JP2008292725A - 照明装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト改善による画質の向上と、光利用効率向上による高輝度化とを同時に実現可能な照明装置および投写型映像表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源１０１、１０５、１０９と、これらレーザ光源からの光を液晶パネル１０４、１０８、１１２に導く光学系とを備え、この光学系には、液晶パネルに向かう光の進行方向を制御信号に応じて領域毎に変化させる回折素子１０３、１０７、１１１が配されている。回折素子を制御して、液晶パネル上の画素領域のうち低輝度の画素領域に照射される光の光量の一部を高輝度領域の画素領域に分配する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明領域に光を照射する照明装置および照明装置からの光を光変調素子により変調してスクリーン等に投写する投写型映像表示装置に関するものである。

現在、スクリーン等に画像を投写する投写型映像表示装置（以下、「プロジェクタ」という）が商品化され広く普及している。このうち、液晶パネル等の光変調素子により光を変調するタイプのプロジェクタでは、通常、光源からの光が光変調素子の照射面に一様に照射される。

図１１に、３板ＬＣＤ方式のプロジェクタの構成例を示す。光源１１からの光（白色光）は、フライアイインテグレータ１２によって、液晶パネル１８、２１、２７に入射する際の光量分布が均一となるよう、レンズ作用を付与される。さらに、この光は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）アレイ１３によって偏光方向が一方向に揃えられ、コンデンサレンズ１４によって集光される。なお、液晶パネル１８、２１、２７の入出射側には、それぞれ偏向板が配されている。

コンデンサレンズ１４を透過した光は、ダイクロイックミラー１５によって赤色波長帯の光（以下、「Ｒ光」という）と、青色波長帯（以下、「Ｂ光」という）および緑色波長帯（以下、「Ｇ光」という）の光に分離される。

このうち、Ｒ光は、ミラー１６とレンズ１７を経由して、液晶パネル１８の照明領域に均一に照射される。Ｇ光は、ダイクロイックミラー１９によって反射された後、レンズ２０を経由して、液晶パネル２１の照明領域に均一に照射される。Ｂ光は、ダイクロイックミラー１９を透過した後、ミラー２３、２５とレンズ２２、２４からなるリレー光学系を経由してレンズ２６に入射され、液晶パネル２７の照明領域に均一に照射される。

液晶パネル１８、２１、２７によって変調されたＲ光、Ｇ光およびＢ光は、ダイクロイックプリズム２８により色合成された後、投写レンズ４０によってスクリーン面に投写される。

ところで、近年、ホームシアターの普及や、プロジェクタを用いたプレゼンテーションの機会の増加に伴い、プロジェクタにおける高画質化技術が注目されている。以下の特許文献１には、機能的シャッターによって、光変調素子に照射される光の光量を調節することで、照明光の表現階調を増加させ、これにより、表示可能な明るさの範囲（ダイナミックレンジ）を増加させる技術が記載されている。また、特許文献２には、アイリスを用いて光源からの光を調節することによりコントラストを向上させる技術が記載されている。
特開２００３−１８６１０７号公報 特開２００３−２４１３１１号公報

従来のプロジェクタでは、光変調素子の全面に均一な照明光が照射されるように光学系が設計されるため、光変調素子での変調後の光量が小さい領域（たとえば、黒表示を行うような領域）では、照明光が光変調素子によってカットされ、照明光を有効に利用できていない領域が発生していた。

また、このような領域には、本来、光量の低い光が照射されるのが望ましく、この領域に必要以上の光量にて光が照射されると、コントラストの低下要因となってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、コントラスト改善による画質の向上と、光利用効率向上による高輝度化とを同時に実現可能な照明装置および投写型映像表示装置を提供することを課題とする。

本発明は、光変調素子に照射される光の光量分布を映像信号に応じて調節することにより、コントラストの改善と光利用効率の向上を図るものである。

本発明に係る照明装置は、光源と、前記光源からの光を照明領域に導く光学系とを備え、前記光学系には、前記照明領域の入射面側に、前記照明領域に向かう光の進行方向を制御信号に応じて領域毎に変化させる光学素子が配されていることを特徴とする。

