JP2002072361A - Lighting optical system, optical device having the same lighting optical system, and image processor - Google Patents

Lighting optical system, optical device having the same lighting optical system, and image processor

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JP2002072361A
JP2002072361A JP2000267108A JP2000267108A JP2002072361A JP 2002072361 A JP2002072361 A JP 2002072361A JP 2000267108 A JP2000267108 A JP 2000267108A JP 2000267108 A JP2000267108 A JP 2000267108A JP 2002072361 A JP2002072361 A JP 2002072361A
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illumination optical
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting optical system which practically makes it possible to improve gradations with inexpensive constitution without increasing the space, an optical device which has the lighting optical system, and an optical device and an image processor which are suitable for an image projection device such as, specially, a large-light-quantity AV projector having higher luminance. SOLUTION: The lighting optical system which generates and uses pieces of luminous flux for lighting is equipped with a stop means having variable stops corresponding to the pieces of luminous flux at the separation positions of the pieces of luminous flux.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は照明光学系、該照明
光学系を有する光学装置、画像処理装置に関し、特に照
明光学系をその構成要素に含む画像投影装置等の光学装
置、データ、AV用途の拡大投影用プロジェクターに用
いられる画像投影装置等の光学装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical system, an optical device having the illumination optical system, and an image processing device, and more particularly to an optical device such as an image projection device including the illumination optical system as a component thereof, data, and AV applications. The present invention relates to an optical device such as an image projection device used for an enlarged projection projector.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、従来の透過液晶三板式画像投影
装置の基本構成である。同図において、光源部1から射
出された白色光は、パラボラ反射傘2にて平行光として
出射し、赤外および紫外成分を除去するUV−IRカッ
トフィルタUVIRを通過し、それぞれが紙面平行方向
と直交方向に桝目状に配置した凸レンズ群からなる公知
のフライアイレンズ3、4からなる、いわゆるフライア
イインテグレータにて光束分割される。それぞれの光束
は収束して偏光変換素子群PSMに入射し、偏光方向が
そろえられて射出される。コンデンサーレンズ6等を通
過した後、ダイクロイックミラーDM1によって赤色帯
域の光は透過し、緑から青色帯域光は反射される。一般
に、高輝度投影に関る光学機器用光源としては、ハロゲ
ンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ等
のガス内アーク放電によるプラズマ発光光源を用い、特
に高効率で発光光源サイズの小さいいわゆるショートア
ークランプが好適とされる。色分離・合成光学素子とし
ては、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム
等が使用され、ホログラム素子や回折素子を当該目的に
用いる技術なども特許開示されている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a basic configuration of a conventional transmission liquid crystal three-panel image projection apparatus. In FIG. 1, white light emitted from a light source unit 1 is emitted as parallel light by a parabolic reflector 2 and passes through a UV-IR cut filter UVIR for removing infrared and ultraviolet components, each of which is in a direction parallel to the plane of the paper. The light beam is split by a so-called fly-eye integrator, which is composed of known fly-eye lenses 3 and 4 composed of convex lens groups arranged in a grid shape in a direction orthogonal to the above. The respective light beams converge and enter the polarization conversion element group PSM, and are emitted with their polarization directions aligned. After passing through the condenser lens 6 and the like, light in the red band is transmitted by the dichroic mirror DM1, and light in the blue band is reflected from green. In general, as a light source for optical equipment relating to high-brightness projection, a plasma light source using an arc discharge in a gas such as a halogen lamp, a metal halide lamp, or an ultra-high pressure mercury lamp is used. Lamps are preferred. As the color separation / synthesis optical element, a dichroic mirror, a dichroic prism, or the like is used, and a technique using a hologram element or a diffraction element for the purpose is disclosed in a patent.

【0003】ダイクロイックミラーDM1を透過した赤
色帯域光は全反射ミラーM1によって光路を90度変
え、フィールドレンズ7R、を介して紙面平行方向に長
辺を有する矩形表示範囲を持つ液晶表示素子8R、8
G、8Bの内赤色帯域光成分画像を表示する8Rに入射
し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調され
た光は、ダイクロイックプリズム9に入射し、ダイクロ
イックプリズム内で光路を90度変えて投射レンズ10
に入射し、拡大投影されスクリーン11上に結像され
る。
The red band light transmitted through the dichroic mirror DM1 has its optical path changed by 90 degrees by the total reflection mirror M1 and passes through a field lens 7R, which has liquid crystal display elements 8R and 8 having a rectangular display range having a long side parallel to the paper.
G, 8B is incident on 8R which displays the red component light component image, where the light is modulated according to the input signal. The light that has been modulated enters the dichroic prism 9 and changes the optical path by 90 degrees in the dichroic prism to change the projection lens 10.
And is magnified and projected to form an image on the screen 11.

【0004】一方、ダイクロイックミラーDM1によっ
て反射され、光路を90度変えた緑〜青色帯域光はダイ
クロイックミラーDM2に入射する。ダイクロイックミ
ラーDM2は緑色帯域光を反射する特性を有しているた
め、ここで緑色帯域光は反射され、その光路を90度変
え、フィールドレンズ7G、を介して液晶表示素子8G
に入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変
調された緑色帯域光はダイクロイックプリズム9、投射
レンズ10の順に入射し、拡大投影されスクリーン11
上に結像される。
On the other hand, the green-blue band light reflected by the dichroic mirror DM1 and having its optical path changed by 90 degrees enters the dichroic mirror DM2. Since the dichroic mirror DM2 has a characteristic of reflecting green band light, the green band light is reflected here, its optical path is changed by 90 degrees, and the liquid crystal display element 8G is changed via the field lens 7G.
, Where the light is modulated according to the input signal. The light-modulated green band light enters the dichroic prism 9 and the projection lens 10 in this order, and is enlarged and projected to the screen 11.
Imaged on top.

【0005】ダイクロイックミラーDM2を透過した青
色帯域光は、レンズ7Bや全反射ミラー、M2、M3を
介して、液晶表示素子8Bに入射し、ここで入力信号に
応じて光変調される。光変調された青色帯域光は、ダイ
クロイックプリズム9に入射し、ダイクロプリズム9で
光路を90度変えて投射レンズに入射し拡大投影されス
クリーン11上に結像される。以上、3色の投影像をス
クリーン11上で重ね合せることでカラー画像が表示さ
れる。なお、これ以下において図面の説明における番
号、名称は同一機能部材に同じ番号を付し、繰り返しを
さけて説明する。
The blue band light transmitted through the dichroic mirror DM2 is incident on the liquid crystal display element 8B via the lens 7B, the total reflection mirror, and M2 and M3, where the light is modulated according to an input signal. The light-modulated blue band light enters the dichroic prism 9, changes the optical path by 90 degrees by the dichroic prism 9, enters the projection lens, is enlarged and projected, and is imaged on the screen 11. As described above, a color image is displayed by superimposing the projected images of the three colors on the screen 11. In the following description, the same numbers are assigned to the same functional members with the same numbers and names in the description of the drawings, and the description will be omitted.

【0006】上記方式の画像投影装置は、液晶プロジェ
クターとしてすでに製品化され同装置を用い、スクリー
ンを透過タイプにしてテレビセット筐体に組込んだ液晶
リアプロジェクションテレビ・モニター製品も実用化さ
れている。このようなプロジェクター用途では、明るい
環境下でも使用するため高輝度化への要求が強く、フロ
ントプロジェクションタイプの携帯型でありながら、2
000ANSIlmに達する製品も出現している。
An image projection apparatus of the above-mentioned type has already been commercialized as a liquid crystal projector, and a liquid crystal rear projection television / monitor product in which the screen is of a transmissive type and incorporated in a television set housing has been put to practical use. . In such a projector application, there is a strong demand for high brightness because the projector is used even in a bright environment.
Some products have reached 000 ANSIlm.

【0007】ところで、このような高輝度プロジェクタ
ーに於いても、黒レベルの再現を考慮すると、室内を暗
くしてスクリーン照度を下げて用いる事が重要である。
その際、映像輝度差が時系列で大きい、映画などのソー
スを鑑賞するときに画像のハイライトが眩しくて目が疲
れ易い場合がある。また、このような場合、輝度調整が
必要となる。
By the way, even in such a high-brightness projector, it is important to darken the room and lower the screen illuminance in consideration of black level reproduction.
At that time, when viewing a source such as a movie in which a video luminance difference is large in a time series, highlights of an image may be dazzling and eyes may easily be tired. In such a case, luminance adjustment is required.

【0008】ここで、信号レベルを操作し、光変調手段
(ここでは液晶)にてハイライトでのスクリーン照度を
見やすいレベルに調整した場合、照明系の輝度は一定の
ままであるため、黒浮きした画像になりコントラストが
低下するので、画像品位に問題が有った。また、制御可
能な階調数がデバイス性能(液晶では非線型な制御性、
DMDにおいては駆動周波数の制限)からとデジタル制
御での演算処理分解能(bit数不足)との両面から減
少し、滑らかな多階調画像表示が出来なかった。
Here, when the signal level is manipulated and the light illuminating means (here, liquid crystal) is adjusted to a level at which the screen illuminance in the highlight is easy to see, the brightness of the illumination system remains constant, so that a black float appears. As a result, the image quality becomes poor, and the contrast is lowered. In addition, the number of controllable gradations depends on the device performance (non-linear controllability,
In the case of the DMD, the drive frequency is limited, and the processing resolution in digital control (insufficient number of bits) is reduced, and a smooth multi-tone image cannot be displayed.

【0009】上記の黒浮きは液晶自体の全黒表示での透
過もれ(拡散型の反射タイプ液晶素子での黒表示も全黒
表示が不完全である点、同様の問題を生じる)と、付随
する光学系内面反射成分(フレア・ゴースト)によるも
のである。後者による黒浮きの発生は反射型DMD素子
等のマイクロマシンミラー素子を用いた画像投影装置で
も不要光の迷光もれとして生じ、画像品位低下の原因と
なっている。このように、上記した従来の構成では、画
像品位の低下の点で問題があった。
[0009] The above-mentioned floating black causes leakage of the liquid crystal itself in the all-black display (the same problem arises in that the black display in the diffuse-type reflection type liquid crystal element is incomplete in the all-black display). This is due to incidental reflection components (flares and ghosts) in the optical system. The occurrence of black floating due to the latter is generated as stray light leakage of unnecessary light even in an image projection apparatus using a micro machine mirror element such as a reflection type DMD element, which causes deterioration of image quality. As described above, the above-described conventional configuration has a problem in that the image quality is reduced.

【0010】図7に、この分野で用いられる画像投影装
置の光量制御装置として、絞り手段を照明系に適用した
光量調整機構の公知例(米国特許5,053,934号
明細書)を示す。この従来例では、反射傘に楕円タイプ
反射鏡を用い、照明光束を集光して用いており、2枚羽
根の絞り機構が光線収束途中に挿入され、串歯状の2枚
の絞り羽根部材により照明ムラを減じる構成である。こ
れらの黒浮きに関する根本的処置は、信号レベルに依ら
ず、照明系自体での光量制御もしくは、光変調手段以降
の投射光学系で光量制御することで光変調手段の階調表
示能力をフルに使用する事が最善である。
FIG. 7 shows a known example (US Pat. No. 5,053,934) of a light amount adjusting mechanism in which a diaphragm means is applied to an illumination system as a light amount control device of an image projection apparatus used in this field. In this conventional example, an elliptical reflector is used as a reflector, and an illumination light beam is condensed and used. A diaphragm mechanism of two blades is inserted in the middle of light beam converging, and two skewer-shaped diaphragm blade members are used. This reduces illumination unevenness. Fundamental measures for these floating blacks are to control the light amount in the illumination system itself or the light amount in the projection optical system after the light modulation unit to fully enhance the gradation display capability of the light modulation unit, regardless of the signal level. It is best to use.

