JP4075509B2 - 照明光学装置および照明光学装置を備えたプロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置と、該光源装置から射出された光速を分割する第１レンズアレイと、該第１レンズアレイに対向配置された第２レンズアレイとを備えた照明光学装置、ならびに、その照明光学装置を備えたプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、会議、学会、展示会等でのプレゼンテーションにプロジェクタを用いることが知られている。このようなプロジェクタでは、光源装置から射出された光束を第１レンズアレイで複数の光束に分割し、この分割された光束を第２レンズアレイで集光する照明光学装置が設けられている。
投写される光学像において、十分なコントラストを得るために、従来では、光源装置から射出された光の光量を調整する調光装置が設けられている。
【０００３】
従来の調光装置は、光源装置自体から射出される光の光量を制御する構成が採用されている。
例えば、特開平３−１７９８８６号公報に開示されている調光装置がある。この調光装置は、メタルハイライドランプの発光光量を制御する構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平３−１７９８８６号公報で開示される調光装置は、光源装置の発光光量を制御するものであるが、光源装置として現在主流の高圧水銀ランプを使用した場合、光量を変化させることが技術的に困難であり、しかも、３０％程度しか減光することができない。
そのため、従来例では、使用する光源装置の種類が制限されることになり、その上、十分にコントラストを上げることができないという問題点がある。
特に、プロジェクタをホームシアター等の用途に供する場合、高コントラスト画像が得られるものが要望されている。
【０００５】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みて、光源装置の種類が制限されないとともに、コントラストを十分に得ることができる照明光学装置およびそれを備えたプロジェクタを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の照明光学装置は、光源装置と、該光源装置から射出される光束を複数の部分光束に分割するとともに前記光源装置側に配置された第１レンズアレイと、該第１レンズアレイに対向配置され前記光源装置と略共役関係にある第２レンズアレイとを備えた照明光学装置であって、前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間に、これらの間の光路中の光量を絞る調光装置が設けられ、前記調光装置は、照明光軸を挟んで互いに対向配置されるとともに、光量を絞らない状態で前記第１レンズアレイから射出された光束に沿って板面が配置される２つの遮光板と、前記光路中の光量を調整するように該遮光板を回動する回動装置とを備え、前記２つの遮光板における回動端部は、前記第２レンズアレイ側に位置し、回動中心は、該遮光板の板面から離れ、かつ、該遮光板の板面と、前記照明光軸との間であって、前記第１レンズアレイ側に位置し、前記遮光板は、光量を絞る状態では、前記回動端部が所定範囲において第２レンズアレイの表面に沿って移動することを特徴とするものである。
【０００７】
このような本発明では、光源装置から射出される光は第１レンズアレイと第２レンズアレイとを通過するが、これらの第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に配置される調光装置により、光路中の光量が調整される。
そのため、光源装置自体の光量を調整するものではないので、光源装置として、どのような種類をも用いることができる。例えば、高圧水銀ランプを使用することもでき、ハロゲンランプやメタルハライドランプを使用することもできる。その上、調光装置により光路中の光量を絞る構成であるから、その絞り量を調整することで、十分なコントラストを得ることができる。
【０００８】
しかも、前記調光装置は、光量を絞らない状態で前記第１レンズアレイから射出された光束に沿って板面が配置された遮光板と、前記光路中の光量を調整するように該遮光板を回動する回動装置とを備えた構成であるため、回動装置によって遮光板を回動させることで、光路中の光量を調整することができる。そのため、遮光板およびそれを回動する装置を用意すればよいので、調光装置の構成を簡易なものにすることができる。
【０００９】
さらに、前記遮光板は、その回動端部が前記第２レンズアレイ側に位置し、かつ、その回動中心が前記遮光板の板面から離れかつ前記光路中であって前記第１レンズアレイ側に位置する構成であるため、第２レンズアレイは光源装置と略共役関係にあり、かつ、遮光板の回動によって遮光端縁で第２レンズアレイの表面を十分に覆うことができるので、光源装置から射出される光の光量が確実に絞られることになり、照明ムラが生じない。
【００１０】
さらに、前記遮光板は照明光軸を挟んで互いに対向配置されている構成であるため、複数の遮光板で第１レンズアレイまたは第２レンズアレイの表面を両側から覆うことで、光源装置から射出される光の光量を調整することができるので、この点からも照明ムラを生じることがない。
【００１１】
また、前記遮光板はヒートシンクを備えている構成が好ましい。
この構成の発明では、遮光時に光源装置から遮光板に伝達される熱をヒートシンクから放出しているので、遮光板自体に蓄えられた熱を光源装置周辺に戻すことを防止できる。そのため、光源装置自体に蓄熱されることに伴う輝度低下、その他の不具合を防ぐことができる。
さらに、前記遮光板はアルミニウムあるいはアルミニウム合金から成形される構成が好ましい。