ここで、前記照明領域に、映像信号に応じて光を変調する光変調素子が配置される場合、光学素子の各領域は、光変調素子の一つまたは複数の画素よりなる画素領域に対応して設定される。このとき、光学素子の領域は、光変調素子上の画素よりも低い解像度にて設定することができる。

このように、照明領域に光変調素子が配置される場合、本発明に係る照明装置は、光学素子を制御する制御回路と、各画素領域に配分すべき光の光量比を映像信号に基づいて算出する算出回路とを備える構成とすることができる。ここで、制御回路は、算出回路によって算出された光量比にて上述の各画素領域に光が配分されるよう光学素子を駆動制御するよう構成される。

このとき、算出回路は、画素領域間の輝度バランスを映像信号に基づいて算出すると共に、算出された輝度バランスに基づいて光量比を算出するよう構成され得る。

上記照明装置を投写型映像表示装置に搭載することにより、コントラストの改善と光利用効率の向上を図ることができる。たとえば、光変調素子の照明領域のうち低輝度の領域に照射される光の光量を削減させ、この削減分を高輝度領域に配分することにより、コントラストの改善と光の利用効率の向上を実現できる。この場合、照明領域上の各画素領域への光の配分は、上記の如く、光学素子を時分割制御することにより行われ得る。

上記の如く本発明によれば、コントラスト改善による画質の向上と、光利用効率向上による高輝度化とを同時に実現可能な照明装置および投写型映像表示装置を提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実現する際の一つの例示であって、本発明は、以下に示す実施の形態に何ら制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

本実施例は、３板ＬＣＤ方式のプロジェクタに本発明を適用したものである。光源には、レーザ光源が用いられている。

図１に、本実施例に係るプロジェクタの光学系を示す。

図において、レーザ光源１０１、１０５、１０９は、それぞれ、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を出射する。ホモジェナイザー１０２、１０６、１１０は、それぞれ、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光を液晶パネル１０４、１０８、１１２の照明領域に均等に照射する。ホモジェナイザー１０２、１０６、１１０は、マイクロレンズアレイで構成された小型のインテグレータである。

回折素子１０３、１０７、１１１は、それぞれ、ホモジェナイザー１０４、１０８、１１２側から入射されたＲ光、Ｇ光およびＢ光の進行方向を制御信号に応じて領域毎に変化させる。なお、回折素子１０３、１０７、１１１の機能は、追って、図２および図３を参照して説明する。

液晶パネル１０４、１０８、１１２は、それぞれ、赤色用、緑色用および青色用の駆動信号に応じて駆動され、その駆動状態に応じてＲ光、Ｇ光およびＢ光を変調する。ダイクロイックプリズム１１３は、液晶パネル１０４、１０８、１１２によって変調されたＲ光、Ｇ光およびＢ光を色合成し、投写レンズ１１４へ入射させる。

投写レンズ１１４は、ダイクロイックプリズム１１３によって色合成された光を被投写面上に結像させるためのレンズ群と、これらレンズ群の一部を光軸方向に変位させて投写画像のズーム状態およびフォーカス状態を調整するためのアクチュエータを備えている。

図２は、回折素子１０３、１０７、１１１の機能を説明する図である。

回折素子１０３、１０７、１１１は、それぞれ、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の透過領域が面内方向に複数の領域に分割されている。各領域は、電圧印加状態にあるときに、レーザ光に回折作用を付与する。

同図（ａ）は、領域Ａ、Ｂ、Ｃに電圧が印加されていないときのレーザ光の進行方向を示す図である。図示の如く、領域Ａ、Ｂ、Ｃに電圧が印加されていない場合、レーザ光は、領域Ａ、Ｂ、Ｃによって回折されず、各領域を透過してそのまま直進する。これに対し、同図（ｂ）に示す如く、領域Ｂ、Ｃに電圧が印加されると、レーザ光は領域Ｂ、Ｃを透過する際に回折作用を受け、入射方向に対しθの角度をもって進行方向が変更される。

