JP2004286858A - 照明装置及び投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明対象の特性に応じた正確な調光が可能な照明装置を提供すること。
【解決手段】プロジェクタ１０において、制御装置５０は、各光照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光の光量を調節する際に照明光の入射角度に依存する各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の照射応答特性すなわち視角特性に対応させて発光部であるダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３を不均一に点燈若しくは消燈する。これにより、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の特性に応じて各液晶ライトバルブ３１，３３，３５を活かす照明が可能になる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子その他の空間光変調装置を照明するための照明装置、並びに、これら空間光変調装置及び照明装置を用いて画像を投射する投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示画面のバックライト用として、ＬＥＤアレイ等の複数の発光素子からなる光源と、透明アクリル樹脂等からなる導光板とを備える照明装置が提案されている（特許文献１参照）。この照明装置では、マトリックス状に配置したＬＥＤを例えば一列おきに消灯するといった点灯数の制御によって、面状光源の均一性を保ちつつ、光源の出射エネルギーを調整することとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６０１３４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の照明装置では、照明対象の特性を考慮せず、ただ均一性を損なわないように間引くような消灯によって減光を行っているので、減光量が多くなった場合、照明対象の動作を劣化させることがある。例えば、上記のような照明装置を用いて液晶素子その他のライトバルブを照明しようとした場合、ライトバルブの視角特性により特に投射画像の暗部すなわちライトバルブの遮光部で漏光が目立つことを防止できず、所謂「黒が浮く」という現象が生じ易くなり、十分なコントラストが得られなくなる。
【０００４】
そこで、本発明は、照明対象の特性に応じた正確な調光が可能な照明装置を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、このような照明装置を組み込むことにより、正確な減光が可能であり、高コントラストの画像を投射することができる投射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の照明装置は、複数の発光部を有する光源と、複数の発光部からの照明光を対象に入射させる照明光学系と、光源から射出させる照明光の光量を調節する際に、照明光の入射角度に依存する対象の照射応答特性に対応させて、複数の発光部を不均一に増光若しくは減光する光量制御手段とを備える。
【０００７】
上記第１の照明装置では、光量制御手段が、光源から射出させる照明光の光量を調節する際に照明光の入射角度に依存する対象の照射応答特性に対応させて複数の発光部を不均一に増光若しくは減光するので、強度を変更するタイプの照明において、対象の特性に応じて対象を活かす照明が可能になる。ここで、「対象」には、液晶素子に代表される空間光変調装置等が含まれる。また、「増光」には、典型的に消灯状態から点燈状態とすることが含まれ、「減光」には、典型的に点燈状態から消灯状態とすることが含まれる。
【０００８】
上記第１の照明装置の具体的態様では、光量制御手段が、光源から射出させる全照明光の光量を増減させる際に、複数の発光部のうち対象の照射応答特性を劣化させている角度領域に対応する発光部の減光、又は対象の照射応答特性を劣化させていない角度領域に対応する発光部の増光を優先する。この場合、例えば発光部の減光によっても対象の照射応答特性が劣化しないので、対象との相性が良い良好な照明を達成することができる。
【０００９】
上記第１の照明装置の具体的態様では、光量制御手段は、光源から射出させる全照明光の光量を増減させる際に、複数の発光部のうち周辺側の発光部の減光、又は中央側の発光部の増光を優先することを特徴とする。この場合、周辺側の発光部の減光と、中央側の発光部の増光とは、択一的なものではなく、中央側の発光部を優先して増光するとともに、周辺側の発光部を優先して減光する場合が含まれる。このような態様では、周辺側の発光部からの照明光の影響で対象の照射応答特性が劣化し易い場合やこのような劣化が目立ち易い場合であっても、このような照射応答特性の劣化を目立ちにくいものとすることができる。また、周辺から減光を行うことにより、中心側の発光部からの比較的光軸に平行な光束によって無駄なく空間光変調装置を照明することができるので、減光時における消費電力を抑えることができる。
【００１０】
上記第１の照明装置の別の具体的態様では、照明光学系は、複数の発光部からの照明光を重畳して対象に入射させる光学系であり、光量制御手段は、対象への照明光の入射角が小さな発光部の増光、又は対象への照明光の入射角が大きな発光部の減光を優先する。この態様では、対象への入射角が大きな発光部からの照明光の影響で対象の照射応答特性が劣化し易い場合や、このような劣化が目立ち易い場合であっても、このような照射応答特性の劣化を目立ちにくいものとすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る第２の照明装置は、複数の発光部を有する光源と、複数の発光部からの照明光を対象に入射させる照明光学系と、光源から射出させる照明光の光量を調節する際に、前記複数の発光部のうち周辺側の発光部の減光、又は中央側の発光部の増光を優先する光量制御手段とを備える。この場合、周辺側の発光部の減光と、中央側の発光部の増光とは、択一的なものではなく、中央側の発光部を優先して増光するとともに、周辺側の発光部を優先して減光する場合が含まれる。
