの2倍と同等以上の幅Qを有する拡幅遮光部106、108が形成されている。図示の例では、拡幅遮光部106、108の幅Qは、Q>(C+D)=2Bとなっている。なお、図3において、可動遮光板26Aの左端に拡幅遮光部106が、可動遮光板26Bの右端に拡幅遮光部108が設けられているが、各々、左右逆の位置に設けられていても良い。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the polarizing beam splitter 14 (FIG. 11, FIG. Widened light-shielding
又、本発明の実施の形態に係る信号処理手段72は、図1に示されるように、映像信号SIIを受け、モータ駆動回路50へと必要な駆動信号を出力するものである。この映像信号SIIは、信号処理手段72において映写中の画像を自動解析し、適宜絞り値を自動設定するためのものである。又、映像のジャンルに応じて自動設定する場合や、映像信号SIIと共に伝送される付加情報に基づき、モータ駆動回路50へと必要な駆動信号を出力することも可能である。特にデジタル映像信号においては各種付加情報を送ることが容易であることから、デジタル映像信号のフォーマット上に映像の明るさに関する情報が書き込まれている場合には、その付加情報を利用することができる。
The signal processing means 72 according to the embodiment of the present invention receives the video signal SII and outputs a necessary drive signal to the
具体的には、信号処理手段72は、映像信号SIIを受け、以下の「通常モード」と「絞込みモード」とを適宜選択して駆動手段52を制御する。ここで、「通常モード」は、二枚の可動遮光板26A、26Bに対し、駆動手段52が、偏光ビームスプリッタ14の幅Bと同等以内のスライド量を与えるモード(第1の駆動モード)である。また、「絞込みモード」は、二枚の可動遮光板26A、26Bに対し、駆動手段52が、偏光ビームスプリッタ14の幅Bの2倍(単位構造体18(図11)の幅に相当する)を超える任意のスライド量を与えるモード(第2の駆動モード)である。
Specifically, the signal processing means 72 receives the video signal SII, and appropriately selects the following “normal mode” and “squeezed mode” to control the driving means 52. Here, the “normal mode” is a mode (first driving mode) in which the
又、本発明の実施の形態に係る信号処理手段72は、必要に応じ、図1に示されるように、二枚の可動遮光板26A、26Bの位置センサからの入力信号SIPを受けて、モータ駆動回路50へと必要な駆動信号を出力するといった、フィードバック制御を行うことも可能である。又、位置センサからの入力信号SIPに代えて、透過光部80、82により構成されるスリット状の開口Aを通過する光の光量を、光量センサで検知して、二枚の可動遮光板26A、26Bの位置をフィードバック制御することも可能である。更に、映写する画像の内容に応じてユーザが任意にモードを設定することにより得られる、モード選択信号SIMに基づき、モータ駆動回路50へと必要な駆動信号を出力することも可能である。
The signal processing means 72 according to the embodiment of the present invention receives an input signal SIP from the position sensors of the two movable
次に、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置30の、絞り装置46の動作説明を行う。
図2及び図5には、「通常モード」における絞り開放状態が示されている。この状態では、偏光ビームスプリッタ14の入射側端面と、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82とが、全て一致する。しかも、偏光ビームスプリッタ14の入射側端面に対し、透過光部80、82の全面が一致していることから、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の、開口面積OAは最大となる。なお、光学特性の最適化を考慮して、各スリット状の開口毎に、偏光ビームスプリッタ14、透過光部80、82に、若干のずれを持たせる場合もある。
Next, the operation of the
2 and 5 show a state where the diaphragm is opened in the “normal mode”. In this state, the incident side end face of the
又、図6、図7には、「通常モード」における絞込み状態が示されている。この絞込み状態は、アーム90を一定の角度の範囲内で回転駆動することにより、各可動遮光板26A、26Bを、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライドさせることによって得られるものである。「通常モード」では、各可動遮光板26A、26Bのスライド量が、偏光ビームスプリッタ14の幅B(図4)を超えることはない。従って、偏光ビームスプリッタ14の各入射側端面と、二枚の可動遮光板26A、26Bの各透過光部80、82とは、全て一致した状態を維持しつつ、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の開口面積OAは、各々の開口毎に減少する。この際、偏光ビームスプリッタ14の幅方向の中心軸と、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の幅方向の中心軸との位置関係は常に一定で、変化することはない。そして、最終的には、各スリット状の開口の開口面積OAは零となる(この状態を、本説明では「スタンバイモード」という)。
