JP4089572B2 - 照明装置、画像表示装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、画像表示装置及びプロジェクタに関する。更に詳しくは、照明光を液晶ライトバルブ又はティルトミラーデバイスなどの空間光変調装置に均一な照度で照射させる照明装置、この照明装置を備える画像表示装置、この画像表示装置によって変調された照明光を投写レンズに入射させて、投写レンズからスクリーン等に照明光を投写させて画像を表示するプロジェクタに関する。

画像表示装置等へ照明光を供給する照明装置において照明光の明るさを変化させる方法として、可変絞りにより光束を制限して照明光の明るさを変化させる方法（例えば、特許文献１）、液晶パネルのような光変調器により明るさを変化させる方法（例えば、特許文献２）、光源のランプ自体の明るさを変化させることで照明光の明るさを変化させる方法（例えば、特許文献３）が提案されている。

特開２００２−７２３６１号公報 特開２００１−１００６８９号公報 特開平６−１０２４８４号公報

一般的に可変絞りは、通過する光束を周辺部から制限して遮光する。このため、例えば、照明装置を用いて空間光変調装置を照明する場合、空間光変調装置の被照射面を均一な照度分布を保ったままの状態で照明光の明るさを変化させることは困難である。

よって、上記特許文献１に開示されている構成では、照明光を複数の光束に分割し、その後分割した光束を重畳して照明するインテグレータを用いている。そして、特許文献１では、分割した光束を周辺部から遮光している。この場合、遮光された光束と遮光されてない光束とが被照射面に重畳される。これにより、被照射面上の照度分布の不均一化という現象をある程度緩和することができる。しかしながら、インテグレータは一般的に全く遮光されていない複数の光束を重畳させて均一な照度分布を得ることを想定して光学的に設計されている。このため、一般のインテグレレータにおいて、分割された光束の一部を遮光してしまうと、照度分布のバランスが崩れてしまい均一な照度とはならなくなってしまう。特に、分割された光束に対して、遮光する領域が大きくなると、照度分布の崩れはさらに顕著となる。

また、特許文献２に開示された方法では、液晶パネルのような光変調器により光束の断面全体の光量を変化させることで照明光の明るさを変化させる。したがって、被照射面上の照度分布における不均一化の問題は起きにくい。しかし、照明光は常に光変調器に照射される状態になるので、全く減光しないように光量を変化させた場合でも、光変調器の透過率分だけ明るさが減少することになる。特に、液晶パネルを用いた場合は、透過率や耐熱性の課題もあるので、高輝度化を必要とするプロジェクタに利用される照明装置としては適さない場合がある。

さらに、特許文献３に開示された方法では、ランプ自体の明るさを変化させることで照明光の明るさを変化させる。この場合、瞬時に所望の明るさに変化できるランプが必要とされる。特に、プロジェクタに利用される照明装置では、高輝度な高圧放電ランプが用いられている。このような、高圧放電ランプでは、瞬時に所望の明るさにランプ自体を制御するのは困難であり問題である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、均一な照度分布のまま、照明光の明るさを変化できる照明装置、ダイナミックレンジが広く高画質な画像の画像表示装置、プロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の発明によれば、照明光を放射する光源と、照明光の光量を制御する可変絞りと、可変絞りを通過した照明光を被照射面上で走査する照明光走査手段とを有し、被照射面において照明光が走査される方向の軸と、可変絞りが照明光を制御する方向の軸とが略一致することを特徴とする照明装置を提供できる。

第１の発明では、可変絞りにより光量が制御された照明光が、照明光走査手段により被照射面上を走査する。ここで、「光量の制御」とは、可変絞りにより照明光を遮光して光量を減らすこと、及び光量を減らした状態から可変絞りを開放して通過する光量を増やすことをいう。よって、可変絞りにより照明光の光量を増減できる。さらに、照明光は、照明光走査手段により被照射面上を走査されるので、被照射面で照明光が走査される領域について、時間平均すると、略均一な照度分布が得られる。そして、このとき、被照射面において照明光が走査される方向の軸と、同じく被照射面において可変絞りが照明光を制御する方向の軸とが略一致していることが重要となる。ここで、「可変絞りが照明光を制御する方向の軸」とは、可変絞りにより照明光を遮光したり、可変絞りを開放して通過する光量を増やしたりすることによって、被照射面で照明光の光量が増減していく方向の軸となる。また、「軸が一致する」とは、具体的に説明すると、例えば、直交するｘｙ平面内において、被照射面において照明光が＋ｘ軸方向へ走査される場合、照明光は、＋ｘ軸方向へ制御されること、−ｘ軸方向へ制御されること、及び±ｘ軸方向へ同時に制御されることの３つの制御されることを意味する。したがって、可変絞りによって光量を制御した場合、被照射面において照明光が走査される方向の軸と、可変絞りが照明光を制御する方向の軸とが略一致していることにより、被照射面で照明光が走査される領域の大きさをほとんど変えずに、略均一な照度分布で明るさだけを変化させることが可能となる。

また、第１の発明の好ましい態様によれば、可変絞りは、被照射面の共役面、又は共役面の近傍位置に設けられていることが望ましい。一般的に、被照射面の共役面又はその近傍における照明光の断面形状は、被照射面に入射する照明光の断面形状とほぼ相似形となる。したがって、被照射面の共役面又はその近傍における照明光を可変絞りで遮光すれば、その照明光の断面形状を略同様に制御できる。よって、被照射面に照射される照明光の明るさを容易かつ確実に変化させることができる。そして、最終的に被照射面で照明光が走査される領域に対して、略均一な照度分布で明るさだけを変化させることが容易となる。

また、第１の発明の好ましい態様によれば、前記可変絞りは、前記照明光に含まれる特定の波長領域に対してのみ光量を制御することができることが望ましい。例えば、光量の制御は、機械的にシャッタ羽根で遮光する代わりに、特定の波長領域に対して光の透過率を変えるカラーフィルタを用いることができる。そして、照明光の光束内においてカラーフィルタの位置を移動させてカラーフィルタへ入射する照明光において特定の波長領域光量を変化させることができる。そして、その照明光は、照明光走査手段により被照射面上を走査されるので、被照射面で照明光が走査される領域について、時間平均すると、略均一な照度分布が得られる。これにより、最終的に被照射面で照明光が走査される領域に対して、略均一な照度分布で明るさと色純度を同時に変化させることができる。

また、第１の発明の好ましい態様によれば、入射端面より入射した照明光を内壁又は外壁に反射させて射出端面より射出させるロッドと、ロッドの射出端面の像を被照射面、又は被照射面の共役面に結像させる結像レンズとをさらに有し、可変絞りは、ロッドの射出端面の近傍、射出端面の共役面、又は射出端面の共役面の近傍に設けられていることが望ましい。被照射面において均一な照度分布を得るために、いわゆるロッド型のインテグレータを用いることができる。このとき、ロッドの射出端面では、複数の２次光源像からの光が重畳された状態となる。そして、結像レンズは、射出端面の像を被照射面に結像させる。このような構成によれば、ロッドの射出端部の形状と結像レンズの集光倍率の組み合わせを変えることにより、光源のもつ照明分布に合わせながら、被照射面の任意の領域に均一な照度分布の照明光を照射させることが可能となる。この際、リレーレンズを用いて、射出端面の像を被照射面へリレーしても良い。リレーレンズは、拡大系、縮小系のいずれでも良い。また、リレーレンズによる結像回数も１回、又は複数回の結像がある。本態様では、ロッドの射出端面の近傍、又は射出端面の共役面、又は射出端面の共役面の近傍に可変絞りが設けられている。これにより、被照射面に重畳されている全ての光束を可変絞りにより略同様に制御できる。この結果、被照射面に照射される照明光の明るさを容易かつ確実に変化させることができる。また、インテグレータとしての機能がある為、可変絞りで略均一な照度分布の照明光を遮光することと同じになるため光量の増減の調整が非常に容易になる。そして、このような略均一な照度分布を照射する照明光が、更に照明光走査手段により被照射面上を走査されるので、最終的に被照射面で照明光が走査される領域に対して、略均一な照度分布で明るさだけを変化させることが容易となる。

