JP2007324039A - 偏光装置およびそれを用いた光学装置、映像表示装置、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で調光制御が可能な偏光装置を提供する。
【解決手段】光源1からの光線を前方に照射する第１リフレクタ2と、開口部7を設け、第１リフレクタ2からの光線を光源側へ反射、集光するように第１リフレクタ2の前側に配置された第２リフレクタ3と、第２リフレクタ3で集光した光線を開口部7より出射させるように配置された第３リフレクタ4と、第２リフレクタ3叉は第３リフレクタ4を光軸方向に移動するリフレクタ移動手段8を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光装置およびそれを用いた光学装置、映像表示装置ならびに照明装置に関するものである。

プロジェクション表示装置の光路中にアパーチャを挿入して、光量を調整する技術が特許文献１（特開２００２−２３２６６号公報）に開示されている。

また、プロジェクション表示装置における表示画像のコントラスト比を増加させ、表示画像の明暗を強調して、中間スケールの色合いの深みを増加させる手段として、画像フレームと同期した周期で機械的に高速にアパーチャを光路に飛び込ませて、ダイナミックに光量を調整させる技術が開示されている。

あるいは、偏光素子を利用して、照射された光を透過させたり回折させたりすることにより出射側の光量を調整させる技術が開示されている。
特開２００２−２３２６６号公報

プロジェクション表示装置を代表とする照明光学系には、一般的にメタルハライドや高圧水銀、キセノンなど、高輝度で分光特性に優れた高演色性の放電ランプ光源が用いられてきた。また近年では寿命に優れた発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた光源が実用化されている。

これらの光源は高演色性が求められるために、安定した放電性能や安定した点灯駆動性能が必要である。すなわち、一定光量で光源を点灯維持させる必要があり、俊敏に光量を可変させることが出来ない。

しかしながら、フロントプロジェクターやリアプロジェクションＴＶ等の映像表示装置は、映像シーンに応じて明暗を際立たせ中間諧調の表現力を高めるため、投射映像のコントラストを高めようとしてダイナミックかつ高速に光量を可変させるニーズが高まっている。

ダイナミックかつ高速に光量を可変させて投射させる手段として、前記のごとく光路に機械的にアパーチャを飛び込ませる偏光装置や、あるいは電圧を印加すると光線の透過量が変化する偏光素子を光路に常設した偏光装置等の技術が開示されている。

前記の機械的偏光装置において、アパーチャ回転部を回転軸中心として連続かつ高速に反転運動させると、アパーチャ回転部のイナーシャの影響を受け、機械的振動や音響的ノイズを引き起こす原因となる。

一方、偏光素子を照明光学系の光路中に常設する偏光装置においては、通過する光線の損失が免れないため、光線の効率が悪くなり輝度低下を招いてしまう。

前述した背景において、フロントプロジェクターやリアプロジェクションＴＶ等の映像表示装置は表示画像の高輝度および高コントラスト比が価値を高める重要な項目であり、照明光学系の光線を効率よく導くために必要時だけアパーチャを挿入する機械的偏光装置が主流となりつつある。

図１２は従来の機械的偏光装置の外観図、図１３はその偏光装置を搭載した光学装置の断面図である。

図１２において符号７ａおよび７ｂは、光源から照射される光束をダイナミックに遮蔽して光量を絞る一対のアパーチャであり、各々に回転軸７ｃを有しアクチュエータ８の機械的動力により対称的に開閉するようになっている。この偏光装置は、図１３に示す光学装置に搭載され、映像表示装置に組み込まれる。

一般的にメタルハライド、高圧水銀、キセノン、あるいはＬＥＤ等の高輝度で分光特性に優れた高演色性の点光源１から放出された光線９は、楕円鏡あるいは放物面鏡を用いた第１リフレクタ２により光源１の前方へ集光あるいは平行光となり照射される。

