JP4005292B2 - 照明光学系およびこれを用いた投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルやＤＭＤ(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を照明する照明光学系およびこの照明光学系を用いた投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶等のライトバルブを用いた投射型表示装置においては、各構成部材の改良等により、年々高効率で明るいものが開発されてきており、その一方、ライトバルブ上における光束断面内での光量均一化を図るため、各々が多数のレンズアレイを２次元配列してなる、２枚のインテグレータ板を光軸上で並列配置するようにしている。
【０００３】
ところで、投射型表示装置がこのように明るく均一な光によってライトバルブを照明することができるようなものとなった結果、その用途も広範囲なものとなってきているが、その反面、使用する場所や用途によってはスクリーンに映出された映像が明るすぎて逆に見づらくなったり、観察者に疲労を感じさせたりするという問題が生じている。
そこで、照明光の明るさを使用する場所や用途に応じて調整することが考えられる。
【０００４】
一般の光学系において入射光の明るさを調整する場合には、レンズ部に絞りを設け、この絞りの開口量を制御することにより行なっている。
したがって、投射型表示装置においても投影レンズ部に絞りを設け、この絞りを操作することにより上記照明光の明るさを調整することが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型表示装置において、投影レンズに絞りを設け、この絞りの操作によって明るさを調整するようにした場合、この絞りによって光束径が調整される光束は、ライトバルブにより変調された後のものであり、画像情報を担持したものであるため、絞りの形状、配設位置、さらには絞り操作の各誤差が画質に大きく影響する。特に、照明光による高温加熱によって、上記絞りが熱変形するため、これに伴う画質の劣化は無視できないものとなる。
また、このように絞り部材が高温となるため、この部分に対する冷却構造を設ける必要が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、画質に影響を与えることなく、また、特別に冷却構造を設けることなく、照明光の明るさを調整し得る照明光学系およびこれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、複数の短冊状のスリットを有する２枚の遮光板からなり、
これら２枚の遮光板の一方を他方に対して光軸と直交する方向に移動させることで、前記偏光ビームスプリッタに入射する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ものである。
【０００８】
また、本発明の他の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、櫛形偏光分離プリズムアレイとλ／２位相差板と複数の短冊状のスリットを有する第１の遮光板とを有する偏光ビームスプリッタ、および複数の短冊状のスリットを有する遮光板からなり、
該偏光ビームスプリッタおよび該遮光板の一方を他方に対して光軸と直交する方向に移動させることで、前記インテグレータ部から射出される光束の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ものである。
【０００９】
また、本発明のさらに他の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、櫛形偏光分離プリズムアレイとλ／２位相差板とを有する偏光ビームスプリッタ、および複数の短冊状のスリットを有する遮光板からなり、
該偏光ビームスプリッタおよび該遮光板が、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整するように、前記インテグレータ部の光軸方向に移動可能とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のさらに別の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に、複数の短冊状のスリットを有する遮光板を配置し、
前記インテグレータ部を構成する複数のインテグレータ板のうち、光軸方向に配列された少なくとも１対のインテグレータ板の間隔を変化せしめ、該変化に応じて前記遮光板における光束のケラレ量を変化せしめて、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整可能とされていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の投射型表示装置は、前記いずれかの照明光学系を備え、前記ライトバルブにより変調された光が担持した光学像をスクリーン上に投影する投影レンズを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】
本発明の照明光学系および投射型表示装置によれば、光源からの光束の光量の均一化を図るインテグレータ部の付近に、照明光の有効光束径を調整し得る構成を有している。
【００１５】
ライトバルブ側に位置するインテグレータ板の近傍位置は、投影レンズの瞳位置と光学的に共役となるように設定されているため、このインテグレータ部付近において光束を制御することは投影レンズに絞りを設けて光束を制御することと同等の効果を奏することができる。
【００１６】
しかも、このインテグレータ部で光束を調整しても、光束が画像情報を担持していない状態にあるため、その調整誤差が画質に影響を与えることは極めて小さい。
また、このインテグレータ部では元々照明光学系に設けられている冷却構造によって冷却される状態となっているため、別途冷却構造を設ける必要がない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る照明光学系および投射型表示装置について図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明が前提としている投射型表示装置の基本的構成を、図１１に示す液晶プロジェクタ装置により説明する。
【００１８】
図示されるように、この液晶プロジェクタ装置は、白色光を射出する発光体１および発光体１からの白色光を反射する放物面鏡からなるリフレクタ２を備えた光源と、発光体１から射出された白色光に対して、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図るためのインテグレータ部３と、インテグレータ部３からの出力光を集光させるためのコンデンサレンズ４と、コンデンサレンズ４で集光された白色光を、青、緑、赤の３色の色成分光に分離するための第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６と、第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６により分離された各色成分光を所定の映像情報に応じてそれぞれ変調する第１液晶パネル７、第２液晶パネル８、第３液晶パネル９と、各液晶パネル７、８、９により変調された各色成分光を合成するための３色合成プリズム１０と、３色合成プリズム１０により合成された合成光をスクリーン上に結像させるための投影レンズ１１とを備えている。なお、上記液晶パネル７、８、９は透過型であるが本明細書では透過型のものについて、単に液晶パネルと称する。