6 and 7 show the narrowed-down state in the “normal mode”. In this narrowed state, the
図8及び図9には、「絞込みモード」における絞り開放状態が示されている。この絞込みモードは、アーム90を通常モードの絞込み状態よりも大きな角度で回転駆動することにより、各可動遮光板26A、26Bを、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライドさせることによって得られるものである。従って、「絞込みモード」では、各可動遮光板26A、26Bのスライド量が、偏光ビームスプリッタ14の幅B(図4)の2倍を超え、可動遮光板26Bの光透過部82が、可動遮光板26Aの拡幅遮光部106により覆い隠され、可動遮光板26Aの光透過部80が、可動遮光板26Bの拡幅遮光部108により覆い隠されることとなる。
図9(a)の例では、透過光部80Aと82C、透過光部80Bと82D、透過光部80Cと82E、透過光部80Dと82Fが一致した状態となり、これらの透過光部によって形成されるスリット状の開口が、各々、一部の偏光ビームスプリッタ14の入射側端面と一致する。従って、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の開口面積OAは、「通常モード」における絞り開放状態(図5(b))と比較して減少する。
FIGS. 8 and 9 show the open state in the “narrowing mode”. In this narrowing mode, the
In the example of FIG. 9A, the transmitted
図10には、「絞込みモード」における絞込み状態が示されている。この絞込み状態は、図8、図9に示される「絞込みモード」における絞り開放状態から、更に、アーム90を一定の角度の範囲内で回転駆動することにより、各可動遮光板26A、26Bを、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライドさせることによって得られるものである。
そして、「通常モード」における絞込み状態と同様に、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の開口面積OAは、各開口毎に減少する。この際、偏光ビームスプリッタ14の幅方向の中心軸と、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の幅方向の中心軸との位置関係は常に一定で、変化することはない。そして、最終的には、各スリット状の開口の開口面積OAは零となる(「スタンバイモード」)。
FIG. 10 shows a narrowing state in the “narrowing mode”. In this narrowed state, the movable
As in the narrowed-down state in the “normal mode”, the opening area OA of the slit-like opening formed by the transmitted
上記構成をなす、本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。まず、本項に記載の偏光照明装置は、偏光ビームスプリッタ14の入射側端面と、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態(図2、図5)では、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の開口面積OAは最大となる。そして、この絞り開放状態を基点として、駆動手段52により、二枚の可動遮光板26A、26Bを、偏光ビームスプリッタアレイ10の単位構造体18(図11)の整列方向(X方向)と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させる。すると、二枚の可動遮光板26A、26Bの、透過光部以外の部分(遮光部)によって遮光される、各偏光ビームスプリッタ14の面積は、その幅方向両側から均等に増大する(開口面積が均等に減少する)。この間、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の、幅方向の中心位置が移動することはなく、スリット状の開口の中心軸と偏光ビームスプリッタ14の中心軸の位置は、絞り装置46の開度と無関係に常時一定となる。従って、絞り装置46の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られる。
又、本構成の絞り装置の場合には、作成時に厳しい寸法制度を要求されることなく、開口面積OAを完全に零にすることができる。したがって、新たに部品を付加しなくとも、全閉を要件とする「スタンバイモード」に容易に対応することができる。
The effects obtained by the embodiment of the present invention having the above-described configuration are as follows. First, in the polarization illumination device described in this section, the aperture opening state in which the incident-side end face of the
Further, in the case of the diaphragm device of this configuration, the opening area OA can be made completely zero without requiring a strict size system at the time of production. Therefore, it is possible to easily cope with the “standby mode” that requires full closure without adding any new parts.