なお、回折素子１０３、１０７、１１１は、たとえば、一対のガラス板の間に透明電極板を介して液晶分子を封入する構成とすることができる。この場合、所定パターンの透明電極を介して電圧を印加することにより、上記各領域に、液晶分子による回折格子が形成される。これら回折格子１０３、１０７、１１１として、たとえば、ＳＢＧ Ｌａｂ社によって開発されたＢｒａｇｇ回折素子を用いることができる。この種の回折素子は、たとえば、ＵＳ６，１７５，４３１号公報（米国特許公報）およびＵＳ２００１／００１３９６０Ａ１（米国公開公報）に記載されている。この場合、一つの回折素子は、特定の波長帯の光に作用し、任意の角度にて光を回折できる。

図３は、回折素子１０３、１０７、１１１と液晶パネル１０４、１０８、１１２の関係を示す図である。

図示の如く、回折素子１０３、１０７、１１１に設定された各領域（同図（ａ）の領域Ａ、Ｂ、Ｃが対応する。以下、「回折領域」という）は、液晶パネル１０４、１０８、１１２上の画素よりも解像度が低くなっている。同図の構成例では、縦３×横３の９個の画素からなる画素領域に一つの回折領域が１対１に対応するよう、回折素子１０３、１０７、１１１上に回折領域が設定されている。

回折領域に電圧が印加されていない場合、回折領域を透過した光はそのまま直進して対応する画素領域（以下、「対応画素領域」という）に照射される。回折領域に電圧が印加されると、回折領域を透過した光は回折領域によって回折され、対応画素領域以外の他の画素領域に照射される。

たとえば、回折領域Ｂに電圧が印加されていない場合、この領域を透過した光は、点線矢印で示された対応画素領域に照射される。これに対し、回折領域Ｂに電圧が印加されると、この領域を透過した光は、対応画素領域に隣り合う画素領域（同図（ｂ）では、対応画素領域の上下の画素領域）に照射される。

たとえば、回折領域Ｂに対する対応画素領域の輝度値（たとえば、対応画素領域内に存在する画素の輝度平均）が隣接する画素領域（たとえば、上下の画素領域）の輝度値よりも低い場合、回折領域Ｂは時分割でＯＮ／ＯＦＦ制御され、当該制御期間中に回折領域Ｂに入射される全光量のうち所定光量の光が、対応画素領域に隣接する画素領域（たとえば、上下の画素領域）に分配される。ここで、上下の画素領域に分配される光の光量は、当該制御期間中に回折領域Ｂに対する電圧印加をＯＮとするトータルの時間長に応じて変化する。つまり、ＯＮ期間の時間長によって、上下の画素に対する分配量が調節される。

なお、同図（ｂ）では、対応画素領域の上下の画素領域に光を分配するようにしているが、左右の画素領域に光を分配するようにしても良く、上下のうち何れか一方または左右のうち何れか一方のみに光を分配するようにしても良い。また、上下左右の４方向に光を分配するようにしても良い。

１方向に光を分配する場合には、たとえば、上述のＢｒａｇｇ回折素子を一つのみ用いれば良い。また、２方向に光を分配する場合には、回折方向が反対となるよう２つの回折素子を積層させれば良く、４方向に光を分配する場合には、回折方向が９０度ずつ異なるよう４つの回折素子を積層させれば良い。２層または４層構造とする場合には、各層の回折素子（回折領域）に対する電圧の印加状態をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、光の進行方向を２方向または４方向に変化させることができる。

図４を参照して、回折素子と液晶パネルの具体的構成例について説明する。なお、ここでは、回折素子に入射する光の分散角は０度（光軸に平行）であると仮定する。同図には、便宜上、Ｇ光用の回折素子１０７と液晶パネル１０８が図示されているが、Ｒ光用およびＢ光用の回折素子と液晶パネルも、以下に説明すると同様にして構成すれば良い。

なお、図４は、液晶パネル１０８を長辺方向から見た図である。また、回折素子１０７による光の回折方向は、同図中に太線矢印で示す如く、液晶パネル１０８の長辺方向となっている。

まず、回折素子１０７の回折角は、投写レンズ１１４のＦナンバーによって決定される。これは、回折角が投写レンズ１１４のＦナンバーに対応する角度よりも大きいと、その光は投写レンズに取り込まれず、上記のように回折により隣の画素領域に光を振り分けても、その光を画像投写に有効利用できないためである。

