JP3972934B2 - 照明装置、表示装置および投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、表示装置および投射型表示装置に関する。

直視型表示装置や投射型表示装置において使用される光変調装置としては、液晶パネルや液晶ライトバルブなどの液晶表示素子を挙げることができる。液晶表示素子は単位時間当たりの透過光量を制御することで強度変調を行う、いわゆるホールド型の表示素子である。そのため、動画像を表示する際には、画像の輪郭部に「ぼけ」が知覚されることが知られており、その改善策が検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。

ホールド型の表示素子である液晶表示素子において、動画質を改善するためには、（１）例えば、液晶材料の改良あるいは駆動回路の工夫により表示素子の応答速度を向上させるなどの、液晶表示素子自体の表示特性の改善、（２）例えば、照明光を時間軸上で間欠点灯させ、結果的に表示時間を短くするなどの、液晶表示素子を照明する照明方法の改善、の２つの手段を採用することが効果的とされている。

現在のところ、液晶表示装置における動画質の改善は、液晶材料の改良あるいは駆動回路の工夫を中心に進められているが、その取り組みだけでは不十分であり、照明装置や照明方法の改善も積極的に検討する必要がある。直視型表示装置や投射型表示装置の光源に広く用いられている放電ランプは、間欠点灯に適さないため、照明光を制御する何らかの手段を照明光路上に配置して、間欠照明を実現する光学系が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２９６８４１号公報 栗田泰市郎、ホールド型ディスプレイの表示方式と動画表示における画質、「第１回ＬＣＤフォーラム予稿集」、液晶学会、１９９８年8月、ｐ．１−６

上記特許文献１においては、円周方向に複数の開口部を備えたスリット板を照明光路上で回転させて、照明対象である液晶表示素子を間欠的に照明する照明装置や、帯状の照明光を予め生成しておき、角柱ミラーを回転させてその帯状照明光を走査し、液晶表示装置を間欠照明（走査照明）する照明装置などが開示されている。
上記の照明装置によれば、動画質の改善を図ることができる一方、液晶表示素子を照明する時間が減少するため、表示される画像の明るさが低下するという問題があった。

また、角柱ミラーを用いた照明装置では、原理的に明るさの損失はないとされているが、実際には、帯状照明光を生成する過程において光損失の発生は避けられず、表示される画像の明るさは低下していた。

動画質の改善効果は上述した帯状照明光の幅と関係するため、表示される動画像の動きの程度に応じて帯状照明光の幅を最適化すれば、動画質の改善効果を保ちつつ表示される画像の明るさの低下を最小限に抑えることができる。しかし、上記の照明装置では、光源から射出された照明光を、形状が固定されたスリット板などで遮光して帯状照明光を形成しているため、表示される動画像の動きの程度には関係なく、常に大きな光損失を生じ暗い画像しか表示することができないという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光源から射出される光の利用効率の低下を防止するとともに、高画質な動画像を表示するのに適した照明装置、その照明装置を用いた表示装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、光を射出する光源と、光源から射出された光の強度分布を均一化する均一導光手段と、均一導光手段の光入射端面側に配置され、均一導光手段内に光を入射させる開口部が形成されるとともに、開口部以外の領域において、均一導光手段から射出される光を均一導光手段内に反射する反射手段と、均一導光手段の光射出端面側に配置され、均一導光手段から光を射出させる開口領域の面積が変化する可変開口部を形成するとともに、開口領域以外の領域において、均一導光手段から射出される光を均一導光手段内に反射する反射可変絞り手段と、反射可変絞り手段から射出された光を照明対象上で走査する光走査手段と、が備えられていることを特徴とする。

すなわち、本発明の照明装置では、光を射出する開口部の面積を変えることができる反射可変絞り手段と光走査手段とが備えられているため、照明対象を照明する照明光の大きさや形状を変えることができるとともに、その形状を有する照明光を走査させることで照明対象の全面をほぼ均一に照明することができる。その結果、照明対象への間欠照明の程度（単位時間当たりの照明時間の割合）を変えることができる。
また、例えば、本発明の照明装置で液晶表示素子などのホールド型の表示モードを有する表示素子を照明する場合、液晶表示装置が動きの速い画像を表示するときには、可変開口部の開口面積を小さくしたり、幅の狭い矩形状にして間欠照明の程度を変えることにより、いわゆるインパルス型の表示モードに近い特性を実現でき、高画質な動画像を表示することができる。逆に、動きの少ない画像を表示する時には、可変開口部の開口面積を広くすることにより、単位時間当たりの照明時間の割合を増やして、明るい画像を表示することができる。

均一導光手段には、その光入射端面側に反射手段が配置され、光射出端面側に反射可変絞り手段が配置されているため、均一導光手段から射出される光の照明効率を高めることができる。
つまり、反射可変絞り手段の可変開口部から射出されず反射された光の一部は、均一導光手段内を反射しながら光入射端面方向に伝搬し、反射手段により再び光射出端面に向けて反射される。反射手段により反射され均一導光手段内を伝搬した光のうち、可変開口部に入射した光は照明対象に向けて射出され、可変開口部以外の領域に入射した光は、再び反射手段方向に反射され、前述したサイクルを繰り返す。そのため、光源から均一導光手段内に入射した光は、高い確率で照明対象に向けて射出される。