この構成の発明では、遮光時に生じる熱を遮光板に積極的に取り入れることができるので、この点からも、光源装置周辺に熱として戻すことを防止できる。
【００１２】
また、本発明の照明光学装置では、前記回動装置および前記遮光板を冷却するための冷却路が形成されている構成が好ましい。
この構成の発明では、回動装置や遮光板で蓄熱された熱が冷却路を通って外部に放出されることで、照明光学装置の内部に熱が籠もることがない。そのため、この点からも、光源装置自体に蓄熱されることに伴う輝度低下、内部装置の低寿命化、その他の不具合を防ぐことができる。
【００１３】
本発明の照明光学装置では、前記回動装置は前記遮光板に連結されるステッピングモータを備えている構成が好ましい。
この構成の発明では、ステッピングモータが駆動指令を受けて制御されるので、この制御されたステッピングモータの回転駆動力を遮光板に伝達することで、遮光板での遮光を精度よく行うことができる。
【００１４】
また、本発明のプロジェクタは、前記構成の照明光学装置を備えたことを特徴とするものである。
このような本発明では、光源装置の種類が制限されないことでプロジェクタの設計が制限されることがなく、その上、コントラストを十分に得ることができるので投写される映像の画質を向上させることができる。
【００１５】
本発明のプロジェクタでは、前記調光装置は、入力画像信号に応じて絞る光量を調整する構成が好ましい。
この構成の発明では、入力画像信号に応じて光量調整をすることで、明るい画像のシーンでは、光量を絞らないことで画像をより明るくし、暗い画像のシーンでは、光量を絞ることで、画像をより暗くすることができる。そのため、画像の明暗のメリハリをつけることができ、画像表現をダイナミックなものとすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、第１実施形態を図１から図１４に基づいて説明する。
（１．プロジェクタの主な構成）
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１を上方から見た全体斜視図、図２は、プロジェクタ１を下方から見た全体斜視図、図３は、図１の状態からプロジェクタ１のアッパーケース２１を外した図、図４はプロジェクタの光学系を模式的に示す平面図である。
【００１７】
図１ないし図４において、プロジェクタ１は、外装ケース２と、外装ケース２内に収容された電源ユニット３と、同じく外装ケース２内に配置された平面Ｕ字形の光学ユニット４と、同じく外装ケース２内に配置された内部冷却ユニット５（図５参照）とを備え、全体略直方体形状となっている。
【００１８】
外装ケース２は、それぞれ樹脂製とされたアッパーケース２１、ロアーケース２３で構成されている。これらのケース２１、２３は、互いにネジで固定されている。
なお、外装ケース２は樹脂製に限らず、金属製であってもよい。また、外装ケースの一部を樹脂製とし、他の部分を金属製とすることも可能である。例えば、アッパーケース２１を樹脂製とし、ロアーケース２３を金属製としても良い。
【００１９】
アッパーケース２１は、上面部２１１と、その周囲に設けられた側面部２１２と、背面部２１３と、正面部２１４とで形成されている。
上面部２１１の前方側には、ランプカバー２４が嵌め込み式で着脱自在に取り付けられている。また、上面部２１１において、ランプカバー２４の側方には、投写光学系としての投写レンズ４６の上面部分が露出した切欠部が設けられている。これにより、投写レンズ４６のズーム操作、フォーカス操作をレバーを介して手動で行えるようになっている。この切欠部の後方側には、操作パネル２５が設けられている。
【００２０】
側面部２１２は、一方の側面（図１中右側）にコ字形のハンドル２９が回動自在に設けられている。また、他方の側面（図２中右側）にハンドル２９を上側にしてプロジェクタ１を立てた場合の足となるサイドフット２Ａ（図２）が設けられている。
【００２１】
背面部２１３は、プロジェクタ１内部側に窪んでインターフェース部２Ｂが設けられている。このインターフェース部２Ｂ内には、インターフェースカバー２１５が設けられ、さらに、インターフェースカバー２１５の内部側には、種々のコネクタが実装された図示略のインターフェース基板が配置される。
また、インターフェース部２Ｂの左右両側には、スピーカ孔２Ｃおよび吸入口２Ｄが設けられている。この吸入口２Ｄは、内部の電源ユニット３の後方側に位置している。
【００２２】
正面部２１４は、前記アッパーケース２１の切欠部と連続した丸孔開口２１２Ａを備え、この丸孔開口２１２Ａに対応して投写レンズ４６が配置されている。
この正面部２１４において、丸孔開口２１２Ａと反対側には、内部冷却ユニット５を介して内部の空気を外部へと排出させる排出口２１２Ｂが位置している。この排出口２１２Ｂは、内部の電源ユニット３の前方側に位置している。
また、排出口２１２Ｂには、冷却空気を画像投写領域から外れる方向、すなわち図１中左側へ排気するとともに、遮光機能を兼ねた排気用ルーバ２６が設けられている。
【００２３】
ロアーケース２３は、略板状に形成され、電源ユニット３、光学ユニット４、および、内部冷却ユニット５を載置固定する。
図２において、このロアーケース２３の底面部２３１の前方側には、プロジェクタ１全体の傾きを調整して投写画像の位置合わせを行う位置調整機構２７が設けられている。
また、底面部２３１の後方側の一方の隅部には、プロジェクタ１の別方向の傾きを調整する別の位置調整機構２８が設けられ、他方の隅部には、リアフット２３１Ａが設けられている。ただし、リアフット２３１Ａは、位置を調整することはできない。
さらに、底面部２３１には、冷却空気の吸気口２３１Ｂが設けられている。
【００２４】
電源ユニット３は、電源ブロックとしての電源（図示せず）と、電源の側方に配置されたランプ駆動ブロックとしてのランプ駆動回路（バラスト）（図示せず）とで構成されている。