第１リフレクタ２の前方正面の光路に、前記偏光装置のアパーチャ７ａおよび７ｂが配置され、映像表示装置の画像信号に対応して前記アパーチャ７ａ，７ｂが開閉動作する。一般的にはボイスコイルを用いた磁気モーター等の高速ダイレクトドライブ方式で、ビデオ画像フレーム毎に対応した周期で機械的にアパーチャ７ａ，７ｂの開閉動作を行う。表示される映像の配光が平均的に暗いシーンでは、光線９をより多く絞るためにアパーチャ７ａ，７ｂを閉じる方向へ、逆に配光が平均的に明るいシーンでは、光線９の損失を少なくするためにアパーチャ７ａ，７ｂが光路から離れて開く方向へ、偏光装置のＳＥＲＶＯ回路にアクチュエータ８を駆動させるための最適な制御信号が入力される。

一対のアパーチャ７ａ，７ｂのサイズは第１リフレクタ２から出射される光線９を覆う必要がある。アパーチャ７ａ，７ｂが光線９を絞る時、光強度の高い光線に晒されるため、耐熱性が高く変形しにくい材料が選定される。なおかつ、プロジェクションレンズから投射される映像をフレーム間の干渉を防止してダイナミックに光量を絞るために、一般的に６０Ｈｚのビデオ画像フレームと対応した周期でアパーチャ７ａ，７ｂを高速に開閉動作させるため、アパーチャ７ａ，７ｂは必要な強度を確保しつつ回転部のイナーシャを低減するために寸法と質量は最小にせねばならない。これらの要素を満足するためには、薄いアルミニウム板のような金属材料が適している。

前記のように偏光装置で調光された光線９は、一般的にコンデンサレンズやカレイドスコープ照明用ロッド等のインテグレータ１２を通過し、照射面の光強度の分布が改善されて一様性が高くなる。その後一般的にダイクロイックミラー、プリズム、カラーホイール等の分光器１３を通過しＲ，Ｇ，Ｂの原色等に置換される。その後、反射型あるいは透過型の画像素子１４を通過して画像が生成され、各原色の画像が融合したフレーム画像となり、プロジェクションレンズユニット１５を通過してスクリーンに最終的な映像として投射される。

前記の如く、従来の偏光装置は照明光学系の光路中に機械的に開閉するアパーチャを用いて、光線をダイナミックに絞っていた。ビデオ画像フレーム毎に対応した開閉動作を行い、投射される映像は各々のフレームの表現力にメリハリがありコントラスト比が高くキレの有る静止画が生成され、連続的な高品位な映像として知覚される。

しかし、プロジェクション表示装置等の照明光学系の光路中に人工的なアパーチャを出し入れすると、人工物の縁の光線、言い換えるとアパーチャで遮断する暗部と遮断せずに通過する明部との境界部分の光線が回折し光路長の差異となり収差が生じる。この収差が限度を超えれば、スクリーンに投射される映像は画質が低下し色ムラとなり知覚される。

さらには、アパーチャの回転部は回転軸を中心として連続かつ高速に反転運動を繰り返すため、加速と反転切換え時に必要なモータートルクをアパーチャ回転部のイナーシャに対して十分に余裕を持たせた設計が必要となり、そのためにボイスコイル、磁気回路、ＳＥＲＶＯ回路などが大型となり偏光装置の小型化が難しくなる。

また、前述した回転軸方向の反転運動は機械的振動や音響的ノイズが伴うため、聴覚的に許容出来るレベルに改善するためには偏光装置の筐体を堅固にする必要があり、小型化および信頼性の確保が難しくなる。

本発明は、高速で調光制御が可能な偏光装置およびそれを用いた光学装置、映像表示装置ならびに照明装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、光源と、
その光源を光軸中心上に配置して、前記光源から放出された光線を前面方向に照射する第１リフレクタと、
開口部を光軸中心上に設けて、前記第１リフレクタから照射された光線を前記光源側へ反射して集光するように前記第１リフレクタの前面側に配置された第２リフレクタと、
その第２リフレクタで集光した光線を前記開口部より出射させるように第１リフレクタと第２リフレクタの間に配置された第３リフレクタと、
前記第２リフレクタまたは前記第３リフレクタを支持して、その支持したリフレクタを光軸方向に沿って移動するリフレクタ移動手段とを備え、
前記リフレクタ移動手段の駆動で前記第２リフレクタと第３リフレクタ間の距離を変化させることにより、前記開口部を通過して出射する光線の量を調整することを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記第１リフレクタと第２リフレクタが所定の間隔をおいて固定されて、その第１リフレクタと第２リフレクタの間に支持体が配置され、その支持体の前記第２リフレクタ側に前記第３リフレクタが支持されて、前記リフレクタ移動手段が前記第１リフレクタと第２リフレクタの間に形成される光路の外側に設置され、そのリフレクタ移動手段により前記支持体が光軸方向に沿って移動する構成になっていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記第３リフレクタが支持体で支持され、その支持体と前記第１リフレクタが固定されて、前記第２リフレクタが前記リフレクタ移動手段により光軸方向に沿って移動する構成になっていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１または第２の手段において、前記支持体の前記第３リフレクタを支持する領域以外の領域に反射防止膜が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の第５の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記第１リフレクタ、第２リフレクタおよび第３リフレクタは、波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの光の反射率が９７％以上の反射面を有していることを特徴とするものである。