本発明の照明装置は、より具体的には、均一導光手段の光射出端面の形状が、照明対象の形状と略相似形であることが望ましい。
この構成によれば、上記光射出端面と照明対象とが略相似なので、例えば均一導光手段と照明対象との間に所定の光学系を配置することにより、反射可変絞り手段で光射出端面からの光を遮らない設定とした場合には、照明光を走査することなく光射出端面からの射出光を照明対象の全面に入射させることができる。そのため、その様な設定においては、照明装置の照明効率低下を防止することができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、可変開口部の開口形状を所定の形状に制御し、光走査手段により光の走査を行わずに被照明対象を照明する構成を備えることが望ましい。
この構成によれば、例えば、照明対象の所定領域のみを照明するときには、上記開口形状を所定領域の形状と相似な形状に制御し、所定領域のみを照明することができる。この時、可変開口部から射出されなかった光の一部は、反射可変絞り手段に反射されて均一導光手段内を反射手段に向かって伝搬し、さらに反射手段により反射可変絞り手段に向けて反射され、可変開口部から射出される。そのため、光源から射出された光の利用効率を向上させることができ、照明対象の所定領域のみをより明るく照明することができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、反射可変絞り手段が、接近離間可能に配置された一対の遮光板を有し、一対の遮光板により照明対象上における光の幅が変化する方向が、光走査手段による照明対象上における光の走査方向と略同一方向であることが望ましい。
この構成によれば、照明対象上の所望の断面形状を有する照明光は、その光走査方向における幅が変化し、光走査方向と直交方向における幅は変化しない。そのため、例えば本発明の照明装置で液晶表示素子などのホールド型の表示モードを有する表示素子を照明する場合、液晶表示装置が動きの速い画像を表示するときには、一対の遮光板を接近させることで照明光の走査方向における幅を狭くして走査することにより、いわゆるインパルス型の表示モードに近い特性を実現でき、高画質な動画像を表示することができる。逆に、動きの少ない画像を表示する時には、一対の遮光板を離間させることで照明光の走査方向における幅を広くして走査することにより、単位時間当たりの照明時間の割合を増やして、明るい画像を表示することができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、光走査手段が、回転することにより光路の位置を変化させて、光を走査する回転プリズムを有することが望ましい。
この構成によれば、回転プリズムを回転させることにより、均一導光手段から射出された照明光を照明対象上で走査し、照明光が照射された領域を均一な照度で照明することができる。回転プリズムによる照明光の走査では、回転プリズムの一方向の回転に対応して照明光は照明対象上を一方向に走査する。また、照明対象上を走査する光の速さは、回転プリズムの回転速度により容易に制御できるため、例えばガルバノミラーのようにミラーを左右に振って反射光を走査する方法よりも均一な照度分布を容易に得ることができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、反射可変絞り手段が、接近離間可能に配置された二対の遮光板を有し、各対の遮光板の接近離間する方向が略直交し、二対の遮光板により照明対象上における光の幅が変化する方向が、光走査手段による照明対象上における光の走査方向と略同一方向であることが望ましい。
この構成によれば、照明対象上の所望の断面形状を有する照明光は、直交する２方向に光の幅が変化する。そのため、例えば本発明の照明装置で液晶表示素子などのホールド型の表示モードを有する表示素子を照明する場合、液晶表示装置が動きの速い画像を表示するときには、二ヶ所に配置された一対の遮光板をそれぞれ接近させることで照明領域をさらに狭くして略直交する方向に走査することにより、いわゆるインパルス型の表示モードにより近い特性を実現でき、より質の高い動画像を表示することができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、光走査手段が、回転することにより光路の位置を変化させて、光を走査する回転プリズムを２つ有し、回転プリズムの回転軸が略直交するように配置されていることが望ましい。
この構成によれば、２つの回転プリズムを回転させることにより、光源から射出された光を照明対象上で、少なくとも略直交する２つの方向に走査することができる。また、回転プリズムの回転をそれぞれ制御することで、上記２つの方向について光の走査を別々に制御でき、例えばラスタースキャンのように２次元的に光を走査させることができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、光走査手段が、光の経路に対して挿入離脱可能に配置されていることが望ましい。
この構成によれば、光源から射出された光を照明対象上で走査させるときには、光走査手段を光の経路に挿入し、光を走査させないときには光走査手段を光の経路から離脱させることができる。その結果、例えば、本発明の照明装置で液晶表示素子などのホールド型の表示モードを有する表示素子を照明する場合、光走査手段を挿入離脱させることにより、光を走査させる動画質改善モードと、走査させない明るさ重視モードとの切替を行うことができ、照明装置としての適用範囲を拡大できる。

本発明の照明装置は、より具体的には、均一導光手段の光射出端面側に、反射型偏光手段が備えられていることが望ましい。
この構成によれば、光源から射出されたランダムな偏光のうち、直交する直線偏光の一方の直線偏光を反射型偏光手段から射出させることができ、他方の直線偏光を反射型偏光手段により反射させることができる。そのため、被照明対象を一方の直線偏光により照明することができる。
例えば照明対象が、一方の直線偏光を変調する（透過率または反射率を制御する）液晶表示素子であるときには、液晶表示素子が変調可能な一方の直線偏光のみで照明することができ、効率良く照明することができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、反射手段と反射可変絞り手段との間に、λ／４波長板が備えられていることが望ましい。
この構成によれば、例えば、上記反射型偏光手段により反射された他方の直線偏光が、反射手段と反射可変絞り手段との間を繰り返し反射する間に、λ／４波長板と反射手段及び反射可変絞り手段によりその偏光方向が回転され、一方の直線偏光に変換される。変換された一方の直線偏光は、反射型偏光手段を透過することができ、照明対象を照明することができる。
つまり、反射型偏光手段に反射され照明対象を照明しなかった他方の直線偏光を、一方の直線偏光に変換して照明対象を照明することができる。その結果、照明対象を一方の直線偏光でより明るく照明することができる。

本発明の照明装置は、より具体的には、光走査手段が、均一導光手段の光射出端面の近傍領域に配置されていることが望ましい。
本発明の照明装置は、より具体的には、光走査手段が、反射可変絞り手段の可変開口部と光学的に共役な領域に配置されていることが望ましい。
本発明の照明装置は、より具体的には、光走査手段が、反射可変絞り手段の可変開口部と光学的に共役な領域の近傍領域に配置されていることが望ましい。
これらの構成によれば、照明対象に照明される光束の重畳領域またはその近傍に光走査手段を配置することにより、照明対象上の光束の走査を精度よく制御することができる。
また、可変開口部と光学的に共役な位置に光走査手段を配置しているため、光走査手段による光学収差の発生を低減することができ、照明対象上に可変開口部と相似形状の断面形状を有する照明光束を結像させることができる（照明光束の形状が歪まない）。
そのため、照明対象の全面に対する間欠照明の程度を均一にする（単位時間当たりの光強度分布（照度）を均一にする）ことができる。

本発明の照明装置においては、前記光走査手段が２つの回転プリズムからなり、前記２つの回転プリズムが、前記反射可変絞り手段の可変開口部と光学的に共役な位置を挟んで前後２箇所に配置されている構成としても良い。
この構成によれば、共役位置を挟んで２つの回転プリズムを近接配置できるため、光学収差の発生を抑制しやすく、正確かつ効率的な照明光の走査を実現できる。また、２つの回転プリズムを近接配置した結果、後段の回転プリズムの長さ方向の寸法（前段の回転プリズムによる照明光の走査方向に対応する方向における長さ）を短くできるというメリットも得られる。

さらに、前記共役位置に、光伝達時の光学収差を補正する、或いは照明光の形状を整形する光学素子を配置しても良い。この構成によれば、光学素子により光伝達時の光学収差を補正し、伝達効率の向上や照明対象上での照明バンドの形状整形を実現することができる。また、新たな光学素子の導入によって、回転プリズムの前後に配置されるレンズの一部を省略することもできる。

本発明の表示装置は、光を射出する光源と、光源からの光を変調する光変調手段とを備えた表示装置であって、光源が上記本発明の照明装置であることを特徴とする。

すなわち、本発明の表示装置は、上記本発明の照明装置を備えることにより、輪郭部などに「ぼけ」のない高品質な動画像を表示することができるとともに、明るい画像を表示することができる。

本発明の投射型表示装置は、光を射出する光源と、光源からの光を変調する光変調手段と、光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、光源が上記本発明の照明装置であることを特徴とする。

すなわち、本発明の投射型表示装置は、上記本発明の照明装置を備えることにより、輪郭部などに「ぼけ」のない高品質な動画像を投射することができるとともに、投射手段により拡大投射されても明るい画像を表示することができる。

上記の構成を実現するために、より具体的には、当該表示装置または当該投射型表示装置に入力される画像信号に応じて、光源と反射可変絞り手段とを制御することが望ましい。
この構成によれば、当該表示装置または当該投射型表示装置に入力される画像信号の内容（画像の動きの速さ）に応じて反射可変絞り手段の可変開口部の開口面積やその形状を制御し、照明対象上における照明光の照明面積やその形状を制御できるので、入力される画像信号に対して最適な動画質改善効果を提供することができる。また、上記入力される画像信号に応じて光源から射出される光の強度を制御できるので、光変調手段上の単位時間当たりの明るさが、上記開口面積やその形状の制御により変化しても、それを補正して光変調手段上の単位時間当たりの明るさを一定に保つことができる。
つまり、例えば上記入力される画像信号が例えば動きの速い画像であれば、反射型可変絞り手段の可変開口部の開口面積を狭くし、いわゆるインパルス型の表示モードに近い高画質な動画像を表示することができる。また、同時に光源から射出される光の強度を上げることで、上記開口面積を狭くして低下した光変調手段における単位時間当たりの明るさの低下を補い、光変調手段上の単位時間当たりの明るさを一定に保つことができる。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明に係る第１の実施の形態について図１から図９を参照して説明する。
図１は、本実施の形態における投射型表示装置（プロジェクタ）の概略図である。
投射型表示装置１００は、図１に示すように、照明光（光）を射出する光源１０と、光源１０から射出された光の強度分布を均一化するロッドレンズ（均一導光手段）２０と、光を走査する回転プリズム（光走査手段）５０と、光を変調する液晶ライトバルブ（光変調手段）８０と、変調された光を投射する投射レンズ（投射手段）９０と、から概略構成されている。