【００１２】
上記第２の照明装置では、光量制御手段が前記複数の発光部のうち周辺側の発光部の減光又は中央側の発光部の増光を優先するので、光源からの発光量が少ない場合において、中心側の発光部からの比較的光軸に平行な光束によって空間光変調装置を照明することができる。つまり、光源の発光量が少ない場合に高い照明光率で空間光変調装置を照明することができるようになるので、特に減光時における消費電力を抑えることができる。また、周辺側の発光部からの照明光の影響で対象の照射応答特性が劣化し易い場合や、このような劣化が目立ち易い場合であっても、このような照射応答特性の劣化を特に減光時において目立ちにくいものとすることができる。つまり、対象に適合し対象を活かす良好な照明が可能になる。
【００１３】
また、上記第１及び第２の照明装置の具体的態様では、複数の発光部が、単一の固体発光ユニット中に２次元的に配置された複数のチップ領域である。この場合、複数チップを組み込むタイプの固体発光ユニットによって、対象に適合し対象を活かす良好な照明が可能になる。
【００１４】
また、上記第１及び第２の照明装置の別の具体的態様では、複数の発光部が、２次元的に配置された複数の固体発光ユニットである。この場合、複数の固体発光ユニットによって、対象に適合し対象を活かす良好な照明が可能になる。
【００１５】
また、本発明に係る第１の投射装置は、上述の照明装置と、この照明装置からの照明光によって照明される空間光変調装置と、空間光変調装置からの像光を投射する投射光学系とを備える。
【００１６】
上記第１の投射装置では、上述の照明装置を用いて空間光変調装置を照明するので、空間光変調装置の被照射特性に適合させて照明強度を変更することでき、投射される画像を輝度に拘わらず良好なものとすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る第２の投射装置は、上述の照明装置とこの照明装置からの照明光によって照明される空間光変調装置とをそれぞれ有する各色ごとの複数の画像形成ユニットと、複数の画像形成ユニットからの像光を合成して射出する光合成部材と、光合成部材を経て合成された像光を投射する投射光学系とを備える。
【００１８】
上記第２の投射装置では、上述の照明装置を用いて各空間光変調装置を照明するので、各空間光変調装置の被照射特性に適合させて照明強度を変更することができ、投射されるカラー画像等をその画像の輝度に拘わらず良好なものとすることができる。
【００１９】
また、上記第１及び第２の投射装置の具体的態様では、光量制御手段は、空間光変調装置に書き込まれた輝度範囲に応じて、複数の発光部を不均一に増光若しくは減光する。この場合、投射すべき画像の輝度情報に応じて照明光の輝度を適切に調節することができる。
【００２０】
また、上記第１及び第２の投射装置の別の具体的態様では、光量調節スイッチをさらに備え、光量制御手段が、当該光量調節スイッチの動作を検出した場合に、複数の発光部を不均一に減光する。この場合、投射装置を操作するユーザの意思を反映して照明光の光量を調節することができ、空間光変調装置による変調効率を高め、或いは投射装置の光学系で利用される照明光の利用効率を高めることができる。つまり、光量調節スイッチが例えば消費電力を抑えるための省エネモードのスイッチであれば、省エネのために減光した際にも、投射される画像のコントラストを良好なものとすることができる。また、この際周辺から減光すれば、中心側の光源からの比較的光軸に平行な光束によって無駄なく空間光変調装置を照明してその像をスクリーンに効率的に投射することができるので、結果的に省エネ時の画像の明るさが同じであっても消費電力を抑えることができる。
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る投射装置の構造を概念的に説明するブロック図である。この投射装置、すなわちプロジェクタ１０は、照明装置２０と、光変調装置３０と、投射レンズ４０と、制御装置５０とを備える。ここで、照明装置２０は、Ｒ光照明装置２１と、Ｇ光照明装置２３と、Ｂ光照明装置２５と、光源駆動装置２７とを有する。また、光変調装置３０は、空間光変調装置である３つの液晶ライトバルブ３１，３３，３５と、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム３７と、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に駆動信号を出力する素子駆動装置３８とを有する。なお、Ｒ光照明装置２１と液晶ライトバルブ３１は、これらを一組として画像形成ユニットと呼ぶ。同様に、Ｇ光照明装置２３及び液晶ライトバルブ３３のユニット、並びに、Ｂ光照明装置２５及び液晶ライトバルブ３５のユニットも、それぞれ画像形成ユニットと呼ぶ。
【００２１】
図２は、照明装置２０のうちＲ光照明装置２１の構造を説明する図である。このＲ光照明装置２１は、３原色のうち赤（Ｒ）の範疇に含まれるＲ光を発生する光源２１ａと、この光源２１ａから正面方向に射出される照明光を集光する凸レンズ２１ｃと、光源２１ａから側方に射出される照明光を集光する凹面反射鏡２１ｄとを備える。このうち、凸レンズ２１ｃと凹面反射鏡２１ｄは照明光学系を構成する。また、光源２１ａは、固体発光ユニットを構成する。
【００２２】
ここで、光源２１ａは、固体光源とも呼ばれるＬＥＤパッケージであり、図３の正面構造図にも示すように、複数の発光部すなわちチップ領域として、９つのマトリックス状に配列されたダイオードチップＰＣ１１，ＰＣ１２，ＰＣ１３，ＰＣ２１，ＰＣ２２，ＰＣ２３，ＰＣ３１，ＰＣ３２，ＰＣ３３を有する。これらのダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３は、図１の光源駆動装置２７によって個別に駆動されており、任意のダイオードチップを個別に点燈又は消灯させることができる。
【００２３】