たとえば、投写レンズ１１４のＦナンバーが３．０である場合、投写レンズの取込分散角度は約１０度となる。この場合、同図中に示す回折素子１０７の回折角θは、θ＝１０度に設定される。ここで、液晶パネル１０８のサイズを４：３の１インチとすると、液晶パネル１０８の照射領域の長辺は、Ｈ≒２０ｍｍとなる。一方、回折領域の一辺の長さをｈとして、回折素子１０７が、長辺方向に５分割、短辺方向に４分割されているとすると、Ｈ≒２０から、ｈ＝４ｍｍとなる。したがって、回折素子１０７と液晶パネル１０８の間隔は、ｄ＝ａ／ｔａｎθ≒２３ｍｍとなる。ここで、液晶パネル１０８の照明領域には、回折素子１０７の各回折領域に対応するよう、５×４＝２０の画素領域が設定される。このように設定された２０個の画素領域に対し、回折素子１０７上の各回折領域から光が配分される。

図５は、本実施例に係るプロジェクタの回路構成を示す回路ブロック図である。なお、同図には、回折素子１０３、１０７、１１１と液晶パネル１０４、１０８、１１２を駆動制御する回路構成のみが図示され、レーザ駆動回路等、その他の回路構成は図示省略されている。

図において、パネル信号生成部３０１は、入力映像信号をもとに液晶パネル１０４、１０８、１１２をそれぞれ駆動するための信号を色毎に生成し、生成した各色の駆動信号をパネル駆動部３０２に供給する。パネル駆動部３０２は、パネル信号生成部３０１から供給された各色の駆動信号に応じて、液晶パネル１０４、１０８、１１２を駆動する。

輝度算出部３０３は、入力映像信号のうち輝度信号から各画素の輝度値を取得し、たとえば、これら輝度値を上記画素領域毎に平均化することにより、各画素領域の輝度値を算出する。制御信号演算部３０４は、輝度算出部３０３によって算出された各画素領域の輝度値に基づいて、各画素領域に照射されるべき光の光量比を算出する。ここで、制御信号演算部３０４は、輝度値の高い画素領域ほど照射光量が大きくなるよう光量比を算出する。そして、算出した光量比となるよう、回折素子１０３、１０７、１１１の各回折領域に対する印加電圧を時分割でＯＮ／ＯＦＦ制御する制御信号を回折素子３０５に供給する。

上記の如く、各回折領域に対する印加電圧のＯＮ期間が長いほど、その回折領域を透過する光の光量が対応画素領域の周りの画素領域により多く分配される。制御信号演算部３０４は、上記の如く算出した光量比をもって各画素領域に各色光が照射されるよう、時分割制御時における各回折領域に対する印加電圧のＯＮ期間を調節し、これを実現するための制御信号を回折素子駆動部３０５に供給する。

回折素子駆動部３０５は、制御信号演算部３０４から供給された制御信号に応じて回折素子１０３、１０７、１１１の各回折領域を時分割駆動する。具体的には、これら各回折領域に対する印加電圧を時分割でＯＮ／ＯＦＦさせる。

図６に、制御信号演算部３０４における光量比（各画素領域に照射されるべき光の光量比）を算出する際の処理フローを例示する。なお、ここでは、図７に示す如く、回折素子１０３、１０７、１１１の各回折領域によって、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が、対象画素領域の水平方向（長辺方向）右側にある隣の画素領域のみに配分されるものとする。

図６に戻り、あるタイミングにおける入力映像信号について、各画素領域の輝度値（たとえば平均輝度値）が算出されると、変数ｉが１にセットされ（Ｓ１０１）、最上段の画素領域に対する光量比の算出処理が開始される。ここでは、この段の左端の画素領域から右方向の画素領域に向かって順次以下の処理が行われる。

まず、左からｉ番目にある画素領域（以下、「画素領域（ｉ）」という）の輝度値Ｌ（ｉ）とその両隣にある画素領域の輝度値Ｌ（ｉ−１）、Ｌ（ｉ＋１）が加算され値Ａ（ｉ）が算出される（Ｓ１０２）。