【0011】光変調手段の透過(反射)コントラスト比
が絶対照度変動に対し一定であるとすると、低輝度シー
ンにおいて光量制御することで照度低下による比例的分
量での黒浮き低減と階調表現範囲拡大が可能となるため
である。
Assuming that the transmission (reflection) contrast ratio of the light modulating means is constant with respect to the absolute illuminance variation, by controlling the amount of light in a low-luminance scene, it is possible to reduce the floating of black by a proportional amount due to the decrease in illuminance and to express the gradation This is because expansion becomes possible.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
製品化、実用化されているプロジェクター用のハロゲン
ランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ・ク
セノンランプ等の高輝度ランプは長寿命確保と点灯安定
性向上の観点から、動的点灯条件変動を避けた一定発光
条件での使用が望ましいため、ランプ自体での光量制御
は殆ど行われていない。そのため、光量調整には別の調
光手段が必要となる。
However, high brightness lamps such as halogen lamps, metal halide lamps, ultra high pressure mercury lamps and xenon lamps for projectors which have been commercialized and put into practical use have a long life and improved lighting stability. In view of this, it is desirable to use the lamp under a constant light emission condition while avoiding dynamic lighting condition fluctuations, so that the light amount control by the lamp itself is hardly performed. Therefore, another light control means is required for light amount adjustment.

【0013】ランプ近傍の照明系に絞り(調光手段)を
入れた例として、先に示した米国特許5,053,93
4号明細書の場合、楕円反射傘を用いた集光照明タイプ
を用いており、これをパラボラ反射傘を用いた場合に適
用するには、凸レンズと組み合せ、同様に集光して使用
する場合に限定される。また、近年のデータプロジェク
ターで要求される画面の輝度均一性に対して、上記従来
例で開示する技術では、照明むらの除去が十分でなく、
現在、主流となるフライアイインテグレータとパラボラ
反射傘を使用した照明系には、直接使用できない。
US Pat. No. 5,053,93, cited above, discloses an example in which a diaphragm (light control means) is provided in an illumination system near a lamp.
In the case of the specification No. 4, a condensing illumination type using an elliptical reflecting umbrella is used. In order to apply this to a case using a parabolic reflecting umbrella, a combination with a convex lens and a similar condensing illumination are used. Is limited to Also, with respect to the brightness uniformity of the screen required in recent data projectors, the technology disclosed in the above conventional example does not sufficiently remove the illumination unevenness,
At present, it cannot be used directly in lighting systems using a mainstream fly-eye integrator and parabolic reflector.

【0014】なお、楕円反射傘で集光し、凸レンズで光
束を平行化した後、フライアイインテグレータもしくは
マルチグラスロッドインテグレータで照明ムラを除去す
る半導体焼付け装置用照明装置の場合、楕円反射傘の楕
円第二焦点近傍に上記従来技術が適用できる。このよう
に上記米国特許5,053,934号明細書に開示する
技術を使用するには、一旦照明光を収束させ、収束点に
絞りを入れる構成となり、このような構成では唯一の照
明光軸に対して絞りを設置することとなるため、インテ
グレータ入射前の照明光路が長くなり、プロジェクター
機器の寸法が大きくなる。
Incidentally, in the case of a lighting device for a semiconductor printing device in which light is condensed by an elliptical reflector and collimated by a convex lens, and illumination unevenness is removed by a fly-eye integrator or a multi-glass rod integrator, the elliptical reflector has an elliptical shape. The above prior art can be applied to the vicinity of the second focal point. As described above, in order to use the technology disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 5,053,934, the illumination light is once converged and the stop is converged at the convergence point. In this case, an aperture is provided for the light source, so that the illumination light path before entering the integrator becomes long, and the size of the projector device becomes large.

【0015】また、別の調光手段として、レンズ内にも
っとも一般的で公知の手段である光彩絞り装置を組込む
ように構成した公知例が有る。この技術を近年の大光量
プロジェクター装置に適用する場合には、小絞り状態で
の遮光部材の発熱が大きくなるため、何らかの冷却、放
熱処置が必要となる。しかし、レンズ内の空間での冷却
手段の設置、放熱処理等の困難さから、光彩絞り装置を
組込む構成は一般化されていない。
As another dimming means, there is a known example in which an iris diaphragm device, which is the most common and well-known means, is incorporated in a lens. When this technology is applied to a recent large-amount light projector device, some heat generation of the light blocking member in a small aperture state increases, so that some cooling and heat radiation treatment is required. However, due to the difficulty in installation of cooling means in the space inside the lens, heat radiation processing, and the like, the configuration incorporating the iris diaphragm device has not been generalized.

【0016】更に、大光量プロジェクターでは大口径か
つズーム可能なレンズを用いるのが一般のためにレンズ
内光路が太く、外周にはカム環が配置されるため、絞り
の配置スペースとしてのドーナツ状空間が十分に確保で
きず、また、配置スペースのためにカム環、そしてレン
ズ外径寸法が不要に太くなってしまう、という問題が生
じる。
In general, a large-aperture zoomable lens is generally used in a large-intensity projector, so that the optical path in the lens is wide and a cam ring is arranged on the outer periphery. However, there is a problem that the cam ring and the outer diameter of the lens become unnecessarily large due to the arrangement space.

【0017】以上のことから、実用的で小さいスペース
にて実施可能な光量制御手段が無いため、大光量で均一
照明に向いた調光可能な照明装置が作れないのが現状で
ある。そのため、そのような照明装置を必要とする画像
投影装置の製造にあたり、環境光によるコントラスト比
劣化や再現可能階調数減少、即ち画像品位低下への対処
が困難となり、それに対処した高品位な画像投影装置が
作れないという問題が生じる。
As described above, since there is no practical light amount control means that can be implemented in a small space, a dimmable illumination device suitable for uniform illumination with a large amount of light cannot be produced at present. Therefore, in manufacturing an image projection apparatus that requires such an illumination device, it is difficult to deal with deterioration in contrast ratio and reduction in the number of reproducible gradations due to environmental light, that is, deterioration in image quality. There is a problem that a projection device cannot be made.

【0018】今後、フイルム媒体からデジタル媒体によ
る映画配信(デジタルシネマ)に移行する際、この分野
で使用する10000ANSIlmを超える明るさの画
像投影装置では、コントラスト比劣化や再現可能階調数
減少はフイルム映像の水準に対して大きく劣ることは、
有料映写を行うためには許されないので、上記画像品位
低下が避けられない現状の大型画像投影装置は、映画上
映のデジタル化に大きな支障を生じる。
In the future, when shifting from film media to movie distribution using digital media (digital cinema), in an image projection apparatus having a brightness exceeding 10,000 ANSIlm used in this field, deterioration of the contrast ratio and decrease in the number of reproducible gradations will be reduced. Significantly inferior to the image quality,
Since it is not permissible to perform pay projection, the current large-sized image projection apparatus, in which the above-mentioned image quality deterioration is unavoidable, seriously hinders digitization of movie screening.

【0019】そこで、本発明は、課題を解決し、スペー
スを増加することなく、安価な構成により階調性の改善
を実用的に可能とする照明光学系、該照明光学系を有す
る光学装置、特に高輝度化の進む大光量AVプロジェク
ター等の画像投影装置に好適な光学装置及び画像処理装
置を提供することを目的とするものである。
Therefore, the present invention solves the problem and provides an illumination optical system which can practically improve the gradation by an inexpensive configuration without increasing the space, an optical device having the illumination optical system, In particular, it is an object of the present invention to provide an optical device and an image processing device suitable for an image projection device such as a high-intensity AV projector in which the luminance is increasing.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの(1)〜(13)のように構成し
た照明光学系、該照明光学系を有する光学装置、画像処
理装置を提供するものである。 (1)複数の光束を形成し、これらの光束で照明を行う
照明光学系において、前記複数の光束の分離位置に各光
束のそれぞれに対応する可変絞りを備えた絞り手段を有
することを特徴とする照明光学系。 (2)前記複数の光束は、電極間での放電によるプラズ
マ発光光源からの照明光束が、反射傘を含む照明光束集
光手段を介して射出された後、照明光束分割手段によっ
て分割して形成された光束であることを特徴とする上記
(1)に記載の照明光学系。 (3)前記絞り手段は、前記複数の光束が分離状態にあ
る位置で移動する遮光板を用いた機械的可動絞り機構を
有することを特徴とする上記(2)に記載の照明光学
系。 (4)前記照明光束分割手段が、複数のレンズアレイを
光軸方向に並べたフライアイインテグレーターを有する
ことを特徴とする上記(2)または上記(3)に記載の
照明光学系。 (5)前記照明光束分割手段が、断面が多角形のカレイ
ドスコープ(ロッド型インテグレータ)及び該インテグ
レータからの複数の光束の夫々を相異なる位置に集光す
るレンズ系とを有することを特徴とする上記(2)また
は上記(3)に記載の照明光学系。 (6)前記機械的可動絞り機構は、前記複数の光束が収
束する位置の近傍にあることを特徴とする上記(5)に
記載の照明光学系。 (7)前記絞り手段は、前記多分割されそれぞれ集光さ
れる各光束のそれぞれと交錯する遮光部を有し、各遮光
部を光軸方向に進退することで交錯量を変化させること
によって遮光する量を変えることを特徴とする上記
(1)〜(6)のいずれかに記載の照明光学系。 (8)前記絞り手段は、相対移動可能な複数の絞り板を
有し、前記複数の光束の各中心光線に対して対称運動に
よって進退し、該複数の絞り板のそれぞれが有する複数
の開口部もしくは開口部形成用切り欠き部の重畳により
形成される合成開口によって各光束外周部より遮光量を
調整するように構成されていることを特徴とする上記
(1)〜(6)のいずれかに記載の照明光学系。 (9)前記フライアイインテグレータのレンズ群の配列
ピッチと適合させて配置され、特定の偏光方向の光を出
力する偏光変換素子を有し、前記絞り手段における遮光
に寄与していない部分の少なくとも一部を、前記偏光変
換素子ヘの入射光から不要光を除去するマスクとして構
成したことを特徴とする上記(1)〜(4)、(6)、
(7)のいずれかに記載の照明光学系。 (10)前記プラズマ発光光源が、ハロゲンランプ、メ
タルハライドランプ、水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、
クセノンランプのいずれかのランプによって構成されて
いることを特徴とする上記(1)〜(9)のいずれかに
記載の照明光学系。 (11)照明光学系を有する光学装置において、前記照
明光学系が上記(1)〜(10)のいずれかに記載の照
明光学系によって構成されていることを特徴とする光学
装置。 (12)画像投影装置であることを特徴とする上記(1
1)に記載の光学装置。 (13)上記(12)に記載の光学装置と該光学装置に
画像情報(データ)を入力する演算装置(コンピュータ
ー)とを有することを特徴とする画像処理装置。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an illumination optical system constructed as in the following (1) to (13), an optical device having the illumination optical system, and image processing. An apparatus is provided. (1) In an illumination optical system that forms a plurality of light beams and illuminates with the light beams, the illumination optical system includes a diaphragm unit provided with a variable stop corresponding to each of the light beams at a separation position of the plurality of light beams. Illumination optics. (2) The plurality of luminous fluxes are formed by illuminating luminous fluxes from a plasma light emitting source due to discharge between the electrodes being emitted through illuminating luminous flux condensing means including a reflector and then divided by illuminating luminous flux splitting means. The illumination optical system according to the above (1), wherein the light beam is a focused light beam. (3) The illumination optical system according to (2), wherein the stop means has a mechanically movable stop mechanism using a light shielding plate that moves at a position where the plurality of light beams are separated. (4) The illumination optical system according to the above (2) or (3), wherein the illumination light beam splitting means has a fly-eye integrator in which a plurality of lens arrays are arranged in the optical axis direction. (5) The illumination light beam splitting means includes a kaleidoscope (rod-type integrator) having a polygonal cross section and a lens system for condensing each of a plurality of light beams from the integrator at different positions. The illumination optical system according to the above (2) or (3). (6) The illumination optical system according to (5), wherein the mechanical movable stop mechanism is located near a position where the plurality of light beams converge. (7) The aperture means has a light-shielding portion intersecting with each of the multi-divided and condensed light beams, and the light-shielding portion is changed by moving each light-shielding portion in the optical axis direction to change the amount of intersection. The illumination optical system according to any one of the above (1) to (6), wherein an amount of the illumination is changed. (8) The diaphragm means has a plurality of diaphragm plates which are relatively movable, moves forward and backward by symmetrical movement with respect to each central ray of the plurality of light beams, and has a plurality of apertures which each of the plurality of diaphragm plates has Alternatively, any one of the above (1) to (6) is characterized in that the amount of light shielding is adjusted from the outer peripheral portion of each light beam by a synthetic aperture formed by overlapping the opening forming notches. Illumination optical system as described. (9) A polarization conversion element that is arranged in conformity with the arrangement pitch of the lens groups of the fly-eye integrator and outputs light in a specific polarization direction, and at least one of the portions that does not contribute to light blocking in the diaphragm means. (1) to (4), (6), wherein the portion is configured as a mask for removing unnecessary light from light incident on the polarization conversion element.
The illumination optical system according to any one of (7). (10) The plasma light source is a halogen lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an ultra-high pressure mercury lamp,
The illumination optical system according to any one of (1) to (9), wherein the illumination optical system includes any one of xenon lamps. (11) An optical device having an illumination optical system, wherein the illumination optical system is configured by the illumination optical system according to any one of (1) to (10). (12) The above (1), which is an image projection device.
The optical device according to 1). (13) An image processing apparatus comprising: the optical device according to (12); and a computing device (computer) that inputs image information (data) to the optical device.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
上記構成を適用することにより、実用的に実施可能な光
量制御手段が得られ、従来例の画像投影装置の基本構
造、製造コスト、機器寸法に大きな変更を加える事無
く、前述した諸課題を解決することができる。また、高
輝度化の進むプロジェクターで必要性の増す調光装置
を、現在主流となるフライアイインテグレータとパラボ
ラ反射傘使用の照明系スペースを増加することなく、安
価な構成で実現可能とし、大光量AVプロジェクター
や、いわゆるデジタルシネマ用途での階調性改善を可能
とすることができる。また、上記した構成により、フラ
イアイインテグレータを用いた照明系を有する各種露
光、投影機器全般に於いて光源自体及び投射光学系内以
外での調光、光量制御が容易に実現可能となり、調光に
関る機器仕様の改善を容易に図ることが可能となる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In an embodiment of the present invention,
By applying the above configuration, a practically practicable light amount control means can be obtained, and the above-described problems can be solved without making significant changes in the basic structure, manufacturing cost, and device dimensions of the conventional image projection apparatus. can do. In addition, the need for dimming devices, which are becoming increasingly necessary for projectors with ever-increasing brightness, can be realized with an inexpensive configuration without increasing the space for lighting systems using fly-eye integrators and parabolic reflectors, which are currently the mainstream. It is possible to improve gradation in AV projectors and so-called digital cinema applications. Also, with the above-described configuration, it is possible to easily realize dimming and light amount control in various types of exposure having a lighting system using a fly-eye integrator, and in the entire projection apparatus, except for the light source itself and the projection optical system. It is possible to easily improve the device specifications related to.