本発明の第６の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記リフレクタ移動手段が、前記第２リフレクタまたは前記第３リフレクタを支持する可動側に設けられた励磁コイルと、その励磁コイルに対して微小隙間をおいて固定されて光軸方向に延びた永久磁石とを有し、前記励磁コイルにパルス電流を流すことにより前記第２リフレクタまたは前記第３リフレクタを移動するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第７の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記第２リフレクタの開口部に導光体が設置されていることを特徴とするものである。

本発明の第８の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記リフレクタ移動手段の駆動により前記第２リフレクタと第３リフレクタ間の距離が複数段にわたって切り替えられるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第９の手段は前記第１または第８の手段において、前記第２リフレクタと第３リフレクタの距離がシステム制御信号に応じて調整されるように構成されていることを特徴とするものである。

本発明の第１０の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記第３リフレクタを支持する支持体の前記第１リフレクタ側にその第１リフレクタ側へ光線を再循環させるための循環リフレクタが設けられていることを特徴とするものである。

本発明の第１１の手段は前記第１０の手段において、前記循環リフレクタは波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの光の反射率が９７％以上の反射面を有していることを特徴とするものである。

本発明の第１２の手段は、光線を出射する偏光装置を備えた例えば映像表示装置などの光学装置において、前記偏光装置が前記第１ないし第１１の手段の偏光装置であることを特徴とするものである。

本発明の第１３の手段は、光線を出射する偏光装置と、その偏光装置から出射された光線を照射して画像を生成する画像素子と、その画像素子で生成した画像を映像として投影するレンズユニットとを備えた映像表示装置において、前記偏光装置が前記第１ないし第１１の手段の偏光装置であることを特徴とするものである。

本発明の第１４の手段は、光線を放出する手段を用いた例えば自動車のヘッドライトなどの照明装置において、前記光線を放出する手段が前記第１ないし第１１の手段の偏光装置であることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、高速で調光制御可能な偏光装置およびそれを用いた光学装置、映像表示装置ならびに照明装置を提供することができる。

本発明の実施形態では、フロントプロジェクター、リアプロジェクションＴＶ等の映像表示装置のコントラスト比を改善する目的として、光源から放出された一定量の光線を高速かつ効率よく調光して出射させる偏光装置、ならびに前述の装置で調光された光線を用いたシステムのコントラス比の改善手段を実施形態の一例として説明する。

次に本発明の第１実施形態について図１〜５を用いて説明する。図１はこの実施形態に係る偏光装置の断面図、図２はその偏光装置のアクチュエータの拡大断面図、図３はその偏光装置を搭載した光学装置の断面図、図４はその光学装置を搭載したプロジェクション表示装置の外観図、図５はそのプロジェクション表示装置のブロック図である。

図１において符号１は、メタルハライド、高圧水銀、キセノン、ＬＥＤ等の高輝度で分光特性に優れた高演色性の点光源である。この光源１は楕円鏡あるいは放物面鏡等を用いた第１リフレクタ２の中央底部付近（光軸線上）に設置され、この第１リフレクタ２の後方に、凹面形状を有し反射集光するように設計された球面あるいは非球面形状の第２リフレクタ３が設置されている。その第２リフレクタ３の中央底部付近（光軸線上）に、アパーチャ（開口部）７が形成されている。