また、第１の発明の好ましい態様によれば、照明光を複数の部分光に分割してそれぞれ集光する複数のフライアイレンズからなるレンズアレイ部と、部分光を被照射面、又は被照射面に共役な面上に重畳させる重畳レンズ部とをさらに有し、可変絞りは、フライアイレンズの近傍、フライアイレンズの共役面、又はフライアイレンズの共役面の近傍に設けられていることが望ましい。このような構成によれば、レンズアレイ部の外形形状や重畳レンズ部の集光倍率の組み合わせを変えることにより、光源のもつ照明分布に合わせながら、被照射面の任意の領域に均一な照度分布の照明光を照射させることが可能となる。また、被照射面に共役な面上に照明光を重畳させても良い。そして、リレー結像系により画像形成領域へ重畳された照明光を結像させる。これにより、被照射面上に照明光を重畳させることと同様の効果を得られる。また、照明光を重畳させる面は、被照射面に共役な面でも良い。そして、本態様では、フライアイレンズの近傍、又はフライアイレンズの共役面、又はフライアイレンズの共役面の近傍に可変絞りが設けられている。これにより、被照射面に重畳されている全ての光束を可変絞りにより略同様に制御できる。この結果、被照射面に照射される照明光の明るさを容易かつ確実に変化させることができる。また、インテグレータとしての機能がある為、可変絞りで略均一な照度分布の照明光を遮光することと同じになるため光量の増減の調整が非常に容易になる。そして、このような略均一な照度分布を照射する照明光が、更に照明光走査手段により被照射面上を走査されるので、最終的に被照射面で照明光が走査される領域に対して、略均一な照度分布で明るさだけを変化させることが容易となる。

また、第１の発明の好ましい態様によれば、前記照明光走査手段は、回転することで前記照明光の屈折角を変化させて前記照明光を走査する回転プリズムを有することが望ましい。これにより、可変絞りで光量が制御された照射光を回転プリズムで走査することができる。このため、照明光を被照射面で走査させることができる構成を容易に実現できる。よって、最終的に被照射面で照明光が走査される領域に対して、略均一な照度分布で明るさだけを変化させることが容易となる。

また、第２の発明によれば、上述の照明装置と、照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置とを有することを特徴とする画像表示装置を提供できる。これにより、上述の照明装置の被照射面近傍に画像表示装置を設けることで、画像表示装置を均一な照度で照明できる。そして、画像信号に応じて被照射面の光量を増減することで、ダイナミックレンジを広く使用することができる。例えば、入力された画像信号の輝度のピーク値に合わせて照明光の明るさを制御（増減）する。この場合、輝度のピーク値に合わせて照明光の明るさを制御しているので、白レベル等の全体の階調を維持したまま、画像表示装置において黒レベルに近い階調の表現域を広げることができる。これにより、ダイナミックレンジを広げることができる。他にも、全体的に暗い画像で輝度のピーク値の高い信号が少量含まれている場合、白レベルに近いところよりも、黒レベルに近い表現が重要となるので、輝度のピーク値よりも若干少なく照明光の明るさを制御して、白レベルに近い階調が入力信号とは異なる階調となってしまっても、黒レベルに近い階調の表現域を広げることで、ダイナミックレンジを広げることもできる。なお、照明光の照度は、画像信号に応じて可変する方法以外にも、使用する環境や視聴者に合わせて任意の照度に固定して使用することもできる。つまり、暗い環境で使用するのであれば、必要以上の明るさがなくても視聴できるので照明光の明るさを落したり、逆に、明るい環境で使用するのであれば、照明光が暗すぎると視聴できなくなるので照明光の明るさを上げたりできる。そして、明るさの調整は手動でも自動でも構わない。

次に、第２の発明のさらなる効果として、動画像のぼけを低減できることを説明する。ディスプレイは、表示方法の違いによってインパルス型とホールド型とに分けることができる。インパルス型は、瞬間的に表示に必要な明るさ分だけ光を画素毎に表示する方法であり、たとえば、インパルス型のディスプレイとしては、CRT［cathode-ray tube］が知られている。また、ホールド型のディスプレイは、一定時間の間に表示に必要な明るさ分だけの光を画素毎に表示する方法であり、たとえば、ホールド型のディスプレイとしては、液晶ディスプレイが知られている。つまり、液晶ライトバルブを用いたプロジェクタもホールド型ディスプレイの一種となる。一般に、インパルス型とホールド型は、表示方法の違いから、動画像の表示性能に違いがある。例えば、ホールド型のディスプレイの方がインパルス型のディスプレイよりも大きくぼやけてしまう。

このようにホールド型のディスプレイの方がインパルス型のディスプレイよりも大きくぼやけてしまうのは、インパルス型ディスプレイでは、瞬間的に光を発しているため、積分による脳でのイメージ残像が少なくなっているのに対し、ホールド型のディスプレイでは、一定時間の間は光が発し続けられるため、積分による脳のイメージ残像が大きくなり易くなってしまうためである。

そこで、第２の発明の構成によれば、可変絞りによって照明光が遮光されたりするため、瞬間的な時間においては、照明装置により空間光変調装置の画像形成領域の一部分にしか照明光の照射が行われない。しかしながら、ある時間の範囲内においては、照明装置の照明光走査手段により、照明光を画像形成領域で走査させることができるので、画像形成領域の全体へ均一な照度分布をもつ照明光の照射が行われる。これにより、画像表示装置を直視した場合、人間の目には画像を認識できるようになると同時に、画像形成領域の一部分に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠点灯と同じ現象が起きることになる。そのため、空間光変調装置がホールド型であっても鮮明な動画像を表示できる。

また、第３の発明によれば、上述の画像表示装置と、画像表示装置で表示された画像を投写する投写手段とを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。これにより、画像表示装置に表示されたダイナミックレンジが広く、動画像ぼけが低減された画像をスクリーンに拡大投写できる。特に、プロジェクタに利用される照明装置では、高輝度な高圧放電ランプが用いられているが、本態様では、このようなランプであっても利用できるので、プロジェクタとして適した構成となる。

また、第３の発明の好ましい態様によれば、投写手段により投写された画像の照度と色度との少なくとも一方を検出する光学センサを有し、光学センサから検出したデータを利用して可変絞りによって制御する光量と空間光変調装置によって変調する照明光の変調量の両方を変化させることができることが望ましい。これにより、スクリーンに投写された画像に対して外光やスクリーンの色等の影響を考慮したキャリブレーションを行うことがきる。このため、外光やスクリーンの色等の環境に適応した最適な画像を得ることができる。

また、第３の発明の好ましい態様によれば、可変絞りを通過した照明光を少なくとも２色以上の照明光に分離する色分離光学系を有することが望ましい。これにより、少なくとも１つの可変絞りにより、ダイナミックレンジの広い高品質なフルカラー画像を得ることができる。

また、第３の発明の好ましい態様によれば、照明光を少なくも２色以上の照明光に分離する色分離光学系を有し、可変絞りは、分離された照明光の少なくとも１つの色光の光路内に設けられていることが望ましい。これにより、特定の色光について光量を制御できる。

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１の照明装置１００の概略構成を示す。照明装置１００は、光源１１０と、フライアイレンズ１２１、１２２と、重畳レンズ１２３と、平行化レンズ（結像レンズ）１２４と、可変絞り１７０と、回転プリズム１３０と、再結像用レンズ１４１、１４２、１４３とを有している。