【0022】例えば、照明光学系内にて光束が多分割さ
れそれぞれ並進分離状態にある軸上位置に、遮光板を用
いた機械的可動絞り機構を設けることにより、遮光板の
退避状態での配置を光束群間で共存可能とし、金属層で
遮光することで薄肉の素材でも広い波長範囲で高遮光率
が得られる。また、遮光による温度上昇に際しプラスチ
ック素材、セラミック素材よりも熱伝達効率が高いため
冷却容易となる。また、照明光束集光手段と照明光束分
割手段とを含む照明光学系を有する照明装置の照明系に
対して、光源自体での調光が困難な場合にも、照明光路
の外周への機構部材突出を最小限にとどめ、光路方向に
も薄型の絞り装置が組込み可能となり、装置寸法肥大化
を防止することができる。また、薄型絞り装置をユニッ
トとした場合、近接するレンズや光学部材の空気間隔に
配置が容易となり、また絞り機構周辺の構造体素材に絞
り機構を持たない従来照明系と同様の素材が適用可能と
なる。
For example, by providing a mechanical movable diaphragm mechanism using a light-shielding plate at an axial position where a light beam is multi-divided and each is in a translationally separated state in the illumination optical system, the light-shielding plate is disposed in a retracted state. Can coexist between light flux groups, and by shielding light with a metal layer, a high light shielding ratio can be obtained in a wide wavelength range even with a thin material. Further, when the temperature rises due to shading, the heat transfer efficiency is higher than that of a plastic material or a ceramic material, so that cooling becomes easy. Also, in the case where it is difficult to dimming with the light source itself with respect to the illumination system of the illumination device having the illumination optical system including the illumination light beam condensing means and the illumination light beam splitting means, the mechanism member to the outer periphery of the illumination light path Protrusion can be minimized, and a thin diaphragm device can be incorporated in the direction of the optical path, thereby preventing an increase in the size of the device. In addition, when a thin diaphragm device is used as a unit, it is easy to arrange the lens and optical members in the air space, and the same material as the conventional illumination system without a diaphragm mechanism can be applied to the structural material around the diaphragm mechanism. Becomes

【0023】また、絞り機構を該フライアイインテグレ
ータにより多分割された光束が収束する位置の近傍に配
置することにより、絞り部材の開口と絞り開閉のストロ
ークを小さくすることができ、非開口部分の強度低下が
防止され、羽根駆動機構の設計自由度が増し、金属遮光
板を用いた機械的可動絞りにおいて、光束外退避状態で
の退避スペースにゆとりを持たせることができる。ま
た、該絞り機構をフライアイインテグレータにより分割
された光束群のそれぞれと交錯し、照明に有効な光束を
遮光量可変に進退可能に配置することにより、光量制御
が滑らかに行え、数光束群への同時進退が容易となり、
絞りが進退し光量制御に関与する光束分割数だけ遮光状
態が平均化され、調光時における照明状態を均一化する
ことが可能となる。
Further, by arranging the aperture mechanism near the position where the light beams multi-divided by the fly-eye integrator converge, the aperture of the aperture member and the stroke of opening and closing the aperture can be reduced, and the non-opening portion can be reduced. A reduction in strength is prevented, the degree of freedom in designing the blade drive mechanism is increased, and a mechanical movable diaphragm using a metal light shielding plate can provide a space for the evacuation space in the evacuation state outside the light beam. In addition, the aperture mechanism is intersected with each of the light flux groups divided by the fly-eye integrator, and a light flux effective for illumination is arranged so as to be able to advance and retreat in a variable amount of light shielding, so that light quantity control can be smoothly performed, and a few light flux groups can be obtained. It is easy to advance and retreat at the same time,
The light-shielded state is averaged by the number of luminous flux divisions involved in the control of the amount of light as the diaphragm advances and retreats, making it possible to equalize the illumination state during dimming.

【0024】また、該絞り機構は相対移動可能な複数の
絞り板を有し、分割された光束群の各光軸に対し実質的
に対称運動にて進退し、該複数の絞り板それぞれが持つ
複数の開口部もしくは開口部形成用切り欠き部の重畳に
て形成される合成開口によって、各光束外周部より遮光
量を調整することにより、一層遮光状態が平均化され、
調光時照明状態を均一化することができる。また、理想
点光源位置からのずれの大きい光源部分からの光線、反
射傘の面精度の低い部分を経た光線から優先して遮光さ
れ、絞るほどに角度条件が限定度を増やすことができ
る。また照明ムラが少なく、光学要素の位置ばらつき、
部品精度での集光点位置ばらつきでの絞り効果変動が平
均化される。また、遮光位置が光束分割数に応じ複数生
じるため、遮光部材の発熱位置が分散されるため、冷却
条件が良くなり、熱変形強度を考慮した材料選定自由度
が増す。投射レンズへの光線入射角範囲が狭まり収差が
改善され、レンズ鏡筒内面反射、ガラスの面反射に起因
するフレア・ゴーストが減じる等のレンズ内絞りに類す
る効果を達成することができる。
The diaphragm mechanism has a plurality of diaphragm plates which can move relatively to each other. The diaphragm mechanism advances and retreats in a substantially symmetrical motion with respect to each optical axis of the divided light beam group, and each of the plurality of diaphragm plates has. By adjusting the amount of light shielding from the outer peripheral portion of each light beam by a synthetic aperture formed by superimposing a plurality of openings or opening forming notches, the light shielding state is further averaged,
The lighting condition at the time of dimming can be made uniform. In addition, the light from the light source portion having a large deviation from the ideal point light source position and the light passing through the portion of the reflector with low surface accuracy are preferentially shielded from light, and the angle condition can be more limited as the aperture is narrowed. In addition, there is little illumination unevenness, optical element position variation,
The variation of the aperture effect due to the variation of the focal point position with the component accuracy is averaged. Further, since a plurality of light-shielding positions are generated in accordance with the number of divided light beams, heat-generating positions of the light-shielding member are dispersed, so that cooling conditions are improved, and the degree of freedom in material selection in consideration of thermal deformation strength is increased. It is possible to achieve an effect similar to a diaphragm in a lens, such as a narrowing of a range of incident angles of light rays on a projection lens, an improvement in aberration, and a reduction in flare and ghost caused by internal reflection of a lens barrel and surface reflection of glass.

【0025】また、該絞り機構を偏光変換素子の入射光
から不要光を除去するマスクとして通常機能するように
構成すると、従来構成において元より発熱個所として冷
却可能構造で機器設計されることが多いので、そのよう
な場合に新たな発熱元となる絞り機構をここに構成して
も冷却構造に変更が不要となり、あるいは小な変更で済
み、また部材の増加を防ぐことができ製造コストが下が
り、スペース効率を上げることができる。また、プラズ
マ発光光源にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、
各種水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、クセノンランプの
いずれかを用いることにより、ショートアーク化が可能
で、光利用効率を向上させることが容易な光源が使用可
能となる。
Further, if the diaphragm mechanism is configured to normally function as a mask for removing unnecessary light from the incident light of the polarization conversion element, the device is often designed with a structure that can be cooled as a heat generating portion in the conventional configuration. Therefore, in such a case, even if a throttle mechanism, which is a new heat source, is configured here, there is no need to change the cooling structure, or only a small change is required, and an increase in the number of members can be prevented, and manufacturing costs can be reduced. , Space efficiency can be increased. In addition, halogen lamps, metal halide lamps,
By using any one of various mercury lamps, an ultra-high pressure mercury lamp, and a xenon lamp, it is possible to use a light source capable of making a short arc and easily improving light use efficiency.