光源１０は、光を射出するメタルハライドランプ等のランプ１１と、ランプ１１から射出された光を図１におけるＺ軸方向に反射し、後述する開口部２５ａに集光させるリフレクタ１２ａとを備えている。
ロッドレンズ２０は、例えばガラスや透明樹脂など透光性を有するとともに周囲の空気よりも屈折率の高い材料から形成されるとともに、四角柱状に形成されている。また、ロッドレンズ２０は、その長手中心軸が光軸Ｌと一致するように配置され、光源１０と対向する光入射端面２１ａとその反対側の光射出端面２１ｂとが形成されている。光射出端面２１ｂの輪郭形状は、後述する液晶ライトバルブ８０の表示領域と略相似な形状、例えば図中のＹ軸方向長さ対Ｘ軸方向長さの比が、３対４となるように形成されている。
なお、ロッドレンズ２０は、上述のように、透光性を有する材料の無垢材からなるものでもよいし、４枚の反射ミラーにより中空の四角柱を形成するとともに反射ミラーの反射面を内側に向けたものとして形成してもよい。

ロッドレンズ２０の光入射端面２１ａには、図１に示すように、光入射端面２１ａと同一形状の輪郭形状を有する入射側反射ミラー（反射手段）２５が、その反射面がロッドレンズ２０と対向するように配置されている。入射側反射ミラー２５の中央には円形の開口部２５ａが設けられ、開口部２５ａから光入射端面２１ａに光が入射できるように構成されている。なお、開口部２５ａの形状は上述のように円形であってもよいし、その他にも楕円形や方形など、さまざまな形状に形成されていてもよい。開口部２５ａにはリフレクタ１２ａによって集光された光が入射するため、入射光の断面形状に略近似させて、入射光を遮ることなく、且つ、最少の開口面積となるような形状に設定することが望ましい。
また、光入射端面２１ａと入射側反射ミラー２５との間には、光入射端面２１ａと同一形状の輪郭形状を有するλ／４波長板４５が配置されている。λ／４波長板４５は、例えば水晶板や高分子材料を一軸延伸した位相差フィルムなどから形成されている。

図２は、投射型表示装置のロッドレンズおよび可変開口反射スリットの模式図である。
ロッドレンズ２０の光射出端面２１ｂには、図１および図２に示すように、可変開口反射スリット（反射可変絞り手段）３０が配置されている。可変開口反射スリット３０は、一対の遮光板３０ａと、遮光板３０ａをスライド移動させるスライド装置（図示せず）とから概略構成されている。遮光板３０ａは長方形形状に形成され、そのＸ軸方向の長さは光射出端面２１ｂのＸ軸方向の長さと少なくとも同じ長さに形成されるとともに、そのＹ軸方向の長さは光射出端面２１ｂのＹ軸方向の長さの少なくとも半分の長さに形成されている。また、遮光板３０ａの光射出端面２１ｂに対向する面には、照明光を反射する反射面が形成されている。

さらに、遮光板３０ａは、その長手軸線が図中のＸ軸方向と平行となるように配置されるとともに、Ｙ軸方向に離間するように、かつ光軸Ｌに対して対称に配置されている。さらに、一対の遮光板３０ａは、光射出端面２１ｂに沿ってＹ軸方向に沿って対称的にスライド移動可能に配置されるとともに、一対の遮光板３０ａが同時に接近離間するように配置され、長方形形状の可変開口部３１を形成している。すなわち、一対の遮光板３０ａの移動に伴って、可変開口部３１のＹ軸方向における開口幅を変化可能な構成となっている。そして、一対の遮光板３０ａは、少なくとも、可変開口部３１の面積が光射出端面２１ｂの面積と等しくなるまでスライド移動可能とされている。また、可変開口反射スリット３０は、その長方形形状の可変開口部３１を制御することにより、液晶ライトバルブ８０の上に結像される照明バンド８５の図中のＹ軸方向長さ（縦方向長さ）を制御することができる。
なお、スライド装置は、公知のスライド機構により遮光板３０ａをスライド移動させるものであり、例えばピニオンギアとラックギアとの組合せなどを用いることができ、特にその機構、構造を限定するものではない。
なお、一対の遮光板３０ａは、上述のように、光軸Ｌに対して対称にスライド移動（２枚の遮光板３０ａが同時にスライド移動）されてもよいし、１枚ずつ遮光板３０ａをスライド移動させてもよく、特に限定するものでない。

可変開口反射スリット３０と光射出端面２１ｂとの間には、光射出端面２１ｂと同一形状の輪郭形状を有する反射型偏光子（反射型偏光手段）４０が配置されている。反射型偏光子４０としては、例えばワイヤグリッドアレイを挙げることができる。
なお、可変開口反射スリット３０および反射型偏光子４０の配置関係は、上述のように光射出端面２１ｂ側から反射型偏光子４０、可変開口反射スリット３０の順に配置されていてもよいし、光射出端面２１ｂ側から可変開口反射スリット３０、反射型偏光子４０の順に配置されていてもよい。

回転プリズム５０は、図１に示すように、例えばガラスや透明樹脂など周囲の空気よりも大きな屈折率を有する透光性材料からなり、回転軸５１と直交する断面（図１ではＹＺ平面）の形状は少なくとも正四角柱形状に形成されている。また、回転プリズム５０は、その回転軸５１が図中のＸ軸と平行になるように配置されるとともに、光軸Ｌと交わるように配置されている。そのため、回転プリズム５０は、液晶ライトバルブ８０の上に結像される照明バンド８５をその縦方向（図中のＹ軸方向）に走査することができる。
また、回転プリズム５０には回転装置（図示せず）が備えられ、回転装置は、回転プリズム５０の回転軸５１を中心として図中の矢印方向に回転制御している。なお、回転装置としては公知の技術を用いることができ、例えば回転制御可能な電磁モータを直接回転プリズム５０に接続するなど、さまざまな機構、構造を用いることができる。

液晶ライトバルブ８０には、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
可変開口反射スリット３０と回転プリズム５０との間には集光レンズ６０が配置され、回転プリズム５０と液晶ライトバルブ８０との間には回転プリズム５０側から順にリレーレンズ６５、７０、平行化レンズ７５が配置されている。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置１００における作用について説明する。
まず、光源から射出された照明光がスクリーンに投射されるまでの作用について説明する。
光源１０のランプ１１に電力が供給されるとランプ１１からランダム偏光である照明光が射出され、ランプ１１から射出された照明光はリフレクタ１２ａにより入射側反射ミラー２５の開口部２５ａに集光され、光入射端面２１ａからλ／４波長板４５を透過してロッドレンズ２０内に入射する。
ロッドレンズ２０内に入射する照明光はランダム偏光であるため、λ／４波長板４５を透過してもランダム偏光のまま射出される。ロッドレンズ２０内に入射し伝搬する照明光は、ロッドレンズ２０内で全反射を繰り返すことによりその強度分布を均一化され、反射型偏光子４０が配置された光射出端面２１ｂに到達する。