電源は、電源ケーブルを通して供給された電力をランプ駆動回路、およびドライバーボード９０（図３）等に供給するものであり、前記電源ケーブルが差し込まれるインレットコネクタ３３（図２）を備えている。
ランプ駆動回路は、電力を光学ユニット４の光源ランプ４１１に供給するものである。
ドライバーボード９０は、画像情報に応じて後述する液晶パネル４４１を駆動制御するものである。
【００２５】
これらの電源およびランプ駆動回路は、略平行に並んで配置され、これらの占有空間は、プロジェクタ１の側方で前後方向に延びている。
また、電源およびランプ駆動回路は、左右側が開口され表面にめっき処理、または、金属蒸着処理、金属箔の貼り付けなどがなされた筒部材によってそれぞれ周囲を覆われている。これらの筒部材は、電源およびランプ駆動回路間での電磁ノイズの漏れを防止する機能に加えて、冷却空気を誘導するダクトとしての機能も有している。
【００２６】
光学ユニット４は、図４に示すように、光源ランプ４１１から射出された光束を、光学的に処理して画像情報に対応した光学像を形成するユニットである。この光学ユニット４は、照明光学装置としてのインテグレータ照明光学系４１と、色分離光学系４２と、リレー光学系４３と、電気光学装置４４と、クロスダイクロイックプリズム４５と、投写レンズ４６とを備えている。
【００２７】
図５は電源ユニット３、光学ユニット４および内部冷却ユニット５の配置関係を示す平面図である。
図５に示すように、内部冷却ユニット５は、外部の冷却空気を吸入して、プロジェクタ１内部に導入し、内部の発熱部材を冷却するとともに、温められた空気を外部に排出する。この内部冷却ユニット５は、光学ユニット４の電気光学装置４４を主に冷却する一対のパネル冷却用シロッコファン５１，５２と、光源ランプ４１１を主に冷却するランプ冷却用シロッコファン５３（図７参照）と、外部の冷却空気を吸入して、電源ユニット３に送風する軸流ファン５４と、プロジェクタ１内部の空気を外部に排出する排気用ファン５５とを備えて構成されている。
【００２８】
これら電源ユニット３、光学ユニット４、および、内部冷却ユニット５は、上下を含む周囲をアルミニウム製のシールド板８０（図３）で覆われており、これによって、電源ユニット３等から外部への電磁ノイズの漏れを防止している。
【００２９】
（２．光学系の詳細な構成）
図４において、インテグレータ照明光学系４１は、電気光学装置４４を構成する３枚の液晶パネル４４１（赤、緑、青の色光毎にそれぞれ液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂと示す）の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系であり、光源装置４１３と、第１レンズアレイ４１８と、ＵＶフィルタを含む第２レンズアレイ４１４と、偏光変換素子４１５と、第１コンデンサレンズ４１６と、反射ミラー４２４と、第２コンデンサレンズ４１９とを備えている。
【００３０】
これらのうち、光源装置４１３は、放射状の光線を射出する光源ランプ４１１と、この光源ランプ４１１から射出された放射光を反射するリフレクタ４１２とを有する。光源ランプ４１１としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、または高圧水銀ランプが用いられることが多い。リフレクタ４１２としては、放物面鏡を用いている。放物面鏡の他、平行化レンズ（凹レンズ）と共に楕円面鏡を用いてもよい。
【００３１】
第１レンズアレイ４１８は、光軸方向から見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有するフライアイレンズである。各小レンズは、光源ランプ４１１から射出される光束を、複数の部分光束に分割している。各小レンズの輪郭形状は、液晶パネル４４１の画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。たとえば、液晶パネル４４１の画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズのアスペクト比も４：３に設定する。
【００３２】
第２レンズアレイ４１４は、第１レンズアレイ４１８と略同様な構成を有するフライアイレンズであり、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。この第２レンズアレイ４１４は、第１コンデンサレンズ４１６および第２コンデンサレンズ４１９とともに、第１レンズアレイ４１８の各小レンズの像を液晶パネル４４１上に結像させる機能を有している。
第１レンズアレイ４１８は光変調装置やスクリーンと略共役関係にあり、光源装置４１３側に配置されている。
第２レンズアレイ４１４は光源装置４１３と略共役関係にあり、光源装置４１３とは離れた位置であって第１レンズアレイ４１８と対向配置されている。つまり、第１レンズアレイ４１８の光源の像点は、第２レンズアレイ４１４の位置と若干ずれており、偏光変換素子４１５の上に結ばれる。
第１レンズアレイ４１８と第２レンズアレイ４１４との間には、これらの間の光路中の光量を絞る調光装置４８０が設けられている。
【００３３】
偏光変換素子４１５は、第２レンズアレイ４１４と第１コンデンサレンズ４１６との間に配置されるとともに、第２レンズアレイ４１４と一体でユニット化されている。このような偏光変換素子４１５は、第２レンズアレイ４１４からの光を１種類の偏光光に変換するものであり、これにより、電気光学装置４４での光の利用効率が高められている。
【００３４】
具体的に、偏光変換素子４１５によって１種類の偏光光に変換された各部分光は、第１コンデンサレンズ４１６および第２コンデンサレンズ４１９によって最終的に電気光学装置４４の液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂ上にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、１種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源ランプ４１１からの光のほぼ半分を利用することができない。