【0026】[0026]

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 [実施例1]図1は、本発明の実施例1である照明装置
を用いた透過液晶三板式画像投影装置の基本構成を示す
図である。本実施例においては、従来例で説明した図6
において、フライアイ4と偏光変換素子5の間に設けら
れているマスクPSMに代えて、駆動モータユニット2
00を有する絞りユニット100を挿入した構成以外
は、基本的には図6と同様の構成を有している。
Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a transmission liquid crystal three-panel image projection apparatus using an illumination device according to Embodiment 1 of the present invention. In the present embodiment, FIG.
, The drive motor unit 2 is used instead of the mask PSM provided between the fly eye 4 and the polarization conversion element 5.
The configuration is basically the same as that of FIG. 6 except for the configuration in which the aperture unit 100 having 00 is inserted.

【0027】図1において、光源部1から射出された白
色光は、パラボラ反射傘2にて平行光として出射し、赤
外および紫外成分を除去するUV−IRカットフィルタ
UVIRを通過し、フライアイレンズ3、4、にて光束
分割される。それぞれの光束は第一のフライアイレンズ
3により第二のフライアイレンズ近傍にて収束する。光
束外で偏光変換素子の入射部外に向う不要光を絞りユニ
ット100の構成部材で遮光したのち偏光変換素子群5
に入射し、偏光ビームスプリッタにて紙面平行のP偏光
成分は透過分離され直進後、位相板にてS偏光に変換さ
れ出射する。同偏光ビームスプリッタにて反射分離され
たS偏光成分は続く反射面にて進路を元に戻し出射し、
結果として両分離成分ともにS偏光にて偏光方向がそろ
えられる。出射したS偏光の光束はコンデンサーレンズ
6等を通過した後、ダイクロイックミラーDM1によっ
て赤色帯域の光は透過し、緑から青色帯域光は反射され
る。光源としては、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、超高圧水銀ランプ等が使用され、色分離・合成光
学素子としては、ダイクロイックミラーが使用される実
施形態となっている。
In FIG. 1, white light emitted from a light source unit 1 is emitted as parallel light by a parabolic reflector 2, passed through a UV-IR cut filter UVIR for removing infrared and ultraviolet components, and fly-eye. The light beams are split by the lenses 3 and 4. Each light beam is converged by the first fly-eye lens 3 near the second fly-eye lens. Unnecessary light that goes out of the light beam and goes out of the entrance of the polarization conversion element is blocked by the constituent members of the aperture unit 100, and then the polarization conversion element group 5
The P-polarized light component parallel to the plane of the drawing is transmitted and separated by the polarizing beam splitter, travels straight, and is then converted into S-polarized light by the phase plate and emitted. The S-polarized light component reflected and separated by the same polarization beam splitter returns its path to the next reflection surface and exits,
As a result, the polarization directions of both separated components are aligned with S-polarized light. After the emitted S-polarized light beam passes through the condenser lens 6 and the like, red light is transmitted by the dichroic mirror DM1, and green to blue light is reflected. As the light source, a halogen lamp, a metal halide lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, or the like is used, and as the color separation / synthesis optical element, a dichroic mirror is used.

【0028】ダイクロイックミラーDM1を透過した赤
色帯域光は全反射ミラーM1によって光路を90度変
え、フィールドレンズ7R、を介して液晶表示素子8R
に入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変
調された光は、ダイクロイックプリズム9に入射し、ダ
イクロイックプリズム内で光路を90度変えて投射レン
ズ10に入射し、拡大投影されスクリーン11上に結像
される。一方、ダイクロイックミラーDM1によって反
射され、光路を90度変えた緑〜青色帯域光はダイクロ
イックミラーDM2に入射する。ダイクロイックミラー
DM2は緑色帯域光を反射する特性を有しているため、
ここで緑色帯域光は反射され、その光路を90度変え、
フィールドレンズ7G、を介して液晶表示素子8Gに入
射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調さ
れた緑色帯域光はダイクロイックプリズム9、投射レン
ズ10の順に入射し、拡大投影されスクリーン11上に
結像される。
The optical path of the red band light transmitted through the dichroic mirror DM1 is changed by 90 degrees by the total reflection mirror M1, and the liquid crystal display element 8R is passed through the field lens 7R.
, Where the light is modulated according to the input signal. The light thus modulated enters the dichroic prism 9, changes its optical path by 90 degrees in the dichroic prism, enters the projection lens 10, and is enlarged and projected to form an image on the screen 11. On the other hand, the green to blue band light reflected by the dichroic mirror DM1 and having its optical path changed by 90 degrees enters the dichroic mirror DM2. Since the dichroic mirror DM2 has a characteristic of reflecting green band light,
Here, the green band light is reflected and changes its optical path by 90 degrees.
The light enters the liquid crystal display element 8G via the field lens 7G, where the light is modulated according to the input signal. The light-modulated green band light enters the dichroic prism 9 and the projection lens 10 in this order, is enlarged and projected, and forms an image on the screen 11.

【0029】ダイクロイックミラーDM2を透過した青
色帯域光は、レンズ7Bや全反射ミラー、M2、M3を
介して、液晶表示素子8Bに入射し、ここで入力信号に
応じて光変調される。光変調された青色帯域光は、ダイ
クロイックプリズム9に入射し、ダイクロプリズム9で
光路を90度変えて投射レンズに入射し拡大投影されス
クリーン11上に結像される。以上の構成により、3色
の投影像をスクリーン11上で重ね合せることで、カラ
ー画像が表示される。
The blue band light transmitted through the dichroic mirror DM2 enters the liquid crystal display element 8B via the lens 7B, the total reflection mirror, and M2 and M3, where the light is modulated according to the input signal. The light-modulated blue band light enters the dichroic prism 9, changes the optical path by 90 degrees by the dichroic prism 9, enters the projection lens, is enlarged and projected, and is imaged on the screen 11. With the above configuration, a color image is displayed by superimposing the projected images of the three colors on the screen 11.

【0030】図2は、実施例1の照明装置の部分構成を
説明するための図である。100は絞りユニット、11
0は絞り羽根1、120は絞り羽根2、130は絞りユ
ニット地板、200は絞り駆動モータユニットである。
絞りユニット100は、2枚の十分に平滑で反射率の高
い表面を持つ厚さ0.1MMの薄板ステンレス鋼板に、
紙面直交方向の長方形開口を、フライアイレンズの紙面
横方向でのフライアイレンズ配置ピッチに合せ複数設け
た、110及び120の絞り羽根1と2を有する。これ
ら2枚の絞り羽根は、絞り羽根と平行に設けた板状構造
体としての絞りユニット地板130に対し紙面平行方向
かつ互いに逆方向に所定範囲内を移動可能に保持され
る。同板状構造体には絞り駆動モータユニット200が
一体的に固定される。
FIG. 2 is a diagram for explaining a partial configuration of the illumination device according to the first embodiment. 100 is an aperture unit, 11
Reference numeral 0 denotes an aperture blade 1, 120 denotes an aperture blade 2, 130 denotes an aperture unit base plate, and 200 denotes an aperture drive motor unit.
The aperture unit 100 is a thin stainless steel sheet having a thickness of 0.1 MM and having two sufficiently smooth and highly reflective surfaces.
A plurality of 110 and 120 aperture blades 1 and 2 are provided in which a plurality of rectangular openings in a direction perpendicular to the paper surface are provided in accordance with the arrangement pitch of the fly-eye lenses in the horizontal direction of the paper surface of the fly-eye lens. These two diaphragm blades are held movably within a predetermined range in a direction parallel to the paper surface and opposite to each other with respect to a diaphragm unit base plate 130 as a plate-like structure provided in parallel with the diaphragm blades. An aperture drive motor unit 200 is integrally fixed to the plate-like structure.

【0031】絞り駆動モータユニット200はステッピ
ングモータを用いており、駆動回路210により2相駆
動され、コントローラ部220にて制御される。CPU
230は、CPUへの入力信号を所定のアルゴリズムを
用いて演算し、駆動信号をコントローラに出力する。駆
動ステップは調光範囲を3段(100%から12.5%
光量まで)とし、1段あたり16ステップ以上となるよ
う設定することで、官能的に円滑な光量変動動作を得
る。
The aperture drive motor unit 200 uses a stepping motor, is driven in two phases by a drive circuit 210, and is controlled by a controller unit 220. CPU
230 calculates an input signal to the CPU using a predetermined algorithm, and outputs a drive signal to the controller. The driving step is to adjust the dimming range to three steps (100% to 12.5%
(Up to the amount of light), and by setting the number of steps to be 16 or more per stage, a sensuously smooth light amount variation operation is obtained.

【0032】公知のラックアンドピニオン機構もしくは
リードスクリュー等を用いた機械的駆動力伝達手段によ
り該モータの駆動力にて、バックラッシュ除去バネ(不
図示)による一方向付勢力に抗して110及び120の
絞り羽根1と2をそれぞれ逆方向に往復移動することで
2枚の羽根の合成開口である長方形開口の幅を可変とし
ている。上記ステップ分割数実現に際し単純な2相駆動
では分解能が不足な場合には、各相をデューティー制御
し、そのデューティー比にて決定される2相の保持力バ
ランスで回転ステップ角内を更に内分した回転角分解能
を得る。
A known rack and pinion mechanism or a mechanical driving force transmitting means using a lead screw or the like, the driving force of the motor is used to resist the one-way urging force of a backlash removing spring (not shown). The width of a rectangular opening, which is a synthetic opening of two blades, is made variable by reciprocating the 120 aperture blades 1 and 2 in opposite directions. If the resolution is insufficient with the simple two-phase drive for realizing the number of step divisions, duty control of each phase is performed, and the rotation step angle is further internally divided by the two-phase holding force balance determined by the duty ratio. Obtained rotation angle resolution.

【0033】上記高分解能制御の適用有無、スクリュー
のリード角、ギア類の歯数、材質、精度等は、絞り寸方
と調光段数/必要分解能/必要駆動応答性、機器要求寿
命に応じた最適設計を行う際の選択決定項目となる。駆
動の基準位置は、前述の、絞り羽根駆動範囲を規定する
ために機械的なストッパを設けて、そこへの突き当て位
置に用いる。照明装置起動時に絞り羽根を開放方向へ最
大駆動量以上のパルス駆動をして位置初期化を行い、そ
の後オープンループ制御を行うことで、簡便な構成が得
られる。
Whether or not the above high resolution control is applied, the lead angle of the screw, the number of gear teeth, the material, the accuracy, etc., depend on the aperture size and the number of dimming steps / required resolution / required drive responsiveness and the required life of the equipment. This is a selection decision item when performing optimal design. The reference position for driving is provided with a mechanical stopper for defining the aperture blade driving range, and is used as a contact position against the mechanical stopper. A simple configuration can be obtained by performing a pulse drive of the aperture blade in the opening direction or more at the time of starting the illumination device and performing position initialization and then performing open loop control.