ここで、画素領域（ｉ）がその段の左端にある場合には画素領域（ｉ）の輝度値とその右側の画素領域の輝度値のみが加算され、また、画素領域（ｉ）がその段の右端にある場合にはその画素領域の輝度値とその左側の画素領域の輝度値のみが加算される。

次に、画素領域（ｉ）がその段の左端または右端にあるかが判別される（Ｓ１０３）。この判別がＮＯであれば、向上係数Ｂ（ｉ）がＢ（ｉ）＝３／Ａ（ｉ）の演算により求められ（Ｓ１０４）、ＹＥＳであれば、向上係数Ｂ（ｉ）がＢ＝２／Ａ（ｉ）の演算により求められる（Ｓ１０５）。さらに、求めた向上係数Ｂ（ｉ）と画素領域（ｉ）の輝度値Ｌ（ｉ）から、向上輝度Ｃ（ｉ）がＣ（ｉ）＝Ｌ（ｉ）×Ｂ（ｉ）の演算により求められる（Ｓ１０６）。

このようにして向上輝度Ｃ（ｉ）が算出されると、次に、画素領域（ｉ）に対する振り分け係数Ｄ（ｉ）が、向上輝度Ｃ（ｉ）と、当該画素領域（ｉ）の左隣の画素領域について既に算出されている振り分け係数Ｄ（ｉ−１）から、Ｄ（ｉ）＝Ｃ（ｉ）−｛１−Ｄ（ｉ−１）｝の演算により求められる（Ｓ１０７）。

次に、算出された振り分け係数Ｄ（ｉ）が１を超えるかが判別され（Ｓ１０８）、１を超える場合には（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、振り分け係数Ｄ（ｉ）がＤ（ｉ）＝１に修正された後（Ｓ１０９）、画素領域（ｉ）に対する修正輝度値Ｅ（ｉ）が、当該画素領域（ｉ）の左隣の画素領域について既に算出されている振り分け係数Ｄ（ｉ−１）を用いて、Ｅ（ｉ）＝１＋｛１−Ｄ（ｉ−１）｝の演算により求められる。一方、Ｓ１０８における判別がＮＯであれば、Ｓ１０７にて算出された振り分け係数Ｄ（ｉ）を用いて、画素領域（ｉ）に対する修正輝度値Ｅ（ｉ）がＥ（ｉ）＝Ｄ（ｉ）により設定される（Ｓ１１１）。

このようにして画素領域（ｉ）に対する修正輝度Ｅ（ｉ）が算出されると、次に、画素領域（ｉ）がその段の右端にあるかが判別される（Ｓ１１３）。この判別がＮＯであれば、変数ｉに１が加算され、右側に１つシフトした画素領域に対してＳ１０２以降の処理が行われる。Ｓ１０２以降の処理は、その段の右端にある画素領域まで繰り返される。その段の右端にある画素領域に対する処理が終了すると（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、Ｓ１０１にて変数ｉが１にリセットされ、一つ下の段の画素領域に対し、Ｓ１０２以降の処理が行われる。この処理を最下段の右端の画素領域まで繰り返すことにより、一画面分の全ての画素領域に対する修正輝度Ｅ（ｉ）の取得が完了する。

このようにして取得した修正輝度Ｅ（ｉ）を比率として表したものが、上述の光量比である。つまり、制御信号演算部３０４は、各画素領域に照射されるトータルの光量が修正輝度Ｅ（ｉ）の比率に応じた比率となるよう、回折素子１０３、１０７、１１１の各回折領域に対する印加電圧を時分割でＯＮ／ＯＦＦ制御する。

図８に、図６の処理フローによる修正輝度Ｅ（ｉ）の算出例を示す。なお、同図では、便宜上、水平方向に６つの画素領域（図中、左から画素領域１、２、…、６）が設定されている。また、同図には、１段の画素領域のみが示されている。同図（ａ）は、入力映像信号（輝度信号）から算出された各画素領域の輝度値（たとえば、平均輝度値）を１．００で規格化したものである。また、同図（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、各画素領域について算出された振り分け係数Ｄ（ｉ）と修正輝度値Ｅ（ｉ）である。