図２に戻って、光源２１ａを構成するダイオードチップＰＣ２１，ＰＣ２２，ＰＣ２３のうち、光軸上にある中央のダイオードチップＰＣ２２から正面方向に発散しつつ射出された光束Ｌ２２は、光源２１ａのレンズ部分ＬＰと凸レンズ２１ｃとによってほぼ平行光束に変換されてＲ光用の液晶ライトバルブ３１にほぼ垂直に入射する。なお、ダイオードチップＰＣ２２から側面方向に発散しつつ射出された光束Ｌ２２’も、凹面反射鏡２１ｄによってほぼ平行光束に変換されて液晶ライトバルブ３１にほぼ垂直に入射する。この結果、ダイオードチップＰＣ２２によって液晶ライトバルブ３１が均一に効率的に照明される。同様にして、光軸から上側に外れた周辺側のダイオードチップＰＣ１２から射出された光束Ｌ１２も、レンズ部分ＬＰ及び凸レンズ２１ｃによってほぼ平行光束に変換され、或いは凹面反射鏡２１ｄによってほぼ平行光束に変換されて液晶ライトバルブ３１に入射する。この結果、ダイオードチップＰＣ１２によっても液晶ライトバルブ３１が均一に効率的に照明される。ただし、ダイオードチップＰＣ１２から液晶ライトバルブ３１に入射する光束Ｌ１２の入射角は、液晶ライトバルブ３１の入射面に対して垂直ではなく、上側に傾いた一定角度（例えば数度〜数１０度）を中心とする一定の角度範囲となっている。また、光軸から下側に外れた周辺側のダイオードチップＰＣ３２から射出された光束Ｌ３２も、レンズ部分ＬＰ及び凸レンズ２１ｃによってほぼ平行光束に変換され、或いは凹面反射鏡２１ｄによってほぼ平行光束に変換されて液晶ライトバルブ３１に入射する。この結果、ダイオードチップＰＣ３２によっても液晶ライトバルブ３１が均一に効率的に照明される。ただし、ダイオードチップＰＣ３２から液晶ライトバルブ３１に入射する光束Ｌ３２の入射角は、液晶ライトバルブ３１の入射面に対して垂直ではなく、下側に傾いた一定角度（例えば数度〜数１０度）となっている。
【００２４】
以上では、図１の照明装置２０のうちＲ光照明装置２１の構造のみについて説明したが、Ｇ光照明装置２３やＢ光照明装置２５も、発光波長に合わせて寸法等の仕様が多少変更されるだけで、Ｒ光照明装置２１と同一の構造を有する。
【００２５】
つまり、Ｇ光照明装置２３からのＧ光によってＧ光用の液晶ライトバルブ３３が均一に効率的に照明されるが、このＧ光照明装置２３に設けた光源であるＬＥＤパッケージがマトリックス配列のダイオードチップを内蔵するものであるため、周辺側のダイオードチップから液晶ライトバルブ３３に入射する光束の入射角は、液晶ライトバルブ３３の入射面に対して垂直ではなく、対応する方向に傾いた一定角度（例えば数度〜数１０度）となっている。また、Ｂ光照明装置２５からのＢ光によってＢ光用の液晶ライトバルブ３５が均一に効率的に照明されるが、このＢ光照明装置２５に設けた光源であるＬＥＤパッケージもマトリックス配列のダイオードチップを内蔵するものであるため、周辺側のダイオードチップから液晶ライトバルブ３５に入射する光束の入射角は、液晶ライトバルブ３５の入射面に対して垂直ではなく、対応する方向に傾いた一定角度（例えば数度〜数１０度）となっている。
【００２６】
各液晶ライトバルブ３１，３３，３５にそれぞれ入射した各照明装置２１，２３，２５からの光は、これら液晶ライトバルブ３１，３３，３５によってそれぞれ２次元的に変調される。各液晶ライトバルブ３１，３３，３５を通過した各色の光は、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム３７で合成されて、その一側面から射出する。クロスダイクロイックプリズム３７から射出した合成光の像は、投射光学系である投射レンズ４０に入射してプロジェクタ１０外部に設けたスクリーン（不図示）に適切な拡大率で投影される。つまり、プロジェクタ１０によって、素子駆動装置３８からの駆動信号に応じて動作する各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に形成された各色Ｒ，Ｇ，Ｂの画像を合成した画像が、動画又は静止画としてスクリーン上に投射される。なお、図示を省略しているが、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の周辺の適所には、これらの液晶ライトバルブ３１，３３，３５を偏光光で照明し読み出すため、それぞれ１対の偏光板が配置されている。
【００２７】
制御装置５０は、マイクロコンピュータ等からなり、光源駆動装置２７や素子駆動装置３８に制御信号を出力することによって、各色の光照明装置２１，２３，２５や液晶ライトバルブ３１，３３，３５の動作を間接的に制御している。具体的に説明すると、制御装置５０は、外部から入力される画像信号に応じて、照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光の強度を、光源駆動装置２７を介して強中弱の３段階で調節する。さらに、制御装置５０は、外部からの画像信号に応じて、各色の照明装置２１，２３，２５の点燈状態と同期させつつ、液晶ライトバルブ３１，３３，３５の動作状態すなわち２次元的な光変調状態を入力画像信号に対応するものに制御する。
【００２８】
この際、制御装置５０は、光量調節スイッチ５１の状態もチェックする。この光量調節スイッチ５１は、プロジェクタ１０を通常モードと省エネモードとの間で切り換えて動作させるためのものである。制御装置５０は、光量調節スイッチ５１が通常モードに設定されていると判断した場合、各色の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光の強度を強中弱の３段階で調節する。一方、制御装置５０は、光量調節スイッチ５１が省エネモードに設定されていると判断した場合、各色の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光の強度を中弱の２段階で調節する。省エネモードでプロジェクタ１０を動作させると、プロジェクタ１０をより環境に優しい経済的な状態で動作させることができる。
【００２９】