同図に示すように第１リフレクタ２の開口径と第２リフレクタ３の開口径はほぼ等しく設計され、両者の開口側が互いに所定の間隔をおいて対向しており、その間に駆動板６が配置されている。駆動板６は、極めて透過率が高くかつ屈折率が低い基材から構成されており、基材として非常に薄く面精度の高い硝子板が適している。駆動板６の光軸中心付近で第１リフレクタ２側の表面に循環リフレクタ５が形成され、一方、第２リフレクタ３側の表面に第３リフレクタ４が形成されている。前記循環リフレクタ５と第３リフレクタ４は表裏の同じ位置に同等の範囲（面積）で形成されている。

ここでは駆動板６として硝子板を用いたが、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどの透明樹脂を用いることもできる。また駆動板６に代えて、循環リフレクタ５と第３リフレクタ４が表裏に形成された平板部材をワイヤやフレームで部分的に固定して用いてもよい。この場合、ワイヤやフレームは透明な部材でなくてもよいが、光利用効率の観点から透明である方が望ましい。

前記各リフレクタ２〜５の反射面は、波長が４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの光の反射率が９７％以上の高反射率を有する反射膜で覆われている。このような特性を有する反射膜は、基材表面に例えば下地誘電体膜と、その上に形成された反射膜と、その上に形成された第１の透明誘電体膜と、その上に形成された第２の透明誘電体膜とから構成されている。

前記下地誘電体膜は、ＬａＴｉＯ₃，Ｌａ₂Ｔｉ₃Ｏ₈，ＴｉＯ₂，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃のグループから選択された少なくとも１種の化合物から構成されている。前記反射膜は銀から構成されている。前記第１の透明誘電体膜は、ＭｇＦ₂またはＳｉＯ₂から構成されている。前記第２の透明誘電体膜は、ＬａＴｉＯ₃，Ｌａ₂Ｔｉ₃Ｏ₈，ＴｉＯ₂，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃のグループから選択された少なくとも１種の化合物から構成されている。そして前記第１の透明誘電体膜の表面粗さが３ｎｍ以下に規制されている。前記下地誘電体膜の膜厚は、３０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましい。前記反射膜の膜厚は、７０ｎｍ〜１３０ｎｍが好ましい。前記第１の透明誘電体膜と第２の透明誘電体膜は多層干渉膜による高反射膜を構成しており、これらの膜厚はその屈折率ならびに光の波長によって適宜決定される。

図６は使用する光の波長とその光に対する各リフレクタ２〜５の反射率との関係を示す特性図である。この図から明らかなように、波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの光に対する各リフレクタ２〜５の反射率は９７％以上（９７％〜９９％）である。このように各リフレクタ２〜５の反射面を高反射率にすることにより、光線の減衰を最小限に抑えることができる。

駆動板６の外周部は前記リフレクタ２，３の外側まで延びており、リフレクタ２，３の外側に設置されたアクチュエータ８により、光軸方向に平行でかつ高速に位置制御が可能な構成になっている。アクチュエータ８は図２に示すように、駆動板６の外周部に取り付けられた複数個の励磁コイル２０と、駆動板６の移動方向（光軸方向）に沿って延びた永久磁石２１とで構成され、前記励磁コイル２０と永久磁石２１との間には微小隙間２２が形成されている。そして６０Ｈｚのビデオ画像フレームと対応した周期で前記励磁コイル２０に所定のパルス電流を流すことにより、駆動板６を所定の位置まで高速で移動することができる。

前記光源１から放出された光線９は、第１リフレクタ２より光源１の前面方向へ照射される。楕円鏡のリフレクタ２を用いると集光、放物面鏡を用いると平行光が得られる。前面方向へ照射された光線９は、駆動板６上の循環リフレクタ５以外のリフレクタ未形成部から前面方向へ透過し、球面あるいは非球面形状の第２リフレクタ３で後方の光源１側の光軸中心付近に向けて反射され、反射した光線９は第３リフレクタ４で再度前面方向へ反射される。なお、前記駆動板６の第１リフレクタ２側で循環リフレクタ５以外のリフレクタ未形成部上には、図示していないが反射防止膜が形成されている。