【0034】また、安価なDCモータをモータユニット
200に用いることも容易である。この場合、初期位置
の確認と駆動量確認のためモニター手段を追加し位置制
御する。該モニター手段には、光学ないし、磁気エンコ
ーダを用い固定部対羽根1と2、もしくは羽根1と羽根
2の相対移動を直接的に検出するか、もしくは駆動系内
のいずれかの軸部回転数検知手段から間接的に検知する
か、またはシリコンフォトセル、フォトインタラプタな
どの光学センサにて絞り透過での光量変化と、少なくと
も相関性の高い光を検知した信号をフィードバックし制
御する。
It is also easy to use an inexpensive DC motor for the motor unit 200. In this case, monitoring means is added to confirm the initial position and drive amount, and the position is controlled. The monitor means may use an optical or magnetic encoder to directly detect the relative movement between the fixed part and the blades 1 and 2, or the relative movement between the blade 1 and the blade 2, or to detect any rotational speed of the shaft in the drive system. The detection is performed indirectly from the detection means, or a change in the amount of light transmitted through the aperture and at least a signal of light having high correlation are detected by an optical sensor such as a silicon photocell or a photointerrupter, and feedback is performed.

【0035】上記した相関性の高い光には、絞りと被照
明面との間の光路壁面照度、被照明面自体の照度を用
い、絶対的(光源の輝度変動を除外した)調光後光量を
検知したり、絞り羽根1と2、に公知の副絞り開口を追
加し、その合成開口透過光量を実際に調光に寄与する絞
り要素の合成開口透過光量の代用とし、フォトインタラ
プタで検知することで調光比率モニター信号を得る。
For the highly correlated light, the illuminance of the light path wall surface between the stop and the illuminated surface and the illuminance of the illuminated surface itself are used. Or a known sub-aperture opening is added to the aperture blades 1 and 2, and the combined aperture transmitted light amount is used as a substitute for the combined aperture transmitted light amount of the aperture element that actually contributes to dimming, and is detected by the photo interrupter. Thus, a dimming ratio monitor signal is obtained.

【0036】絶対的光量情報を用いるか、調光比率とし
て相対変化を用いるかは照明装置の使用光源(経時変動
特性、寿命)、使用目的により適否判定する。本実施例
は液晶プロジェクターであるので、画像明るさを人間が
官能検知した結果が調光での評価基準となるため経時的
照度変化は目立たないため調光比率で制御する。これに
て合理的絞り制御が可能である。一方、照明装置を露光
装置等に用いる場合、絶対照度の再現性が重要仕様とな
るため、上記の内、絶対的(光源の輝度変動を除外し
た)調光後光量を検知する方式を用いる。なお、光源点
灯後所定の安定点灯待ち遅延時間の後でその時点の光量
を最高光量基準値(絞り開放位置)として記憶すること
で、絶対的(光源の輝度変動を除外した)調光後光量を
検知し比較演算すれば近似的な相対変化情報/信号が得
られるので代用絞り位置モニター信号発生手段として駆
動制御に使用しても良い。
Whether to use the absolute light amount information or the relative change as the dimming ratio is determined based on the light source (temporal fluctuation characteristics, life) and the purpose of use of the lighting device. Since the present embodiment is a liquid crystal projector, the result of the sensory detection of the image brightness by a human being is used as an evaluation criterion in dimming, and the illuminance change with time is not conspicuous. This enables rational aperture control. On the other hand, when an illumination device is used for an exposure device or the like, reproducibility of absolute illuminance is an important specification. Therefore, of the above methods, the method of detecting the absolute (after excluding luminance fluctuation of the light source) post-dimming light amount is used. Note that, after a predetermined stable lighting waiting delay time after the light source is turned on, the light amount at that time is stored as a maximum light amount reference value (aperture opening position) so that the light amount after dimming (excluding the light source luminance fluctuation) is obtained. Approximate relative change information / signal can be obtained by detecting and comparing, and therefore, it may be used for drive control as substitute aperture position monitor signal generating means.

【0037】図3は、本発明の実施例1における照明装
置のフライアイレンズ近傍での光線状態と絞り羽根の関
係を示す模式図で、フライアイレンズ4近傍での光線状
態と絞り羽根の関係を示す模式平面図である。フライア
イレンズ群を構成するレンズアレイの対応する1コマづ
つを切出し示すものである。100は絞りユニット、1
10は絞り羽根1、120は絞り羽根2、130は絞り
ユニット地板である。フライアイレンズ3,4は同一の
凸パワーを持ち、それぞれの焦点面近傍に配置されてい
る。フライアイレンズ3に入射した概略平行な光線はフ
ライアイレンズ4近傍でビームウエストを作り射出後絞
りユニット開口を通過する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the state of light near the fly-eye lens and the aperture blades of the illumination device according to the first embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2 is a view showing a frame-by-frame corresponding to a lens array constituting a fly-eye lens group. 100 is an aperture unit, 1
Reference numeral 10 denotes an aperture blade 1, 120 denotes an aperture blade 2, and 130 denotes an aperture unit base plate. The fly-eye lenses 3 and 4 have the same convex power and are arranged near the respective focal planes. The substantially parallel rays incident on the fly-eye lens 3 form a beam waist near the fly-eye lens 4 and pass through the aperture unit aperture after emission.

【0038】絞り羽根110と120は光軸に直交する
面内を光軸に対してそれぞれ逆向きに平行移動し合成開
口幅を変化させることで通過光量を変動させる。110
と120の絞り羽根1と2は、軸上で異なる位置に存在
するため遮光量は軸上位置差に応じた不均等を生じるが
入射光束のなす錐体の頂角が鋭角なため上記位置差を小
さくすることで、実用上十分に均一な照明状態を維持し
つつ調光できる。
The aperture blades 110 and 120 move in parallel in the plane orthogonal to the optical axis in opposite directions to the optical axis, respectively, and change the synthetic aperture width to change the amount of light passing therethrough. 110
And the aperture blades 1 and 2 are located at different positions on the axis, so that the amount of light blocking is not uniform according to the difference in the on-axis position. However, since the apex angle of the cone formed by the incident light beam is acute, the position difference , The dimming can be performed while maintaining a practically sufficiently uniform illumination state.

【0039】9×10コマ(コマピッチ≒5mm)構成
のフライアイインテグレータを用いた例では、絞り開放
での開口幅2.5mmに対して羽根厚さ0.1mm、羽
根間隔を0.1mmとしたとき、組込み寸法誤差と熱変
形誤差を含み、照明範囲最外周(100%)位置照度と
軸上照度との比率が開放状態での75%に対して、75
%光量遮光(2段絞り)状態では、おおむね55%以上
が確保可能である。中間の絞り状態、照明範囲の中間像
高ではそれぞれ滑らかな比例的挙動となるので、厳密な
投影焼付け装置の照明機構装置を除けば、問題無く適用
可能な水準といえる。なお、この照度比は、フライアイ
レンズの焦点位置に対する配置と絞り羽根位置により、
更に改善可能であるが、絞り均一性向上と開放での照明
効率向上のバランスを考慮し、各要素の軸上配置を決定
するとよい。
In the example using a fly-eye integrator having a configuration of 9 × 10 frames (frame pitch ≒ 5 mm), the blade thickness was 0.1 mm and the blade interval was 0.1 mm with respect to the aperture width of 2.5 mm when the aperture was opened. When the ratio of the illuminance at the position of the outermost periphery of the illumination range (100%) to the on-axis illuminance includes 75% in the open state, the ratio includes 75% in the open state.
In the state of% light shielding (two-step aperture), approximately 55% or more can be secured. In the intermediate aperture state and the intermediate image height in the illumination range, the behavior becomes smooth and proportional, respectively. Therefore, it can be said that the level can be applied without any problem except for the illumination mechanism device of the strict projection printing apparatus. This illuminance ratio depends on the position of the fly-eye lens with respect to the focal position and the position of the diaphragm blade.
Although it is possible to further improve the arrangement, it is preferable to determine the axial arrangement of each element in consideration of the balance between the improvement of the aperture uniformity and the improvement of the illumination efficiency at the maximum aperture.

【0040】[実施例2]図4は、本発明の実施例2に
おけるインテグレータつき照明装置を用いた透過液晶三
板式画像投影装置の構成を示す図である。本実施例は、
実施例1と相違してフライアイ4の直前に駆動モータユ
ニット200を有する絞りユニット100を挿入すると
共に、図6の構成と同様にフライアイ4と偏光変換素子
5の間にマスクPSMを挿入して構成した点以外は、実
施例1の構成と基本的に同様の構成を有している。した
がって、実施例1と同様の構成についての説明は省略す
るが、図3で説明したように、ビームウエスト位置との
関係で絞り効率を改善するためや、機械的レイアウトの
都合で絞り位置を変更する場合に、本構成を採ることで
構成自由度が増す。
[Embodiment 2] FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a transmission liquid crystal three-panel image projection apparatus using an illumination device with an integrator according to Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment,
Unlike the first embodiment, the diaphragm unit 100 having the drive motor unit 200 is inserted immediately before the fly eye 4, and a mask PSM is inserted between the fly eye 4 and the polarization conversion element 5 as in the configuration of FIG. The configuration is basically the same as the configuration of the first embodiment except for the configuration. Therefore, although the description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted, as described with reference to FIG. 3, the aperture position is changed in order to improve the aperture efficiency in relation to the beam waist position or for the convenience of the mechanical layout. In this case, adopting this configuration increases the degree of freedom in configuration.

【0041】[実施例3]図5、本発明の実施例3にお
ける照明装置の調光機構部分の構成例を示す。図5は図
中、上方より、絞り開放状態側面図、組込み状態斜視
図、絞り込み状態側面図からなる。図5において、3は
第1フライアイレンズ、4は第2フライアイレンズ、1
00は絞りユニット、120は絞り羽根、130は絞り
ユニット地板、200は絞り駆動モータユニットであ
る。
[Embodiment 3] FIG. 5 shows an example of the configuration of a dimming mechanism of an illumination device according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 5 includes, from above, a side view of the diaphragm open state, a perspective view of the assembled state, and a side view of the diaphragm state from above. In FIG. 5, 3 is a first fly-eye lens, 4 is a second fly-eye lens, 1
00 is an aperture unit, 120 is aperture blades, 130 is an aperture unit base plate, and 200 is an aperture drive motor unit.

【0042】絞りユニット100は、1枚の十分に平滑
で反射率の高い表面を持つ薄板ステンレス鋼板に、円形
開口を、フライアイレンズの並び方向でのフライアイレ
ンズ配置ピッチに合せ複数設け、板部にガイドバー嵌合
ガイド部140とリードネジ係合部150を設けた、絞
り羽根120を有する。この羽根120は、板状構造体
でありガイドバー141とリードスクリュウ151を光
軸平行に保持した絞りユニット地板130に対し、光軸
方向に所定範囲内を移動可能に保持される。絞りユニッ
ト地板130には絞り駆動モータユニット200が一体
的に固定される。
The diaphragm unit 100 is provided with a plurality of circular openings in a single thin stainless steel plate having a sufficiently smooth and highly reflective surface in accordance with the arrangement pitch of the fly-eye lenses in the direction in which the fly-eye lenses are arranged. A diaphragm blade 120 having a guide bar fitting guide section 140 and a lead screw engaging section 150 provided in the section. The blade 120 is a plate-shaped structure, and is held movably within a predetermined range in the optical axis direction with respect to an aperture unit base plate 130 holding the guide bar 141 and the lead screw 151 parallel to the optical axis. The aperture drive motor unit 200 is integrally fixed to the aperture unit base plate 130.