ここで、照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光の強度を調節する際に、各ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３のいずれを優先して点燈又は消燈させるかが問題となる。この際、ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３を間引くように消灯するのではなく、周辺側から徐々に消灯することによって減光すれば、投射装置の光学系全体における照明光の利用効率や空間光変調装置による変調効率の観点で有利である。すなわち、周辺から減光すれば、減光後は、中心側の発光部すなわちダイオードチップＰＣ２２等からの比較的光軸に平行な光束によって無駄なく液晶ライトバルブ３１，３３，３５を照明してその像をスクリーンに効率的に投射することができる。発光部がダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３である場合、各チップの軸の周囲に一定の広がりを有する光線を発射することになるので、光源２１ａの周辺部（例えば、ダイオードチップＰＣ１１等）から射出された照明光は、後段の光変調装置３０、投射レンズ４０等で一部遮断され、効率的に利用されない場合もある。このように周辺の発光部からの照明光の利用に無駄がある場合、このような周辺の発光部すなわちダイオードチップＰＣ１１等の減光を優先することで、減光時の光量損失を少なくできる。このことは、特に省エネモード時において、投射画像の明るさが同じでも、消灯順序によって消費電力を抑え得ることを意味し、逆に言えば、消費電力が同じでも投射画像を明るくし得ることを意味する。また、照明光の強度を減少させる際に周辺から減光すれば、中心側に残った発光部すなわちダイオードチップＰＣ２２等からの比較的光軸に平行な光束によって液晶ライトバルブ３１，３３，３５を照明することなる。液晶ライトバルブ３１，３３，３５の変調効率は、一般的に光軸に平行な垂直入射で最も良く、入射角が大きくなるにつれて劣化するので、周辺から減光すれば、暗い画像で黒が浮くといった画質の低下を簡易に防止することができる。
【００３０】
図４は、図１の液晶ライトバルブ３１，３３，３５の視角特性を説明するグラフである。グラフにおいて、周囲の角度値は、液晶ライトバルブの主面すなわち照明光の入射面上における方位を示し、中心から周囲に向けて増加する角度値は、液晶ライトバルブの主面への照明光の入射角度を示す。この液晶ライトバルブは、ＴＮ方式すなわちＴＮモードで動作するタイプの表示デバイスである。このような液晶ライトバルブの主面に垂直な方向（入射角０°）からの照明光が入射した場合、効率的な変調が行われ、その画素が黒色表示状態である場合、照明光の透過がほぼ完全に遮断される。一方、このような液晶ライトバルブの主面に比較的大きな入射角の照明光が入射した場合、変調効率が下がり、特に液晶ライトバルブの４辺に沿った約０°，９０°，１８０°，２７０°の方位からの照明光を除き、その画素が黒色表示状態であっても、照明光の比較的大きな漏れが発生し、黒が浮くという現象が生じてしまう。
【００３１】
このことから、ＴＮモードの液晶ライトバルブを照明する場合、垂直入射の照明光を用いることが望ましいことが分かる。さらに、ＴＮモードの液晶ライトバルブの照明強度を増加させる場合、垂直入射の照明光の光量を増加させることを優先することが望ましいことが分かる。一方、ＴＮモードの液晶ライトバルブの照明強度を減少させる場合、斜入射の照明光の光量を減少させることを優先することが望ましいことが分かる。このような観点から、本実施形態では、例えば図３に示すＲ光用の光源２１ａによる調光おいて、中央側のダイオードチップＰＣ２２を優先して点燈し、周辺側のダイオードチップＰＣ１１，ＰＣ１２，ＰＣ１３，ＰＣ２１，ＰＣ２３，ＰＣ３１，ＰＣ３２，ＰＣ３３を優先して消燈することとする。しかも、方位が約０°，９０°，１８０°，２７０°の方向からの照明光の視角特性は比較的良好であるので、方位約０°，９０°，１８０°，２７０°の方向からの照明光の光量増加を優先させるとともに、方位約４５°，１３５°，２２５°，３１５°の方向からの照明光の光量減少を優先させることとする。
【００３２】
図５は、光源２１ａを構成する各ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３の点滅順序を説明する図である。図５（ａ）は、光源２１ａを最大強度で発光させた場合を示し、図５（ｂ）は、光源２１ａを中間の強度で発光させた場合を示し、図５（ｃ）は、光源２１ａを最小強度で発光させた場合を示す。図５（ａ）の場合、全ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３が点燈している。また、図５（ｂ）の場合、十字状に５つのダイオードチップＰＣ１２，ＰＣ２１，ＰＣ２２，ＰＣ２３，ＰＣ３２が点燈している。さらに、図５（ｃ）の場合、中央のダイオードチップＰＣ２２のみが点燈している。
【００３３】
具体的な動作で説明すると、光源２１ａから射出させる照明光の強度を増加させる場合、図５（ｃ）の状態から図５（ｂ）の状態とし、次いで図５（ｂ）の状態から図５（ａ）の状態とする。つまり、ダイオードチップＰＣ２２をまず点燈させ、その後辺側のダイオードチップＰＣ１２，ＰＣ２１，ＰＣ２３，ＰＣ３２を点燈させ、最後に対角のダイオードチップＰＣ１１，ＰＣ１３，ＰＣ３１，ＰＣ３３を点燈させることになる。逆に、光源２１ａから射出させる照明光の強度を減少させる場合、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態とし、次いで図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）の状態とする。つまり、全ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３を予め点燈させた状態とし、その後対角のダイオードチップＰＣ１１，ＰＣ１３，ＰＣ３１，ＰＣ３３を消燈し、最後に辺側のダイオードチップＰＣ１２，ＰＣ２１，ＰＣ２３，ＰＣ３２を消燈することになる。
【００３４】
なお、以上はＲ光についての光量調節の説明であったが、Ｇ光やＢ光についても同様に光量調節が行われる。つまり、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す３段階の点燈状態を基本として、Ｇ光やＢ光の増光に際しては、中心側から点燈し、その減光に際しては、周辺側から減光する。
【００３５】