第２リフレクタ３の光軸中心付近には、偏光装置から最終的に出射する光束のスポット径を制限し、有効な光線を通過させるためのアパーチャ７の開口窓が形成されており、この開口窓を通過した光線９が偏光装置の外へ出射される。

このように駆動板６には光線９を前記開口窓から出射させるために第３リフレクタ４が形成されているが、この第３リフレクタ４の裏面の無効となる領域へ到達した光線９を循環光線１０として第１リフレクタ２側へ反射させるために、駆動板６の第１リフレクタ２側には循環リフレクタ５が形成されている。このように循環リフレクタ５を設けて再循環させることにより、光線９の損失を可及的に抑えることができる。

前述のように第３リフレクタ４と循環リフレクタ５は、駆動板６の表側と裏側に形成されている。これは、偏光装置内部の光路にアクチュエータ８を配置出来ないため、第１リフレクタ２と第２リフレクタ３の間に形成される光路の外部にアクチュエータ８を配置し、その動力を第３リフレクタ４と循環リフレクタ５に伝達させるため、極めて透過率が高く屈折率が低い基材からなる駆動板６を用いて遠隔操作を行い、光線９の損失を最小にしたものである。

従って、第３リフレクタ４と循環リフレクタ５が図１に示す光軸中心付近に配置され、それら周辺に光線９の損失を招く構造物がなく、光学的には第３リフレクタ４と循環リフレクタ５が光路内に浮いた状態で、両リフレクタ４，５の位置制御を行うことができる。

次にこの偏光装置の調光原理について説明する。図１に示すようにこの偏光装置は、光の全反射および集光で構成されている。

始めに、第３リフレクタ４を第１リフレクタ２側の位置（実線で示す図中Ｐｗの位置）へ、アクチュエータ８の動力で移動させる。光源１から放出された光線９は実線で示すように、第１リフレクタ２→第２リフレクタ３→第３リフレクタ４→アパーチャ７の光路で、偏光装置から出射する。この第３リフレクタ４の位置（図中Ｐｗ）においては、第１リフレクタ２から第２リフレクタ３へ照射された１００％の全光線を、第３リフレクタ４が全反射しアパーチャ７の開口窓から出射している。

この時の第２リフレクタ３の照射有効範囲１１は図中Ｓｗに示す範囲であり、前述の光路長、リフレクタ口径および曲率半径、焦点距離、絞りアパーチャ口径等の各光学設計を行い、光源１から放出された光線９をアパーチャ７の開口窓で絞ることなく出射させている。なお、第１リフレクタ２と第２リフレクタ３との間の距離、あるいは第２リフレクタ３への入射角を調整して、この隙間から光線９を逃がし、この間の光の伝達量を任意に調整することも可能である。

次に、第３リフレクタ４を第２リフレクタ３側の位置（点線で示す図中Ｐｔの位置）へ、アクチュエータ８の動力で移動させる。光源１から放出された光線９は点線で示すように、前記と同様に反射を繰り返して進行するが、第２リフレクタ３と第３リフレクタ４間の光路長が短くなるため、第３リフレクタ４の有効反射面よりも広い範囲で第２リフレクタ３の反射光が照射される。すなわち、第３リフレクタ４の有効反射面が受ける光強度が低下し、アパーチャ７の開口窓から出射可能な光線９は、第２リフレクタ３の照射有効範囲１１が図中Ｓｔに示す範囲に制限され、出射光量がＳｔ／Ｓｗに減少する。このようにして第３リフレクタ４を任意の位置に制御することにより、出射光量を調光出来る。なお、第３リフレクタ４の有効反射面より外側にはみ出た範囲の第２リフレクタ３の照射光は、駆動板６を透過し後方の第１リフレクタ２側へ進行し、第１リフレクタ２で再度前面方向へ反射し循環する。

なお、アパーチャ７の開口窓から出射可能な光線９は、調光位置により出射角が変化するため照射範囲を変化可能である。映像表示装置等への応用の場合は一定の照射範囲を得る必要があり、この際には偏光装置の後光路に固定式のアパーチャ開口窓を設ければよい。