光源１１０は、ランプ１１１と凹面鏡１１２とによって構成される。ランプ１１１は、たとえば、高圧水銀ランプなどの放電ランプからなり、また、凹面鏡１１２は、放物面鏡からなる。なお、ランプ１１１と凹面鏡１１２は、この構成に限らない。この光源１１０では、ランプ１１１が照明光を発し、凹面鏡１１２がその照明光を反射して、照度分布をもつ照明光をフライアイレンズ１２１、１２２に向けて放射するようになっている。このとき、ランプ１１１がＬＥＤ光源であれば、凹面鏡１１２でなく集光レンズを使って、フライアイレンズ１２１、１２２に向けて照明光を放射する構成や、複数のＬＥＤ光源をアレイ状に配置する構成であってもよく、光源の種類、数、構成等については、適宜変更が可能である。

フライアイレンズ１２１、１２２は、矩形状の輪郭を有する微小レンズをマトリックス状に配列したレンズアレイである。各微小レンズの外形形状は、被照射面１５０の外形形状とは比率を変えて成形してある。ここでは、被照射面１５０の外形形状が、横縦比４：３の矩形形状であり、各微小レンズの外形形状は横縦比４：１の矩形形状に成形してある。

フライアイレンズ１２１は、光源１１０から放射された照明光を複数の部分光に分割して、部分光毎にフライアイレンズ１２２の各微小レンズに集光させる。フライアイレンズ１２２は、複数に分割された部分光を各部分光毎に射出して、重畳レンズ１２３に入射させる。重畳レンズ１２３は、平行化レンズ１２４を介し、複数に分割された部分光を集光して、フライアイレンズ１２１の微小レンズの外形形状で規定される像を回転プリズム１３０の内部に結像させる。図１においては、像は回転プリズム１３０の回転軸を含む平面上の共役面ＣＮＪに結像されている。

次に、再結像用レンズ１４１、１４２、１４３は、フライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４によって結像された像を被照射面１５０に結像する再結像手段である。よって、共役面ＣＮＪは、被照射面１５０の共役面となる。なお、再結像手段は、結像手段で結像された像を被照射面１５０に結像する目的であるため、レンズではなく、曲面ミラーを組み合せたものでもよい。さらに、レンズや曲面ミラーの個数、そして、像の拡大率や縮小率についても適宜変更が可能である。

以上のように、フライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４、そして、再結像手段となる再結像用レンズ１４１、１４２、１４３を含む照射光学系により、被照射面１５０の一部に対して照明光を照射することができる。つまり、被照射面１５０の画素形成領域が４：３に対して、フライアイレンズ１２１の外形形状の横縦比が４：１となるため、被照射面１５０の３分の１の部分に均一な照度分布をもつ照明光を照射することができることになる。

換言すると、フライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４、そして、再結像手段となる再結像用レンズ１４１、１４２、１４３は、光源１１０を射出した照明光の光束の形状及び大きさの少なくとも一方を変換して、被照射面１５０よりも狭い領域に照明光を照射する機能を有する。なお、本実施例の構成を例にして考えると、照明装置１００によって照明される領域が被照射面１５０の±ｙ軸方向に対して越えるように設計されていても構わない。さらに、重畳レンズ１２３は、本実施例のように、被照射面１５０の共役面ＣＮＪ上ではなく、被照射面１５０に照明光を重畳させても良い。

次に、可変絞り１７０について説明する。可変絞り１７０は、被照射面１５０の共役面ＣＮＪ、又は共役面ＣＮＪの近傍位置に設けられている。被照射面１５０は、所定の大きさの領域を有している。これにより、被照射面１５０の共役面ＣＮＪ又はその近傍では、照明光の断面形状は被照射面１５０の全領域の形状と相似形である。本実施例では、照明光が一点ではなく、ある程度の大きさである位置に可変絞り１７０が配置されている。このため、正確に所望の光量を滑らかに遮光するためには、可変絞り１７０の動きを通常の分解能で制御すれば良い。これにより、可変絞り１７０の駆動機構の機械的負担低減できる。

そして、可変絞り１７０は、直線状のエッジを有するシャッタが照明光を遮るように移動して光量を減光する。また、可変絞り１７０のシャッタは、被照射面１５０において照明光が走査される方向の軸と、可変絞り１７０が照明光を制御する方向の軸とが一致するように移動する。例えば、図１において、被照射面１５０上で照明光が＋ｘ軸方向へ走査される場合を考える。この場合、照明光が遮光される方向は、＋ｘ軸方向に限られず、−ｘ軸方向へ遮光されることも含むことをいう。即ち、被照射面１５０において照明光が＋ｘ軸方向へ走査される場合、可変絞り１７０は、以下の（１）〜（３）の３つの制御態様がある。
（１）＋ｘ軸方向へ遮光すること。
（２）−ｘ軸方向へ遮光すること。
（３）±ｘ軸方向へ同時に遮光すること。

つまり、可変絞り１７０のシャッタは、被照射面１５０において＋ｘ軸方向もしくは−ｘ軸方向の少なくとも一方向から略直線状に照明光を遮光するように移動することになる。尚、本実施例では、可変絞り１７０は、ナイフエッジ状のシャッタが上記（３）の±ｘ方向の２つの方向からへ同時に遮光する。よって、ある瞬間において、本照明装置１００が被照射面１５０に照明する領域は、可変絞りによって遮光された状態であっても、均一な照度分布を有したほぼ矩形形状の領域となる。したがって、このような照明光を図１のｘ軸に沿う方向に走査することで、被照射面全体として時間平均してみると、均一な照度分布を得ることができる。

次に、可変絞り１７０で光量を制御された照明光を走査する機構について説明する。照明光を被照射面１５０で走査させる照明光走査手段としての回転プリズム１３０が、平行化レンズ１２４と再結像用レンズ１４１との間に配置されている。照明光は回転プリズム１３０の回転と屈折率の関係から光軸がシフトされながら回転プリズム１３０を通過し、被照射面１５０に向かう。なお、回転プリズム１３０は、ガラス材料からなる四角柱のプリズムによって構成されている。さらに、回転プリズム１３０は、不図示の電磁モーターに接続され、回転速度を制御されながら回転している。

ここで、図２−１から２−４に回転プリズム１３０の作用を詳しく説明する図を示す。図中、紙面に対して垂直な軸を中心にして反時計回りに回転プリズムが回転する場合について説明する。図２−１に示す回転プリズム１３０の回転位置は、図中左側から回転プリズム１３０に入射する照明光を屈折させずに直進させて図中右側へ射出する位置にある様子を示している。なお、ここでは説明を簡単にするため照明光を光軸に平行な光線として表記している。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２−２に示す回転プリズム１３０の回転位置は、図２−１に示す回転位置から反時計回りの方向に０°から４５°の間における回転の様子を示している。この場合は、図中左側から回転プリズム１３０に入射する照明光を図中上側に屈折させて図中右側へ射出する。

図２−３に示す回転プリズム１３０の回転位置は、図２−１に示す回転位置から反時計回りの方向に４５°から９０°の間における回転の様子を示している。この場合は、図中左側から回転プリズム１３０に入射する照明光を図中下側に屈折させて図中右側へ射出する。

図２−４に示す回転プリズム１３０の回転位置は、図２−１に示す回転位置から反時計回りの方向に９０°回転した様子を示している。この場合は、図２−１の場合と同様に、図中左側から回転プリズム１３０に入射する照明光を屈折させずに直進させて図中右側へ射出する位置にある様子を示している。以上のように照明光は回転プリズムの回転と屈折率の関係から光軸がシフトされながら回転プリズムを通過することになる。

図１に戻って、回転プリズム１３０は、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４により照明光が重畳されている共役面ＣＮＪに配置されている。回転プリズム１３０を通過した照明光は、再結像用レンズ１４１、１４２、１４３により被照射面１５０に入射する。照明光は、上述のように回転プリズム１３０を透過するため、照明光は、被照射面１５０で走査されながら照射されることになる。