図６は、図１の主に制御装置５０の動作を説明したフローチャートである。まず、制御装置５０は、取り込んだ画像信号から画像の輝度情報を読み取る（ステップＳ１）。次に、省エネスイッチである光量調節スイッチ５１の状態がチェックされる（ステップＳ２）。光量調節スイッチ５１で省エネモードが選択されていない場合、通常モードで照明を行うということである。この場合、制御装置５０は、読み取った輝度情報から入力画像が高中低のいずれの輝度であるか否かを判断する（ステップＳ３）。入力画像信号が高輝度画像を示す場合、制御装置５０は、各色の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光を最大の「強」状態とする（ステップＳ４）。具体的には、各色の光源を図５（ａ）に示す状態で点燈させ、全ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３をオン状態とする。また、入力画像信号が中輝度画像を示す場合、制御装置５０は、各色の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光を中間の「中」状態とする（ステップＳ５）。具体的には、各色の光源を図５（ｂ）に示す状態で点燈させ、中央側のダイオードチップＰＣ１２，ＰＣ２１，ＰＣ２２，ＰＣ２３，ＰＣ３２をオン状態とする。また、入力画像信号が低輝度画像を示す場合、制御装置５０は、各色の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光を最低の「弱」状態とする（ステップＳ６）。具体的には、各色の光源を図５（ｃ）に示す状態で点燈させ、中心のダイオードチップＰＣ２２のみをオン状態とする。その後、制御装置５０は、次の画像信号すなわち次のフレーム信号が読み取られたか否かを判断する（ステップＳ１０）。次の画像信号が取り込まれていない場合、画像表示の終了を意味するので処理を終了するが、次の画像信号が取り込まれている場合、ステップＳ１に戻ってステップＳ１０までの処理を繰返し、各色の点燈状態を維持若しくは増減する。
【００３６】
以上の通常モードの動作において、制御装置５０は、素子駆動装置３８を介して各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の光変調状態を調節する。つまり、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の各画素部分を通過する光量が入力画像の輝度分布に一致するように光変調状態を調節する。この際、入力画像が高中低のいずれの輝度であるかに応じて、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の光変調状態を変更する。例えば、中低輝度の画像の場合は照明光が減光されるので、その減光量を補償するように各液晶ライトバルブ３１，３３，３５による光変調量のレンジ幅を広げる。
【００３７】
なお、ステップＳ２で省エネモードが選択されていると判断された場合、省エネモードの照明が行われる。この場合、制御装置５０は、読み取った輝度情報から入力画像が高低のいずれの輝度であるか否かを判断する（ステップＳ７）。入力画像信号が高輝度画像（輝度強）を示す場合、制御装置５０は、各色の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光を中間の「中」状態とする（ステップＳ８）。具体的には、各色の光源を図５（ｂ）に示す状態で点燈させる。また、入力画像信号が低輝度画像（輝度弱）を示す場合、制御装置５０は、各色の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光を最低の「弱」状態とする（ステップＳ９）。具体的には、各色の光源を図５（ｃ）に示す状態で点燈させる。その後は、ステップＳ１０を経てステップＳ１に戻る。
【００３８】
以上の省エネモードの動作においても、制御装置５０は、素子駆動装置３８を介して各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の光変調状態を調節する。つまり、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の各画素部分を通過する光量が入力画像の輝度分布に一致するように光変調状態を調節する。この際、入力画像が高低のいずれの輝度であるかに応じて、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の光変調状態を変更する。具体的には、低輝度画像の場合は照明光が減光されるので、その減光量を補償するように各液晶ライトバルブ３１，３３，３５による光変調量のレンジ幅を広げる。
【００３９】
ここで、画像信号から画像の輝度レベルを判定するには、例えば以下のようにすればよい。制御装置５０は、画像信号で表されるそれぞれの画素の輝度値を積算して、１フレーム毎に輝度値の平均値を求める。同時に、制御装置５０は入力画像信号をフレームメモリ（不図示）に書き込む。ここで、フレームメモリとは、１フレーム分の画像信号を記憶するバッファである。
【００４０】
制御装置５０は、フレーム毎に算出された平均値が低輝度レンジ、中輝度レンジ、および高輝度レンジのいずれに入るかを判定することで、そのフレームの画像が、低輝度画像か、中輝度画像が、高輝度画像か、を決定する。そして、この決定の後、制御装置５０は、フレームメモリからそのフレームに対応する画像信号を読み出すとともに、空間光変調装置（液晶ライトバルブ３１，３３，３５）に与える。それと同時に、そのフレームの平均輝度に対応した光強度で空間光変調装置（液晶ライトバルブ３１，３３，３５）が照明されるように、照明装置２１，２３，２５を制御する。なお、輝度値は、入力映像信号がＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号で表されている場合には、たとえば、（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）／３で算出すればよい。ここで、Ｒ、Ｇ、およびＢはそれぞれ、Ｒ信号、Ｇ信号およびＢ信号が表す値を示す。
【００４１】