そこで、偏光変換素子４１５を用いることにより、光源ランプ４１１からの射出光をほぼ１種類の偏光光に変換し、電気光学装置４４での光の利用効率を高めている。なお、このような偏光変換素子４１５は、たとえば特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。
【００３５】
色分離光学系４２は、２枚のダイクロイックミラー４２１，４２２と、反射ミラー４２３とを備え、ダイクロイックミラー４２１、４２２によりインテグレータ照明光学系４１から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。
【００３６】
リレー光学系４３は、入射側レンズ４３１、リレーレンズ４３３、および反射ミラー４３２、４３４を備え、色分離光学系４２で分離された色光、青色光を液晶パネル４４１Ｂまで導く機能を有している。
【００３７】
この際、色分離光学系４２のダイクロイックミラー４２１では、インテグレータ照明光学系４１から射出された光束の青色光成分と緑色光成分とが透過するとともに、赤色光成分が反射する。ダイクロイックミラー４２１によって反射した赤色光は、反射ミラー４２３で反射し、フィールドレンズ４１７を通って偏光板４４２で偏光方向がそろえられた後、赤色用の液晶パネル４４１Ｒに達する。このフィールドレンズ４１７は、第２レンズアレイ４１４から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４４１Ｇ、４４１Ｂの光入射側に設けられたフィールドレンズ４１７も同様である。
【００３８】
ダイクロイックミラー４２１を透過した青色光と緑色光のうちで、緑色光はダイクロイックミラー４２２によって反射し、フィールドレンズ４１７を通って偏光板４４２で偏光方向がそろえられた後、緑色用の液晶パネル４４１Ｇに達する。一方、青色光はダイクロイックミラー４２２を透過してリレー光学系４３を通り、さらにフィールドレンズ４１７を通って偏光板４４２で偏光方向をそろえて青色光用の液晶パネル４４１Ｂに達する。なお、青色光にリレー光学系４３が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ４３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４１７に伝えるためである。
【００３９】
電気光学装置４４は、３枚の光変調装置としての液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂを備えている。液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものであり、色分離光学系４２で分離された各色光は、各液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂとこれらの光束入射側および射出側にある偏光板４４２によって、画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。
【００４０】
クロスダイクロイックプリズム４５は、３枚の液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂから射出された色光毎に変調された画像を合成してカラー画像を形成するものである。なお、クロスダイクロイックプリズム４５には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に形成され、これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成される。そして、クロスダイクロイックプリズム４５で合成されたカラー画像は、投写レンズ４６から射出され、スクリーン上に拡大投写される。
【００４１】
これら電気光学装置４４およびクロスダイクロイックプリズム４５は、一体化されて光学装置を構成する。図６は、この光学装置を上方から見た斜視図である。
光学装置は、クロスダイクロイックプリズム４５と、クロスダイクロイックプリズム４５の上下両面（光束入射端面と交差する一対の端面）に固定される台座４４５と、各液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂと、各液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂを収容する保持枠４４３と、保持枠４４３と台座４４５側面との間に介装される保持部材４４６とが一体的に構成されている。
【００４２】
なお、図６では、図を簡素化するために、液晶パネル４４１、保持枠４４３、保持部材４４６を各１つずつのみ示している。これらの要素４４１，４４３，４４６は、実際には、クロスダイクロイックプリズム４５の他の２つの光束入射端面にも配置される。
【００４３】
以上説明した各光学系４１〜４５は、図７に示すように、平面略Ｕ字状に形成された光学部品用の筐体としての合成樹脂製の光学部品用筐体４７内に収容されている。
ここで、光学部品用筐体４７は、アルミニウム、マグネシウム、チタン等の金属、これらの合金、又はカーボンフィラー入りのポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、液晶樹脂等の樹脂で形成される。
【００４４】