【００１９】
また、図１１に示すように、インテグレータ部３とコンデンサレンズ４の液晶パネル７、８、９側の光路上には、インテグレータ３からの出力光を反射してコンデンサレンズ４へ導くための全反射ミラー１２が配設されている。
【００２０】
上記インテグレータ部３は、発光体１からの光束に対して作用する第２フライアイ３Ａ（第１インテグレータ板）と、第２フライアイ３Ａ（第１インテグレータ板）からの各光束を各液晶パネル７、８、９上に重畳せしめる第１フライアイ３Ｂとを備えてなる。また、第１フライアイ３Ｂの光軸の後方側には、インテグレータ部３により均一化された光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、両偏光を一方の偏光にそろえるとともに、両者を平行光として出力する、光量利用効率の向上を目的として配されたＰＢＳ板１３が設けられている。
【００２１】
なお、上記第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６で色成分光を分離する態様は、光束の入射方向およびミラーの配設位置を変更することによって種々採り得るが、本実施形態では、例えば以下の態様によって色成分光を分離する構成となっている。
【００２２】
すなわち、上記第１ダイクロイックミラー５では、インテグレータ部３により均一化され、ＰＢＳ板１３により偏光された光束を、Ｂ成分ＬＢとＧＲ成分ＬＧ、ＬＲとに分離する。また、上記第２ダイクロイックミラー６では、第１ダイクロイックミラー５により分離されたＧＲ成分ＬＧ、ＬＲを、Ｇ成分ＬＧと、Ｒ成分ＬＲとに分離する。
このようにして分離された各色成分光は、それぞれ対応した色成分光用の液晶パネル７、８、９へ投射される。
【００２３】
すなわち、図１１に示すように、上記第１ダイクロイックミラー５で透過されて分離されたＢ成分ＬＢの光路上には、Ｂ成分ＬＢをＢ成分用の画像が表示される第１液晶パネル７に向けて全反射するための第１ミラー１４と、第１ミラー１４により反射されたＢ成分ＬＢを平行光とするためのフィールドレンズ１５とが配設されていて、Ｂ成分ＬＢが第１液晶パネル７に投射される。
【００２４】
また、図１１に示すように、上記第２ダイクロイックミラー６で反射されて分離されたＧ成分ＬＧの光路上には、Ｇ成分ＬＧを平行光とするためのフィールドレンズ１６が配設されており、Ｇ成分ＬＧは、Ｇ成分用の画像が表示される第２液晶パネル８に投射される。
【００２５】
さらに、図１１に示すように、上記第２ダイクロイックミラー６を透過して分離されたＲ成分ＬＲの光路上には、Ｒ成分ＬＲをＲ成分用の画像が表示される第３液晶パネル９に向けて全反射するための第２ミラー１７および第３ミラー１８と、第２ダイクロイックミラー６により分離されたＲ成分ＬＲを平行光とするためのフィールドレンズ１９、２０とが配設されていて、Ｒ成分ＬＲが第３液晶パネル９に投射される。
【００２６】
なお、上記投影光学系においては、３色合成プリズム１０に至るまでの光路長はＲ成分ＬＲのみが異なるが、第２ミラー１７と第３ミラー１８との間にはリレーレンズ２１が配設されており、このリレーレンズ２１により、Ｒ成分ＬＲの光路長がＢ成分ＬＢおよびＧ成分ＬＧの光路長と見かけ上同等となるように補正するものである。
【００２７】
また、上記３色合成プリズム１０はクロスダイクロイックプリズムであり、Ｂ成分ＬＢに対して反射するダイクロイック面１０Ｂと、Ｒ成分ＬＲに対して反射するダイクロイック面１０Ｒとを有するものである。
【００２８】
ところで、液晶を照明する光の強度が年々大きくなってきているが、使用する場所や用途によってはスクリーンに映出された映像が明るすぎて逆に見づらくなったり、観察者に疲労を感じさせたりするという問題が生じている。
そこで、上記液晶プロジェクタ装置によれば、インテグレータ部３の付近に照明光の有効光束径を調整し得る部材を配している。
【００２９】
特に、液晶パネル７，８，９側に位置するインテグレータ板３Ｂの近傍位置は、投影レンズ１１の瞳位置と光学的に共役となるように設定されているため、このインテグレータ板３Ｂの近傍位置において光束を制御することは投影レンズ１１に絞りを設けて光束を制御することと同等の効果を奏することができる。
【００３０】
一方、このインテグレータ部３で光束を調整しても、光束が画像情報を担持していない状態にあるため、その部材の寸法誤差や位置決め誤差を含めた調整誤差が画質に影響を与えることは極めて小さいという利点を有し、さらに、このインテグレータ部３では元々照明光学系に設けられている冷却構造によって冷却される状態となっているため、別途冷却構造を設ける必要がないという利点をも有している。
【００３１】
以下、図１および図２を用いて実施形態１に係る表示手段の有効光束光量調整手段について説明する。図１は、この有効光束光量調整手段を示す平面図である。この実施形態１の有効光束光量調整手段は、液晶パネル７，８，９側の第１フライアイ３ＢとＰＢＳ板（櫛形偏光分離プリズムアレイと１/２波長板からなる）１３との間に配されており、ＰＢＳ板１３に対し固定とされた第１遮光板５１と、この第１遮光板５１に近接して配され、矢印Ｂ方向（光軸と直交する方向）に移動可能とされた第２遮光板５２と、後述する遮光板駆動部材からなる。
【００３２】
上記第１遮光板５１および第２遮光板５２は共に、同一の所定ピッチで穿設された短冊状のスリット５１Ａ，５２Ａを複数個備えてなる。ＰＢＳ板１３を構成する櫛形偏光分離プリズムアレイは、偏光分離プリズム素子を矢印Ｂ方向に複数個配列してなるもので、偏光をＰ，Ｓいずれか一方にそろえるよう、第１フライアイ３Ｂの各レンズ素子からの照明光が上記偏光ビームスプリッタ素子に１つおきに入射するようにその前段に第１遮光板５１が配されている。
【００３３】
実施形態１の有効光束光量調整手段は元々ＰＢＳ板１３との組合せで配されている第１遮光板５１を利用し、これと対向するように第２遮光板５２を新たに移動可能に配設してなる。
【００３４】
光源からの照明光の光量を最大に利用したい場合には、図２(Ａ)に示す如く、２つの遮光板５１，５２の各々のスリット５１Ａ，５２Ａが互いに完全に重なり合うようにして、矢印Ａ方向からの光束が通過する開口面積を最大とする。一方、光源からの照明光の光量を減少させたい場合には、図２(Ｂ)に示す如く、第１遮光板５１に対して第２遮光板５２を矢印Ｂ方向に移動させ、上記各々のスリット５１Ａ，５２Ａが互いにずらされた状態として、光束が通過する開口面積を減少させる。
このように構成することで、元々設けられていた第１遮光板５１を利用することができ、コスト的にもスペース的にも効率化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記実施形態１において、第１遮光板５１および第２遮光板５２に穿設された短冊状のスリット５１Ａ，５２Ａの幅および間隔は、両者とも所定ピッチとされているが、例えばスリット５２Ａの幅は、中央部分においてスリット５１Ａに比べ大きくなるように構成されていてもよい。これにより、光束の中央部分の減光率が周辺部分の減光率に比べて小さいものとなり、減光された光束は周辺部分においてより暗いものとなるため、全体としてレンズ性能の向上を図ることができる。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態２に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すものである。この実施形態２の有効光束光量調整手段は、ＰＢＳ板１３と遮光板１５１（上記第１遮光板５１に相当する）を一体として矢印Ｃ方向（光軸方向）または矢印Ｄ方向（光軸と直行する方向）に移動可能とすることで構成される。