なお、以上の説明では、ＲＧＢの各色を同じ強度レベルで照明することとしているが、ＲＧＢの各色ごとに照明光の強度レベルを変更することもできる。この場合、例えば、特定の画像では、Ｒ光用の液晶ライトバルブ３１が「強」のレベルで照明され、Ｇ，Ｂ光用の液晶ライトバルブ３３，３５が「中」のレベルで照明されることになる。これにより、特定の色彩を強調した画像を投射することができる。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクタ１０においては、光量制御手段である制御装置５０が、投射すべき画像の輝度に応じて各照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光の光量を調節する。この際、照明光の入射角度に依存する各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の照射応答特性すなわち視角特性に対応させて発光部であるダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３を不均一に点燈若しくは消燈する。これにより、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の特性に応じて各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の特性を活かす照明が可能になる。
【００４３】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタは、第１実施形態に係るプロジェクタを部分的に変更したものであり、全体的な装置構成は図１に示すものと同様である。
【００４４】
図７は、第２実施形態に係るプロジェクタに組み込まれる液晶ライトバルブの視角特性を説明するグラフである。この液晶ライトバルブは、垂直配向方式すなわち垂直配向モードで動作するタイプの表示デバイスである。このような液晶ライトバルブに対し主面に垂直な方向（入射角０°）からの照明光が入射した場合、図４に示す第１実施形態の場合と同様に効率的な変調が行われ、その画素が黒色表示状態である場合、照明光の透過がほぼ完全に遮断される。一方、このような液晶ライトバルブの主面に比較的大きな入射角の照明光が入射した場合、変調効率が下がり、特に液晶ライトバルブの対角方向である約４５°，１３５°，２２５°，３１５°の方位からの照明光を除き、その画素が黒色表示状態であっても、照明光の比較的大きな漏れが発生し、黒が浮くという現象が生じてしまう。
【００４５】
このことから、垂直配向モードの液晶ライトバルブの照明強度を増加させる場合、垂直入射の照明光の光量を増加させることを優先することが望ましいことが分かる。一方、垂直配向モードの液晶ライトバルブの照明強度を減少させる場合、斜入射の照明光の光量を減少させることを優先することが望ましいことが分かる。
【００４６】
図８は、第２実施形態における光源に設けた各ダイオードチップの点滅順序を説明する図である。図８（ａ）は、光源２１ａを最大強度で発光させた場合を示し、図８（ｂ）は、光源２１ａを中間の強度で発光させた場合を示し、図８（ｃ）は、光源２１ａを最小強度で発光させた場合を示す。ここで、図８（ａ）の場合、全ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ３３が点燈している。また、図８（ｂ）の場合、×字状に５つのダイオードチップＰＣ１１，ＰＣ１３，ＰＣ２２，ＰＣ３１，ＰＣ３３が点燈している。さらに、図８（ｃ）の場合、中央のダイオードチップＰＣ２２のみが点燈している。
【００４７】
光源２１ａから射出させる照明光の強度を増加させる場合、図８（ｃ）の状態から図８（ｂ）の状態を経て図８（ａ）の状態とする。逆に、光源２１ａから射出させる照明光の強度を減少させる場合、図８（ａ）の状態から図８（ｂ）の状態を経て図８（ｃ）の状態とする。なお、省エネモードでは、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示す２状態の間で照明光の強度を切り換える。
【００４８】
以上は色Ｒの照明光についての光量調節の説明であったが、色Ｇや色Ｂの照明光についても同様に光量調節が行われる。
【００４９】
〔第３実施形態〕
第３実施形態に係るプロジェクタも、第１実施形態に係るプロジェクタを部分的に変更したものであり、全体的な装置構成は図１に示すものと同様である。
【００５０】
図９は、第３実施形態に係るプロジェクタに組み込まれる照明装置の光源の構造を説明する正面図である。この場合の光源２２１ａは、複数の発光部として１６個のマトリックス状に配列されたダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ４４を有する。これらのダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ４４は、図１に示す光源駆動装置２７によって個別に駆動されている。
【００５１】
図１０は、第３実施形態における光源に設けた各ダイオードチップの点滅順序を説明する図である。図１０（ａ）は、光源２２１ａを最大強度で発光させた場合を示し、図１０（ｂ）は、光源２２１ａを中間の強度で発光させた場合を示し、図１０（ｃ）は、光源２２１ａを最小強度で発光させた場合を示す。ここで、図１０（ａ）の場合、全ダイオードチップＰＣ１１〜ＰＣ４４が点燈している。また、図１０（ｂ）の場合、十字状に１２個のダイオードチップＰＣ１２，ＰＣ１３，ＰＣ２１〜ＰＣ２４，ＰＣ３１〜ＰＣ３４，ＰＣ４２，ＰＣ４３が点燈している。さらに、図１０（ｃ）の場合、中央のダイオードチップＰＣ２２，ＰＣ２３、ＰＣ３２，ＰＣ３３が点燈している。
【００５２】
光源２２１ａから射出させる照明光の強度を増加させる場合、図１０（ｃ）の状態から図１０（ｂ）の状態を経て図１０（ａ）の状態とする。逆に、光源２２１ａから射出させる照明光の強度を減少させる場合、図１０（ａ）の状態から図１０（ｂ）の状態を経て図１０（ｃ）の状態とする。なお、省エネモードでは、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示す２状態の間で照明光の強度を切り換える。
【００５３】
以上は色Ｒの照明光についての光量調節の説明であったが、色Ｇや色Ｂの照明光についても同様に光量調節が行われる。