この光学部品用筐体４７は、前述の各光学部品４１４〜４１９，４２１〜４２３，４３１〜４３４、各液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂの光入射側に配置された偏光板４４２を上方からスライド式に嵌め込む溝部がそれぞれ設けられた下部筐体４７１と、下部筐体４７１の上部の開口側を閉塞する蓋状の上部筐体４７２とで構成されている。
また、光学部品用筐体４７の光射出側にはヘッド部４９が形成されている。ヘッド部４９の前方側に投写レンズ４６が固定され、後方側に上述した光学装置が固定されている。
【００４５】
（３．内部冷却ユニットの構成および冷却構造）
図５において、パネル冷却用シロッコファン５１，５２は、投写レンズ４６の両側に対向して配置されている。このパネル冷却用シロッコファン５１，５２は、電気光学装置４４の３枚の液晶パネル４４１を主に冷却し、パネル冷却系Ａとして機能する（図２参照）。
パネル冷却系Ａでは、先ず、図２に示すように、パネル冷却用シロッコファン５１，５２が、下面の吸気口２３１Ｂから冷却空気を吸引する。そして、この冷却空気は、液晶パネル４４１Ｒ，４４１Ｇ，４４１Ｂとその光束入射側および射出側にある偏光板４４２（図４）とを下方から上方に向けて冷却する。この後、冷却空気は、ドライバーボード９０（図３）の下方を冷却しつつ、前方隅部の排気用ファン５５側に寄せられ、前面側の排出口２１２Ｂ（図１）から排気される。
【００４６】
図７に示すように、ランプ冷却用シロッコファン５３は、光学ユニット４の下面に設けられ、ランプ冷却用シロッコファン５３の吸気口が光学ユニット４にて形成される光路面（光学部品用筐体４７の上面または下面に沿った面）に沿って配置される。このランプ冷却用シロッコファン５３は、光源ランプを主に冷却し、ランプ冷却系Ｂとして機能する。
【００４７】
ランプ冷却系Ｂでは、先ず、ランプ冷却用シロッコファン５３が、プロジェクタ１内の冷却空気を引き寄せる。そして、この引き寄せられた冷却空気は、上部筐体４７２に設けられた図示しない開口部から光学部品用筐体４７内に入り込み、第２レンズアレイ４１４（図４）および偏光変換素子４１５（図４）の間を通って、これらを冷却する。
【００４８】
また、ランプ冷却用シロッコファン５３は、図７に示すように、下部筐体４７１の排気側開口４７１Ａから出た冷却空気を吸入する。そして、ランプ冷却用シロッコファン５３は、下部筐体４７１の吸気側開口４７１Ｂから再度光学部品用筐体４７内に冷却空気を吐き出す。そしてまた、この吐き出された冷却空気は、光源装置４１３内に入り込んで光源ランプ４１１（図４）を冷却し、この後、光学部品用筐体４７から出て、排気用ファン５５によって排出口２１２Ｂ（図１）から排気される。
【００４９】
図５に示すように、軸流ファン５４は、電源ユニット３の後方に位置し、背面側の吸入口２Ｄ（図２参照）に対向して配置される。また、この軸流ファン５４は、電源ユニット３を主に冷却し、電源冷却系として機能する。
排気用ファン５５は、光学ユニット４の光源装置４１３に近接し、排気用ファン５５の吸気口が、光学ユニット４にて形成される光路面に直交する面に沿って、すなわち、プロジェクタ１の厚み方向に沿って配置される。
このような構成で、排気用ファン５５は、冷却系統により温められ、プロジェクタ１内部に溜まった空気を前面側の排出口２１２Ｂ（図１）を介して、プロジェクタ１の投写方向と離間する方向で外部へと排出する。
【００５０】
（４．調光装置の構成）
図８から図１４には調光装置４８０の具体的な構成が示されている。
図８は調光装置４８０が光学ユニット４のライトガイドに装着された状態を示す斜視図であり、図９は調光装置４８０の概略構成図であり、図１０は調光装置４８０の斜視図である。
これらの図において、調光装置４８０は、光源装置４１３から第１レンズアレイ４１８を通過した光束を遮る２枚の遮光板４８１と、これらの遮光板４８１をそれぞれ回動する回動装置４８２と、この回動装置４８２および遮光板４８１を冷却するための冷却路４８３と、回動装置４８２の回動操作を制御する制御装置４８４とを備えた構成である。
【００５１】
図９に示す通り、遮光板４８１は、照明光軸を挟んで互いに対向配置されており、それぞれ平板部４８１Ａと、この平板部４８１Ａの両端部に各々取り付けられた腕部４８１Ｂとを備えている。この腕部４８１Ｂに設けられた回動中心４８１Ｃは遮光板４８１の板面から離れかつ光路中であって第１レンズアレイ４１８側に位置している。遮光板４８１の回動端部は第２レンズアレイ４１４側に位置している。そのため、遮光板４８１は、光量を絞らない状態では第１レンズアレイ４１８から射出された光束に沿って配置され、その回動に伴って回動端部が所定範囲において第２レンズアレイ４１４の表面に沿って移動することになる。
図１１に示す通り、遮光板４８１の回動角度をαとすると、この回動角度αと調光装置４８０を通る光束の明るさとは図１２に示すグラフの関係になる。
【００５２】
図１０において、遮光板４８１は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成形されており、平板部４８１Ａは、その外表面に互いに平行に形成された複数の凹凸の溝からなるヒートシンク４８１Ｄを備えている。
平板部４８１Ａの裏面側は光束を吸収して乱反射を防止するために黒色塗料等が塗布されている。
回動装置４８２は、図１０では、２枚の遮光板４８１のそれぞれ一方の腕部４８１Ｂにそれぞれ連結されたステッピングモータ４８２Ａを備えた構成であるが、第１実施形態では、図８に示される通り、回動装置４８２は、１台のステッピングモータ４８２Ａと、このステッピングモータ４８２Ａに連結され２枚の遮光板４８１を互いに反対方向に回動するための歯車機構４８２Ｂとを備えた構成でもよい。なお、２枚の遮光板４８１の他方の腕部４８１Ｂはライトガイドに回動自在に固定されている。互いに対向する腕部４８１Ｂは、光束を遮蔽しない間隔とされている。ステッピングモータ４８２Ａは電源ユニット３の下方に位置している（図５参照）。
【００５３】