又、駆動手段52によって、二枚の可動遮光板26A、26Bを、単位構造体18の整列方向(X方向)と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させることから、二枚の可動遮光板26A、26Bの、透過光部以外の部分(遮光部)によって遮光される偏光ビームスプリッタ14の面積変化率は、1枚の可動遮光板のみスライドさせる場合の2倍の変化率となる。よって、光量調整を高速で行うことが可能となる。
Further, since the two movable light-shielding
又、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置30は、図4に示されるように、第2のレンズアレイ42を構成する単位レンズの幅Aと、偏光ビームスプリッタアレイ10を構成する偏光ビームスプリッタ14の幅BとがA≒2Bの関係にあり、なおかつ、二枚の可動遮光板26A、26Bの光透過部の幅Cと遮光部の幅Dとが、C+D=2B、B<C、D<Cの各関係を満たすように構成されている。そして、上記各関係を満たすことにより、絞り装置46の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られるものである。
In addition, as shown in FIG. 4, the
二枚の可動遮光板26A、26Bの、光透過部80、82が形成された領域よりもスライド方向外側の領域に、単位構造体の幅と同等以上の幅を有する拡幅遮光部106、108が形成されていることから、二枚の可動遮光板26A、26Bを駆動手段52により第2の駆動モード(絞込みモード)でスライドさせると、スライド量の増加と共に、一方の可動遮光板の複数の透過光部のうちの、端部に位置する透過光部から順に(80F→80E→80D‥‥、82A→82B→82C‥‥)、他方の可動遮光板の拡幅遮光部106、108によって覆い隠されていく。そして、覆い隠されていない残りの一部の透過光部同士を一致させることが可能となる。かかる状態では、拡幅遮光部106、108によって、一体不可分の関係にある偏光ビームスプリッタ14および反射ミラー16からなる各単位構造体18が、その一単位ごと覆い隠され、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口の数が減少し、その結果、偏光ビームスプリッタアレイを通過する自然光の光量が減少することから、絞り装置の絞り開放状態における絞り値(Fナンバー)を増大させることができる。そして、スリット状の開口の数が減少した状態で、二枚の可動遮光板を駆動手段により第1の駆動モードでスライドさせることにより、絞り値を自在に調整できることから、必要に応じて、高いコントラストを容易に得ることが可能となる。
Widened light-shielding
又、図3に示されるように、光透過部80、82の長手方向(Z方向)の長さが、光透過部80、82が形成された領域の中心部からスライド方向外側に位置するものほど短くなるように形成されていることから、二枚の可動遮光板26A、26Bの透過光部80、82により構成されるスリット状の開口は、遮光部を交互に含みつつ全体として円状の開口を形成し、バランスの良い投射光が得られる。
Further, as shown in FIG. 3, the length of the
又、二枚の可動遮光板26A、26Bは、第2のレンズアレイ42と、偏光ビームスプリッタアレイ10との間に配置されているが、偏光ビームスプリッタアレイ10は、通常、光学接着剤(紫外線硬化型等)を用いて組み立てられることから、十分な耐熱性を得ることが困難である。そこで、偏光照明装置30は、一般に偏光ビームスプリッタアレイ10の両主面(光の入射側端面及び出射側端面)を空冷するための送風装置を備えている。
本発明の実施の形態では、この送風装置を有効利用して、偏光ビームスプリッタアレイ10用の冷却用冷風により二枚の可動遮光板26A、26Bの熱も同時に除去し、偏光ビームスプリッタアレイ10及び二枚の可動遮光板26A、26Bの温度上昇を防ぐことができる。特に、二枚の可動遮光板26A、26Bを閉じると、可動遮光板26A、26Bはより多くの光に照らされるが、それらの温度上昇が効果的に抑えられるので、第2のレンズアレイ42と、偏光ビームスプリッタアレイ10との間の空間の、温度上昇を回避することができる。
The two movable light-shielding
In the embodiment of the present invention, the air blower is effectively used to simultaneously remove heat from the two movable
従って、図1に示されるように、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置30と、映像信号SIPに応答して変調する光変調素子(液晶ライトバルブLQR、LQB、LQG)と、光変調素子により得られる変調光の投射手段(第1のダイクロイックミラー54、第1のミラー56、第2のダイクロイックミラー58、レンズ60、第2のミラー62、レンズ64、第3のミラー66、レンズ68、ダイクロイックプリズム70及び投影レンズ74)とを備える投射表示装置32は、照度ムラ、色ムラ、フリッカの発生を抑え、より高品質の画像を映し出すことが可能となる。又、必要に応じて画像のコントラストを向上させることが可能となる。
Therefore, as shown in FIG. 1, the
10:偏光ビームスプリッタアレイ、12:偏光分離膜、14:偏光ビームスプリッタ、18:単位構造体、22:絞り装置、 26、26A、26B:可動遮光板、28:光透過部、30:偏光照明装置、32:投射表示装置、38:光源部、40:第1のレンズアレイ、42:第2のレンズアレイ、46:絞り装置、52:駆動手段、72:信号処理手段、 80、82:透過光部、104:単位レンズ、 106、108:光透過部が形成された領域よりもスライド方向外側の領域 10: Polarization beam splitter array, 12: Polarization separation film, 14: Polarization beam splitter, 18: Unit structure, 22: Aperture device, 26, 26A, 26B: Movable light shielding plate, 28: Light transmission part, 30: Polarized illumination Device: 32: projection display device, 38: light source unit, 40: first lens array, 42: second lens array, 46: diaphragm device, 52: drive means, 72: signal processing means, 80, 82: transmission Light part, 104: Unit lens, 106, 108: Area outside slide direction with respect to area where light transmission part is formed