反射型偏光子４０に入射した照明光のうちのｐ偏光（一方の偏光）はそのまま反射型偏光子４０を透過して可変開口反射スリット３０に向けて射出され、ｓ偏光（他方の偏光）は反射型偏光子４０により反射される。
反射されたｓ偏光は、ロッドレンズ２０内を反射しながら伝搬し、λ／４波長板４５に入射する。λ／４波長板４５に入射したｓ偏光は、例えば右回りの円偏光に変換されて入射側反射ミラー２５に向けて射出され、入射側反射ミラー２５で反射される。右回りの円偏光は、反射される際に左回りの円偏光に変換され、再びλ／４波長板４５に入射する。
左回りの円偏光は、λ／４波長板４５を透過する際にｐ偏光に変換され、反射型偏光子４０を透過して可変開口反射スリット３０に向けて射出される。このような過程により、反射型偏光子４０で反射されたｓ偏光の一部は、偏光変換されて反射型偏光子４０を通過可能なｐ偏光となる。

図１および図２に示すように、可変開口反射スリット３０に入射する照明光（ｐ偏光）のうち、遮光板３０ａが配置されていない領域である可変開口部３１に入射した照明光はそのまま図中のＺ軸方向に射出され、遮光板３０ａが配置されている領域に入射した照明光は入射側反射ミラー２５に向けて反射される。
反射された照明光は、ロッドレンズ２０内で全反射を繰り返しながら伝搬し、入射側反射ミラー２５に入射して再び可変開口反射スリット３０に向けて反射される。入射側反射ミラー２５で反射された照明光は、再び可変開口反射スリット３０に入射し、一部の光は可変開口部３１から照明光として射出され、残りの光は遮光板３０ａで反射される。このような過程により、遮光板３０ａで反射された光の一部は可変開口反射スリット３０から射出され、利用可能な照明光となる。

可変開口反射スリット３０から射出された照明光は、集光レンズ６０を透過して、回転プリズム５０に入射する。
回転プリズム５０の回転位相が、図４に示すように、照明光が入射する面と光軸Ｌとが垂直となる位相の場合、図中左側から回転プリズム５０に入射した照明光は屈折されずに直進して図中右側へ射出される。なお、ここでは説明を簡単にするため照明光を光軸Ｌに平行な光線として表記しているが、光軸Ｌに対して非平行な光であっても光軸Ｌとの交角が小さければ、平行な光線とほぼ同様に振る舞う。また、以下の説明では、同じように照明光を光線として表記し説明する。

図５は、回転プリズム５０が図４に示す回転位相から図中の矢印の方向に０°から４５°の範囲で回転する際の途中の一状態を示している。この場合は、図中左側から回転プリズム５０に入射する照明光は回転プリズムの透光性材料と空気との界面で屈折し、図中下側に略平行に光路をシフトして図中右側へ射出される。
図６は、回転プリズム５０が図４に示す回転位相から図中の矢印の方向に４５°から９０°の範囲で回転する際の途中の一状態を示している。この場合は、図５とは逆方向に略平行に光路をシフトし、照明光は図中右側へ射出される。
図７は、回転プリズム５０が図４に示す回転位相から図中の矢印の方向に９０°回転した状態を示している。この場合は、図４の場合と同様に、図中左側から回転プリズム５０に入射する照明光は屈折されずに直進し、図中右側へ射出される。
以上のように、照明光は回転プリズム５０の回転に伴って、その光軸を光軸Ｌに対して略平行に光路をシフトさせながら射出される。なお、図５及び図６における照明光の光軸Ｌからのシフト量（Ｙ軸方向への変位量）は、プリズムを形成する透光性材料の屈折率と寸法、及びプリズムの回転角などに依存する。

回転プリズム５０から射出された照明光はリレーレンズ６５、７０、平行化レンズ７５を透過して、照明対象である液晶ライトバルブ８０の上に、図３に示すような、帯状の照明バンド８５として結像される。ここで、可変開口部３１と液晶ライトバルブ８０の光入射端面（表示領域）とは光学的に共役な位置関係に設定されているため、形成される照明バンド８５は可変開口部３１と相似な形状となる。照明バンド８５は、回転プリズム５０の回転により、図中の上から下に向かって走査（移動）される。また、照明バンド８５が液晶ライトバルブ８０の下端に到達すると、再び液晶ライトバルブ８０の上端から下に向かって走査される。
液晶ライトバルブ８０に照射された照明光は、投射型表示装置１００に入力される画像信号に基づいて変調され、投射レンズ９０によりスクリーン（図示せず）に投射される。

次に、投射型表示装置１００に入力される画像信号に基づいて行われる光源１０および可変開口反射スリットの制御について、図８を参照しながら説明する。
投射型表示装置１００に入力される画像信号は、図８に示すように、まず、受信部Ｓ１に入力される。その後、画像信号はプリ画像用メモリＳ２と動き検出部Ｓ３とに送られる。プリ画像用メモリＳ２に送られた画像信号は、１フレームの間記憶され、その後動き検出部Ｓ３に送られる。つまり、プリ画像用メモリＳ２は、画像信号のバッファとして用いられている。
動き検出部Ｓ３において、受信部Ｓ１から送られた画像信号と、プリ画像用メモリＳ２から送られた１フレーム前の画像信号と、の間の差分情報を抽出して画像信号の動き情報を検出する。

検出された動き情報は制御情報演算部Ｓ４に送られ、制御情報演算部Ｓ４は動き情報に基づいて、スリット制御部Ｓ５および光源制御部Ｓ６の制御信号を生成する。スリット制御部Ｓ５は、制御情報演算部Ｓ４から送られてきた制御信号に基づいて可変開口反射スリット３０を制御して、遮光板３０ａを駆動制御する。光源制御部Ｓ６は、同じく制御情報演算部Ｓ４から送られてきた制御信号に基づいてランプ１１に供給される電力を制御してランプ１１から射出される照明光の強度を制御する。

例えば、動きの速い画像信号が入力されると、制御情報演算部Ｓ４は、スリット制御部Ｓ５に対して遮光板３０ａを互いに接近させ可変開口部３１の面積を狭くする制御信号を生成する。さらに、可変開口部３１の面積を狭くしたことによる液晶ライトバルブ８０に対する単位時間当たりの照明光量の低下を補正するために、光源制御部Ｓ６に対してランプ１１から射出される照明光の強度を上げる制御信号を生成する。
逆に、動きの遅い画像信号が入力されると、制御情報演算部Ｓ４は、スリット制御部Ｓ５に対して遮光板３０ａを互いに離間させ可変開口部３１の面積を広くする制御信号を生成する。さらに、可変開口部３１面積を広くしたことによる液晶ライトバルブ８０に対する単位時間当たりの照明光量の増加を補正するために、光源制御部Ｓ６に対してランプ１１から射出される照明光の強度を下げる制御信号を生成する。
なお、画像信号の内容（動き成分量の多少）に応じてリアルタイムで可変開口部３１の面積を制御する場合には、可変開口部３１の面積変化に対応させて光源１０からの照明光の強度も変化させることが望ましい。例えば、可変開口部３１の面積が狭い場合には照明光の強度を増大させ、逆に面積が広い場合には照明光の強度を弱めれば、可変開口部３１の面積変化に影響されることなく照明対象を一定の強度で照明できるため、投射画像にフリッカーなどが生じず画質を低下させることがない。また、照明光の強度を変化させるのではなく、可変開口部３１の面積変化に対応させて液晶ライトバルブ８０に書き込む画像データの輝度値を変化させる構成としても、同様の効果を実現できる。例えば、可変開口部３１の面積が狭い場合には液晶ライトバルブ８０に書き込む画像データの輝度値を明るい側にシフトさせ、逆に面積が広い場合には書き込む画像データの輝度値を暗い側にシフトさせればよい。さらには、上記の２つの構成を併用しても良い。なお、可変開口部３１の面積変化とは無関係に光源１０からの照明光の強度を変化させる（あるいは変化させない）制御モードを備えていても良い。例えば、視聴者の好みによって画質（輪郭部の鮮明さや明るさ）を制御する場合などには好適な制御モードである。