【００３７】
第１フライアイ３Ｂの各レンズ素子からは、各々が光源の像を液晶パネル７，８，９上に形成するよう光束が射出されるように構成されており、これら各々の光束が絞られた状態で対応する遮光板１５１のスリットに入射するように位置決めされている。この状態から矢印Ｃ方向にＰＢＳ板１３Ａと遮光板１５１を一体的に移動させると遮光板１５１のスリット位置において光束径が拡がり、その一部がこのスリットの縁部においてケラレるため、このＰＢＳ板１３Ａを通過する光束の光量が減少することになる。
【００３８】
一方、上記位置決めされた状態からＰＢＳ板１３Ａと遮光板１５１を一体的に矢印Ｄ方向に移動させると遮光板１５１のスリットが矢印Ｄ方向にずれるため、第１フライアイ３Ｂからの各光束の一部がスリットとスリットの間の壁面によってケラレることとなり、やはりＰＢＳ板１３Ａを通過する光束の光量が減少することになる。矢印Ｃ方向あるいは矢印Ｄ方向への上記移動量は、減光率に応じて決定する。
【００３９】
次に、図４は本発明の実施形態３に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すもので、インテグレータ部３を構成する２つのフライアイ３Ａ，３Ｂの間隔を、いずれかもしくは両方のフライアイ３Ａ,３Ｂを矢印Ｅ方向（光軸方向）に移動させることで変更し、液晶パネル７，８，９面上での光束径を変更するものである。すなわち、この液晶パネル７，８，９面上での光束径がこの液晶パネル面のサイズよりも大きくなれば、この液晶パネル７，８，９を照明する照明光の単位面積当たりの光量は減少することになる。これによりスクリーン上での光強度を小さく抑えることが可能となる。なお、この場合には、図示されない遮光板（実施形態２の遮光板１５１に相当するもの）による光束のケラレによって減光効果を高めることができる。
【００４０】
図５は、本発明の実施形態４に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すもので、ＰＢＳ板１３Ａから射出される光束の一部を、矢印Ｆ方向（光軸と直交する方向）に移動する遮光板２５１により遮蔽して液晶パネル７，８，９を照明する光束の全光量を減少させるようにしたものである。図６は、この実施形態４における、ＰＢＳ板１３Ａと遮光板２５１の位置関係を示すもので、図５の矢印Ｇ方向から見たときの概念図である。
【００４１】
したがって、本実施形態においては、液晶パネル７，８，９上での照明光の明るさを最大としたいときには、ＰＢＳ板１３Ａから光束が遮蔽されないような位置に遮光板２５１を配置し、液晶パネル７，８，９上での照明光の明るさを減少させたい場合には、上記状態から遮光板２５１を矢印Ｆ方向に移動させて所望の減光率に応じてＰＢＳ板１３Ａの両側方領域からの光束を遮蔽する。
【００４２】
なお、このようにＰＢＳ板１３Ａの一部領域からの光束を遮蔽しても、ＰＢＳ板１３Ａの各素子からの光束各々が、各液晶パネル７，８，９の全領域をカバーする照明光となっているので、各液晶パネル７，８，９上での照明スポット形状が小さくなってしまうおそれはない。
【００４３】
図７は、本発明の実施形態５に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すものである。
すなわち、この有効光束光量調整手段は、第１フライアイ３Ｂの第２フライアイ３Ａ側に開閉可能な４枚の遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを設けてなるものである。これら４枚の遮光フィン３５１Ａ〜Ｄは所定の台形形状をなしており、照明光の明るさを最大としたいときは、図８（Ａ）（図７の矢印Ｈ方向から見た図；図８（Ｂ）も同じ）に示す如く遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを開状態として第１フライアイ３Ｂの全領域を光束が通過可能となるようにし、一方、照明光の明るさを減少させたいときには、図８（Ｂ）に示す如く遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを閉状態として第１フライアイ３Ｂの中央領域のみを光束が通過可能となるようにする。
【００４４】
なお、図８（Ｂ）に示す如く第１フライアイ３Ｂの中央領域のみを光束が通過可能となるようにしても、第１フライアイ３Ｂの各レンズ素子を通過する光束が各々、各液晶パネル７，８，９の全領域を照明するように構成されているので、各液晶パネル７，８，９上で照明スポット形状が小さくなってしまうおそれはない。
【００４５】
なお、上記実施形態５においては、第１フライアイ３Ｂの第２フライアイ３Ａ側に開閉可能な遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを設けているが、このような遮光部材は、第１フライアイ３Ｂのコンデンサレンズ４側に設けてもよいし、第２フライアイ３Ａのいずれの側に設けてもよい。ただし、２つのフライアイ３Ａ、３Ｂの間に設けるようにすればスペース的に有利である。
【００４６】
以上説明したように、上記各実施形態においては、投影レンズ１１の瞳位置と光学的に共役な位置となる第１フライアイ３Ｂの付近において、種々の部材を移動させることにより有効光束の光量調整を行なっている。
【００４７】
この際の移動機構については、各部材を所定の精度で移動できるようなものであればよく、種々の光学装置において用いられている周知の部材移動機構を採用可能である。
ここでは、上述した実施形態１における第２遮光板５２を移動させる移動機構について、図面を用いて具体的に説明する。
【００４８】
図９は、第２遮光板５２を、図１の矢印Ｂ方向の２位置間で切り替え可能とする機構を示すものである。すなわち、プランジャ（マグネット保持型ソレノイドプランジャ）１０１のソレノイドＯＮ／ＯＦＦ切換えによって、ロッド１０２がその伸縮２位置間で切替可能であり、これにより、一方のアーム部１０５がロッド１０２に軸支され、他方のアーム部１０６が第２遮光板５２に軸支され、軸部１０４に対して回動可能に取り付けられた回転レバー１０３が２つの回動位置間で切替可能とされ、第２遮光板５２が第１遮光板５１に対して、光軸と直交する方向の２位置に移動可能とされている。すなわち、プランジャ１０１のソレノイドがＯＮとされた状態（図９に示されている状態）では、ロッド１０２がプランジャ１０１内に引き込まれた状態となり、これに伴って回転レバー１０３は右方向に回動された状態となり、第２遮光板５２が紙面上方へ移動した状態となり、第１遮光板５１のスリット５１Ａと第２遮光板５２のスリット５２Ａが、各スリット５１Ａ，５２Ａの幅の１／２だけ互いに重なり合うように位置設定され（図２（Ｂ）の状態）、ＰＢＳ板１３を通過する光束光量は最大値の略半分に減少する。
【００４９】
一方、プランジャ１０１のソレノイドがＯＦＦとされた状態では、ロッド１０２が図９に示す状態から突出し、回転レバー１０３は左方向に回動された状態となり、第２遮光板５２が図９中で下方に移動し、２つの遮光板５１，５２のスリット５１Ａ,５２Ａが互いに完全に重なり合うように位置設定される（図２（Ａ）の状態）。これによりＰＢＳ板１３を通過する光束光量は最大となる。
【００５０】