【００５４】
〔第４実施形態〕
第４実施形態に係るプロジェクタは、第１及び２実施形態に係るプロジェクタを部分的に変更したものであり、全体的な装置構成は図１に示すものと同様である。
【００５５】
図１１は、図１のＲ光照明装置２１を変更したＲ光照明装置３２１の構造を説明する図である。このＲ光照明装置３２１は、Ｒ光を発生する光源２１ａと、この光源２１ａから正面方向に射出される照明光を集光する凸レンズ２１ｃと、光源２１ａから側方に射出される照明光を集光する凹面反射鏡２１ｄと、凸レンズ２１ｃ及び凹面反射鏡２１ｄによって集光された照明光を波面分割して重畳照明するロッドインテグレータ３２１ｆとを備える。
【００５６】
ここで、光源２１ａ、凸レンズ２１ｃ、及び凹面反射鏡２１ｄについては、第１実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。このＲ光照明装置３２１では、凸レンズ２１ｃや凹面反射鏡２１ｄによる集光位置に、液晶ライトバルブ３１の入射面ではなく、ロッドインテグレータ３２１ｆの入射端面ＥＦ１が配置されている。この結果、入射端面ＥＦ１は、各ダイオードチップＰＣ２１，ＰＣ２２，ＰＣ２３によって均一かつ効率的に照明される。入射端面ＥＦ１からロッドインテグレータ３２１ｆ中に入射した照明光は、ロッドインテグレータ３２１ｆ中を直進し、或いは１回以上側面で反射されて出射端面ＥＦ２から射出する。出射端面ＥＦ２から射出する照明光は、ロッドインテグレータ３２１ｆによってミキシングされてさらに均一化されており、出射端面ＥＦ２に対面配置された液晶ライトバルブ３１をより均一に照明する。この際、ロッドインテグレータ３２１ｆを経ても、液晶ライトバルブ３１に入射する照明光の入射角度分布は維持されるので、図５（ａ）〜図５（ｃ）や図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す点滅順序で光源２１ａの輝度切替を行う。
【００５７】
以上は色Ｒの照明光についての説明であったが、色Ｇや色Ｂの照明光についても同様の光学系によって照明及び光量調節が行われる。
【００５８】
〔第５実施形態〕
第５実施形態に係るプロジェクタは、第１〜４実施形態に係るプロジェクタを部分的に変更したものであり、全体的な装置構成は図１に示すものと同様である。
【００５９】
図１２は、図１のＲ光照明装置２１を変更したＲ光照明装置４２１の構造を説明する図である。このＲ光照明装置４２１は、Ｒ光を発生する複数の発光部であるＬＥＤパッケージ４２１ａと、各ＬＥＤパッケージ４２１ａに対向して配置され正面方向に射出される照明光をコリメートする凸レンズ４２１ｃと、各凸レンズ２１ｃによってコリメートされた照明光を集光することによって重畳させる重畳レンズ４２１ｈとを備える。
【００６０】
ここで、凸レンズ２１ｃとＬＥＤパッケージ４２１ａのレンズ部分ＬＰとによて構成される合成光学系の焦点距離は、ｆ１となっており、重畳レンズ４２１ｈの焦点距離は、ｆ２となっている。そして、重畳レンズ４２１ｈの後方焦点の位置には、液晶ライトバルブ３１が配置されている。これにより、各ＬＥＤパッケージ４２１ａから射出した照明光Ｌが液晶ライトバルブ３１に重畳して入射することになるので、液晶ライトバルブ３１が均一に照明される。
【００６１】
図１３は、ＬＥＤパッケージ４２１ａの配列を説明する図である。各ＬＥＤパッケージ４２１ａは、９つの要素からなるマトリックス状に配列されており、全体としてＲ光用の光源を構成する。各ＬＥＤパッケージ４２１ａは、単一のダイオードチップＰＣのみからなる。これらのＬＥＤパッケージ４２１ａは、図１の光源駆動装置２７によって個別に駆動されており、任意のＬＥＤパッケージ４２１ａを個別に点燈又は消灯させることができる。
【００６２】
図１４は、第５実施形態における光源中の各ＬＥＤパッケージ４２１ａの点滅順序を説明する図である。図１４（ａ）は、ＬＥＤパッケージ４２１ａを最大強度で発光させた場合を示し、図１４（ｂ）は、ＬＥＤパッケージ４２１ａを中間の強度で発光させた場合を示し、図１４（ｃ）は、ＬＥＤパッケージ４２１ａを最小強度で発光させた場合を示す。なお、消燈しているＬＥＤパッケージ４２１ａは、点線で示している。ここで、図１４（ａ）の場合、全ＬＥＤパッケージ４２１ａが点燈している。また、図１４（ｂ）の場合、×字状に５つのＬＥＤパッケージ４２１ａが点燈している。さらに、図１４（ｃ）の場合、中央のＬＥＤパッケージ４２１ａのみが点燈している。実施形態１の構成を有するプロジェクタにおいてＬＥＤパッケージ４２１ａを中間の強度で発光させる場合には、＋字状に５つのＬＥＤパッケージ４２１を点灯させればよい。
【００６３】
図１３に示す光源から射出させる照明光の強度を増加させる場合、図１４（ｃ）の状態から図１４（ｂ）の状態を経て図１４（ａ）の状態とする。逆に、光源から射出させる照明光の強度を減少させる場合、図１４（ａ）の状態から図１４（ｂ）の状態を経て図１４（ｃ）の状態とする。なお、省エネモードでは、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）に示す２状態の間で照明光の強度を切り換える。
【００６４】
以上は色Ｒの照明光についての説明であったが、色Ｇや色Ｂの照明光についても同様の光学系によって照明及び光量調節が行われる。
【００６５】
〔第６実施形態〕
第６実施形態に係るプロジェクタは、第１〜５実施形態に係るプロジェクタの動作を部分的に変更したものであり、全体的な装置構成は図１に示すものと同様である。
【００６６】
第６実施形態に係るプロジェクタでは、光量調節スイッチ５１によって省エネモードに設定された場合、画像信号の輝度に関係なく各光の照明装置２１，２３，２５から射出させる照明光の強度を特定の状態に低下させる。つまり、本実施形態の省エネモードでは、画像の輝度に関係なくユーザすなわち鑑賞者が、パワーセーブのため強制的に中心側の発光部すなわちダイオードチップＰＣ２２等を残して周辺側の発光部を消灯し画像を暗くする。具体的に説明すると、本実施形態では、図６に示すフローチャートにおいて画像信号の輝度を判断する工程（ステップＳ７）を省略して直ちにステップＳ８又はステップＳ９に進んで既定の減光を行う。この場合、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５による光変調量のレンジ幅は、画像信号に応じた通常の範囲とする。