図３−１から図３−４に回転プリズム１３０の回転に伴って変化する被照射面１５０での照明光の走査の様子を示す。図３−１から３−４は、図２−１から図２−４の場合に回転プリズム１３０から再結像用レンズ１４１、１４２、１４３を通過して被照射面１５０に照明光が照射されるときの照明光の照射領域を示している。また、説明を簡単にするために可変絞り１７０で遮光されていない状態を最初に説明する。尚、再結像用レンズ１４１、１４２、１４３を通過することによって像が反転しているので、図２−１から２−４と図３−１から図３−４を比べて走査方向も反転している。そして、図３−５は、図３−１から図３−４を繰り返して連続的に被照射面１５０に照明光を照射した場合に、ある一定時間積分した照明光の様子を示している。

図３−１に示すように、可変絞り１７０照明光が遮光されない場合、図２−１の回転位置において回転プリズムを通過した照明光は、被照射面１５０よりも狭い領域、つまり被照射面１５０の中央における３分の１の部分に照射される。そして、回転プリズムが、図２−１から図２−１のように回転すると、図３−１から図３−２に示すように、被照射面１５０の中央から下側端に向かって照明光の照射領域が遷移する。さらに、回転プリズムが、図２−２から図２−３のように回転すると、図３−２から図３−３に示すように、被照射面１５０の上側端から照明光の照射が始まるように遷移する。そして、回転プリズムが、図２−３から図２−４のように回転すると、図３−３から図３−４に示すように、被照射面１５０の上側端から中央側に向かって照明光の照射領域が遷移する。

上述のように、被照射面１５０への照明光の走査が繰り返し高速に行われることにより、ある一定時間の積分をとれば図３−５に示すように、被照射面１５０に均一な照度分布をもつ照明光の照射を行うことができる。よって、可変絞りによって遮光された状態であっても、矩形形状の±ｘ軸方向の幅が狭くなるだけで、均一な照度分布を有したほぼ矩形形状の領域となる。したがって、同様に被照射面で照明光が走査される領域に対して、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることが可能となる。また、被照射面１５０の一部分に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠点灯と同じ現象が起きることになる。なお、本実施例の構成を例にして考えると、照明光の走査によって照射領域が被照射面１５０の±ｘ軸方向を越えるように設計されていても構わない。

また、本実施例の照明装置１００において被照射面１５０の位置又はその近傍に空間光変調装置を配置することで画像表示装置を構成できる。空間光変調装置としては、例えば、液晶ライトバルブを用いることができる。この場合、液晶ライトバルブの画像形成領域と被照射面１５０とを略一致させれば良い。

また、本実施例では、被照射面１５０の横縦比が４：３であるのに対し、照明光を予め横縦比が４：１の形状に成形しているが、横縦比の比率は光学系により自由に設計変更が可能であり、横縦比の比率が本実施例と異なる場合でも同様の効果を得ることができるため、横縦比の関係はこれらに限られるものではない。したがって、照明光が横縦比４：３の状態、即ち、全く遮光していない場合に被照射面１５０の全体が照射され、そして、走査されている状態から、さらに可変絞り１７０で照明光の横縦比を絞りこんで走査させても、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることができる。

また、照明装置１００において、被照射面１５０の照度を検出する照度センサを設けることもできる。照度センサからの検出結果に基づいて、可変絞り１７０を制御する。これにより、正確に被照射面１５０の照度をキャリブレーション（校正）できる。さらに、外光の影響がある場合でも、外光の影響を考慮した光量制御ができる。尚、本実施例において、可変絞り１７０は、光軸に垂直方向から照明光を遮光したが、光軸に対して斜め方向から照明光を遮光しても被照射面において照明光が走査される方向の軸と、可変絞りが照明光を制御する方向の軸とが略一致すれば、本発明の主旨を逸脱しない。さらに、本実施例において、可変絞り１７０は、直線状のエッジを有する２枚のシャッタで、照明光の両側から遮光したが、少なくともどちらか一方のシャッタで遮光しても被照射面において照明光が走査される方向の軸と、可変絞りが照明光を制御する方向の軸とが略一致すれば、本発明の主旨を逸脱しない。

図４−１は、実施例２に係る照明装置２００の光源１１０から重畳レンズ１２３までの構成を示す。上記実施例１と同一部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、平行化レンズ１２４から被照射面１５０までの構成及びｘｙｚ座標軸の対応関係は実施例１と同一であるため図示を省略する。本実施例は、可変絞り２７０の構成が実施例１と異なる。図４−２は、可変絞り２７０の一部を斜視した構成を示す。可変絞り２７０は、回転軸２０１を中心に可動な２枚のシャッタ羽根２７０ａ、２７０ｂを一つの組として、複数の組から構成されている。そして、２枚のシャッタ羽根２７０ａ、２７０ｂは、回転軸２０１を中心にして、図４−２の上下方向（ｘ軸に沿った方向）に開閉する。２枚のシャッタ羽根２７０ａ、２７０ｂが相互に近接するように移動すると遮光量が多くなる。これとは反対に、シャッタ羽根２７０ａ、２７０ｂが相互に離れるように移動する通過光量が多くなる。

また、可変絞り２７０は、図４−１に示すようにｙ軸方向に沿って並んだフライアイレンズ１２１の各素子をまとめて１組のシャッタ羽根２７０ａ、２７０ｂが遮光できる位置に構成されている。つまり、可変絞り２７０は、フライアイレンズ１２１の近傍に配置されていることになる。このような構成によれば、フライアイレンズ１２１によって分割される部分光束を、可変絞り２７０によって遮光すれば、最終的に被照射面に照射された照明する領域においては、実施例１の形態と同様に、矩形形状の±ｘ軸方向の幅が狭くなるだけで、均一な照度分布を有したほぼ矩形形状の領域となる。したがって、被照射面において照明光をｘ軸方向に沿って走査を行えば、被照射面で照明光が走査される領域に対して、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることが可能となる。尚、可変絞り２７０は２枚で一組の構成であるが、シャッタ羽根の大きさを変えて１枚で一組の構成として遮光する構成でも構わない。

図５は、本発明の実施例３に係る画像表示装置５００の概略を示す。上記実施例１と同一部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。画像表示装置５００は、光源１１０と、集光レンズ５７１と、ロッド５７２と、可変絞り５７０と、結像レンズ５７３、５７４と、回転プリズム１３０と平行化レンズ５４０と、液晶ライトバルブ５５０を主に有している。上記実施例１では、フライアイレンズおよび重畳レンズを用いたが、本実施例３では、集光レンズ５７１と、ロッド５７２と、結像レンズ５７３、５７４とを用いた点、更に、被照射面に空間光変調装置である液晶ライトバルブ５５０を配置している点が異なる。なお、可変絞り５７０は、実施例１の形態の可変絞りと同じ機構で照明光を遮光する。

図５において、光源１１０から放射された照明光は、集光レンズ５７１によって集光されて、ガラス材料からなる四角柱の形状をしたロッド５７２の入射端部より入射する。そして、ロッド５７２の外壁における界面の全反射条件を利用して外壁に反射しながら照明光を射出端部より射出する。なお、ロッド５７２は、四角柱の形状に限らず、内面を反射膜で形成した中空のロッドであっても構わない。

そして、ロッド５７２の射出端部の外形形状は、光軸方向から見た場合には、空間光変調装置である液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域の外形形状と比率を変えて成形してある。ここでは、液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域の外形形状が、横縦比４：３の矩形形状であり、ロッド５７２の射出端部の外形形状は横縦比４：１の矩形形状に成形してある。

そして、ロッド５７２を射出した照明光は、ロッド５７２の射出端部の像を液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域に結像する結像レンズ部として構成される結像レンズ５７３、５７４および平行化レンズ５４０を通過するため、可変絞り５７０が照明光を遮光しなければ、画像形成領域の３分の１の部分に均一な照度分布をもつ照明光を照射させることができる。ここで、照明光を画像形成領域で走査させることができる照明光走査手段として回転プリズム１３０がロッド５７２と液晶ライトバルブ５５０の間に配置されているため、照明光は回転プリズム１３０の回転と屈折率の関係から光軸がシフトされながら回転プリズム１３０を通過することになる。結果として、実施例１に示した作用と同様に照明光は、液晶ライトバルブ５５０の画素形成領域で走査されながら均一な照度分布で照射される。