第３リフレクタを光軸に沿って移動させたときのアパーチャ７の開口窓から射出される光線の変化量をプロットした特性を図７に示す。この図に示されているように第３リフレクタの位置が複数段にわたって切り替えられるようになっており、各位置によって光量変化量が変わっており、従って光量変化は第３リフレクタの移動量に追従しており、調光が可能であることを示している。

本実施形態に係る偏光装置は、前述のように複数の反射鏡を用いて光の全反射および集光の性質を利用したものであって、透過レンズ群を用いていないため回折や収差の影響が低減でき、光源から放出された光線を効率良く利用できる。

なお、各リフレクタの配置ならびに構成は図１に示す例に限らず、例えば出射光線の方向を光軸方向に平行ではなく例えば９０°の如く傾けることも可能である。

第３リフレクタ４を移動するアクチュエータ８は、光軸方向に平行で一次元的な反転運動のため、駆動部のイナーシャは従来の機械的偏光装置より低く抑えることが可能で、機械的振動や音響的ノイズが低減でき、信頼性の向上と小型化が図れる。

このように構成された偏光装置１６は、一例として図３に示す光学装置に搭載される。同図に示すように偏光装置１６で調光された光線９は、コンデンサレンズやカレイドスコープ照明用ロッド等のインテグレータ１２を通過し、照射面の光強度の分布が改善され一様性が高くなる。その後ダイクロイックミラー、プリズム、カラーホイール等の分光器１３を通過して、Ｒ，Ｇ，Ｂの原色等に置換される。そして反射型あるいは透過型の画像素子１４を通過して画像が生成され、各原色の画像が融合したフレーム画像となり、プロジェクションレンズユニット１５を通過してスクリーンに最終的な映像として投射される。

図４は、図３に示す各光学素子を収納したプロジェクション表示装置（映像表示装置）の外観図である。図中の２３はケーシングであり、そのケーシング２３の一部から前記プロジェクションレンズユニット１５の一部が露呈している。

図５は、このプロジェクション表示装置（映像表示装置）の構成ブロック図である。同図に示すようにプロジェクション表示装置は、インテグレータ１２、分光器１３、画像素子１４、プロジェクションレンズユニット１５、偏光装置１６の他に信号制御回路１７ならびにＳＥＲＶＯ回路１８を有している。

投射する画像信号１９の明暗レベルに対して、フレーム信号毎に光学エンジンの信号制御回路１７で画像処理が行われ、平均輝度が演算される。求められた輝度情報に対応し、偏光装置１６の最適な絞り量が演算され偏光装置１６の駆動信号がＳＥＲＶＯ回路１８に入力される。

表示する画像の配光が平均的に暗く輝度が低いシーンでは光線９をより多く絞るために、第３リフレクタ４を第２リフレクタ３方向へ、逆に配光が平均的に明るく輝度が高いシーンでは光線９の絞りを少なくするために、第３リフレクタ４を第１リフレクタ２方向へ、高速で移動させるために最適な駆動信号が決定される。正確な位置制動を行うためには例えば位置検出センサーを利用した、デジタルカメラのオートフォーカスレンズの位置制御技術が適している。

そしてＳＥＲＶＯ回路１８から偏光装置１６へアクチュエータ８を駆動させる電力を供給して、フレーム信号毎に第３リフレクタ４の位置を制御する。その結果、画像信号の明暗レベルに応じて調光された光線が偏光装置１６から照射される。調光された光線９は前述のようにインテグレータ１２、分光器１３、画像素子１４、プロジェクションレンズユニット１５を順次通過してスクリーンに映像として投射される。

本実施形態に係る光学装置および映像表示装置は、前述のように光路中にアパーチャが存在しないため、偏光装置による回折や収差の影響が低減でき、光源から放出される光線を効率良く利用できる。投射される映像は，各々のフレームの表現力にメリハリがあり、コントラスト比が高く、キレの有る静止画が生成され、連続的で高品位な映像として知覚される。

本実施形態では、前記の通り偏光装置がビデオ画像フレーム毎に対応した高速動作を行い、投影される映像はコントラスト比が高く、ダイナミックでかつ高品位な映像となる構成を示したが、本実施形態に係る偏光装置の動作方法は、例えばユーザーがリモートコントロールで調光したらそのまま半固定させ、得られた一定の輝度で使う状況も考えられる。この場合は、アクチュエータの動作が低速でも支障ない。