このように、図９に示す移動機構においては、第２遮光板５２を光軸と垂直となる方向へ、スリット幅の１／２だけ移動させるようにしているが、この移動量はスリット幅の１／２に限られるものではなく、求められている減光率に応じて、例えばスリット幅の１／４に設定したり、３／４に設定したりすることが可能である。
【００５１】
なお、図９に示す実施形態においては、第２遮光板５２が下降したときに、その位置を検出するためのマイクロフォトセンサ１０７が設けられており、検出された際には、検知信号を駆動コントロール部にフィードバックするようになっている。
【００５２】
次に、図１０に示す移動機構について説明する。この移動機構は、第２遮光板６２を、矢印Ｂ方向（図１参照）に連続的に移動せしめて、照明光の明るさを連続的に変化可能としたものである。なお、第１遮光板６１および第２遮光板６２は上述した第１遮光板５１および第２遮光板５２と同様の構成とされている。図示するように、ステッピングモータ１１１の回転に伴いギア１２１が回転し、遊星ギア１２２を介してギア１２３が回転する。ギア１２３は軸１２４の外周に装着されており、ギア１２３の回転に応じて軸１２４が回転する。
【００５３】
一方、第２遮光板６２の側縁部を保持した遮光板保持部材１２６は、軸１２４に嵌合される嵌合部１２５を備えており、この嵌合部１２５の内壁部と軸１２４の外壁部には、図示されてはいないが、互いに噛合するギア部が設けられている。したがって、モータ１１１の回転に伴い軸１２４が回転すると、この軸１２４と噛合する遮光板保持部材１２６は矢印Ｂ方向（図１参照）に移動する。これにより、上記図９の実施形態と同様に、第１遮光板６１と第２遮光板６２の両スリットの重なり合う面積が変更され照明光の明るさを可変とすることができ、しかも図９のものとは異なり調整する明るさのレベルを連続的に変化させることができる。
【００５４】
また、図１０に示す移動機構は、図９に示す移動機構と同様に、第２遮光板６２が移動した場合に、その位置を検出するためのマイクロフォトセンサ１１７が設けられている。さらに、この図１０に示す移動機構では、モータの回転位置を検出するためのマイクロフォトセンサ１１８が設けられている。このマイクロフォトセンサ１１８はモータ１１１の回転に応じて回転する穿孔ディスク（所定角度毎に回転角検出孔が穿設されている）１２７の回転角を検出することでモータ１１１の回転量を検出する。
【００５５】
なお、本発明の照明光学系および投射型表示装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、上記実施形態ではＰＢＳ板として、櫛形偏光プリズムアレイを用いているが、その他の偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。
【００５６】
また、本発明装置の有効光束光量調整手段としては、上述したように部材の物理的な移動によって光量調整するものに限られるものではなく、例えば電気的に遮光量を調整し得るもの（液晶シャッタ等）や、光の波長に応じて遮光量を調整し得るもの等の、物理的な部材の移動を伴わないものも含めるものとする。
【００５７】
また、上記実施形態においては、一対のフライアイが設けられているが、本発明は、光軸を中心として回転対称となるように、フライアイのペアを複数設けたものにも適用可能である。
さらに、本発明は、液晶パネル以外のライトバルブ、例えばＤＭＤを用いた表示装置にも適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明光学系および投射型表示装置によれば、照明光学系内において光源から光束の均一化を図るインテグレータ部の付近に、照明光の、ライトバルブ上での有効光束径を調整し得る構成を有している。
【００５９】
ライトバルブ側に位置するインテグレータ板の近傍位置は、投影レンズの瞳位置と光学的に共役となるように設定されているため、このインテグレータ板の近傍位置において光束を制御することは投影レンズに絞りを設けて光束を制御することと同様に極めて有効に照明光の明るさを調整することができる。
【００６０】
しかも、このインテグレータ部で光束を調整した場合には、光束が画像情報を担持していない状態にあるため、その調整誤差が画質に影響を与えることは極めて小さい。
【００６１】
また、このインテグレータ部では元々照明光学系に設けられている冷却構造、例えば空冷機構によって効率良く冷却される状態となっているため、別途冷却構造を設ける必要がなく、コスト的にもスペース的にも効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図２】図１に示す投射型表示装置を矢印Ａ方向から見た概略図
【図３】本発明の実施形態２に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図４】本発明の実施形態３に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図５】本発明の実施形態４に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図６】図５に示す投射型表示装置を矢印Ｇ方向から見た概略図
【図７】本発明の実施形態５に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図８】図７に示す投射型表示装置を矢印Ｈ方向から見た概略図
【図９】本発明の実施形態１の遮光板移動機構を示す概略図
【図１０】図９に示す遮光板移動機構の変更例を示す概略図
【図１１】本発明の前提となる投射型表示装置の基本的な構成を示す概略図
【符号の説明】
１ 発光体
２ リフレクタ
３ インテグレータ部
３Ａ 第２フライアイ
３Ｂ 第１フライアイ
４ コンデンサレンズ
５ 第１ダイクロイックミラー
６ 第２ダイクロイックミラー
７ 第１液晶パネル
８ 第２液晶パネル
９ 第３液晶パネル
１０ ３色合成プリズム
１１ 投影レンズ
１３、１３Ａ ＰＢＳ板
５１ 第１遮光板
５１Ａ、５１Ｂ スリット
５２ 第２遮光板
１５１、２５１ 遮光板
３５１Ａ〜Ｄ 遮光フィン
１０１ プランジャ
１０２ ロッド
１０３ 回転レバー
１０７、１１７、１１８ マイクロフォトセンサ
１１１ モータ
１２１、１２２、１２３ ギア
１２４ 軸
１２５ 嵌合部
１２６ 遮光板保持部材
１２７ 穿孔ディスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルやＤＭＤ(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を照明する照明光学系およびこの照明光学系を用いた投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶等のライトバルブを用いた投射型表示装置においては、各構成部材の改良等により、年々高効率で明るいものが開発されてきており、その一方、ライトバルブ上における光束断面内での光量均一化を図るため、各々が多数のレンズアレイを２次元配列してなる、２枚のインテグレータ板を光軸上で並列配置するようにしている。
【０００３】
ところで、投射型表示装置がこのように明るく均一な光によってライトバルブを照明することができるようなものとなった結果、その用途も広範囲なものとなってきているが、その反面、使用する場所や用途によってはスクリーンに映出された映像が明るすぎて逆に見づらくなったり、観察者に疲労を感じさせたりするという問題が生じている。
そこで、照明光の明るさを使用する場所や用途に応じて調整することが考えられる。
【０００４】
一般の光学系において入射光の明るさを調整する場合には、レンズ部に絞りを設け、この絞りの開口量を制御することにより行なっている。