【0043】絞り駆動モータユニット200はステッピ
ングモータを用いており、先の実施例同様に駆動制御さ
れる。該モータの駆動力にて、バックラッシュ除去バネ
(不図示)による一方向付勢力に抗して穴のあいた羽根
を往復移動することで光束のなす錐体と穴部との交錯量
を可変として絞り効果を得ている。この実施例の場合、
移動量に対しての減光量敏感度が低くできるがその一方
で絶対的遮光量、即ち絞り段数を増やすには不向きであ
ることが図より容易に推察できる。よってこの実施例は
調光範囲を大きくする必要の無い用途で微妙な調光をす
る場合に好適である。
The aperture drive motor unit 200 uses a stepping motor, and is driven and controlled in the same manner as in the previous embodiment. The driving force of the motor reciprocates the perforated blade against a one-way biasing force of a backlash removing spring (not shown) to change the amount of intersection between the cone formed by the light beam and the hole. The aperture effect has been obtained. In this example,
It can be easily inferred from the figure that the sensitivity to the amount of light reduction with respect to the moving amount can be lowered, but it is not suitable for increasing the absolute light shielding amount, that is, the number of diaphragm steps. Therefore, this embodiment is suitable for fine dimming in applications where it is not necessary to increase the dimming range.

【0044】また軸方向への羽根の移動量が多い構成で
あるが、本実施例では、もともとフライアイレンズの空
気間隔として設けられた、分割された光束群収容空間を
羽根移動空間としているので、照明装置の寸方に悪影響
を与えることのない合理的配置を実現することができ
る。
In this embodiment, the moving amount of the blade in the axial direction is large. However, in this embodiment, the divided light beam group accommodating space, which is originally provided as the air space of the fly-eye lens, is used as the blade moving space. In addition, it is possible to realize a rational arrangement that does not adversely affect the dimensions of the lighting device.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、小スペースで階調を可能とする照明光学系、該照明
光学系を有する光学装置、特に大光量AVプロジェクタ
ー等に好適な光学装置または画像処理装置を実現するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, an illuminating optical system capable of providing gradation in a small space, an optical device having the illuminating optical system, and particularly an optical system suitable for a large-volume AV projector and the like. An apparatus or an image processing apparatus can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1における照明装置の構成を示
す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a lighting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1における照明装置の部分構成
を説明するための図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a partial configuration of the lighting device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例1における照明装置のフライア
イレンズ近傍での光線状態と絞り羽根の関係を示す模式
図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between a light beam state and a stop blade near a fly-eye lens of the illumination device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2における照明装置の構成を示
す図。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a lighting device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3における照明装置の調光機構
部分の構成例を示す図。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a light control mechanism of an illumination device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】従来の透過液晶三板式画像投影装置の基本構成
を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration of a conventional transmissive liquid crystal three-panel image projection device.

【図7】従来の調光装置(米国特許5,053,934
号明細書)の構成を示す図。
FIG. 7 shows a conventional light control device (US Pat. No. 5,053,934).
FIG.

【符号の説明】 1:光源部 2:パラボラ反射傘 3:フライアイレンズ 4:フライアイレンズ 5:偏光変換素子群 6:コンデンサーレンズ 7:フィールドレンズ 8:液晶表示素子 9:ダイクロイックプリズム 10:投射レンズ 11:スクリーン 100:絞りユニット 110:羽根1 120:羽根2 130:絞りユニット地板 200:絞り駆動モータユニット[Description of Signs] 1: Light source section 2: Parabolic reflector 3: Fly-eye lens 4: Fly-eye lens 5: Polarization conversion element group 6: Condenser lens 7: Field lens 8: Liquid crystal display element 9: Dichroic prism 10: Projection Lens 11: Screen 100: Aperture unit 110: Blade 1 120: Blade 2 130: Aperture unit main plate 200: Aperture drive motor unit

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年12月21日(2000.12.
21)
[Submission date] December 21, 2000 (200.12.
21)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項4[Correction target item name] Claim 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項5[Correction target item name] Claim 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0020[Correction target item name] 0020

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの(1)〜(13)のように構成し
た照明光学系、該照明光学系を有する光学装置、画像処
理装置を提供するものである。 (1)複数の光束を形成し、これらの光束で照明を行う
照明光学系において、前記複数の光束の分離位置に各光
束のそれぞれに対応する可変絞りを備えた絞り手段を有
することを特徴とする照明光学系。 (2)前記複数の光束は、電極間での放電によるプラズ
マ発光光源からの照明光束が、反射傘を含む照明光束集
光手段を介して射出された後、照明光束分割手段によっ
て分割して形成された光束であることを特徴とする上記
(1)に記載の照明光学系。 (3)前記絞り手段は、前記複数の光束が分離状態にあ
る位置で移動する遮光板を用いた機械的可動絞り機構を
有することを特徴とする上記(2)に記載の照明光学
系。 (4)前記照明光束分割手段が、複数のレンズアレイを
光軸方向に並べたフライアイインテグレータを有するこ
とを特徴とする上記(2)または上記(3)に記載の照
明光学系。 (5)前記照明光束分割手段が、断面が多角形のロッド
型インテグレータ(カレイドスコープ)及び該インテグ
レータからの複数の光束の夫々を相異なる位置に集光す
るレンズ系とを有することを特徴とする上記(2)また
は上記(3)に記載の照明光学系。 (6)前記機械的可動絞り機構は、前記複数の光束が収
束する位置の近傍にあることを特徴とする上記(5)に
記載の照明光学系。 (7)前記絞り手段は、前記多分割されそれぞれ集光さ
れる各光束のそれぞれと交錯する遮光部を有し、各遮光
部を光軸方向に進退することで交錯量を変化させること
によって遮光する量を変えることを特徴とする上記
(1)〜(6)のいずれかに記載の照明光学系。 (8)前記絞り手段は、相対移動可能な複数の絞り板を
有し、前記複数の光束の各中心光線に対して対称運動に
よって進退し、該複数の絞り板のそれぞれが有する複数
の開口部もしくは開口部形成用切り欠き部の重畳により
形成される合成開口によって各光束外周部より遮光量を
調整するように構成されていることを特徴とする上記
(1)〜(6)のいずれかに記載の照明光学系。 (9)前記フライアイインテグレータのレンズ群の配列
ピッチと適合させて配置され、特定の偏光方向の光を出
力する偏光変換素子を有し、前記絞り手段における遮光
に寄与していない部分の少なくとも一部を、前記偏光変
換素子ヘの入射光から不要光を除去するマスクとして構
成したことを特徴とする上記(1)〜(4)、(6)、
(7)のいずれかに記載の照明光学系。 (10)前記プラズマ発光光源が、ハロゲンランプ、メ
タルハライドランプ、水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、
クセノンランプのいずれかのランプによって構成されて
いることを特徴とする上記(1)〜(9)のいずれかに
記載の照明光学系。 (11)照明光学系を有する光学装置において、前記照
明光学系が上記(1)〜(10)のいずれかに記載の照
明光学系によって構成されていることを特徴とする光学
装置。 (12)画像投影装置であることを特徴とする上記(1
1)に記載の光学装置。 (13)上記(12)に記載の光学装置と該光学装置に
画像情報(データ)を入力する演算装置(コンピュータ
ー)とを有することを特徴とする画像処理装置。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an illumination optical system constructed as in the following (1) to (13), an optical device having the illumination optical system, and image processing. An apparatus is provided. (1) In an illumination optical system that forms a plurality of light beams and illuminates with the light beams, the illumination optical system includes a diaphragm unit provided with a variable stop corresponding to each of the light beams at a separation position of the plurality of light beams. Illumination optics. (2) The plurality of luminous fluxes are formed by illuminating luminous fluxes from a plasma light emitting source due to discharge between the electrodes being emitted through illuminating luminous flux condensing means including a reflector and then divided by illuminating luminous flux splitting means. The illumination optical system according to the above (1), wherein the light beam is a focused light beam. (3) The illumination optical system according to (2), wherein the stop means has a mechanically movable stop mechanism using a light shielding plate that moves at a position where the plurality of light beams are separated. (4) The illumination optical system according to the above (2) or (3), wherein the illumination light beam splitting means has a fly-eye integrator in which a plurality of lens arrays are arranged in an optical axis direction. (5) The illumination beam splitting means is a rod having a polygonal cross section.
The illumination optical system according to the above (2) or (3), comprising: a mold integrator (a kaleidoscope); and a lens system for condensing each of the plurality of light beams from the integrator at different positions. (6) The illumination optical system according to (5), wherein the mechanical movable stop mechanism is located near a position where the plurality of light beams converge. (7) The aperture means has a light-shielding portion intersecting with each of the multi-divided and condensed light beams, and the light-shielding portion is changed by moving each light-shielding portion in the optical axis direction to change the amount of intersection. The illumination optical system according to any one of the above (1) to (6), wherein an amount of the illumination is changed. (8) The diaphragm means has a plurality of diaphragm plates which are relatively movable, moves forward and backward by symmetrical movement with respect to each central ray of the plurality of light beams, and has a plurality of apertures which each of the plurality of diaphragm plates has Alternatively, any one of the above (1) to (6) is characterized in that the amount of light shielding is adjusted from the outer peripheral portion of each light beam by a synthetic aperture formed by overlapping the opening forming notches. Illumination optical system as described. (9) A polarization conversion element that is arranged in conformity with the arrangement pitch of the lens groups of the fly-eye integrator and outputs light in a specific polarization direction, and at least one of the portions that does not contribute to light blocking in the diaphragm means. (1) to (4), (6), wherein the portion is configured as a mask for removing unnecessary light from light incident on the polarization conversion element.
The illumination optical system according to any one of (7). (10) The plasma light source is a halogen lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an ultra-high pressure mercury lamp,
The illumination optical system according to any one of (1) to (9), wherein the illumination optical system includes any one of xenon lamps. (11) An optical device having an illumination optical system, wherein the illumination optical system is configured by the illumination optical system according to any one of (1) to (10). (12) The above (1), which is an image projection device.
The optical device according to 1). (13) An image processing apparatus comprising: the optical device according to (12); and an arithmetic device (computer) for inputting image information (data) to the optical device.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0024[Correction target item name] 0024

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0024】また、該絞り機構は相対移動可能な複数の
絞り板を有し、分割された光束群の各光軸に対し実質的
に対称運動にて進退し、該複数の絞り板それぞれが持つ
複数の開口部もしくは開口部形成用切り欠き部の重畳に
て形成される合成開口によって、各光束外周部より遮光
量を調整することにより、一層遮光状態が平均化され、
調光時照明状態を均一化することができる。また、理想
点光源位置からのずれの大きい光源部分からの光線、反
射傘の面精度の低い部分を経た光線から優先して遮光さ
れ、絞るほどに角度条件限定度を増やすことができ
る。また照明ムラが少なく、光学要素の位置ばらつき、
部品精度での集光点位置ばらつきでの絞り効果変動が平
均化される。また、遮光位置が光束分割数に応じ複数生
じるため、遮光部材の発熱位置が分散されるため、冷却
条件が良くなり、熱変形強度を考慮した材料選定自由度
が増す。投射レンズへの光線入射角範囲が狭まり収差が
改善され、レンズ鏡筒内面反射、ガラスの面反射に起因
するフレア・ゴーストが減じる等のレンズ内絞りに類す
る効果を達成することができる。
The diaphragm mechanism has a plurality of diaphragm plates which can move relatively to each other. The diaphragm mechanism advances and retreats in a substantially symmetrical motion with respect to each optical axis of the divided light beam group, and each of the plurality of diaphragm plates has. By adjusting the amount of light shielding from the outer peripheral portion of each light beam by a synthetic aperture formed by superimposing a plurality of openings or opening forming notches, the light shielding state is further averaged,
The lighting condition at the time of dimming can be made uniform. In addition, the light from the light source portion having a large deviation from the ideal point light source position and the light passing through the portion of the reflector with low surface accuracy are preferentially shielded from light, and the degree of limitation of the angle condition can be increased as the aperture is narrowed. In addition, there is little illumination unevenness, optical element position variation,
The variation of the aperture effect due to the variation of the focal point position with the component accuracy is averaged. Further, since a plurality of light-shielding positions are generated in accordance with the number of divided light beams, heat-generating positions of the light-shielding member are dispersed, so that cooling conditions are improved, and the degree of freedom in material selection in consideration of thermal deformation strength is increased. It is possible to achieve an effect similar to a diaphragm in a lens, such as a narrowing of a range of incident angles of light rays on a projection lens, an improvement in aberration, and a reduction in flare and ghost caused by internal reflection of a lens barrel and surface reflection of glass.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0025[Correction target item name] 0025