そして、液晶ライトバルブ５５０は、液晶ライトバルブの前後に２枚の偏光板を備え、また、液晶ライトバルブ５５０の画素形成領域を形成する複数の画素には、赤色、緑色、青色のカラーフィルタが画素毎に規則的に配置された構造である。したがって、液晶ライトバルブ５５０の画素形成領域内に入射した照明光が、画像データとなる電気的信号に基づいて画素毎に変調されると最終的にはフルカラーの画像が液晶ライトバルブ５５０に表示することができる。

このような構成において、可変絞り５７０は、図５に示すように、ロッド５７２の近傍に配置される。したがって、ロッド５７２の射出端部から放射される部分光束を、可変絞り５７０によって遮光すれば、最終的に被照射面に照射された照明する領域においては、実施例１の形態と同様に、矩形形状の±ｘ軸方向の幅が狭くなるだけで、均一な照度分布を有したほぼ矩形形状の領域となる。したがって、被照射面において照明光をｘ軸方向に沿って走査を行えば、被照射面で照明光が走査される領域に対して、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることが可能となる。なお、結像レンズを複数個組み合せて、射出端面と液晶ライトバルブ５５０の間に新たに射出端面の共役面を形成する場合は、本構成のように射出端面の近傍以外に、射出端面の共役面や射出端面の共役面の近傍に可変絞り５７０を配置する構成であっても同様の効果を得られる。また、本実施例では、液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域における外形形状の横縦比が４：３であるのに対し、照明光を予め横縦比が４：１の形状に成形しているが、横縦比の比率は光学系により自由に設計変更が可能であり、横縦比の比率が本実施例と異なる場合でも同様の効果を得ることができるため、横縦比は、これらに限られるものではない。例えば、照明光が横縦比４：３の状態、即ち、全く遮光していない場合に液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域の全体が照射され、そして、走査されている状態から、さらに可変絞り１７０で照明光の横縦比を絞りこんで走査させても、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることができる。

以上のように、実施例３によれば、実施例１と同様の効果として、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることができる照明装置を有した画像表示装置となる。

よって、本実施例では、照明光の光量を可変絞り５７０により制御して増減することにより、表示画像のダイナミックレンジを広げることができる。ここで、ダイナミックレンジを広げるための具体的な例を簡単に説明する。例えば、ある画像での各画素の明るさのヒストグラムや平均輝度に基づいて、全体的に暗い画像と判断された場合を考える。この場合、白レベル近傍で正確な階調が表現できなくとも良い。このため、可変絞り５７０を狭めて照明光の光量を低下させ、かつ黒レベルの階調表現が向上するようにガンマ特性を変化させる。これにより、黒レベルに近い領域の表現特性を向上させてダイナミックレンジを広げることができる。

これとは反対に、ある画像での各画素の明るさのヒストグラムや平均輝度に基づいて、全体的に明るい画像と判断される場合もある。この場合、黒レベル近傍で正確な階調が表現できなくとも良い。このため、可変絞り５７０を開いて照明光の光量を増加させ、かつ白レベルの階調表現が向上するようにガンマ特性を変化させる。これにより、白レベルに近い領域の表現特性を向上させてダイナミックレンジを広げることができる。

さらに、本実施例では、瞬間的な時間においては、照明装置１００により空間光変調装置である液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域の一部分へ均一な照度分布をもつ照明が行われる。上述のように、ある時間の範囲内においては、照明光走査手段である回転プリズム１３０により、照明光を画像形成領域で走査させることができる。このため、画像形成領域の全体へ均一な照度分布をもつ照明光の照射が行われる。そのため、液晶ライトバルブ５５０を観察者が直視した場合、観察者は画像を認識できるようになる。また、画像形成領域の一部分に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠点灯と同じ現象が起きることになる。そのため、空間光変調装置がホールド型であっても鮮明な動画像を表示できる。これは、実施例１や実施例２の形態の照明装置に液晶ライトバルブ等の空間光変調素子を組み合せた画像表示装置についても同様の効果を得ることができる。このとき、液晶ライトバルブ５５０の画像データとなる電気的信号の書き込み方向は、照明光を走査する方向と一致することが望ましい。また、画像データとなる電気的信号の書き込みの周期と走査の周期がほぼ同じであり、画像データが十分に書き込まれてから光が照明されることが望ましい。

さらに、画像表示装置５００において、被照射面である液晶ライトバルブ５５０の照度と色度との少なくとも一方を検出する光学センサを設けることもできる。そして、光学センサからの検出結果に基づいて、可変絞り１７０や液晶ライトバルブ５５０の駆動を制御する。これにより、正確に被照射面１５０の照度や色度を校正できる。さらに、外光の影響がある場合でも、外光の影響を考慮した光量制御ができる。

加えて、可変絞り５７０は、照明光の入射側（光源１１０側）の面の反射率よりも、射出側（液晶ライトバルブ側５５０側）の面の反射率を低くすることが望ましい。例えば、可変絞り５７０の照明光の入射側面には、ミラー面を形成する。これとは反対に、可変絞り５７０の照明光の射出側面には黒塗装を施しておく。これにより、可変絞り５７０を通過した光が戻り光として可変絞り５７０に戻った場合でも、黒塗装面に入射するので迷光の発生を低減できる。また、入射側面は光が反射するので熱の吸収を抑えることができるので可変絞りが熱で変形することを回避しやすくなる。

図６は、本発明の実施例４に係るプロジェクタ６００の概略構成を示す。上記各実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例のプロジェクタ６００において、光源１１０から再結像用レンズ１４３までの構成は、上記実施例１と同一である。そして、被照射面１５０の位置と空間光変調装置である液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域とは一致するように配置されている。液晶ライトバルブ５５０は、照明光を画像信号に応じて変調する。変調された光は投写手段である投写レンズ６６０によりスクリーン６７０へ拡大投写される。

なお、本実施例の投写方式は、スクリーン６７０の前面から投写する方式とスクリーン６７０の背面から投写する方式のいずれであってもよい。また、投写手段は、投写レンズ６６０のようなレンズではなく曲面ミラーを用いたものであってもよい。

本実施例では、上記実施例３で述べたように、照明光の光量を画像信号に合わせて可変絞り１７０により制御することにより、表示画像のダイナミックレンジを広げることができる。さらに、本発明は、照明光を画像信号に合わせて光量を増減させ以外に、使用環境に合わせて長時間的に光量を固定するように照明光の光量を制御することもできる。例えば、暗めの鑑賞環境において、必要以上に画像が明るくならないように明るさを調整して固定することもできる。また、投写距離や投写レンズのズーミングにより投写スクリーンのサイズを変更する場合、スクリーンサイズに応じて画像の明るさに相違が出てしまったときに明るさを調整して固定することもできる。

また、回転プリズム１３０は、短冊状の照明光を液晶ライトバルブ５５０の画像形成領域上で走査させる。このため、上記実施例３と同様に、画像形成領域の一部分に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠点灯と同じ現象が起きることになる。そのため、空間光変調装置が液晶ライトバルブ５５０のようなホールド型であっても鮮明な動画像を表示できる。したがって、動画像の表示性能を向上できる。

次に、可変絞り１７０を制御して、照明光の光量を変えることでダイナミックレンジを向上させる手順について説明する。プロジェクタ６００に接続した不図示の外部機器からの画像信号は補正回路６８１に入力される。補正回路６８１は、図７に示すように、ピークレベル検出回路７０１と、ゲイン導出回路７０２と、可変絞り駆動信号生成回路７０３と、補正画像信号生成回路７０４と、比較回路７０５とを備えている。ピークレベル検出回路７０１は、入力された画像信号において１フレーム毎の輝度のピークレベルを検出する。ゲイン導出回路７０２は、検出されたピークレベルに基づいてゲインを導出する。例えば、入力された画像信号においてピークレベルが最大白レベルの１０％である場合を考える。この場合、ゲイン導出回路７０２は、ゲイン＝０．１を導出する。可変絞り駆動信号生成回路７０３は、導出されたゲインに基づいて、可変絞り駆動信号ＳＡを生成する。例えば、ゲイン＝０．１の場合、照明光の光量を約１／１０へ低減するように可変絞り１７０を駆動する可変絞り駆動信号ＳＡが生成される。なお、可変絞り駆動信号ＳＡを生成するための演算テーブルは、予めメモリ（不図示）に記憶しても良い。可変絞り駆動信号生成回路６８２は、可変絞り駆動信号ＳＡに基づいて可変絞り１７０を駆動して、照明光の光量を制御する。