図８において、冷却路４８３は、調光装置４８０の近傍においてライトガイドに形成された開口部を通って遮光板４８１の間に到達する流路と、この流路の上流側に配置された冷却ファン４８３Ａとを備えて構成されている。
冷却ファン４８３Ａはプロジェクタ１の外部から空気を吸い込み調光装置４８０へ向けて空気を吹き出すシロッコファンであり、ステッピングモータ４８２Ａに送られた冷却空気が開口部を通って遮光板４８１に供給された後、排気用ファン５５で外部に排出される（図５参照）。
【００５４】
制御装置４８４の具体的な構成を図１３に示す。
図１３において、制御装置４８４は、ビデオ端末４８４Ａから受信する入力画像信号に応じて回動装置４８２で絞る光量および液晶パネル４４１への入力電圧を制御するもので、ビデオ端末４８４Ａから映像信号が入力される画像解析回路４８４Ｂと、この画像解析回路４８４Ｂからの信号をそれぞれ入力するリサイズ回路４８４ＣおよびＣＰＵ４８４Ｄと、リサイズ回路４８４ＣおよびＣＰＵ４８４Ｄから信号を入力するゲイン調整回路４８４Ｅと、ＣＰＵ４８４Ｄからの信号を受けて回動装置４８２のステッピングモータ４８２Ａを駆動制御するモータ駆動回路４８４Ｆと、ＣＰＵ４８４Ｄからの信号を受けてそれぞれ駆動するランプドライバ４８４Ｇおよびファン駆動回路４８４Ｈとを備えている。
【００５５】
画像解析回路４８４Ｂは、ビデオ端末４８４Ａから入力される１フレームあたりの映像信号に基づいて遮光板４８１の回動角度αの信号をＣＰＵ４８４Ｄを介してモータ駆動回路４８４Ｆに伝達するものである。例えば、１フレームの全体のドット平均や１フレームのエリア四隅の平均等の画像平均変調度で入力信号を変換する。
リサイズ回路４８４Ｃは、光学像の上端縁側で水平方向に拡大された台形形状となる台形歪み（キーストーン歪み）を補正するためのものである。
ゲイン調整回路４８４Ｅは、画像を形成する液晶パネル４４１への入力電圧に対して表示画像の階調を表すγ特性を調整するものである。
ファン駆動回路４８４Ｈは冷却路４８３に設けられた温度センサ４８４Ｉからの温度信号をＣＰＵ４８１Ｄを介して受け、冷却路４８３の温度に応じて冷却ファン４８３Ａの駆動を制御する。
【００５６】
（５．実施形態の効果）
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）第１レンズアレイ４１８と、この第１レンズアレイ４１８に対向配置され光源装置４１３と略共役関係にある第２レンズアレイ４１４との間に、これらの間の光路中の光量を絞る調光装置４８０を設けたから、光量調整にあたり、光源ランプ４１１の光量を調整する必要がないので、光源ランプ４１１として、高圧水銀ランプや、ハロゲンランプ、あるいは、メタルハライドランプを使用することができる。その上、調光装置４８０により光路中の光量を絞る構成であるから、その絞り量を調整することで、十分なコントラストを得ることができる。
【００５７】
（２）調光装置４８０は、遮光板４８１と、光路中の光量を調整するように遮光板４８１を回動する回動装置４８２とを備えて構成したので、回動装置４８２によって遮光板４８１を回動させることで、光路中の光量を調整することができるから、調光装置４８０の構成を簡易なものにできる。
【００５８】
（３）調光装置４８０は、遮光板４８１の回動中心を遮光板４８１の板面から離れかつ光路中であって第１レンズアレイ４１８側に位置し、遮光板４８１の回動端部を第２レンズアレイ４１４側に位置したので、第２レンズアレイ４１８が光源ランプ４１１と略共役関係にあり、かつ、遮光板４８１の回動によって遮光端縁で第２レンズアレイ４１４の表面を十分に覆うことができるので、光源ランプ４１１から射出される光の光量が確実に絞られることになり、照明ムラが生じない。
図１４は画像イメージの模式図を示す。図１４において、画像イメージの濃い部分はハッチ（斜線）が細かく記載され、薄い部分は荒く形成されている。図１４に示される通り、第１実施形態では、画像イメージに大きな濃淡がないので、照明ムラがない。
さらに、第１実施形態では、遮光板４８１の回動角度αを０度から５６度まで変化させることで、光量を１００％から２５％まで変化させることができる。そのため、光量が１／４に変化するため、コントラストを４倍に高めることができる。
【００５９】
（４）２枚の遮光板４８１は光軸を挟んで互いに対向配置されているから、これらの遮光板４８１で第２レンズアレイ４１４の表面を両側から覆うことで、光源ランプ４１１から射出される光の光量を効率的に調整することができるので、この点からも照明ムラを生じることがない。
【００６０】
（５）遮光板４８１はヒートシンク４８１Ｄを備えているから、遮光時に光源ランプ４１１から遮光板４８１に伝達される熱をヒートシンク４８１Ｄから放出しているので、遮光板４８１自体に蓄えられた熱を光源装置４１３の周辺に戻すことを防止できる。そのため、光源装置自体に蓄熱されることに伴う輝度低下を防ぐことができる。その上、遮光板４８１の蓄熱が液晶パネル４４１へ伝達されることがないので、液晶パネル４４１の長寿命化を図ることができる。
（６）ヒートシンク４８１Ｄは互いに平行とされた複数の凹凸の溝から形成されているため、ヒートシンク４８１Ｄの構造を簡易なものにできる。
【００６１】
（７）遮光板４８１はアルミニウムあるいはアルミニウム合金から成形されるから、遮光時に生じる熱を遮光板４８１に積極的に取り入れることができるので、この点からも、光源装置４１３周辺や液晶パネル４４１に熱として伝達することが防止される。
（８）回動装置４８２および遮光板４８１を冷却するための冷却路４８３が形成されているから、回動装置４８２や遮光板４８１で蓄熱された熱が冷却路４８３を通って外部に強制的に放出されることで、プロジェクタ１の内部に熱が籠もることがない。そのため、この点からも、装置内部に蓄熱されることに伴う輝度低下、液晶パネル４４１の低寿命化、その他の不具合を防ぐことができる。
【００６２】