したがって、投射型表示装置においても投影レンズ部に絞りを設け、この絞りを操作することにより上記照明光の明るさを調整することが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型表示装置において、投影レンズに絞りを設け、この絞りの操作によって明るさを調整するようにした場合、この絞りによって光束径が調整される光束は、ライトバルブにより変調された後のものであり、画像情報を担持したものであるため、絞りの形状、配設位置、さらには絞り操作の各誤差が画質に大きく影響する。特に、照明光による高温加熱によって、上記絞りが熱変形するため、これに伴う画質の劣化は無視できないものとなる。
また、このように絞り部材が高温となるため、この部分に対する冷却構造を設ける必要が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、画質に影響を与えることなく、また、特別に冷却構造を設けることなく、照明光の明るさを調整し得る照明光学系およびこれを用いた投射型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、複数の短冊状のスリットを有する２枚の遮光板からなり、
これら２枚の遮光板の一方を他方に対して光軸と直交する方向に移動させることで、前記偏光ビームスプリッタに入射する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ものである。
【０００８】
また、本発明の他の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、櫛形偏光分離プリズムアレイとλ／２位相差板と複数の短冊状のスリットを有する第１の遮光板とを有する偏光ビームスプリッタ、および複数の短冊状のスリットを有する遮光板からなり、
該偏光ビームスプリッタおよび該遮光板の一方を他方に対して光軸と直交する方向に移動させることで、前記インテグレータ部から射出される光束の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ものである。
【０００９】
また、本発明のさらに他の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、櫛形偏光分離プリズムアレイとλ／２位相差板とを有する偏光ビームスプリッタ、および複数の短冊状のスリットを有する遮光板からなり、
該偏光ビームスプリッタおよび該遮光板が、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整するように、前記インテグレータ部の光軸方向に移動可能とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のさらに別の照明光学系は、
光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に、複数の短冊状のスリットを有する遮光板を配置し、
前記インテグレータ部を構成する複数のインテグレータ板のうち、光軸方向に配列された少なくとも１対のインテグレータ板の間隔を変化せしめ、該変化に応じて前記遮光板における光束のケラレ量を変化せしめて、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整可能とされていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の投射型表示装置は、前記いずれかの照明光学系を備え、前記ライトバルブにより変調された光が担持した光学像をスクリーン上に投影する投影レンズを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】
本発明の照明光学系および投射型表示装置によれば、光源からの光束の光量の均一化を図るインテグレータ部の付近に、照明光の有効光束径を調整し得る構成を有している。
【００１５】
ライトバルブ側に位置するインテグレータ板の近傍位置は、投影レンズの瞳位置と光学的に共役となるように設定されているため、このインテグレータ部付近において光束を制御することは投影レンズに絞りを設けて光束を制御することと同等の効果を奏することができる。
【００１６】
しかも、このインテグレータ部で光束を調整しても、光束が画像情報を担持していない状態にあるため、その調整誤差が画質に影響を与えることは極めて小さい。
また、このインテグレータ部では元々照明光学系に設けられている冷却構造によって冷却される状態となっているため、別途冷却構造を設ける必要がない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る照明光学系および投射型表示装置について図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明が前提としている投射型表示装置の基本的構成を、図１１に示す液晶プロジェクタ装置により説明する。
【００１８】
図示されるように、この液晶プロジェクタ装置は、白色光を射出する発光体１および発光体１からの白色光を反射する放物面鏡からなるリフレクタ２を備えた光源と、発光体１から射出された白色光に対して、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図るためのインテグレータ部３と、インテグレータ部３からの出力光を集光させるためのコンデンサレンズ４と、コンデンサレンズ４で集光された白色光を、青、緑、赤の３色の色成分光に分離するための第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６と、第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６により分離された各色成分光を所定の映像情報に応じてそれぞれ変調する第１液晶パネル７、第２液晶パネル８、第３液晶パネル９と、各液晶パネル７、８、９により変調された各色成分光を合成するための３色合成プリズム１０と、３色合成プリズム１０により合成された合成光をスクリーン上に結像させるための投影レンズ１１とを備えている。なお、上記液晶パネル７、８、９は透過型であるが本明細書では透過型のものについて、単に液晶パネルと称する。
【００１９】
また、図１１に示すように、インテグレータ部３とコンデンサレンズ４の液晶パネル７、８、９側の光路上には、インテグレータ３からの出力光を反射してコンデンサレンズ４へ導くための全反射ミラー１２が配設されている。
【００２０】
上記インテグレータ部３は、発光体１からの光束に対して作用する第２フライアイ３Ａ（第１インテグレータ板）と、第２フライアイ３Ａ（第１インテグレータ板）からの各光束を各液晶パネル７、８、９上に重畳せしめる第１フライアイ３Ｂとを備えてなる。また、第１フライアイ３Ｂの光軸の後方側には、インテグレータ部３により均一化された光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、両偏光を一方の偏光にそろえるとともに、両者を平行光として出力する、光量利用効率の向上を目的として配されたＰＢＳ板１３が設けられている。
【００２１】
なお、上記第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６で色成分光を分離する態様は、光束の入射方向およびミラーの配設位置を変更することによって種々採り得るが、本実施形態では、例えば以下の態様によって色成分光を分離する構成となっている。