上記図６の処理フローによって算出される各パラメータ値Ａ（ｉ）〜Ｅ（ｉ）は、次のとおりである。

画素領域１（左端）：
Ａ（１）＝１．８０、 Ｂ（１）＝１．１１、 Ｃ（１）＝０．８８
Ｄ（１）＝０．８８、 Ｅ（１）＝０．８８
画素領域２：
Ａ（２）＝２．１０、 Ｂ（２）＝１．４２、 Ｃ（２）＝１．４２
Ｄ（２）＝１．００、 Ｅ（２）＝１．１２
画素領域３：
Ａ（３）＝２．３０、 Ｂ（３）＝１．３０、 Ｃ（３）＝０．３９
Ｄ（３）＝０．３９、 Ｅ（３）＝０．３９
画素領域４：
Ａ（４）＝１．８０、 Ｂ（４）＝１．６６、 Ｃ（４）＝１．６６
Ｄ（４）＝１．００、 Ｅ（４）＝１．６１
画素領域５：
Ａ（５）＝１．５０、 Ｂ（５）＝２．００、 Ｃ（５）＝１．００
Ｄ（５）＝１．００、 Ｅ（５）＝１．００
画素領域６（右端）：
Ａ（６）＝０．５０、 Ｂ（１）＝１．００、 Ｃ（１）＝０．００
Ｄ（１）＝０．００、 Ｅ（１）＝０．００

図８の算出例の場合、たとえば、同図（ｂ）の振り分け係数Ｄ（ｉ）が１の画素領域に対応する回折領域には電圧を印加せずに、各色光をそのまま直進させる。また、振り分け係数Ｄ（ｉ）が１未満の画素領域に対応する回折領域には、透過光量の｛１−Ｄ（ｉ）｝×１００（％）の光量が回折されるよう電圧を時分割で印加する。たとえば、画素領域１に対応する回折領域には、単位期間中に当該回折領域を通過する全光量の１２％が回折され画素領域２へと分配されるよう電圧が時分割で印加される。これにより、単位期間に画素領域１に照射される光量は１２％減じられ、画素領域２に照射される光量は１２％上昇する。

以上のとおり本実施例によれば、各画素領域に照射される光の光量が各画素領域の輝度値に応じて調節される。よって、低輝度の画素領域に光が照射されることによる光利用効率の低下とコントラストの低下を抑制することができる。

なお、上記実施例では、映像信号のうち輝度信号を用いて各画素領域に照射されるべき光の光量比を算出するようにしたが、かかる光量比を色信号に基づいて算出することもできる。この場合、回折素子１０３、１０７、１１１は、各色の色信号をもとに個別に算出された光量比に基づいてそれぞれ制御される。

また、上記実施例では、回折領域の解像度を液晶パネル上の画素の解像度よりも低くしたが、回折領域の解像度を画素の解像度と同じかそれより高く設定しても良い。ここで、回折領域の解像度が画素の解像度より高い場合には、回折領域毎に光の振り分け方向を変化させるようにしても良い。たとえば、一つの画素に４つの回折領域が対応付けられている場合、これら４つの回折領域による光の分配対象を、それぞれ、対応する画素に隣接する上下左右の４つの画素としても良い。

なお、画素領域における平均輝度は小さいがその画素領域中のある画素の輝度がピーク的に高いような場合には、その画素領域に照射される光を他の画素領域に分配すると却って画質が低下する可能性がある。したがって、このような場合には、その画素領域に照射される光の光量を他の領域に分配せずに、通常通りの光量にてその画素領域に光を照射するようにしても良い。

上記実施例では、電圧のＯＮ／ＯＦＦによって光の回折／直進を切り替えるものであったが、印加電圧の大きさによって直進する光と回折される光の光量比を調節できるタイプの回折素子を用いる場合には、上記実施例における印加電圧の時分割制御に替えて、各回折領域に対する印加電圧値の調節により、各画素領域に対する光量分配を制御するようにすれば良い。

また、各画素領域に対する光量分配比率に応じて液晶パネルの駆動信号を調整するようにしても良い。すなわち、図５中に破線で示す如く、制御信号演算部３０４によって算出された画素領域間の光量比をパネル信号生成部３０１にフィードバックし、この光量比に適するよう、液晶パネル１０４、１０８、１１２の駆動信号を調整するようにしても良い。