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0025】また、該絞り機構を偏光変換素子の入射光
から不要光を除去するマスクとして通常機能するように
構成すると、従来構成において元より発熱個所として冷
却可能構造で機器設計されることが多いので、そのよう
な場合に新たな発熱元となる絞り機構をここに構成して
も冷却構造に変更が不要となり、あるいは小な変更で
済み、また部材の増加を防ぐことができ製造コストが下
がり、スペース効率を上げることができる。また、プラ
ズマ発光光源にハロゲンランプ、メタルハライドラン
プ、各種水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、クセノンラン
プのいずれかを用いることにより、ショートアーク化が
可能で、光利用効率を向上させることが容易な光源が使
用可能となる。
Further, if the diaphragm mechanism is configured to normally function as a mask for removing unnecessary light from the incident light of the polarization conversion element, the device is often designed with a structure that can be cooled as a heat generating portion in the conventional configuration. because, such a case is also not required to change the cooling structure configured here a stop mechanism comprising a new heating source to such, or small that requires change, also the production cost can be prevented an increase in the member Lowering space efficiency. In addition, by using any of halogen lamps, metal halide lamps, various mercury lamps, ultra-high pressure mercury lamps, and xenon lamps as the plasma light source, a short arc can be achieved and a light source that can easily improve light use efficiency can be obtained. It can be used.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0026[Correction target item name] 0026

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0026】[0026]

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。 [実施例1]図1は、本発明の実施例1である照明装置
を用いた透過液晶三板式画像投影装置の基本構成を示す
図である。本実施例においては、従来例で説明した図6
において、フライアイレンズ4と偏光変換素子5の間に
設けられているマスクPSMに代えて、駆動モータユニ
ット200を有する絞りユニット100を挿入した構成
以外は、基本的には図6と同様の構成を有している。
Embodiments of the present invention will be described below. [Embodiment 1] FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a transmission liquid crystal three-panel image projection apparatus using an illumination device according to Embodiment 1 of the present invention. In the present embodiment, FIG.
6, the configuration is basically the same as that of FIG. 6 except that a diaphragm unit 100 having a drive motor unit 200 is inserted instead of the mask PSM provided between the fly-eye lens 4 and the polarization conversion element 5. have.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0027[Correction target item name] 0027

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0027】図1において、光源部1から射出された白
色光は、パラボラ反射傘2にて平行光として出射し、赤
外および紫外成分を除去するUV−IRカットフィルタ
UVIRを通過し、フライアイレンズ3、4にて複数光
束に分割される。それぞれの光束は第一のフライアイレ
ンズ3により第二のフライアイレンズ近傍にて収束す
る。光束外で偏光変換素子の入射部外に向う不要光を絞
りユニット100の構成部材で遮光したのち偏光変換素
子群5に入射し、偏光ビームスプリッタにて紙面平行の
P偏光成分は透過分離され直進後、位相板にてS偏光に
変換され出射する。同偏光ビームスプリッタにて反射分
離されたS偏光成分は続く反射面にて進路を元に戻し出
射し、結果として両分離成分ともにS偏光にて偏光方向
がそろえられる。出射したS偏光の光束はコンデンサー
レンズ6等を通過した後、ダイクロイックミラーDM1
によって赤色帯域の光は透過し、緑から青色帯域光は反
射される。光源としては、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、超高圧水銀ランプ等が使用され、色分離・
合成光学素子としては、ダイクロイックミラーが使用さ
れる実施形態となっている。
In FIG. 1, white light emitted from a light source unit 1 is emitted as parallel light by a parabolic reflector 2, passed through a UV-IR cut filter UVIR for removing infrared and ultraviolet components, and fly-eye. Multiple lights with lenses 3 and 4
Divided into bundles . Each light beam is converged by the first fly-eye lens 3 near the second fly-eye lens. Unnecessary light that goes out of the light beam to the outside of the entrance of the polarization conversion element is shielded by the constituent members of the aperture unit 100, and then enters the polarization conversion element group 5, where the P-polarized component parallel to the plane of the drawing is transmitted and separated by the polarization beam splitter and goes straight. Thereafter, the light is converted into S-polarized light by the phase plate and emitted. The S-polarized light component reflected and separated by the same polarization beam splitter returns its path to the next reflection surface and exits, and as a result, the polarization directions of both separated components are aligned by S-polarized light. The emitted S-polarized light beam passes through the condenser lens 6 and the like, and then becomes a dichroic mirror DM1.
As a result, light in the red band is transmitted, and light in the green and blue bands is reflected. Halogen lamps, metal halide lamps, ultra-high pressure mercury lamps, etc. are used as light sources.
In this embodiment, a dichroic mirror is used as the combining optical element.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0030[Correction target item name] 0030

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0030】図2は、実施例1の照明装置の部分構成を
説明するための図である。100は絞りユニット、11
0は絞り羽根1、120は絞り羽根2、130は絞りユ
ニット地板、200は絞り駆動モータユニットである。
絞りユニット100は、2枚の十分に平滑で反射率の高
い表面を持つ厚さ0.1mmの薄板ステンレス鋼板に、
紙面直交方向の長方形開口を、フライアイレンズの紙面
横方向でのフライアイレンズ配置ピッチに合せ複数設け
た、110及び120の絞り羽根1と絞り羽根2を有す
る。これら2枚の絞り羽根110,120は、絞り羽根
と平行に設けた板状構造体としての絞りユニット地板1
30に対し紙面平行方向かつ互いに逆方向に所定範囲内
を移動可能に保持される。同板状構造体には絞り駆動モ
ータユニット200が一体的に固定される。
FIG. 2 is a diagram for explaining a partial configuration of the illumination device according to the first embodiment. 100 is an aperture unit, 11
Reference numeral 0 denotes an aperture blade 1, 120 denotes an aperture blade 2, 130 denotes an aperture unit base plate, and 200 denotes an aperture drive motor unit.
The aperture unit 100 is a thin stainless steel sheet having a thickness of 0.1 mm having two sufficiently smooth and highly reflective surfaces.
A rectangular opening in the direction orthogonal to the surface and plurality fit fly-eye lens arrangement pitch in the paper transverse direction of the fly-eye lens, having 110 and diaphragm blade 1 and the diaphragm blades 2 of 120. These two diaphragm blades 110 and 120 are a diaphragm unit base plate 1 as a plate-like structure provided in parallel with the diaphragm blades.
30 is held movably within a predetermined range in a direction parallel to the paper surface and in a direction opposite to each other. An aperture drive motor unit 200 is integrally fixed to the plate-like structure.

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0032[Correction target item name] 0032

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0032】公知のラックアンドピニオン機構もしくは
リードスクリュー等を用いた機械的駆動力伝達手段によ
り該モータの駆動力にて、バックラッシュ除去バネ(不
図示)による一方向付勢力に抗して110及び120の
絞り羽根1と2をそれぞれ逆方向に往復移動することで
2枚の羽根110,120の合成開口である長方形開口
の幅を可変としている。上記ステップ分割数実現に際し
単純な2相駆動では分解能が不足な場合には、各相をデ
ューティー制御し、そのデューティー比にて決定される
2相の保持力バランスで回転ステップ角内を更に内分し
た回転角分解能を得る。
A known rack and pinion mechanism or a mechanical driving force transmitting means using a lead screw or the like, the driving force of the motor is used to resist the one-way urging force of a backlash removing spring (not shown). By reciprocating the aperture blades 1 and 2 in the opposite directions, respectively, the width of the rectangular opening, which is the combined aperture of the two blades 110 and 120 , is variable. If the resolution is insufficient with the simple two-phase drive for realizing the number of step divisions, duty control of each phase is performed, and the rotation step angle is further internally divided by the two-phase holding force balance determined by the duty ratio. Obtained rotation angle resolution.

【手続補正10】[Procedure amendment 10]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0033[Correction target item name] 0033

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0033】上記高分解能制御の適用有無、スクリュー
のリード角、ギア類の歯数、材質、精度等は、絞り寸方
と調光段数/必要分解能/必要駆動応答性、機器要求寿
命に応じた最適設計を行う際の選択決定項目となる。駆
動の基準位置は、前述の、絞り羽根駆動範囲を規定する
ために機械的なストッパを設けて、そこへの突き当て位
置に用いる。照明装置起動時に絞り羽根110,120
を開放方向へ最大駆動量以上のパルス駆動をして位置初
期化を行い、その後オープンループ制御を行うことで、
簡便な構成が得られる。
Whether or not the above high resolution control is applied, the lead angle of the screw, the number of gear teeth, the material, the accuracy, etc., depend on the aperture size and the number of dimming steps / required resolution / required drive responsiveness and the required life of the equipment. This is a selection decision item when performing optimal design. The reference position for driving is provided with a mechanical stopper for defining the aperture blade driving range, and is used as a contact position against the mechanical stopper. The aperture blades 110 and 120 at the time of starting the lighting device
By initializing the position by performing pulse drive in the opening direction more than the maximum drive amount, and then performing open loop control,
A simple configuration is obtained.

【手続補正11】[Procedure amendment 11]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0034】また、安価なDCモータをモータユニット
200に用いることも容易である。この場合、初期位置
の確認と駆動量確認のためモニター手段を追加し位置制
御する。該モニター手段には、光学ないし、磁気エンコ
ーダを用い固定部対羽根1と2、もしくは110の羽根
1と120の羽根2の相対移動を直接的に検出するか、
もしくは駆動系内のいずれかの軸部回転数検知手段から
間接的に検知するか、またはシリコンフォトセル、フォ
トインタラプタなどの光学センサにて絞り透過での光量
変化と、少なくとも相関性の高い光を検知した信号をフ
ィードバックし制御する。
It is also easy to use an inexpensive DC motor for the motor unit 200. In this case, monitoring means is added to confirm the initial position and drive amount, and the position is controlled. The monitor means may directly detect the relative movement between the fixed portion and the blades 1 and 2 or the 110 blade 1 and the 120 blade 2 using an optical or magnetic encoder,
Or, indirectly detected from any of the shaft rotation number detecting means in the drive system, or at least light having a high correlation with the change in the amount of light transmitted through the aperture by an optical sensor such as a silicon photocell or photo interrupter. The detected signal is fed back and controlled.

【手続補正12】[Procedure amendment 12]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0035[Correction target item name] 0035

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0035】上記した相関性の高い光には、絞りと被照
明面との間の光路壁面照度、被照明面自体の照度を用
い、絶対的(光源の輝度変動を除外した)調光後光量を
検知したり、110及び120の絞り羽根1と2、に公
知の副絞り開口を追加し、その合成開口透過光量を実際
に調光に寄与する絞り要素の合成開口透過光量の代用と
し、フォトインタラプタで検知することで調光比率モニ
ター信号を得る。
For the highly correlated light, the illuminance of the light path wall surface between the stop and the illuminated surface and the illuminance of the illuminated surface itself are used. A known sub-aperture aperture is added to the aperture blades 1 and 2 of 110 and 120, and the combined aperture transmitted light amount is used as a substitute for the combined aperture transmitted light amount of the aperture element that actually contributes to dimming. A dimming ratio monitor signal is obtained by detecting with an interrupter.