また、補正画像信号生成回路７０４には、ゲイン導出回路７０２からのゲインと、元の画像信号とが入力される。補正画像信号生成回路７０４は、ゲインに基づいて、元の画像信号を補正する。例えば、ゲイン＝０．１の場合、補正画像信号生成回路７０４は、画像信号のレベルを約１０倍として、補正画像信号ＳＢを生成する。

図６へ戻って、光変調素子駆動回路６８０は、補正画像信号ＳＢに基づいて、液晶ライトバルブ５５０を駆動する。このような回路構成により、照明光の光量と液晶ライトバルブ５５０との両方を用いて表示画像の階調を制御できる。これにより、白レベル付近の階調を維持したまま、画像表示装置において黒レベルに近い階調の表現域を広げることができるため、投写画像のダイナミックレンジを向上できる。

また、プロジェクタ６００は、フォトダイオードや２次元ＣＣＤのような光学センサ６９０を有する。光学センサ６９０は、スクリーン６７０に投写された画像の照度（輝度情報）と色度（色情報）との少なくとも一方を検出する。本実施例では、照度と色度との両方を検出する。光学センサ６９０で検出された照度と色度とは、照度・色度検出回路６８３に入力される。

照度に関しては、補正回路６８１内の比較回路７０５は、予め用意されている基準照度データと検出された照度とを比較する。この比較結果により、例えば、外光の影響を判断できる。例えば、外光が少ないと判断された場合、可変絞り１７０は照明光の光量を減じて、いわゆる黒浮き現象を抑えて、シャープな画像を得ることができる。ここで、黒浮き現象とは、液晶ライトバルブの場合、黒表示するときに漏れ光が発生してしまうことをいう。また、外光が多いと判断された場合、投写画像が外光でつぶれてしまうことを防止するために、可変絞り１７０は照明光の光量を最適な値に増加させる。このとき、補正回路６８１はガンマ特性等も変化させる。

また、色度に関しては、予め用意された基準色データと検出された色度とを比較することで、色情報のキャリブレーションを行うことができる。例えば、キャリブレーションのために、赤色の色光のみをスクリーン６７０に投写して、光学センサ６９０で色度を検出する。そして、予め用意された赤色の色光の基準色プロファイルと、検出された赤色の色光の色度とを比較する。この比較結果を可変絞り１７０や液晶ライトバルブ５５０にフィードバックして駆動する。緑色の色光、青色の色光についても同様にキャリブレーションを行う。これにより、高品質なフルカラー像を得ることができる。このように、光学センサ６９０で検出した照度や色度に基づいてキャリブレーションを行うことができる。これにより、外光が白色ではない場合やスクリーンが白色でない場合、基準照度データと後述する基準色プロファイルとを比較して想定する色を再現することができる。

さらに、補正回路６８１において、ピークレベル検出回路７０１の代わりに明暗画像判別回路を設けることでもきる。明暗画像判別回路は、入力された画像信号の１フレーム分における各画素の明るさのヒストグラムや平均輝度を演算する。そして、明暗画像判別回路は、画像の全体的な明暗のバランスを判別する。実際には、ヒストグラムか平均輝度のどちらか一方のデータがあれば判別可能である。以下に、ヒストグラムと平均輝度により画像の明暗を判別する例を示す。なお、白レベル１００％とは、表示可能な最大の白の輝度を意味する。

（ヒストグラムの判別例）
（１）白レベル９０％以上が画面全体の５０％以上を占める場合・・・特に明るい
（２）白レベル７５％以上が画面全体の５０％以上を占める場合・・・やや明るい
（３）白レベル２５％以下が画面全体の５０％以上を占める場合・・・やや暗い
（４）白レベル１０％以下が画面全体の５０％以上を占める場合・・・特に暗い
（５）上記（１）〜（４）に該当しない場合 ・・・平均的な明るさ

（平均輝度の判別例）
（６）平均白レベルが白レベル８０％以上の場合・・・特に明るい
（７）平均白レベルが白レベル６０％以上の場合・・・やや明るい
（８）平均白レベルが白レベル４０％以下の場合・・・やや暗い
（９）平均白レベルが白レベル２０％以下の場合・・・特に暗い
（１０）上記（６）〜（９）に該当しない場合 ・・・平均的な明るさ

次に、ゲイン導出回路７０２は、予め定めておいた設定に従ってゲインを導出する。例えば、明暗画像判別回路の画像全体の判別結果とゲインとの関係を以下に示す。

（判別結果とゲインとの関係）
特に明るい場合 ・・・ゲイン＝１．０
やや明るい場合 ・・・ゲイン＝０．９
平均的な明るさの場合・・・ゲイン＝０．８
やや暗い場合 ・・・ゲイン＝０．７
特に暗い場合 ・・・ゲイン＝０．６

上記のように設定されたゲインに基づいて、上述の可変絞り制御処理を行う。また、画面全体が明るい場合（ゲインが高い場合）、白レベルの階調表現が向上するようにガンマ特性を変化させる補正画像信号ＳＢを生成しても良い。さらに、画像全体が暗い（ゲインが低い場合）、黒レベルの階調表現が向上するようにガンマ特性を変化させる補正画像信号ＳＢを生成する。
尚、本実施例の回路構成や光学センサに関しては、実施例１や実施例２の形態の照明装置に液晶ライトバルブ等の空間光変調素子を組み合せた画像表示装置や、更にこれら画像表示装置や実施例３の形態の画像表示装置に投写手段である投写レンズを組み合せたプロジェクタに適宜組み合せても同様の効果を得ることができる。

以下に説明する本実施例において、前に説明した実施例と同一の構成には、同一の符号を付し、共通する動作や作用の説明については省略する。また、同一名称を付している場合には、符号が相違しても機能はほとんど同一であるため基本的な説明は省略する。

図８は、本発明の実施例５におけるプロジェクタ８００の概略構成を示す。プロジェクタ８００は、光源１１０と、フライアイレンズ１２１、１２２と、重畳レンズ１２３と、平行化レンズ１２４と、可変絞り１７０と、回転プリズム１３０と、色分離用ダイクロイックプリズム８７１と、反射ミラー８８１Ｒ、８８２Ｒ、８８１Ｂ、８８２Ｂと、再結像用レンズ８４１Ｒ、８４２Ｒ、８４３Ｒ、８４１Ｇ、８４２Ｇ、８４３Ｇ、８４１Ｂ、８４２Ｂ、８４３Ｂと、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂと、色合成用ダイクロイックプリズム８７２と、投写レンズ８６０と、を有している。なお、説明を簡単にするため光源から放射される照明光の成分を色分離される各色光で表示し、また、各色光を光軸に平行な光線として図中に表記する。

まず、光源１１０から放射した照明光は、フライアイレンズ１２１、１２２と重畳レンズ１２３を通過する。尚、フライアイレンズ１２１、１２２の微小レンズの外形形状は、光軸方向から見た場合には、空間光変調装置である液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画像形成領域の外形形状と比率を変えて成形してある。ここでは、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画像形成領域の外形形状が、横縦比４：３の矩形形状であり、フライアイレンズ１２１の微小レンズの外形形状は横縦比４：１の矩形形状に成形してある。そして、重畳レンズ１２３は、複数に分割された部分光を集光し、平行化レンズ１２４を介して、フライアイレンズ１２１の微小レンズの外形形状で規定される像を回転プリズム１３０の内部に結像する。なお、図８は、光源から回転プリズムまでが図１と同じであるが、光軸を回転軸として９０度回転した方向から見た構成である点が異なっている。