（９）回動装置４８２は遮光板４８１に連結されるステッピングモータ４８２Ａを備えているから、ステッピングモータ４８２Ａが駆動指令を受けて制御されるので、この制御されたステッピングモータ４８２Ａの回転駆動力を遮光板４８１に伝達することで、遮光板４８１での遮光を精度よく行うことができる。
（１０）ステッピングモータ４８２Ａを１個設け、このステッピングモータ４８２Ａの回転駆動力を歯車機構４８２Ｂを介して２枚の遮光板４８１に伝達する構成とすれば、２枚の遮光板４８１が同期制御されることで光束の絞りを精度良く行えるだけでなく、比較的に場所をとるステッピングモータ４８２Ａが２個必要ないので、省スペース化が図れて装置の小型化を達成することができる。
【００６３】
（１１）第１実施形態のプロジェクタ１は、前述の構成のインテグレータ照明光学系４１（照明光学装置）を備えて構成したから、光源ランプ４１１の種類が制限されないことでプロジェクタ１の設計が制限されることがなく、その上、コントラストを十分に得ることができるのでプロジェクタ１で投写される映像の画質を向上させることができる。
【００６４】
（１２）調光装置４８０は、入力画像信号に応じて絞る光量を調整する制御装置４８４を備えているので、入力画像信号に応じて光量調整をすることで、明るい画像のシーンでは、光量を絞らないことで画像をより明るくし、暗い画像のシーンでは、光量を絞ることで、画像をより暗くすることができる。そのため、画像の明暗のメリハリをつけることができ、画像表現をダイナミックなものとすることができる。
例えば、映画等を観る場合、明るいシーンでは光量を１００％のままにして明るい画像を再現し、暗いシーンとなった瞬時に光源ランプ４１１の光量を絞り、同時に対応した映像信号に伸長することにより、暗いシーンでの黒は１００％の時の黒に比べて最大１／４も暗くすることができる。そのため、ダイナミックレンジが広がることで、従来再現できなかった夜空のグラデーションが再現できるようになり、表現力が大幅に向上する。
【００６５】
（６．第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図１５から図１７に基づいて説明する。
第２実施形態は第１実施形態とは調光装置４８０の構成が異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一または同様の構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
図１５および図１６は第２実施形態の調光装置４８０の概略構成が示されている。
【００６６】
これらの図において、第２実施形態の調光装置４８０は、それぞれ回動中心が端部に位置する２枚の遮光板４８５と、これらの遮光板４８５をそれぞれ同期して回動する２個のステッピングモータ４８２Ａとを備え、これらのステッピングモータ４８２Ａは第１実施形態と同様に制御装置４８４で駆動制御される。
第２実施形態の調光装置４８０は第１実施形態と同様に、冷却路４８３を備えている（図５および図８参照）。
【００６７】
遮光板４８５は、その回動中心が第２レンズアレイ４１４側に位置し、回動端部が第１レンズアレイ４１８側に位置している。
遮光板４８５は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金から成形されており、その外表面にヒートシンク４８１Ｄが形成されている。
【００６８】
第２実施形態では、第１実施形態の（１）（２）（４）〜（１２）と同様の効果を奏することができる。
なお、第２実施形態では、図１７の模式図で示す照明ムラがある。図１７では第１実施形態の図１４に比べて、その中心部に濃い部分があることがわかる。これは、第２実施形態では、遮光板４８１が回動し始めてから４０度付近までは第１レンズアレイ４１８に近いところ遮光端縁が旋回するためである。第１レンズアレイ４１８は液晶パネル４４１やスクリーンと略共役関係にあるため、第１レンズアレイ４１８の付近で光量を絞ると、照明ムラとしてスクリーンに現れることになる。
しかし、所定のモード、例えば、光量が１００％の状態と５０％の状態との２つのモードを切り換える場合には、第２実施形態の構成で十分である。これに対して、映像信号に応じてダイナミックに光量を調整してコントラストを上げる目的で使用する場合には、１００％から２５％を数十ステップという多段的な調整をする必要があるため、第１実施形態の構成が不可欠となる。
【００６９】
（７．実施形態の変形）
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
【００７０】
前記各実施形態では、遮光板４８１，４８５にヒートシンク４８１Ｄを形成したが、本発明では、ヒートシンク４８１Ｄを省略してもよい。仮に、設ける場合であっても、前記実施形態のように複数の凹凸の溝から形成するものに限定されず、他の構成、例えば、複数の突起を遮光板４８１，４８５の表面に設けるものでもよく、あるいは、フィンを遮光板４８１，４８５の側面に突出形成するものでもよい。
さらに、遮光板４８１，４８５の材料はアルミニウムあるいはアルミニウム合金に限定されるものではなく、耐熱性があれば、他の部材、例えば、鉄やプラスチックでもよい。
【００７１】
前記実施形態では、光学部品用筐体４７は、平面略Ｕ字状に形成されていたが、これに限らない。例えば、平面略Ｌ字状に形成してもよく、その他の形状を採用してもよい。平面略Ｌ字状に形成した場合であって、プロジェクタ１の投写側から排気する場合には、排気用ファン５５から排出される空気を排出口２１２Ｂに導くダクトが必要となる。
【００７２】
前記実施形態では、３つの光変調装置を用いたプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、１つの光変調装置のみを用いたプロジェクタ、２つの光変調装置を用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以上の光変調装置を用いたプロジェクタにも適用可能である。