また、動きのない画像信号の場合には、制御情報演算部Ｓ４は、スリット制御部Ｓ５に対して遮光板３０ａをさらに離間させ可変開口部３１の面積を少なくとも光射出端面２１ｂと同じ面積とする制御信号を生成する。
なお、この場合において、回転プリズム５０は、上述のように回転させ続けてもよいし、図４に示すような回転位相で静止させ、照明バンド８５の走査を止めてもよいし、さらには、回転プリズム５０を照明光の経路から離脱させ、照明バンド８５の走査を止めてもよい。

また、光射出端面２１ｂの輪郭形状が３対４（縦対横の比率）であるロッドレンズ２０を備えた投射型表示装置１００に対して、入力された画像信号が、例えば映画のような横長画像の信号（縦対横の比率が９対１６）の場合、制御情報演算部Ｓ４は、スリット制御部Ｓ５に対して可変開口部３１の形状を有効画像表示領域（画面上下に現れる黒い帯状の画像が表示されない領域を除いた、意味のある画像が表示される領域。）と相似な形状（映画の場合は９対１６）とする制御信号を生成する。
この場合、液晶ライトバルブ８０の画像の表示領域以外には照明光が照射されないため、光源１０から射出された照明光の利用効率を向上させることができる。
なお、上述のように、可変開口部３１形状を９対１６として、上記有効画像表示領域全面を照明してもよいし、照明バンド８５の走査領域を上記有効画像表示領域のみに変更してもよい。走査領域を変更する方法としては、走査領域の異なる回転プリズムを使い分ける方法を挙げることができる。
例えば、走査領域の異なる回転プリズムを光軸Ｌに対して直列に配置し、照明光の走査を行う回転プリズムは回転させ、走査を行わない回転プリズムは照明光を屈折させない回転位相（図４参照）で静止させることで、照明光を走査する回転プリズムを選択することができる。または、走査領域の異なる回転プリズムを、回転軸を共有するように形成し、回転プリズムを回転軸方向にスライド移動させることにより、照明光を走査する回転プリズムを選択することができる。
この場合、液晶ライトバルブ８０を間欠照明することになり、動画の表示品質を向上させることもできる

上記の構成によれば、照明光を射出する可変開口部３１の面積を変えることができる可変開口反射スリット３０と回転プリズム５０とが備えられているため、液晶ライトバルブ８０を照明する照明バンド８５の広さを変える（Ｙ軸方向の幅を変化させる）ことができるとともに、照明バンド８５を走査させることで液晶ライトバルブ８０の全面を照明することができる。その結果、液晶ライトバルブ８０への間欠照明の程度（単位時間当たりの照明時間の割合）を変えることができる。
そこで、投射型表示装置１００が動きの速い画像を表示するときには、可変開口部３１の開口面積（Ｙ軸方向の開口幅）を小さくすることで、いわゆるインパルス型の表示に近い特性を実現でき、動きの速い画像であっても輪郭部などにぼけや滲みを生じない高画質な動画像を表示することができる。逆に、動きの少ない画像を表示する時には、可変開口部３１の開口面積を広く（Ｙ軸方向の開口幅を大きく）することにより、単位時間当たりの照明時間の割合を増やして、明るい画像を表示することができる。

ロッドレンズ２０には、その光入射端面２１ａ側に入射側反射ミラー２５が配置され、光射出端面２１ｂ側に可変開口反射スリット３０が配置されているため、光源１０から射出される照明光の利用効率を高め、可変開口反射スリット３０から射出される照明光の照明効率を高めることができる。
つまり、可変開口反射スリット３０の可変開口部３１から射出されず反射された照明光は、入射側反射ミラー２５により再び光射出端面２１ｂに向けて反射され、可変開口部３１から液晶ライトバルブ８０に照射されることができる。

ロッドレンズ２０には、その光入射端面２１ａ側にλ／４波長板４５が配置され、光射出端面２１ｂ側に反射型偏光子４０が配置されているため、光源１０から射出されたランダムな偏光のうち、ｐ偏光を反射型偏光子４０から射出させることができ、ｓ偏光を反射型偏光子４０により反射させることができる。ｓ偏光は入射側反射ミラー２５とλ／４波長板４５によりｐ偏光に変換されるため、画像表示に際して偏光を利用する液晶ライトバルブ８０を効率良く一種類の偏光で照明することができ、明るい表示画像を実現できる。

回転プリズム５０を回転させることにより、ロッドレンズ２０から射出された照明光を走査することができる。そのため、液晶ライトバルブ８０上を走査する照明光の速さは、回転プリズム５０の回転速度により制御することができ、例えばガルバノミラーのようにミラーを左右に振って反射光を走査する方法よりも容易に制御することができる。

投射型表示装置１００に入力される画像信号の内容（画像の動きの速さ）に応じて可変開口反射スリット３０の可変開口部３１の開口面積を制御できるので、入力される画像信号に対して最適な動画質改善効果を提供することができる。また、上記入力される画像信号に応じて光源１０から射出される光の強度を制御できるので、液晶ライトバルブ８０上の単位時間当たりの明るさが、上記開口面積の制御により変化しても、それを補正して液晶ライトバルブ８０上の単位時間当たりの明るさを一定に保つことができる。

なお、上述のように、ロッドレンズ２０にλ／４波長板４５および反射型偏光子４０などを配置して、液晶ライトバルブ８０にｐ偏光のみを照明するようにしてもよいし、図９に示すように、ロッドレンズ２０に入射側反射ミラー２５および可変開口反射スリット３０のみを配置して、ランダムな偏光のまま液晶ライトバルブ８０を照明するように投射型表示装置１１０を構成してもよい。この場合、液晶ライトバルブ８０としては画像表示に際して偏光を利用しない、例えば高分子散乱型液晶（ＰＤＬＣ）など用いた表示素子が好適である。勿論、本実施の形態のように偏光を利用した表示素子であっても良い。

なお、上述のように、スリット制御部Ｓ５および光源制御部Ｓ６の制御信号を、制御情報演算部Ｓ４が入力される画像信号に基づいて生成してもよいし、制御情報演算部Ｓ４に視聴者の画質の好みを入力する入力部を設けて、入力部に入力される情報に基づいてスリット制御部Ｓ５および光源制御部Ｓ６の制御信号を生成してもよい。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図１０を参照して説明する。
本実施の形態における投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、回転プリズム周辺部が異なっている。よって、本実施の形態においては、図１０を用いて回転プリズム周辺のみを説明し、光源等の説明を省略する。
図１０は、本実施の形態における投射型表示装置の概略図である。
投射型表示装置１２０は、図１０に示すように、光を射出する光源１０と、光源１０から射出された光の強度分布を均一化するロッドレンズ２０と、光を走査する回転プリズム５０と、光を変調する液晶ライトバルブ８０と、変調された光を投射する投射レンズ９０と、から概略構成されている。