回転プリズム１３０の光源１１０側近傍には可変絞り１７０が設けられている。そして、プロジェクタ８００は、上記実施例４と同様の光学センサ６９０（不図示）や補正回路６８１（不図示）を有している。これにより、可変絞り１７０は、実施例４で述べた可変絞り駆動信号ＳＡにより駆動される。また、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂは、補正画像信号ＳＢに基づいて駆動される。

可変絞り１７０により光量を制御され、回転プリズム１３０を通過した照明光は、色分離用ダイクロイックプリズム８７１に入射する。色分離用ダイクロイックプリズム８７１は、４つの三角プリズムを貼り合せて構成されている。そして、その貼り合せた面に、赤色の色光を反射して緑色の色光を透過する光学多層膜と、青色の色光を反射して緑色の色光を透過する光学多層膜とが形成されている。これにより、色分離用ダイクロイックプリズム８７１は、入射した照明光を、赤色の色光と、緑色の色光と、青色の色光とに分離して、三方向から別々に射出する機能を有する。そのため、色分離用ダイクロイックプリズム８７１に入射した照明光は、赤色の色光８９０Ｒと、緑色の色光８９０Ｇと、青色の色光８９０Ｂとに分離される。よって、照明光走査手段である回転プリズム１３０を通過後に少なくとも２つ以上の色光に分離されていることになる。なお、色分離用ダイクロイックプリズムは、同様の光学多層膜を有する板ガラスを交差した形状で同様の色分離の機能を備える光学部品に置換えても構わない。

まず、赤色の色光８９０Ｒは、反射ミラー８８１Ｒ、８８２Ｒと、再結像用レンズ８４１Ｒ、８４２Ｒ、８４３Ｒとによって、液晶ライトバルブ８５０Ｒに導光される。このとき、再結像用レンズ８４１Ｒ、８４２Ｒ、８４３Ｒは、結像手段となるフライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４によって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｒに結像する。

また、緑色の色光８９０Ｇは、再結像用レンズ８４１Ｇ、８４２Ｇ、８４３Ｇによって、液晶ライトバルブ８５０Ｇに導光される。このとき、再結像用レンズ８４１Ｇ、８４２Ｇ、８４３Ｇは、結像手段となるフライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４によって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｇに結像する。

さらに、青色の色光８９０Ｂは、反射ミラー８８１Ｂ、８８２Ｂと再結像用レンズ８４１Ｂ、８４２Ｂ、８４３Ｂによって、液晶ライトバルブ８５０Ｂに導光される。このとき、再結像用レンズ８４１Ｂ、８４２Ｂ、８４３Ｂは、結像手段となるフライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４によって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｂに結像する。

これにより、可変絞り１７０が照明光を遮光しなければ、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域には、実施例１の形態と同様に画素形成領域における領域の３分の１の部分に均一な照度分布をもつ照明光を照射させることができる。また、照明光走査手段として回転プリズム１３０が配置されているため、照明光は回転プリズムの回転と屈折率の関係から光軸がシフトされながら回転プリズム１３０を通過する。よって、色分離された各色光は、対応するそれぞれの液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域全体を走査されながら、画素形成領域全体に均一に照射される。したがって、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内への照明光の走査が、繰り返し高速に行われることにより、ある一定時間の積分をすれば画素形成領域内に均一な照度分布をもつ照明光の照射を行うことができる。また、画素形成領域の一部分に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠点灯と同じ現象が起きることになる。

そして、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内に入射した各色の照明光は、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内で電気的信号に基づいて変調され、色合成用ダイクロイックプリズム８７２によって投写手段である投写レンズ８６０方向に導かれる。なお、ダイクロイックプリズム８７２は、４つの三角プリズムを貼り合せて、その貼り合せた面に、赤色の色光を反射して緑色の色光を透過する光学多層膜と、青色の色光を反射して緑色の色光を透過する光学多層膜とを形成して構成されている。これにより、三方向から別々に入射する赤色の色光と、緑色の色光と、青色の色光とを合成して投写レンズ８６０に射出する機能を有している。

また、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂは、液晶ライトバルブの前後に２枚の偏光板を配置された構造であるが、実施例３のように、画素毎に赤色、緑色、青色のカラーフィルタは特に配置されていない。

そして、投写レンズ８６０に入射した照明光は不図示のスクリーンに投写され、スクリーンに画像を表示する。このとき、赤色の色光と緑色の色光と青色の色光を変調している液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの像がスクリーンに重なって表示されているため、フルカラーの表示が可能となっている。また、スクリーンに投写された像において、再結像用レンズ群が結像した各色光毎に対応した像の位置は、それぞれ一致している。つまり、各色光毎に対応した像の走査方向も一致していることになる。

また、被照射面である液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂにおいて照明光が走査される方向の軸と、可変絞り１７０が照明光を制御する方向の軸（図８のｘ軸に沿った方向）とが一致している。そして、可変絞り１７０は、照明光を少なくとも一方向から略直線状に遮光する。本実施例では、可変絞り１７０は、±ｘ方向から照明光を遮光する機構である。よって、可変絞り１７０によって遮光すれば、最終的に被照射面に照射された照明する領域においては、実施例１の形態と同様に、矩形形状の±ｘ軸方向の幅が狭くなるだけで、均一な照度分布を有したほぼ矩形形状の領域となる。したがって、被照射面において照明光をｘ軸方向に沿って走査を行えば、被照射面で照明光が走査される領域に対して、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることが可能となる。尚、本実施例では、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの共役面は、回転プリズム１３０の略中心位置である。このため、可変絞り１７０は、共役面の近傍である回転プリズム１３０の光源１１０側空間に設けられているが、光学系の設計を変えることで共役面の位置に可変絞り１７０を配置することでも同様の効果を得ることができる。さらには、可変絞り１７０の代わりに実施例２のような可変絞りを配置する構成であっても同様の効果を得ることができる。

以上のように、実施例５によれば、可変絞り１７０を通過した照明光を少なくとも２色以上の照明光に分離する色分離光学系である色分離用ダイクロイックプリズム８７１が設けられている。これにより、少なくとも１つの可変絞り１７０により、動画質が改善する効果が高く、光源に対する制約が少なく、光の利用効率が高く、そして、ダイナッミクレンジが広いフルカラーの表示が可能なプロジェクタが実現できる。

以下に説明する本実施例において、前に説明した実施例と同一の構成には、同一の符号を付し、共通する動作や作用の説明については省略する。また、同一名称を付している場合には、符号が相違しても機能はほとんど同一であるため基本的な説明は省略する。

図９は、本発明の実施例６におけるプロジェクタ９００の斜視図である。プロジェクタ９００は、光源ランプｌｌ０と、フライアイレンズ１２１、１２２と、重畳レンズ１２３と、平行化レンズ１２４と、可変絞り１７０と、回転プリズム１３０と、色分離用ダイクロイックプリズム８７１と、反射ミラー９８１Ｒ、９８２Ｒ、９８１Ｇ、９８２Ｇ、９８１Ｂ、９８２Ｂと、再結像用レンズ９４１、９４２Ｒ、９４３Ｒ、９４２Ｇ、９４３Ｇ、９４２Ｂ、９４３Ｂと、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂと、色合成用ダイクロイックプリズム８７２と、投写レンズ８６０と、を有している。

実施例６では、色分離用ダイクロイックプリズム８７１の色分離面が交差する軸と色合成用ダイクロイックプリズム８７２の交差する軸が同一の軸上に配置されるように上下に重なっている点と、各色光毎に配置された再結像用レンズの一部が共有されている点が実施例５と大きく異なる。