この他、図１１に示すようにリレー光学系と色分離手段を用いて各色の液晶パネルに光を照射するようにしても良い。ただし、回折素子による回折作用は、狭波長帯かつ高指向性の光ほど効率よく発現されるため、光源は、白色レーザ光光源か、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を出射するレーザ光源を組み合わせたものに置き換えるのが望ましい。

本実施例は、単板方式のプロジェクタに本発明を適用したものである。

図９は、本実施例の光学系を示す図である。同図（ａ）は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が時分割で発光される場合の光学系の構成例であり、同図（ｂ）は、白色レーザ光またはＲ光、Ｇ光、Ｂ光が常時発光される場合の光学系の構成例である。

同図（ａ）を参照して、レーザ光源２０１は、レーザ駆動回路からの駆動信号に応じて、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を時分割で発光する。発光されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、ホモジェナイザー２０２によって、液晶パネル２０４上に均一に照射されるよう調整される。液晶パネル２０４は、モノクロ用のものが用いられる。

回折素子２０３には、上記実施例１と同様、面内方向に複数の回折領域が設定されている。各回折領域に印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、上記実施例１と同様、入射レーザ光に対する作用が直進／回折の間で切り替えられる。ここで、回折素子２０３は、たとえば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に対する回折素子が積層された構造となっている。レーザ光源２０１からＲ光が出射されている期間では、Ｒ光用の回折素子がＯＮ／ＯＦＦ制御され、レーザ光源２０１からＧ光またはＢ光が出射されている期間では、それぞれ、Ｇ光用またはＢ光用の回折素子がＯＮ／ＯＦＦ制御される。

この構成例においても、上記実施例１と同様、各画素領域に照射される光の光量を各画素領域の輝度値に応じて調節することにより、光利用効率の低下とコントラストの低下を抑制することができる。この場合、各色用の回折素子に対する制御は、上記実施例１と同様に行えば良い。具体的には、図５における回折素子駆動部３０５からの駆動信号を、回折素子２０４上の各色光用の回折素子に供給すれば良い。なお、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光期間には、それぞれ、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の変調パターンが液晶パネル２０４上に描画される。

なお、ここでは、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を時分割で発光させるようにしたが、白色レーザ光源から白色レーザ光（以下、「Ｗ光」という）を常時発光させ、これをカラーホイールに通すことにより、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を時分割で発生させるようにしても良い。

同図（ｂ）に示す常時点灯方式の光学系では、レーザ光源２１１から、Ｗ光が常時発光される。これに代えて、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をレーザ光源２１１から常時発光させこれらを色合成手段によって合成するようにしても良い。

発光されたＷ光は、ホモジェナイザー２１２によって、液晶パネル２１５上に均一に照射されるよう調整される。ここでも、液晶パネル２１５は、モノクロ用のものが用いられる。ホモジェナイザー２１２を経由したＷ光は、ホログラムカラーフィルタ２１３によってＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分離され、回折素子２１４を介して液晶パネル２１５に入射される。

図１０は、ホログラムカラーフィルタ２１３、回折素子２１４、液晶パネル２１５の関係を模式的に示す図である。なお、同図には、便宜上、Ｒ光の光路のみが模式的に示されている。

上記実施例１と同様、回折素子２１４には、面内方向に複数の回折領域が設定されている。同図の構成例では、各回折領域の解像度は液晶パネル２１５上の画素の解像度を同じに設定されている。ここで、液晶パネル２１５上の各画素は、Ｒ光用、Ｇ光用およびＢ光用に区分されており、このため、各画素に対応する回折領域もＲ光用、Ｇ光用およびＢ光用に区分されている。ホログラムカラーフィルタ２１３は、入射されたＷ光を色分離し、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ回折素子２１４上のＲ光用、Ｇ光用およびＢ光用の回折領域に導く。

ここで、各回折領域は、上記実施例１と同様、印加電圧をＯＮとすると各色光を回折し、印加電圧をＯＦＦとすると各色光を直進させる。上記実施例１と同様、各回折領域における回折方向は１方向の他、相反する２方向または互いに直交する４方向とすることができる。