【００２２】
すなわち、上記第１ダイクロイックミラー５では、インテグレータ部３により均一化され、ＰＢＳ板１３により偏光された光束を、Ｂ成分ＬＢとＧＲ成分ＬＧ、ＬＲとに分離する。また、上記第２ダイクロイックミラー６では、第１ダイクロイックミラー５により分離されたＧＲ成分ＬＧ、ＬＲを、Ｇ成分ＬＧと、Ｒ成分ＬＲとに分離する。
このようにして分離された各色成分光は、それぞれ対応した色成分光用の液晶パネル７、８、９へ投射される。
【００２３】
すなわち、図１１に示すように、上記第１ダイクロイックミラー５で透過されて分離されたＢ成分ＬＢの光路上には、Ｂ成分ＬＢをＢ成分用の画像が表示される第１液晶パネル７に向けて全反射するための第１ミラー１４と、第１ミラー１４により反射されたＢ成分ＬＢを平行光とするためのフィールドレンズ１５とが配設されていて、Ｂ成分ＬＢが第１液晶パネル７に投射される。
【００２４】
また、図１１に示すように、上記第２ダイクロイックミラー６で反射されて分離されたＧ成分ＬＧの光路上には、Ｇ成分ＬＧを平行光とするためのフィールドレンズ１６が配設されており、Ｇ成分ＬＧは、Ｇ成分用の画像が表示される第２液晶パネル８に投射される。
【００２５】
さらに、図１１に示すように、上記第２ダイクロイックミラー６を透過して分離されたＲ成分ＬＲの光路上には、Ｒ成分ＬＲをＲ成分用の画像が表示される第３液晶パネル９に向けて全反射するための第２ミラー１７および第３ミラー１８と、第２ダイクロイックミラー６により分離されたＲ成分ＬＲを平行光とするためのフィールドレンズ１９、２０とが配設されていて、Ｒ成分ＬＲが第３液晶パネル９に投射される。
【００２６】
なお、上記投影光学系においては、３色合成プリズム１０に至るまでの光路長はＲ成分ＬＲのみが異なるが、第２ミラー１７と第３ミラー１８との間にはリレーレンズ２１が配設されており、このリレーレンズ２１により、Ｒ成分ＬＲの光路長がＢ成分ＬＢおよびＧ成分ＬＧの光路長と見かけ上同等となるように補正するものである。
【００２７】
また、上記３色合成プリズム１０はクロスダイクロイックプリズムであり、Ｂ成分ＬＢに対して反射するダイクロイック面１０Ｂと、Ｒ成分ＬＲに対して反射するダイクロイック面１０Ｒとを有するものである。
【００２８】
ところで、液晶を照明する光の強度が年々大きくなってきているが、使用する場所や用途によってはスクリーンに映出された映像が明るすぎて逆に見づらくなったり、観察者に疲労を感じさせたりするという問題が生じている。
そこで、上記液晶プロジェクタ装置によれば、インテグレータ部３の付近に照明光の有効光束径を調整し得る部材を配している。
【００２９】
特に、液晶パネル７，８，９側に位置するインテグレータ板３Ｂの近傍位置は、投影レンズ１１の瞳位置と光学的に共役となるように設定されているため、このインテグレータ板３Ｂの近傍位置において光束を制御することは投影レンズ１１に絞りを設けて光束を制御することと同等の効果を奏することができる。
【００３０】
一方、このインテグレータ部３で光束を調整しても、光束が画像情報を担持していない状態にあるため、その部材の寸法誤差や位置決め誤差を含めた調整誤差が画質に影響を与えることは極めて小さいという利点を有し、さらに、このインテグレータ部３では元々照明光学系に設けられている冷却構造によって冷却される状態となっているため、別途冷却構造を設ける必要がないという利点をも有している。
【００３１】
以下、図１および図２を用いて実施形態１に係る表示手段の有効光束光量調整手段について説明する。図１は、この有効光束光量調整手段を示す平面図である。この実施形態１の有効光束光量調整手段は、液晶パネル７，８，９側の第１フライアイ３ＢとＰＢＳ板（櫛形偏光分離プリズムアレイと１/２波長板からなる）１３との間に配されており、ＰＢＳ板１３に対し固定とされた第１遮光板５１と、この第１遮光板５１に近接して配され、矢印Ｂ方向（光軸と直交する方向）に移動可能とされた第２遮光板５２と、後述する遮光板駆動部材からなる。
【００３２】
上記第１遮光板５１および第２遮光板５２は共に、同一の所定ピッチで穿設された短冊状のスリット５１Ａ，５２Ａを複数個備えてなる。ＰＢＳ板１３を構成する櫛形偏光分離プリズムアレイは、偏光分離プリズム素子を矢印Ｂ方向に複数個配列してなるもので、偏光をＰ，Ｓいずれか一方にそろえるよう、第１フライアイ３Ｂの各レンズ素子からの照明光が上記偏光ビームスプリッタ素子に１つおきに入射するようにその前段に第１遮光板５１が配されている。
【００３３】
実施形態１の有効光束光量調整手段は元々ＰＢＳ板１３との組合せで配されている第１遮光板５１を利用し、これと対向するように第２遮光板５２を新たに移動可能に配設してなる。
【００３４】
光源からの照明光の光量を最大に利用したい場合には、図２(Ａ)に示す如く、２つの遮光板５１，５２の各々のスリット５１Ａ，５２Ａが互いに完全に重なり合うようにして、矢印Ａ方向からの光束が通過する開口面積を最大とする。一方、光源からの照明光の光量を減少させたい場合には、図２(Ｂ)に示す如く、第１遮光板５１に対して第２遮光板５２を矢印Ｂ方向に移動させ、上記各々のスリット５１Ａ，５２Ａが互いにずらされた状態として、光束が通過する開口面積を減少させる。
このように構成することで、元々設けられていた第１遮光板５１を利用することができ、コスト的にもスペース的にも効率化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記実施形態１において、第１遮光板５１および第２遮光板５２に穿設された短冊状のスリット５１Ａ，５２Ａの幅および間隔は、両者とも所定ピッチとされているが、例えばスリット５２Ａの幅は、中央部分においてスリット５１Ａに比べ大きくなるように構成されていてもよい。これにより、光束の中央部分の減光率が周辺部分の減光率に比べて小さいものとなり、減光された光束は周辺部分においてより暗いものとなるため、全体としてレンズ性能の向上を図ることができる。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態２に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すものである。この実施形態２の有効光束光量調整手段は、ＰＢＳ板１３と遮光板１５１（上記第１遮光板５１に相当する）を一体として矢印Ｃ方向（光軸方向）または矢印Ｄ方向（光軸と直行する方向）に移動可能とすることで構成される。
【００３７】
第１フライアイ３Ｂの各レンズ素子からは、各々が光源の像を液晶パネル７，８，９上に形成するよう光束が射出されるように構成されており、これら各々の光束が絞られた状態で対応する遮光板１５１のスリットに入射するように位置決めされている。この状態から矢印Ｃ方向にＰＢＳ板１３Ａと遮光板１５１を一体的に移動させると遮光板１５１のスリット位置において光束径が拡がり、その一部がこのスリットの縁部においてケラレるため、このＰＢＳ板１３Ａを通過する光束の光量が減少することになる。
【００３８】
一方、上記位置決めされた状態からＰＢＳ板１３Ａと遮光板１５１を一体的に矢印Ｄ方向に移動させると遮光板１５１のスリットが矢印Ｄ方向にずれるため、第１フライアイ３Ｂからの各光束の一部がスリットとスリットの間の壁面によってケラレることとなり、やはりＰＢＳ板１３Ａを通過する光束の光量が減少することになる。矢印Ｃ方向あるいは矢印Ｄ方向への上記移動量は、減光率に応じて決定する。
【００３９】