【手続補正13】[Procedure amendment 13]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0037[Correction target item name] 0037

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0037】図3は、本発明の実施例1における照明装
置のフライアイレンズ近傍での光線状態と絞り羽根の
関係を示す模式図で、フライアイレンズ4近傍での光線
状態と絞り羽根の関係を示す模式平面図である。フライ
アイレンズ群を構成するレンズアレイの対応する1コマ
づつを切出し示すものである。100は絞りユニット、
110は絞り羽根1、120は絞り羽根2、130は絞
りユニット地板である。フライアイレンズ3,4は同一
の凸パワーを持ち、それぞれの焦点面近傍に配置されて
いる。フライアイレンズ3に入射した概略平行な光線は
フライアイレンズ4近傍でビームウエストを作り射出後
絞りユニット開口を通過する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the state of light near the fly-eye lens 4 and the aperture blades of the illumination device according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic plan view which shows a relationship. FIG. 2 is a view showing a frame-by-frame corresponding to a lens array constituting a fly-eye lens group. 100 is an aperture unit,
Reference numeral 110 denotes an aperture blade 1, 120 denotes an aperture blade 2, and 130 denotes an aperture unit base plate. The fly-eye lenses 3 and 4 have the same convex power and are arranged near the respective focal planes. The substantially parallel rays incident on the fly-eye lens 3 form a beam waist near the fly-eye lens 4 and pass through the aperture unit aperture after emission.

【手続補正14】[Procedure amendment 14]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0038[Correction target item name] 0038

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0038】絞り羽根110120は光軸に直交する
面内を光軸に対してそれぞれ逆向きに平行移動し合成開
口幅を変化させることで通過光量を変動させる。110
と120の絞り羽根1と2は、軸上で異なる位置に存在
するため遮光量は軸上位置差に応じた不均等を生じるが
入射光束のなす錐体の頂角が鋭角なため上記位置差を小
さくすることで、実用上十分に均一な照明状態を維持し
つつ調光できる。
The stop blades 110 and 120 move in parallel in the plane perpendicular to the optical axis in opposite directions to the optical axis, respectively, and change the synthetic aperture width to change the amount of light passing therethrough. 110
And the aperture blades 1 and 2 are located at different positions on the axis, so that the amount of light blocking is not uniform according to the difference in the on-axis position. However, since the apex angle of the cone formed by the incident light beam is acute, the position difference , The dimming can be performed while maintaining a practically sufficiently uniform illumination state.

【手続補正15】[Procedure amendment 15]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0040[Correction target item name] 0040

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0040】[実施例2]図4は、本発明の実施例2に
おけるインテグレータつき照明装置を用いた透過液晶三
板式画像投影装置の構成を示す図である。本実施例は、
実施例1と相違してフライアイレンズ4の直前に駆動モ
ータユニット200を有する絞りユニット100を挿入
すると共に、図6の構成と同様にフライアイレンズ4と
偏光変換素子5の間にマスクPSMを挿入して構成した
点以外は、実施例1の構成と基本的に同様の構成を有し
ている。したがって、実施例1と同様の構成についての
説明は省略するが、図3で説明したように、ビームウエ
スト位置との関係で絞り効率を改善するためや、機械的
レイアウトの都合で絞り位置を変更する場合に、本構成
を採ることで構成自由度が増す。
[Embodiment 2] FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a transmission liquid crystal three-panel image projection apparatus using an illumination device with an integrator according to Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment,
Is inserted the aperture unit 100 having a drive motor unit 200 just before the fly-eye lens 4 Differently from Example 1, as in the arrangement of FIG. 6 and the fly-eye lens 4 a mask PSM between the polarization conversion element 5 The configuration is basically the same as the configuration of the first embodiment except that the configuration is inserted. Therefore, although the description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted, as described with reference to FIG. 3, the aperture position is changed in order to improve the aperture efficiency in relation to the beam waist position or for the convenience of the mechanical layout. In this case, adopting this configuration increases the degree of freedom in configuration.

【手続補正16】[Procedure amendment 16]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図5[Correction target item name] Fig. 5

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図5】 FIG. 5

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/13357 G03B 21/00 E 5C060 G03B 21/00 G09F 9/00 360K 5G435 G09F 9/00 360 H04N 9/31 C H04N 9/31 G02F 1/1335 530 Fターム(参考) 2H042 AA01 AA08 AA28 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA15 HA13 HA18 HA21 HA24 HA28 MA06 MA13 MA16 2H091 FA05X FA07Z FA14Z FA26X FA26Z FA41Z LA15 LA17 LA18 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 DA05 5C060 BA04 BA08 BC05 EA01 GA02 GB02 HC00 HC11 HC20 HC22 HD04 JB06 5G435 AA18 BB12 BB17 DD02 DD06 DD09 FF07 FF12 FF13 GG02 GG09 GG23 GG28 LL15 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) G02F 1/13357 G03B 21/00 E 5C060 G03B 21/00 G09F 9/00 360K 5G435 G09F 9/00 360 H04N 9/31 C H04N 9/31 G02F 1/1335 530 F-term (reference) 2H042 AA01 AA08 AA28 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA15 HA13 HA18 HA21 HA24 HA28 MA06 MA13 MA16 2H091 FA05X FA07Z FA14Z FA26X FA26Z FA41ZLA07 LA09 LA09 LA09 5C060 BA04 BA08 BC05 EA01 GA02 GB02 HC00 HC11 HC20 HC22 HD04 JB06 5G435 AA18 BB12 BB17 DD02 DD06 DD09 FF07 FF12 FF13 GG02 GG09 GG23 GG28 LL15

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の光束を形成し、これらの光束で照明
を行う照明光学系において、前記複数の光束の分離位置
に各光束のそれぞれに対応する可変絞りを備えた絞り手
段を有することを特徴とする照明光学系。
1. An illumination optical system for forming a plurality of light beams and illuminating the plurality of light beams, comprising an aperture means provided with a variable stop corresponding to each of the light beams at a separation position of the plurality of light beams. Characteristic illumination optical system.
【請求項2】前記複数の光束は、電極間での放電による
プラズマ発光光源からの照明光束が、反射傘を含む照明
光束集光手段を介して射出された後、照明光束分割手段
によって分割して形成された光束であることを特徴とす
る請求項1に記載の照明光学系。
2. The method according to claim 1, wherein the plurality of light beams are split by an illumination light beam splitting unit after an illumination light beam from a plasma light emitting source due to discharge between electrodes is emitted through an illumination light beam collecting unit including a reflector. The illumination optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system is a light flux formed by the irradiation.
【請求項3】前記絞り手段は、前記複数の光束が分離状
態にある位置で移動する遮光板を用いた機械的可動絞り
機構を有することを特徴とする請求項2に記載の照明光
学系。
3. The illumination optical system according to claim 2, wherein said stop means has a mechanically movable stop mechanism using a light shielding plate which moves at a position where said plurality of light beams are in a separated state.
【請求項4】前記照明光束分割手段が、複数のレンズア
レイを光軸方向に並べたフライアイインテグレーターを
有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載
の照明光学系。
4. The illumination optical system according to claim 2, wherein said illumination light beam splitting means has a fly-eye integrator in which a plurality of lens arrays are arranged in an optical axis direction.
【請求項5】前記照明光束分割手段が、断面が多角形の
カレイドスコープ(ロッド型インテグレータ)及び該イ
ンテグレータからの複数の光束の夫々を相異なる位置に
集光するレンズ系とを有することを特徴とする請求項2
または請求項3に記載の照明光学系。
5. The illumination light beam splitting means includes a kaleidoscope (rod-type integrator) having a polygonal cross section and a lens system for condensing a plurality of light beams from the integrator at different positions. Claim 2
Or the illumination optical system according to claim 3.
【請求項6】前記機械的可動絞り機構は、前記複数の光
束が収束する位置の近傍にあることを特徴とする請求項
5に記載の照明光学系。
6. The illumination optical system according to claim 5, wherein said mechanical movable stop mechanism is located near a position where said plurality of light beams converge.
【請求項7】前記絞り手段は、前記多分割されそれぞれ
集光される各光束のそれぞれと交錯する遮光部を有し、
各遮光部を光軸方向に進退することで交錯量を変化させ
ることによって遮光する量を変えることを特徴とする請
求項1〜6のいずれか1項に記載の照明光学系。
7. The stop means has a light-shielding portion intersecting with each of the multi-divided and condensed light beams.
The illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, wherein the amount of light shielding is changed by changing the amount of crossing by moving each light shielding unit in the optical axis direction.
【請求項8】前記絞り手段は、相対移動可能な複数の絞
り板を有し、前記複数の光束の各中心光線に対して対称
運動によって進退し、該複数の絞り板のそれぞれが有す
る複数の開口部もしくは開口部形成用切り欠き部の重畳
により形成される合成開口によって各光束外周部より遮
光量を調整するように構成されていることを特徴とする
請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明光学系。
8. The diaphragm means has a plurality of diaphragm plates which are relatively movable, and advances and retreats by symmetrical movement with respect to each central ray of the plurality of light beams, and a plurality of diaphragm plates respectively provided in the plurality of diaphragm plates. 7. The light emitting device according to claim 1, wherein a light blocking amount is adjusted from an outer peripheral portion of each light beam by an opening or a synthetic opening formed by overlapping the opening forming notch. 2. The illumination optical system according to 1.
【請求項9】前記フライアイインテグレータのレンズ群
の配列ピッチと適合させて配置され、特定の偏光方向の
光を出力する偏光変換素子を有し、前記絞り手段におけ
る遮光に寄与していない部分の少なくとも一部を、前記
偏光変換素子ヘの入射光から不要光を除去するマスクと
して構成したことを特徴とする請求項1〜4、6、7の
いずれか1項に記載の照明光学系。
9. A portion of the fly-eye integrator, which is arranged in conformity with the arrangement pitch of the lens groups and outputs a light in a specific polarization direction, and which does not contribute to light blocking in the diaphragm means. The illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the illumination optical system is configured as a mask for removing unnecessary light from light incident on the polarization conversion element.
【請求項10】前記プラズマ発光光源が、ハロゲンラン
プ、メタルハライドランプ、水銀ランプ、超高圧水銀ラ
ンプ、クセノンランプのいずれかのランプによって構成
されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1
項に記載の照明光学系。
10. The plasma light source according to claim 1, wherein said light source comprises one of a halogen lamp, a metal halide lamp, a mercury lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, and a xenon lamp. 1
An illumination optical system according to the item.
【請求項11】照明光学系を有する光学装置において、
前記照明光学系が請求項1〜10のいずれか1項に記載
の照明光学系によって構成されていることを特徴とする
光学装置。
11. An optical device having an illumination optical system,
An optical device, wherein the illumination optical system is configured by the illumination optical system according to claim 1.
【請求項12】画像投影装置であることを特徴とする請
求項11に記載の光学装置。
12. The optical device according to claim 11, wherein the optical device is an image projection device.
【請求項13】請求項12に記載の光学装置と該光学装
置に画像情報(データ)を入力する演算装置(コンピュ
ーター)とを有することを特徴とする画像処理装置。
13. An image processing apparatus comprising: the optical device according to claim 12; and an arithmetic unit (computer) for inputting image information (data) to the optical device.
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