【００６７】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば第１実施形態のプロジェクタ１０では、光変調装置３０を透過型の液晶ライトバルブ３１，３３，３５で構成しているが、反射型の液晶素子でこれを構成することもできる。また、液晶ライトバルブは、光書き込み型の液晶ライトバルブとすることができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、ＬＥＤを用いて光源を構成しているが、ＬＥＤに代えてＥＬ発光素子、ＬＤ等の他の固体発光源を使用することもできる。さらに、他の種類のディスクリートな複数の発光源を発光部とすることによっても、上記実施形態と同様の光源からなる照明装置やプロジェクタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの構造を示す図である。
【図２】図１の装置のうち光照明装置の構造を説明する図である。
【図３】図２におけるＬＥＤパッケージの正面構造図である。
【図４】液晶ライトバルブの視角特性を説明するグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、発光部の点滅順序を説明する図である。
【図６】第１実施形態に係るプロジェクタの動作を説明する図である。
【図７】別の液晶ライトバルブの視角特性を説明するグラフである。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態の調光を説明する図である。
【図９】第３実施形態における光源を説明する図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、点滅順序を説明する図である。
【図１１】第４実施形態における照明装置を説明する図である。
【図１２】第５実施形態における照明装置を説明する図である。
【図１３】図１２におけるＬＥＤパッケージの配列図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、点滅順序を説明する図である。
【符号の説明】
１０ プロジェクタ
２０ 照明装置
２１ Ｒ光照明装置
２１ａ 光源
２３ Ｇ光照明装置
２５ Ｂ照明装置
２７ 光源駆動装置
３０ 光変調装置
３１，３３，３５ 液晶ライトバルブ
３７ クロスダイクロイックプリズム
３８ 素子駆動装置
４０ 投射レンズ
５０ 制御装置
５１ 光量調節スイッチ
３２１ｆ ロッドインテグレータ
４２１ｈ 重畳レンズ

Claims (11)

1. 複数の発光部を有する光源と、
   前記複数の発光部からの照明光を対象に入射させる照明光学系と、
   前記光源から射出させる照明光の光量を調節する際に、照明光の入射角度に依存する前記対象の照射応答特性に対応させて、前記複数の発光部を不均一に増光若しくは減光する光量制御手段と
   を備える照明装置。
2. 前記光量制御手段は、前記光源から射出させる全照明光の光量を増減させる際に、前記複数の発光部のうち前記対象の照射応答特性を劣化させている角度領域に対応する発光部の減光、又は前記対象の照射応答特性を劣化させていない角度領域に対応する発光部の増光を優先することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記光量制御手段は、前記光源から射出させる全照明光の光量を増減させる際に、前記複数の発光部のうち周辺側の発光部の減光、又は中央側の発光部の増光を優先することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 前記照明光学系は、前記複数の発光部からの照明光を重畳して前記対象に入射させる光学系であり、前記光量制御手段は、前記対象への照明光の入射角が小さな発光部の増光、又は前記対象への照明光の入射角が大きな発光部の減光を優先することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
5. 複数の発光部を有する光源と、
   前記複数の発光部からの照明光を対象に入射させる照明光学系と、
   前記光源から射出させる照明光の光量を調節する際に、前記複数の発光部のうち周辺側の発光部の減光、又は中央側の発光部の増光を優先する光量制御手段とを備える照明装置。
6. 前記複数の発光部は、単一の固体発光ユニット中に２次元的に配置された複数のチップ領域であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の照明装置。
7. 前記複数の発光部は、２次元的に配置された複数の固体発光ユニットであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の照明装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項記載の照明装置と、
   前記照明装置からの照明光によって照明される空間光変調装置と、
   前記空間光変調装置からの像光を投射する投射光学系と
   を備える投射装置。
9. 請求項１から請求項７のいずれか一項記載の照明装置と、当該照明装置からの照明光によって照明される空間光変調装置とをそれぞれ有する各色ごとの複数の画像形成ユニットと、
   前記複数の画像形成ユニットからの像光を合成して射出する光合成部材と、
   前記光合成部材を経て合成された像光を投射する投射光学系と
   を備える投射装置。
10. 前記光量制御手段は、前記空間光変調装置に書き込まれた輝度範囲に応じて、前記複数の発光部を不均一に増光若しくは減光することを特徴とする請求項８及び請求項９のいずれか一項記載の投射装置。
11. 光量調節スイッチをさらに備え、前記光量制御手段は、当該光量調節スイッチの動作を検出した場合に、前記複数の発光部を不均一に減光することを特徴とする請求項８及び請求項９のいずれか一項記載の投射装置。

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