次に、図４は本発明の実施形態３に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すもので、インテグレータ部３を構成する２つのフライアイ３Ａ，３Ｂの間隔を、いずれかもしくは両方のフライアイ３Ａ,３Ｂを矢印Ｅ方向（光軸方向）に移動させることで変更し、液晶パネル７，８，９面上での光束径を変更するものである。すなわち、この液晶パネル７，８，９面上での光束径がこの液晶パネル面のサイズよりも大きくなれば、この液晶パネル７，８，９を照明する照明光の単位面積当たりの光量は減少することになる。これによりスクリーン上での光強度を小さく抑えることが可能となる。なお、この場合には、図示されない遮光板（実施形態２の遮光板１５１に相当するもの）による光束のケラレによって減光効果を高めることができる。
【００４０】
図５は、本発明の実施形態４に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すもので、ＰＢＳ板１３Ａから射出される光束の一部を、矢印Ｆ方向（光軸と直交する方向）に移動する遮光板２５１により遮蔽して液晶パネル７，８，９を照明する光束の全光量を減少させるようにしたものである。図６は、この実施形態４における、ＰＢＳ板１３Ａと遮光板２５１の位置関係を示すもので、図５の矢印Ｇ方向から見たときの概念図である。
【００４１】
したがって、本実施形態においては、液晶パネル７，８，９上での照明光の明るさを最大としたいときには、ＰＢＳ板１３Ａから光束が遮蔽されないような位置に遮光板２５１を配置し、液晶パネル７，８，９上での照明光の明るさを減少させたい場合には、上記状態から遮光板２５１を矢印Ｆ方向に移動させて所望の減光率に応じてＰＢＳ板１３Ａの両側方領域からの光束を遮蔽する。
【００４２】
なお、このようにＰＢＳ板１３Ａの一部領域からの光束を遮蔽しても、ＰＢＳ板１３Ａの各素子からの光束各々が、各液晶パネル７，８，９の全領域をカバーする照明光となっているので、各液晶パネル７，８，９上での照明スポット形状が小さくなってしまうおそれはない。
【００４３】
図７は、本発明の実施形態５に係る表示装置の有効光束光量調整手段を示すものである。
すなわち、この有効光束光量調整手段は、第１フライアイ３Ｂの第２フライアイ３Ａ側に開閉可能な４枚の遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを設けてなるものである。これら４枚の遮光フィン３５１Ａ〜Ｄは所定の台形形状をなしており、照明光の明るさを最大としたいときは、図８（Ａ）（図７の矢印Ｈ方向から見た図；図８（Ｂ）も同じ）に示す如く遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを開状態として第１フライアイ３Ｂの全領域を光束が通過可能となるようにし、一方、照明光の明るさを減少させたいときには、図８（Ｂ）に示す如く遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを閉状態として第１フライアイ３Ｂの中央領域のみを光束が通過可能となるようにする。
【００４４】
なお、図８（Ｂ）に示す如く第１フライアイ３Ｂの中央領域のみを光束が通過可能となるようにしても、第１フライアイ３Ｂの各レンズ素子を通過する光束が各々、各液晶パネル７，８，９の全領域を照明するように構成されているので、各液晶パネル７，８，９上で照明スポット形状が小さくなってしまうおそれはない。
【００４５】
なお、上記実施形態５においては、第１フライアイ３Ｂの第２フライアイ３Ａ側に開閉可能な遮光フィン３５１Ａ〜Ｄを設けているが、このような遮光部材は、第１フライアイ３Ｂのコンデンサレンズ４側に設けてもよいし、第２フライアイ３Ａのいずれの側に設けてもよい。ただし、２つのフライアイ３Ａ、３Ｂの間に設けるようにすればスペース的に有利である。
【００４６】
以上説明したように、上記各実施形態においては、投影レンズ１１の瞳位置と光学的に共役な位置となる第１フライアイ３Ｂの付近において、種々の部材を移動させることにより有効光束の光量調整を行なっている。
【００４７】
この際の移動機構については、各部材を所定の精度で移動できるようなものであればよく、種々の光学装置において用いられている周知の部材移動機構を採用可能である。
ここでは、上述した実施形態１における第２遮光板５２を移動させる移動機構について、図面を用いて具体的に説明する。
【００４８】
図９は、第２遮光板５２を、図１の矢印Ｂ方向の２位置間で切り替え可能とする機構を示すものである。すなわち、プランジャ（マグネット保持型ソレノイドプランジャ）１０１のソレノイドＯＮ／ＯＦＦ切換えによって、ロッド１０２がその伸縮２位置間で切替可能であり、これにより、一方のアーム部１０５がロッド１０２に軸支され、他方のアーム部１０６が第２遮光板５２に軸支され、軸部１０４に対して回動可能に取り付けられた回転レバー１０３が２つの回動位置間で切替可能とされ、第２遮光板５２が第１遮光板５１に対して、光軸と直交する方向の２位置に移動可能とされている。すなわち、プランジャ１０１のソレノイドがＯＮとされた状態（図９に示されている状態）では、ロッド１０２がプランジャ１０１内に引き込まれた状態となり、これに伴って回転レバー１０３は右方向に回動された状態となり、第２遮光板５２が紙面上方へ移動した状態となり、第１遮光板５１のスリット５１Ａと第２遮光板５２のスリット５２Ａが、各スリット５１Ａ，５２Ａの幅の１／２だけ互いに重なり合うように位置設定され（図２（Ｂ）の状態）、ＰＢＳ板１３を通過する光束光量は最大値の略半分に減少する。
【００４９】
一方、プランジャ１０１のソレノイドがＯＦＦとされた状態では、ロッド１０２が図９に示す状態から突出し、回転レバー１０３は左方向に回動された状態となり、第２遮光板５２が図９中で下方に移動し、２つの遮光板５１，５２のスリット５１Ａ,５２Ａが互いに完全に重なり合うように位置設定される（図２（Ａ）の状態）。これによりＰＢＳ板１３を通過する光束光量は最大となる。
【００５０】
このように、図９に示す移動機構においては、第２遮光板５２を光軸と垂直となる方向へ、スリット幅の１／２だけ移動させるようにしているが、この移動量はスリット幅の１／２に限られるものではなく、求められている減光率に応じて、例えばスリット幅の１／４に設定したり、３／４に設定したりすることが可能である。
【００５１】
なお、図９に示す実施形態においては、第２遮光板５２が下降したときに、その位置を検出するためのマイクロフォトセンサ１０７が設けられており、検出された際には、検知信号を駆動コントロール部にフィードバックするようになっている。
【００５２】
次に、図１０に示す移動機構について説明する。この移動機構は、第２遮光板６２を、矢印Ｂ方向（図１参照）に連続的に移動せしめて、照明光の明るさを連続的に変化可能としたものである。なお、第１遮光板６１および第２遮光板６２は上述した第１遮光板５１および第２遮光板５２と同様の構成とされている。図示するように、ステッピングモータ１１１の回転に伴いギア１２１が回転し、遊星ギア１２２を介してギア１２３が回転する。ギア１２３は軸１２４の外周に装着されており、ギア１２３の回転に応じて軸１２４が回転する。
【００５３】
一方、第２遮光板６２の側縁部を保持した遮光板保持部材１２６は、軸１２４に嵌合される嵌合部１２５を備えており、この嵌合部１２５の内壁部と軸１２４の外壁部には、図示されてはいないが、互いに噛合するギア部が設けられている。したがって、モータ１１１の回転に伴い軸１２４が回転すると、この軸１２４と噛合する遮光板保持部材１２６は矢印Ｂ方向（図１参照）に移動する。これにより、上記図９の実施形態と同様に、第１遮光板６１と第２遮光板６２の両スリットの重なり合う面積が変更され照明光の明るさを可変とすることができ、しかも図９のものとは異なり調整する明るさのレベルを連続的に変化させることができる。