さらに、本発明をプロジェクタ１で適用する以外にも照明装置単体として使用してもよい。
【００７３】
前記実施形態では、光変調装置として液晶パネルを用いていたが、マイクロミラーを用いたデバイスなど、液晶以外の光変調装置を用いてもよい。
前記実施形態では、光入射面と光射出面とが異なる透過型の光変調装置を用いていたが、光入射面と光射出面とが同一となる反射型の光変調装置を用いてもよい。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を行なうフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の照明光学装置およびプロジェクタによれば、光源装置の種類が制限されないとともに、コントラストを十分に得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを上方から見た全体斜視図である。
【図２】第１実施形態におけるプロジェクタを下方から見た全体斜視図である。
【図３】第１実施形態におけるプロジェクタの内部を示す斜視図であり、具体的には、図１の状態からプロジェクタのアッパーケースを外した図である。
【図４】第１実施形態におけるプロジェクタの光学系を模式的に示す平面図である。
【図５】電源ユニット、光学ユニットおよび内部冷却ユニットの配置関係を示す平面図である。
【図６】第１実施形態における光学装置を上方側から見た斜視図である。
【図７】第１実施形態における光学ユニットを下方側から見た斜視図である。
【図８】調光装置が光学ユニットに装着された状態を示す斜視図である。
【図９】調光装置の概略構成図である。
【図１０】調光装置の斜視図である。
【図１１】遮光板の回動角度αを示す斜視図である。
【図１２】遮光板の回動角度αと調光装置を通る光束の明るさとの関係を示すグラフである。
【図１３】制御装置の概略構成図である。
【図１４】第１実施形態で投写された画像イメージを示す模式図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の調光装置を示すもので、図９に対応した概略構成図である。
【図１６】第２実施形態の調光装置を示すもので、図１０に対応した斜視図である。
【図１７】第２実施形態で投写された画像イメージを示す模式図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ
４ 光学ユニット
４１ インテグレータ照明光学系（照明光学装置）
４４ 電気光学装置
４６ 投写レンズ
４１１ 光源ランプ
４１３ 光源装置
４１４ 第２レンズアレイ
４１８ 第１レンズアレイ
４４１ 液晶パネル
４８０ 調光装置
４８１ 遮光板
４８１Ａ 平板部
４８１Ｂ 腕部
４８１Ｃ 回動中心
４８１Ｄ ヒートシンク
４８２ 回動装置
４８２Ａ ステッピングモータ
４８２Ｂ 歯車機構
４８３ 冷却路
４８３Ａ 冷却ファン
４８４ 制御装置
４８４Ｂ 画像解析回路
４８４Ｃ リサイズ回路
４８４Ｄ ＣＰＵ
４８４Ｅ ゲイン調整回路
４８４Ｆ モータ駆動回路
４８４Ｇ ランプドライバ
４８４Ｈ ファン駆動回路
４８４Ｉ 温度センサ
４８５ 遮光板

Claims (7)

1. 光源装置と、該光源装置から射出される光束を複数の部分光束に分割するとともに前記光源装置側に配置された第１レンズアレイと、該第１レンズアレイに対向配置され前記光源装置と略共役関係にある第２レンズアレイとを備えた照明光学装置であって、
   前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイとの間に、これらの間の光路中の光量を絞る調光装置が設けられ、
   前記調光装置は、照明光軸を挟んで互いに対向配置されるとともに、光量を絞らない状態で前記第１レンズアレイから射出された光束に沿って板面が配置される２つの遮光板と、前記光路中の光量を調整するように該遮光板を回動する回動装置とを備え、
   前記２つの遮光板における回動端部は、前記第２レンズアレイ側に位置し、回動中心は、該遮光板の板面から離れ、かつ、該遮光板の板面と、前記照明光軸との間であって、前記第１レンズアレイ側に位置し、
   前記遮光板は、光量を絞る状態では、前記回動端部が所定範囲において第２レンズアレイの表面に沿って移動することを特徴とする照明光学装置。
2. 請求項１に記載の照明光学装置において、
   前記遮光板はヒートシンクを備えていることを特徴とする照明光学装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の照明光学装置において、
   前記遮光板はアルミニウムあるいはアルミニウム合金から成形されることを特徴とする照明光学装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の照明光学装置において、
   前記回動装置および前記遮光板を冷却するための冷却路が形成されていることを特徴とする照明光学装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の照明光学装置において、
   前記回動装置は、前記遮光板に連結されるステッピングモータを備えていることを特徴とする照明光学装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の照明光学装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
7. 請求項６記載のプロジェクタにおいて、
   前記調光装置は、入力画像信号に応じて絞る光量を調整することを特徴とするプロジェクタ。

Images