ロッドレンズ２０の光入射端面２１ａおよび光射出端面２１ｂには、それぞれ入射側反射ミラー２５と可変開口反射スリット３０が配置されている。なお、光入射端面２１ａと入射側反射ミラー２５との間にλ／４波長板が配置され、可変開口反射スリット３０と光射出端面２１ｂとの間に反射型偏光子４０が配置されていてもよい。

可変開口反射スリット３０と回転プリズム５０との間には、入射側レンズ６０、リレーレンズ６６、射出側レンズ６７が配置されている。これらのレンズ群６０、６６、６７は、可変開口反射スリット３０から射出された照明光を回転プリズム５０に導き、可変開口部３１の光強度分布（光学像）を回転プリズム５０の略中心部に効率よく且つ正確に結像させるように構成されている。つまり、回転プリズム５０は、その略中心部が可変開口反射スリット３０の可変開口部３１と光学的に共役な位置関係となるように配置されている。

回転プリズム５０と液晶ライトバルブ８０との間には、別の入射側レンズ６８、リレーレンズ７０、射出側レンズ７５が配置されている。これらのレンズ群６８、７０、７５は上記のレンズ群６０、６６、６７と同様の機能を有し、すなわち、回転プリズム５０から射出された照明光を液晶ライトバルブ８０に導き、回転プリズム５０の略中心部の光強度分布（光学像）を液晶ライトバルブ８０の光入射端面（表示領域）上に効率よく且つ正確に結像させるように構成されている。つまり、回転プリズム５０は、液晶ライトバルブ８０の光入射端面（表示領域）と光学的に共役な位置に配置されている。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置１２０における作用について説明する。
照明光が光源１０から射出され、ロッドレンズ２０により強度分布を均一化され、可変開口反射スリット３０から射出されるまでは、第１の実施の形態と同じであるためその説明を省略する。
可変開口反射スリット３０の可変開口部３１から射出された照明光は、入射側レンズ６０、リレーレンズ６６、射出側レンズ６７により、回転プリズム５０に伝達され、可変開口部３１と略相似な形状の照明バンドとして結像される。

回転プリズム５０は、第１の実施の形態と同様に、図中の矢印方向に回転しており、照明光は、回転プリズム５０の回転角と屈折率などとの関係から光軸がシフトされながら回転プリズム５０を透過する（図４から図７を参照）。
回転プリズム５０から射出された照明光は、入射側レンズ６８、リレーレンズ７０、射出側レンズ７５により、液晶ライトバルブ８０に照射され、照明バンド８５として結像される。照明バンド８５は、回転プリズム５０により走査されているので、液晶ライトバルブ８０の光入射端面上を図中の上から下に向かって走査される。
照明光が液晶ライトバルブ８０に入射した後は、第１の実施の形態と作用効果が同一であるので説明を省略する。

上記の構成によれば、ロッドレンズ２０からの照明光が重畳される重畳領域を回転プリズム５０の略中心部（回転中心）とし、そこで一旦重畳された照明光を液晶ライトバルブ８０に伝達しているため、液晶ライトバルブ８０上の照明バンド８５の走査を精度よく制御することができる。
また、可変開口部３１と光学的に共役な位置に回転プリズム５０を配置しているため、回転プリズム５０による光学収差の発生を低減することができるため、液晶ライトバルブ８０上に可変開口部３１の形状と相似形状の照明バンド８５を正確且つ効率よく結像させることができる（照明バンド８５の形状が歪まない）。
以上のことから、液晶ライトバルブ８０の全面に対する間欠照明の程度を均一にする（単位時間当たりの光強度分布を均一にする）ことができるため、投射される画像全面について明るさ分布を均一化することができるとともに、画像全体について動画質の表示品質を均一に向上させることができる。

〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１１および図１２を参照して説明する。
本実施の形態における投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、回転プリズム周辺部が異なっている。よって、本実施の形態においては、図１１および図１２を用いて回転プリズム周辺のみを説明し、光源等の説明を省略する。
図１１は、本実施の形態における投射型表示装置の概略図である。
投射型表示装置１３０は、図１１に示すように、光を射出する光源１０と、光源１０から射出された光の強度分布を均一化するロッドレンズ２０と、光を走査する回転プリズム５０Ｘ、５０Ｙと、光を変調する液晶ライトバルブ８０と、変調された光を投射する投射レンズ９０と、から概略構成されている。

ロッドレンズ２０の光射出端面２１ｂには、可変開口反射スリット３０Ｘ、３０Ｙが配置され、可変開口反射スリット３０Ｘ、３０Ｙと光射出端面２１ｂとの間には、反射型偏光子４０が配置されている。
可変開口反射スリット３０Ｘ、３０Ｙは、一対の遮光板３０ａと他の一対の遮光板３０ｂ、及びそれらの遮光板３０ａ、３０ｂをスライド移動させるスライド装置（図示せず）とから概略構成されている。
可変開口反射スリット３０Ｘにおいては、一対の遮光板３０ａが、その長手軸線が図中のＹ軸方向と平行となるように配置されるとともに、Ｘ軸方向に沿って対称的に離間するようにかつ光軸Ｌに対して対称に配置されている。さらに、一対の遮光板３０ａは、光射出端面２１ｂに沿ってＸ軸方向へスライド移動可能に配置されている。すなわち、一対の遮光板３０ａの移動に伴って、可変開口部３１ｘｙのＸ軸方向における開口幅を変化可能な構成となっている。そして、一対の遮光板３０ａは、少なくとも、可変開口部３１ｘｙのＸ軸方向における開口幅が光射出端面２１ｂのＸ軸方向における開口幅と等しくなるまでスライド移動可能とされている。また、可変開口反射スリット３０Ｘは、その長方形形状の可変開口部３１ｘｙのＸ軸方向における開口幅を制御することにより、液晶ライトバルブ８０の上に結像される照明バンド８５の図１２中のＺ軸方向長さを制御することができる。

可変開口反射スリット３０Ｙにおいては、一対の遮光板３０ｂが、その長手軸線が図中のＸ軸方向と平行となるように配置されるとともに、Ｙ軸方向に沿って対称的に離間するようにかつ光軸Ｌに対して対称に配置されている。さらに、一対の遮光板３０ｂは、光射出端面２１ｂに沿ってＹ軸方向へスライド移動可能に配置されている。すなわち、一対の遮光板３０ｂの移動に伴って、可変開口部３１ｘｙのＹ軸方向における開口幅を変化可能な構成となっている。そして、一対の遮光板３０ｂは、少なくとも、可変開口部３１ｘｙのＹ軸方向における開口幅が光射出端面２１ｂのＹ軸方向における開口幅と等しくなるまでスライド移動可能とされている。また、可変開口反射スリット３０Ｙは、その長方形形状の可変開口部３１ｘｙのＹ軸方向における開口幅を制御することにより、液晶ライトバルブ８０の上に結像される照明バンド８５の図１２中のＹ軸方向長さを制御することができる。