【００５４】
また、図１０に示す移動機構は、図９に示す移動機構と同様に、第２遮光板６２が移動した場合に、その位置を検出するためのマイクロフォトセンサ１１７が設けられている。さらに、この図１０に示す移動機構では、モータの回転位置を検出するためのマイクロフォトセンサ１１８が設けられている。このマイクロフォトセンサ１１８はモータ１１１の回転に応じて回転する穿孔ディスク（所定角度毎に回転角検出孔が穿設されている）１２７の回転角を検出することでモータ１１１の回転量を検出する。
【００５５】
なお、本発明の照明光学系および投射型表示装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、上記実施形態ではＰＢＳ板として、櫛形偏光プリズムアレイを用いているが、その他の偏光ビームスプリッタを用いることも可能である。
【００５６】
また、本発明装置の有効光束光量調整手段としては、上述したように部材の物理的な移動によって光量調整するものに限られるものではなく、例えば電気的に遮光量を調整し得るもの（液晶シャッタ等）や、光の波長に応じて遮光量を調整し得るもの等の、物理的な部材の移動を伴わないものも含めるものとする。
【００５７】
また、上記実施形態においては、一対のフライアイが設けられているが、本発明は、光軸を中心として回転対称となるように、フライアイのペアを複数設けたものにも適用可能である。
さらに、本発明は、液晶パネル以外のライトバルブ、例えばＤＭＤを用いた表示装置にも適用可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の照明光学系および投射型表示装置によれば、照明光学系内において光源から光束の均一化を図るインテグレータ部の付近に、照明光の、ライトバルブ上での有効光束径を調整し得る構成を有している。
【００５９】
ライトバルブ側に位置するインテグレータ板の近傍位置は、投影レンズの瞳位置と光学的に共役となるように設定されているため、このインテグレータ板の近傍位置において光束を制御することは投影レンズに絞りを設けて光束を制御することと同様に極めて有効に照明光の明るさを調整することができる。
【００６０】
しかも、このインテグレータ部で光束を調整した場合には、光束が画像情報を担持していない状態にあるため、その調整誤差が画質に影響を与えることは極めて小さい。
【００６１】
また、このインテグレータ部では元々照明光学系に設けられている冷却構造、例えば空冷機構によって効率良く冷却される状態となっているため、別途冷却構造を設ける必要がなく、コスト的にもスペース的にも効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図２】図１に示す投射型表示装置を矢印Ａ方向から見た概略図
【図３】本発明の実施形態２に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図４】本発明の実施形態３に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図５】本発明の実施形態４に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図６】図５に示す投射型表示装置を矢印Ｇ方向から見た概略図
【図７】本発明の実施形態５に係る投射型表示装置の一部構成を示す概略図
【図８】図７に示す投射型表示装置を矢印Ｈ方向から見た概略図
【図９】本発明の実施形態１の遮光板移動機構を示す概略図
【図１０】図９に示す遮光板移動機構の変更例を示す概略図
【図１１】本発明の前提となる投射型表示装置の基本的な構成を示す概略図
【符号の説明】
１ 発光体
２ リフレクタ
３ インテグレータ部
３Ａ 第２フライアイ
３Ｂ 第１フライアイ
４ コンデンサレンズ
５ 第１ダイクロイックミラー
６ 第２ダイクロイックミラー
７ 第１液晶パネル
８ 第２液晶パネル
９ 第３液晶パネル
１０ ３色合成プリズム
１１ 投影レンズ
１３、１３Ａ ＰＢＳ板
５１ 第１遮光板
５１Ａ、５１Ｂ スリット
５２ 第２遮光板
１５１、２５１ 遮光板
３５１Ａ〜Ｄ 遮光フィン
１０１ プランジャ
１０２ ロッド
１０３ 回転レバー
１０７、１１７、１１８ マイクロフォトセンサ
１１１ モータ
１２１、１２２、１２３ ギア
１２４ 軸
１２５ 嵌合部
１２６ 遮光板保持部材
１２７ 穿孔ディスク
Claims (5)
- 光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、複数の短冊状のスリットを有する２枚の遮光板からなり、
これら２枚の遮光板の一方を他方に対して光軸と直交する方向に移動させることで、前記偏光ビームスプリッタに入射する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照明光学系。 - 光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、櫛形偏光分離プリズムアレイとλ／２位相差板と複数の短冊状のスリットを有する第１の遮光板とを有する偏光ビームスプリッタ、および複数の短冊状のスリットを有する遮光板からなり、
該偏光ビームスプリッタおよび該遮光板の一方を他方に対して光軸と直交する方向に移動させることで、前記インテグレータ部から射出される光束の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照明光学系。 - 光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部内もしくはその付近に、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整し得る有効光束光量調整手段を設け、
該有効光束光量調整手段は、前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に配置された、櫛形偏光分離プリズムアレイとλ／２位相差板とを有する偏光ビームスプリッタ、および複数の短冊状のスリットを有する遮光板からなり、
該偏光ビームスプリッタおよび該遮光板が、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整するように、前記インテグレータ部の光軸方向に移動可能とされていることを特徴とする照明光学系。 - 光源部と、
光源部からの光束を均一化するように、２次元方向に多数のレンズアレイが配列されてなるインテグレータ板を複数個配列してなるインテグレータ部と、
このインテグレータ部からの光を所定の映像情報に応じて変調して出力するライトバルブを備えてなる照明光学系において、
前記インテグレータ部の前記ライトバルブ側に、複数の短冊状のスリットを有する遮光板を配置し、
前記インテグレータ部を構成する複数のインテグレータ板のうち、光軸方向に配列された少なくとも１対のインテグレータ板の間隔を変化せしめ、該変化に応じて前記遮光板における光束のケラレ量を変化せしめて、前記ライトバルブ上での有効光束による光量を調整可能とされていることを特徴とする照明光学系。 - 前記請求項１から４のうちいずれか１項記載の照明光学系を備え、前記ライトバルブにより変調された光が担持した光学像をスクリーン上に投影する投影レンズを備えたことを特徴とする投射型表示装置。
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