次に本発明の第２実施形態に係る偏光装置を図８を用いて説明する。本実施形態において図１に示す前記第１実施形態と相違する点は、移動する駆動板６が無く、硝子板などの支持体上に設けられた第３リフレクタ４と循環リフレクタ５の位置が固定されて、第２リフレクタ３をアクチュエータ８で移動する構成になっている点である。

前記第１実施形態では、偏光装置内部の光路にアクチュエータ８を配置出来ないため、光路の外部にアクチュエータ８を配置し、その動力を第３リフレクタ４と循環リフレクタ５に伝達させるため、極めて透過率が高く屈折率が低い基材からなる駆動板６を用いて遠隔操作を行っている。本実施形態ではアクチュエータ８の動力を効率良く伝達させるため、第２リフレクタ３側を可動させて位置制御を行う構成したものである。調光原理は、第１実施形態と同様である。

次に本発明の第３実施形態に係る偏光装置を図９を用いて説明する。本実施形態において図１に示す前記第１実施形態と相違する点は、第２リフレクタ３の光軸中心付近に設ける固定開口部に、インテグレータ１２などの導光体を挿入、設置した点である。インテグレータ１２は、カレイドスコープ照明等のロッド状の導光体で構成する。導光体は、例えば硝子や透明樹脂等を用いて構成することができる。このようにインテグレータ１２などの導光体を備えた偏光装置の照射面の光束は光強度分布の均一性が高く、この偏光装置を搭載する調光システムの構成の簡素化が図れる。図９では駆動板６を移動する例を示しているが、第２リフレクタ３を移動する例にも適用可能である。

既存の投射照明は光源１と第１リフレクタ２を有しているから、これに第２リフレクタ３、第３リフレクタ４ならびに循環リフレクタ５を追加して偏光装置を構成することもできる。

本発明に係る偏光装置は映像表示装置への応用に限らず、様々な産業分野にて、一定光量で点灯し光強度が高い光源と組み合わせて、例えば自動車やモータバイクなどの各種照明装置用の調光システムとして、あるいは半導体の測定装置などの光源を必要とする測定装置などへの用途がある。

図１０は、本発明の実施形態に係る偏光装置の応用例の一つである自動車の斜視図である。この自動車２５の左右両側に設置されているヘッドライト２４には、本発明の実施形態に係る偏光装置（図示せず）がそれぞれ内蔵されている。

図１１は、そのヘッドライト２４（照明装置）の使用形態を示す図である。同図に示すように前側の自動車２５ａは偏光装置による光量の絞り込みは行なっておらず、従って広範囲での照光が可能であることを示している。一方、後側の自動車２５ｂは偏光装置による光量の絞り込みを行なっており、そのために照光範囲は狭いが、部分的な照光が可能であることを示している。

この応用例は自動車の場合について説明したが、例えば店舗用、催事用、家庭用など他の用途の照明装置にも応用可能である。

本発明の第１実施形態に係る偏光装置の断面図である。 その偏光装置におけるアクチェータの拡大断面図である。 その偏光装置を搭載した光学装置の断面図である。 その光学装置を搭載したプロジェクション表示装置の外観図である。 そのプロジェクション表示装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る偏光装置の各リフレクタ光反射率特性図である。 本発明の第１実施形態に係る偏光装置の第３リフレクタの移動量と出射する光量変化量との関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態に係る偏光装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る偏光装置の断面図である。 本発明の実施形態に係る偏光装置を装備した自動車の斜視図である。 その自動車のヘッドライトの使用形態を示す図である。 従来の偏光装置の断面図である。 その偏光装置を搭載した光学装置の断面図である。

符号の説明

１…光源、２…第１リフレクタ、３…第２リフレクタ、４…第３リフレクタ、５…循環リフレクタ、６…駆動板、７…アパーチャ開口窓、８…アクチュエータ、９…光線、１０…循環光線、１１…有効範囲、１２…インテグレータ、１３…分光器、１４…画像素子、１５…プロジェクションレンズユニット、１６…偏光装置、１７…信号制御回路、１８…ＳＥＲＶＯ回路、１９…画像信号、２０…励磁コイル、２１…永久磁石、２２…微小隙間、２３…ケーシング、２４…ヘッドライト、２５…自動車。