回転プリズム５０Ｘ、５０Ｙは、例えばガラスや透明樹脂など周囲の空気よりも大きな屈折率を有する透光性材料からなり、回転軸５１と直交する断面（回転プリズム５０Ｘの場合はＸＺ平面、回転プリズム５０Ｙの場合はＸＹ平面）の形状は少なくとも正四角柱形状に形成されている。回転プリズム５０Ｘ、５０Ｙはロッドレンズ２０側から回転プリズム５０Ｘ、回転プリズム５０Ｙの順に配置され、回転プリズム５０Ｘと、回転プリズム５０Ｙとの間には、反射ミラー５２が配置されている。
回転プリズム５０Ｘは、その回転軸５１Ｘが、図中Ｙ軸と平行になるように配置され、回転プリズム５０Ｙは、その回転軸５１Ｙが、図中Ｚ軸と平行になるように配置されている。そのため、回転プリズム５０Ｘは、液晶ライトバルブ８０の上に結像される照明バンド８５をＺ軸方向（回転プリズム５０Ｘの位置ではＸ軸方向）に走査することができ、回転プリズム５０Ｙは、液晶ライトバルブ８０の上に結像される照明バンド８５をＹ軸方向（回転プリズム５０Ｙの位置ではＹ軸方向）に走査することができる。
なお、反射ミラー５２は照明光路を途中で折り曲げて照明装置を小型化する目的で用いられているに過ぎないため、省略しても良い。

可変開口反射スリット３０Ｙと回転プリズム５０Ｘとの間には集光レンズ６０が配置され、回転プリズム５０Ｙと液晶ライトバルブ８０との間にはリレーレンズ６５、７０、平行化レンズ７５が配置されている。

次に、上記の構成からなる投射型表示装置１３０における作用について説明する。
ランダムな偏光である照明光が光源１０から射出され、反射型偏光子４０によりｐ偏光、ｓ偏光に分離され、ｐ偏光のみが射出されるまでは、第１の実施の形態と同じであるためその説明を省略する。
反射型偏光子４０から射出され、可変開口反射スリット３０Ｘおよび３０Ｙに入射する照明光のうち、遮光板３０ａ及び遮光板３０ｂが配置されていない領域である可変開口部３１ｘｙに入射した照明光はそのまま図中のＺ軸方向にｐ偏光として射出され、遮光板３０ａ及び遮光板３０ｂが配置されている領域に入射した照明光は入射側反射ミラー２５に向けて反射される。
反射された照明光は、入射側反射ミラー２５に入射して再び可変開口反射スリット３０に向けて反射される。入射側反射ミラー２５で反射された照明光は、再び可変開口反射スリット３０に入射し、一部の光は可変開口部３１ｘｙから照明光（ｐ偏光）として射出され、残りの光は遮光板３０ａで反射される。

可変開口反射スリット３０Ｘおよび３０Ｙから射出された照明光は、まず回転プリズム５０Ｘに入射する。回転プリズム５０Ｘは、図中のＹ軸と平行な回転軸５１Ｘを中心に回転しており、照明光は、回転プリズム５０Ｘの回転角と屈折率などとの関係から、光軸がＸ軸方向へ略平行にシフトされながら回転プリズム５０Ｘを透過する（図４から図７を参照）。その後、照明光は反射ミラー５２で反射され、回転プリズム５０Ｙに入射する。回転プリズム５０Ｙは、図中のＺ軸と平行な回転軸５１Ｙを中心に回転しており、照明光は、回転プリズム５０Ｙの回転角と屈折率などとの関係から、光軸がＹ軸方向へシフトされながら回転プリズム５０Ｙを透過する（図４から図７を参照）。

回転プリズム５０Ｙから射出された照明光は、リレーレンズ６５、７０、平行化レンズ７５により、照明対象である液晶ライトバルブ８０の光入射端面（表示領域）に照射される。液晶ライトバルブ８０の表示領域面上には、図１１および図１２に示すように、可変開口部３１ｘｙの像である照明バンド８５が結像される。照明バンド８５は、回転プリズム５０ＸによりＸ軸方向に走査され、回転プリズム５０ＹによりＹ軸方向に走査される。
照明光が液晶ライトバルブ８０に入射した後は、第１の実施の形態と作用効果が同一であるので説明を省略する。

上記の構成によれば、液晶ライトバルブ８０上の照明バンド８５は、図１１中のＸ軸方向およびＹ軸方向の長さを変化させることができる。そのため、投射型表示装置１３０が動きの速い画像を表示するときには、可変開口反射スリット３０Ｘ、３０Ｙの一対の遮光板３０ａ及び一対の遮光板３０ｂを接近させることで照明バンド８５をさらに狭く小さくして、いわゆるインパルス型の表示により近い特性を実現でき、より高画質な動画像を表示することができる。

また、２つの回転プリズム５０Ｘ、５０Ｙを回転させることにより、光源１０から射出された照明光を液晶ライトバルブ８０上で、図１２中のＺ軸方向およびＹ軸方向に走査することができる。また、回転プリズム５０Ｘ、５０Ｙの回転をそれぞれ制御することで、図中のＺ軸方向およびＹ軸方向について照明バンド８５の走査を別々に制御することができ、例えば走査速度をＺ軸方向とＹ軸方向とで異ならせるなど、様々なパターンで照明バンド８５を走査させることができ、動画像の画質改善に有効である。

〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について図１３および図１４を参照して説明する。
本実施の形態における投射型表示装置１４０は、第３の実施の形態とは異なり、図１３に示すように、一直線上に延びる光軸Ｌ上に２つの回転プリズム５０Ｘ，５０Ｙが近接して配置されている。ロッドレンズ２０の可変開口部３１ｘｙからの射出光（照明光）は、入射側レンズ６０、リレーレンズ６６、射出側レンズ６７からなる第１のリレー光学系によって回転プリズム５０Ｘを経て共役位置９５の近傍に伝達され、さらに、回転プリズム５０Ｙを経て入射側レンズ６８、リレーレンズ７０、射出側レンズ７５からなる第２のリレー光学系によって液晶ライトバルブ８０（照明対象）上に伝達される。したがって、可変開口部３１ｘｙと共役位置９５、および、共役位置９５と液晶ライトバルブ８０とは互いに光学的に共役な位置関係となっている。なお、２つの回転プリズム５０Ｘ，５０Ｙは、共役位置を挟んで可能な限り近接させて配置することが望ましい。

照明バンドの正確かつ効率的な走査に際しては、光学収差の発生を抑制できる点で、回転プリズムは（部分）光束の重畳位置（或いはそれと光学的に共役な位置）に可能な限り近接させて配置することが望ましい。例えば、第１の実施形態の図１では、ロッドレンズ２０の可変開口部３１に回転プリズム５０を配置することが望ましいが、物理的に不可能なため、可変開口部３１に近接させて配置している。また、第２の実施形態の図１０では、リレー光学系を追加することで生じる共役位置に回転プリズム５０を配置している。したがって、本実施形態の図１３の構成によれば、共役位置９５を挟んで２つの回転プリズム５０Ｘ，５０Ｙを近接配置できるため、光学収差の発生を抑制しやすく、正確かつ効率的な照明光の走査を実現できる。また、２つの回転プリズム５０Ｘ，５０Ｙを近接配置した結果、後段の回転プリズム５０Ｙの長さ方向の寸法（前段の回転プリズム５０Ｘによる照明光の走査方向に対応する方向（図１３のＹ軸方向）における長さ）を短くできるというメリットもある。

さらに、本実施形態の変形例として以下の構成を採用することができる。
（ａ）共役位置９５に新たな光学素子を配置して光伝達時の光学収差を補正し、伝達効率の向上や照明対象上での照明バンドの形状整形を実現することができる。光学素子としては、球面レンズ、非球面レンズ、波面補正板などを使用することができる。
（ｂ）（ａ）の新たな光学素子の導入によって、レンズ６７とレンズ６８とを省略することもできる。
（ｃ）共役位置９５に照明バンドの形状を整形する遮光スリットを配置しても良い。その場合、光損失が発生するが、所望の形状の照明バンドが得られる。