なお、各回折領域における光の回折角は、対応する画素と同じ色光が入射される画素に光を分配できるような角度に設定されている。つまり、同図の構成例では、Ｒ光が入射される回折領域に電圧が印加されると、対応するＲ光用の画素に隣接するＧ光用の画素とその隣のＢ光用の画素を飛ばして、次のＲ光用の画素に、Ｒ光を入射させる。Ｇ光用およびＢ光用の回折領域における回折角も同様に設定されている。

この構成例においても、上記実施例１と同様、各画素領域に照射される光の光量を各画素領域の輝度値に応じて調節することにより、光利用効率の低下とコントラストの低下を抑制することができる。この場合、上記実施例１における各色光用の回折素子に対する制御を、回折素子２１４上の各色光用の回折領域に対してそのまま適用すれば良い。具体的には、図５における回折素子駆動部３０５からの駆動信号を、回折素子２１４上の各色光用の回折領域に供給すれば良い。なお、液晶パネル２１５上、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の画素には、それぞれ、Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の変調パターンが描画される。

なお、本実施例では、回折領域の解像度を液晶パネル上の画素の解像度と同じにしたが、回折領域の解像度を画素の解像度より高く設定しても良い。この他、上記実施例１と同様、画素に対する光量分配比率に応じて液晶パネルの駆動信号を調整するようにしても良い。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施例１に係るプロジェクタの光学系を示す図 実施例１に係る回折素子の機能を説明する図 実施例１に係る回折素子と液晶パネルの関係を示す図 実施例１に係る回折素子と液晶パネルの具体的構成例を示す図 実施例１に係るプロジェクタの回路構成を示す図 実施例１に係る制御信号演算部における処理フローを示す図 図６の処理フローにおける光量の分配方向を示す図 図６の処理フローによる算出例を示す図 実施例２に係るプロジェクタの光学系を示す図 実施例２に係るカラーフィルタ、回折素子、液晶パネルの関係を模式的に示す図 ３板ＬＣＤ方式のプロジェクタの構成例を示す図

符号の説明

１０１、１０５、１０９ … レーザ光源
１０２、１０６、１１０ … ホモジェナイザー
１０３、１０７、１１１ … 回折素子（光学素子）
１０４、１０８、１１２ … 液晶パネル（光変調素子）
３０３ … 輝度算出部（制御回路）
３０４ … 制御信号演算部（制御回路）
３０５ … 回折素子駆動部（制御回路）
２０１、２１１ … レーザ光源
２０２、２１２ … ホモジェナイザー
２０３、２１４ … 回折素子（光学素子）
２０４、２１５ … 液晶パネル（光変調素子）
２１３ … カラーフィルタ

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源からの光を照明領域に導く光学系とを備え、
   前記光学系には、前記照明領域の入射面側に、前記照明領域に向かう光の進行方向を制御信号に応じて領域毎に変化させる光学素子が配されている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１において、
   映像信号に応じて光を変調する光変調素子が前記照明領域に配置される場合、前記光学素子の各領域は、前記光変調素子の一つまたは複数の画素よりなる画素領域に対応して設定されている、
   ことを特徴とする照明装置。
3. 請求項２において、
   前記光学素子の領域は、前記光変調素子上の画素よりも低い解像度にて設定されている、
   ことを特徴とする照明装置。
4. 請求項２または３において、
   前記光学素子を制御する制御回路と、
   前記各画素領域に配分すべき光の光量比を前記映像信号に基づいて算出する算出回路とを備え、
   前記制御回路は、前記算出回路によって算出された光量比にて前記各画素領域に光が配分されるよう前記光学素子を駆動制御する、
   ことを特徴とする照明装置。
5. 請求項４において、
   前記算出回路は、前記画素領域間の輝度バランスを前記映像信号に基づいて算出すると共に、算出された輝度バランスに基づいて前記光量比を算出する、
   ことを特徴とする照明装置。
6. 請求項２ないし５の何れか一項に記載の照明装置と、
   前記照明領域に配置される光変調素子と、
   前記光変調素子によって変調された光を被投写面に投写する投写ユニットと、
   を有することを特徴とする投写型映像表示装置。

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