Claims (14)

1. 光源と、
   その光源を光軸中心上に配置して、前記光源から放出された光線を前面方向に照射する第１リフレクタと、
   開口部を光軸中心上に設けて、前記第１リフレクタから照射された光線を前記光源側へ反射して集光するように前記第１リフレクタの前面側に配置された第２リフレクタと、
   その第２リフレクタで集光した光線を前記開口部より出射させるように第１リフレクタと第２リフレクタの間に配置された第３リフレクタと、
   前記第２リフレクタまたは前記第３リフレクタを支持して、その支持したリフレクタを光軸方向に沿って移動するリフレクタ移動手段とを備え、
   前記リフレクタ移動手段の駆動で前記第２リフレクタと第３リフレクタ間の距離を変化させることにより、前記開口部を通過して出射する光線の量を調整することを特徴とする偏光装置。
2. 請求項１記載の偏光装置において、前記第１リフレクタと第２リフレクタが所定の間隔をおいて固定されて、その第１リフレクタと第２リフレクタの間に支持体が配置され、その支持体の前記第２リフレクタ側に前記第３リフレクタが支持されて、前記リフレクタ移動手段が前記第１リフレクタと第２リフレクタの間に形成される光路の外側に設置され、そのリフレクタ移動手段により前記支持体が光軸方向に沿って移動する構成になっていることを特徴とする偏光装置。
3. 請求項１記載の偏光装置において、前記第３リフレクタが支持体で支持され、その支持体と前記第１リフレクタが固定されて、前記第２リフレクタが前記リフレクタ移動手段により光軸方向に沿って移動する構成になっていることを特徴とする偏光装置。
4. 請求項１または２記載の偏光装置において、前記支持体の前記第３リフレクタを支持する領域以外の領域に反射防止膜が形成されていることを特徴とする偏光装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の偏光装置において、前記第１リフレクタ、第２リフレクタおよび第３リフレクタは、波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの光の反射率が９７％以上の反射面を有していることを特徴とする偏光装置。
6. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の偏光装置において、前記リフレクタ移動手段が、前記第２リフレクタまたは前記第３リフレクタを支持する可動側に設けられた励磁コイルと、その励磁コイルに対して微小隙間をおいて固定されて光軸方向に延びた永久磁石とを有し、前記励磁コイルにパルス電流を流すことにより前記第２リフレクタまたは前記第３リフレクタを移動するように構成されていることを特徴とする偏光装置。
7. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の偏光装置において、前記第２リフレクタの開口部に導光体が設置されていることを特徴とする偏光装置。
8. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の偏光装置において、前記リフレクタ移動手段の駆動により前記第２リフレクタと第３リフレクタ間の距離が複数段にわたって切り替えられるように構成されていることを特徴とする偏光装置。
9. 請求項１または８記載の偏光装置において、前記第２リフレクタと第３リフレクタの距離がシステム制御信号に応じて調整されるように構成されていることを特徴とする偏光装置。
10. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の偏光装置において、前記第３リフレクタを支持する支持体の前記第１リフレクタ側にその第１リフレクタ側へ光線を再循環させるための循環リフレクタが設けられていることを特徴とする偏光装置。
11. 請求項１０記載の偏光装置において、前記循環リフレクタは波長４２０ｎｍ〜６８０ｎｍの光の反射率が９７％以上の反射面を有していることを特徴とする偏光装置。
12. 光線を出射する偏光装置を備えた光学装置において、前記偏光装置が請求項１ないし１１のいずれか１項記載の偏光装置であることを特徴とする光学装置。
13. 光線を出射する偏光装置と、その偏光装置から出射された光線を照射して画像を生成する画像素子と、その画像素子で生成した画像を映像として投影するレンズユニットとを備えた映像表示装置において、前記偏光装置が請求項１ないし１１のいずれか１項記載の偏光装置であることを特徴とする映像表示装置。
14. 光線を放出する手段を用いた照明装置において、前記光線を放出する手段が請求項１ないし１１のいずれか１項記載の偏光装置であることを特徴とする照明装置。

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