次に、本実施形態の照明バンドの２次元走査の方法について説明する。なお、第３の実施形態についても以下の方法に準じて行うことができる。
複数の画素がマトリクス状に配置される液晶ライトバルブへの画像データの書き込み方法としては、線順次書き込みが一般的である。すなわち、Ｘ方向（行方向）の画素列が選択され、その選択された画素列に対して１行分の画像情報が書き込まれ、次に、その画素列の隣の新たな画素列が選択され、その新たに選択された画素列に対して１行分の画像情報が書き込まれ、…という手順を繰り返し、１画面（フレーム）分の画像書き込みが達成される、という具合である。そして、Ｘ方向に並ぶ１行分の画素列の選択には、垂直同期信号がタイミング信号として利用される。

図１４に示すように、照明バンド８５を２次元平面上で走査する場合には、垂直同期信号をタイミング信号として一方の回転プリズム５０Ｙを所定の角度回転させた後、静止させ、照明バンド８５のＹ軸方向における走査位置を設定し、そして、他方の回転プリズム５０Ｘを回転させて照明バンド８５をＸ軸方向に走査する、…という手順を繰り返し、最終的に液晶ライトバルブの全表示領域にわたる走査照明を実現する。したがって、一方の回転プリズム５０Ｙの回転動作は間欠的であり、また、他方の回転プリズム５０Ｘの回転動作は間欠的あるいは連続的である（連続回転させる場合には、例えば、他方の回転プリズム５０Ｘの走査範囲を液晶ライトバルブの表示領域の全幅分よりも長い範囲に設定し、表示領域に照明光が当たっていない期間を利用して一方の回転プリズム５０Ｙの回転動作を行うなどの走査方法を採用すればよい）。また、一方の回転プリズム５０Ｙの回転動作の情報（例えば回転、停止の情報）を基に他方の回転プリズム５０Ｘの回転動作を制御する構成とすることが望ましい。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を投射型表示装置に適応して説明したが、この発明は投射型表示装置に限られることなく、液晶ライトバルブを用いた直視型の表示装置など、その他各種のホールド型の表示モードを有するライトバルブを用いた（投射手段を備えない）表示装置に適応できるものである。
また、この発明をホールド型の表示モードを有するライトバルブ、投射レンズなどを別構成として、ライトバルブなどを照明する照明装置としても適応できるものである。

本発明による第１の実施の形態に係る投射型表示装置の概略図である。 同、投射型表示装置の可変開口反射スリットの模式図である。 同、照明バンドの走査方向を示す図である。 同、回転プリズムによる照明光の走査を説明する図である。 同、回転プリズムによる照明光の走査を説明する図である。 同、回転プリズムによる照明光の走査を説明する図である。 同、回転プリズムによる照明光の走査を説明する図である。 同、投射型表示装置の制御方法を示す図である。 同、第１の実施形態の変形例に係る投射型表示装置の概略図である。 本発明による第２の実施の形態に係る投射型表示装置の概略図である。 本発明による第３の実施の形態に係る投射型表示装置の概略図である。 第３の実施の形態に係る投射型表示装置において、照明バンドの走査方向を示す図である。 本発明による第４の実施の形態に係る投射型表示装置の概略図である。 第４の実施の形態に係る投射型表示装置において、照明バンドの走査方向を示す図である。

符号の説明

１０・・・光源、 ２０・・・ロッドレンズ（均一導光手段）、 ２１ａ・・・光入射端面、 ２１ｂ・・・光射出端面、 ２５・・・入射側反射ミラー（反射手段）、 ２５ａ・・・開口部、 ３０、３０Ｘ、３０Ｙ・・・可変開口反射スリット（反射可変絞り手段）、 ３０ａ・・・遮光板、 ３１、３１ｘｙ・・・可変開口部、 ４０・・・反射型偏光子（反射型偏光手段）、 ４５・・・λ／４波長板、 ５０、５０Ｘ、５０Ｙ・・・回転プリズム（光走査手段）、 ８０・・・液晶ライトバルブ（被照明対象、光変調手段）、 １００、１２０、１３０、１４０・・・投射型表示装置

Claims (19)

1. 光を射出する光源と、前記光源から射出された光の強度分布を均一化する均一導光手段と、前記均一導光手段の光入射端面側に配置され、前記均一導光手段内に光を入射させる開口部が形成されるとともに、前記開口部以外の領域において、前記均一導光手段から射出される光を前記均一導光手段内に反射する反射手段と、前記均一導光手段の光射出端面側に配置され、前記均一導光手段から光を射出させる開口領域の面積が変化する可変開口部を形成するとともに、前記開口領域以外の領域において、前記均一導光手段から射出される光を前記均一導光手段内に反射する反射可変絞り手段と、前記反射可変絞り手段から射出された光を照明対象上で走査させる光走査手段と、が備えられていることを特徴とする照明装置。
2. 前記均一導光手段の光射出端面の形状が、前記照明対象の形状と相似形であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記可変開口部の開口形状を所定の形状に制御し、
   前記光走査手段により光の走査を行わずに前記照明対象を照明することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記反射可変絞り手段が、接近離間可能に配置された一対の遮光板を有し、
   前記一対の遮光板により前記照明対象上における光の幅が変化する方向が、前記光走査手段による前記照明対象上における光の走査方向と略同一方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記光走査手段が、回転することにより光路の位置を変化させて、光を走査する回転プリズムを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記反射可変絞り手段が、接近離間可能に配置された二対の遮光板を有し、
   各対の遮光板の接近離間する方向が略直交し、
   前記二対の遮光板により前記照明対象上における光の幅が変化する方向が、前記光走査手段による前記照明対象上における光の走査方向と略同一方向であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記光走査手段が、回転することにより光の位置を変化させて、光を走査する回転プリズムを２つ有し、
   前記回転プリズムの回転軸が略直交するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 前記光走査手段が、光の経路に対して挿入離脱可能に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記均一導光手段の光射出端面側に、反射型偏光手段が備えられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記反射手段と前記反射可変絞り手段との間に、λ／４波長板が備えられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記光走査手段が、前記均一導光手段の光射出端面の近傍領域に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 前記光走査手段が、前記反射可変絞り手段の可変開口部と光学的に共役な領域に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明装置。
13. 前記光走査手段が、前記反射可変絞り手段の可変開口部と光学的に共役な領域の近傍領域に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明装置。
14. 前記光走査手段が２つの回転プリズムからなり、前記２つの回転プリズムが、前記反射可変絞り手段の可変開口部と光学的に共役な位置を挟んで前後２箇所に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明装置。
15. 前記反射可変絞り手段の可変開口部と光学的に共役な位置に、光伝達時の光学収差を補正する、或いは照明光の形状を整形する光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の照明装置。
16. 光を射出する光源と、該光源からの光を変調する光変調手段とを備えた表示装置であって、
    前記光源が、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の照明装置であることを特徴とする表示装置。
17. 当該表示装置に入力される画像信号に応じて、前記光源と前記反射可変絞り手段とを制御することを特徴とする請求項１６に記載の表示装置。
18. 光を射出する光源と、該光源からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、
    前記光源が、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の照明装置であることを特徴とする投射型表示装置。
19. 当該投射型表示装置に入力される画像信号に応じて、前記光源と前記反射可変絞り手段とを制御することを特徴とする請求項１８に記載の投射型表示装置。
    
    
    

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