Claims (6)
該絞り装置は、互いにスライド可能に配置された二枚の可動遮光板と、該二枚の可動遮光板をスライドさせる駆動手段とを含み、
前記二枚の可動遮光板の各々には、前記偏光ビームスプリッタアレイの繰返し構造のピッチと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向が前記偏光ビームスプリッタの長手方向に一致するようにして、複数のスリット状の光透過部が形成されており、
前記駆動手段は、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、前記二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態を基点として、前記二枚の可動遮光板を、前記単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動可能な駆動機構を備えることを特徴とする偏光照明装置。 A light source, a lens array configured by aligning a plurality of unit lenses, a polarization beam splitter array having a repeating structure in which a unit structure including a polarization beam splitter and a reflecting mirror is aligned, and an aperture device ,
The diaphragm device includes two movable light shielding plates arranged to be slidable with each other, and a driving means for sliding the two movable light shielding plates,
Each of the two movable light-shielding plates has a pitch that is the same or substantially the same as the pitch of the repeating structure of the polarization beam splitter array, and a longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the polarization beam splitter. Slit-shaped light transmission part is formed,
The driving means is based on the diaphragm opening state where the incident side end face of the polarization beam splitter of the unit structure and the transmitted light portions of the two movable light shielding plates are all coincident or substantially coincident with each other. A polarized light illumination device comprising: a drive mechanism capable of sliding the movable light shielding plate by the same distance at the same time in parallel to the alignment direction of the unit structures and in opposite directions.
前記駆動手段は、前記可動遮光板に対し、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの幅と同等以内のスライド量を与える第1の駆動モードと、前記単位構造体の幅を超える任意のスライド量を与える第2の駆動モードとを備えることを特徴とする請求項1又は2記載の偏光照明装置。 An enlarged light-shielding portion having a width equal to or greater than the width of the unit structure is formed in a region outside the movable light-shielding plate in the sliding direction outside the region where the light transmission portion is formed,
The drive means has a first drive mode that gives the movable light shielding plate a slide amount that is equal to or less than the width of the polarization beam splitter of the unit structure, and an arbitrary slide amount that exceeds the width of the unit structure. The polarized illumination device according to claim 1, further comprising: a second driving mode to be applied.
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