図１０−１、１０−２を用いて、プロジェクタ９００の構成を詳しく説明する。なお、図１０−１は、図９における平面Ａを含む平面を基準としたプロジェクタ９００の断面図である。また、図１０−２は、図９における平面Ｂを含む平面を基準としたプロジェクタ９００の断面図である。なお、説明を簡単にするため光源から放射される照明光の成分を色分離される各色光で表示し、また、各色光を光軸に平行な光線として図中に表記する。

まず、光源１１０から放射した照明光は、フライアイレンズ１２１、１２２と重畳レンズ１２３を通過する。尚、フライアイレンズ１２１、１２２の微小レンズの外形形状は、光軸方向から見た場合には、空間光変調装置である液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画像形成領域の外形形状と比率を変えて成形してある。ここでは、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画像形成領域の外形形状が、横縦比４：３の矩形形状であり、フライアイレンズ１２１の微小レンズの外形形状は横縦比４：１の矩形形状に成形してある。そして、重畳レンズ１２３は、複数に分割された部分光を集光し、平行化レンズ１２４を介して、フライアイレンズ１２１の微小レンズの外形形状で規定される像を回転プリズム１３０の内部に結像する。

また、可変絞り１７０を通過した照明光を少なくとも２色以上の照明光に分離する色分離光学系である色分離用ダイクロイックプリズム８７１が設けられている。これにより、少なくとも１つの可変絞り１７０により、ダイナミックレンジの広い高品質なフルカラー画像を得ることができる。

回転プリズム１３０を通過した照明光は、再結像用レンズ９４１を介し、色分離用ダイクロイックプリズム８７１に入射する。そして、色分離用ダイクロイックプリズム８７１に入射した照明光は、赤色の色光９９０Ｒと緑色の色光９９０Ｇと青色の色光９９０Ｂに分離される。

そして、赤色の色光９９０Ｒは、反射ミラー９８１Ｒ、９８２Ｒと再結像用レンズ９４２Ｒ、９４３Ｒによって、略コ字型の光路で液晶ライトバルブ８５０Ｒに導光される。このとき、再結像用レンズ９４１、９４２Ｒ、９４３Ｒは、結像手段となるフライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４によって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｒに結像する。

緑色の色光９９０Ｇは、反射ミラー９８１Ｇ、９８２Ｇと再結像用レンズ９４２Ｇ、９４３Ｇによって、略コ字型の光路で液晶ライトバルブ８５０Ｇに導光される。このとき、再結像用レンズ９４１、９４２Ｇ、９４３Ｇは、結像手段となるフライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４によって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｇに結像する。

青色の色光９９０Ｂは、反射ミラー９８１Ｂ、９８２Ｂと再結像用レンズ９４２Ｂ、９４３Ｂによって、略コ字型の光路で液晶ライトバルブ８５０Ｂに導光される。このとき、再結像用レンズ９４１、９４２Ｂ、９４３Ｂは、結像手段となるフライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４によって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｇに結像する。

よって、可変絞り１７０が照明光を遮光しなければ、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域には、実施例１の形態と同様に画素形成領域における領域の３分の１の部分に均一な照度分布をもつ照明光を照射させることができる。また、照明光走査手段として回転プリズム１３０が配置されている。このため、照明光は回転プリズム１３０の回転と屈折率の関係から光軸がシフトされながら回転プリズム１３０を通過する。このため、色分離された各色光は、対応するそれぞれの液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域全体を走査されながら、画素形成領域全体に均一に照射される。したがって、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内への照明光の走査が、繰り返し高速に行われることにより、ある一定時問の積分をすれば画素形成領域内に均一な照度分布をもつ照明光の照射を行うことができる。また、画素形成領域の一部分に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠点灯と同じ現象が起きることになる。

図９に戻って、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内に入射した各色の照明光は、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内で電気的信号に基づいて変調され、色合成用ダイクロイックプリズム８７２によって投写手段である投写レンズ８６０方向に導かれる。

投写レンズ８６０に入射した照明光は不図示のスクリーンに投写され、スクリーンに画像を表示する。このとき、赤色の色光と緑色の色光と青色の色光を変調している液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの像がスクリーンに重なって表示されているため、フルカラーの表示が可能となっている。また、スクリーンに投写された像において、再結像用レンズ群が結像した各色光毎に対応した像の位置は、それぞれ一致している。つまり、各色光毎に対応した像の走査方向も一致していることになる。

また、被照射面である液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂにおいて照明光が走査される方向の軸と、可変絞り１７０が照明光を制御する方向の軸（図８のｘ軸に沿った方向）とが一致している。そして、可変絞り１７０は、照明光を少なくとも一方向から略直線状に遮光する。本実施例では、可変絞り１７０は、±ｘ方向から照明光を遮光する機構である。よって、可変絞り１７０によって遮光すれば、最終的に被照射面に照射された照明する領域においては、実施例１の形態と同様に、矩形形状の±ｘ軸方向の幅が狭くなるだけで、均一な照度分布を有したほぼ矩形形状の領域となる。したがって、被照射面において照明光をｘ軸方向に沿って走査を行えば、被照射面で照明光が走査される領域に対して、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることが可能となる。尚、本実施例では、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの共役面は、回転プリズム１３０の略中心位置である。このため、可変絞り１７０は、共役面の近傍である回転プリズム１３０の光源１１０側空間に設けられているが、光学系の設計を変えることで共役面の位置に可変絞り１７０を配置することでも同様の効果を得ることができる。さらには、可変絞り１７０の代わりに実施例２のような可変絞りを配置する構成であっても同様の効果を得ることができる。

また、可変絞り１７０を通過した照明光を少なくとも２色以上の照明光に分離する色分離光学系である色分離用ダイクロイックプリズム８７１が設けられている。これにより、少なくとも１つの可変絞り１７０により、ダイナミックレンジの広い高品質なフルカラー画像を得ることができる。

プロジェクタ９００は、上記実施例４と同様の光学センサ６９０（不図示）や補正回路６８１（不図示）を有している。これにより、可変絞り１７０は、実施例４で述べた可変絞り駆動信号ＳＡにより駆動される。また、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂは、補正画像信号ＳＢに基づいて駆動される。これにより、投写画像のダイナミックレンジを向上させることができる。

以上のように、実施例６によれば、プロジェクタ９００は、照明光を放射する光源と、照明光を変調することが可能な複数の画素を有する液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂと、光源が放射する照明光を液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの一部の画素に対して照射する照射光学系と、照射光学系により照射される照明光を走査する回転プリズム１３０と、照明光を制御する可変絞り１７０とを有する。また、照射光学系は、光源が放射する照明光を集光して結像させる結像手段としてフライアイレンズ１２１、１２２、重畳レンズ１２３、平行化レンズ１２４、そして、結像手段で結像された像を液晶ライトバルブに結像する再結像手段として再結像用レンズ９４１、９４２Ｒ、９４３Ｒ、９４２Ｇ、９４３Ｇ、９４２Ｂ、９４３Ｂとを備える。これにより、実施例５と同様に動画質が改善する効果が高く、光源に対する制約が少なく、ダイナミックレンジが広いフルカラーの表示が可能なプロジェクタが実現できる。

さらに、光源から各色光に対応した液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂまでの距離や、結像手段で結像された各色光の像の位置から液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂまでの距離が、各色光毎でほぼ等しくなっているため、各色光に分離された照明光は、それぞれ同じような大きさの照明領域の形状で各液晶ライトバルブの一部の画素に対して照射することができる。したがって、再結像手段の一部である再結像用レンズ９４１を共有した場合においても各色光の再結像用レンズの特性が似ているので問題はほとんど無い。当然、共有されない各色光の再結像用レンズ９４２Ｒ、９４３Ｒ、９４２Ｇ、９４３Ｇ、９４２Ｂ、９４３Ｂを最適化することによって各色光の波長の違いに依存する結像状態のずれは各色光毎で補正されている。また、再結像手段の設計が容易な構成となるため、各表示素子の一部の画素に対して照明光を確実に照射できるようになり、動画像のぼけを軽減する効果や光の利用効率が高い構成となっている。

また、色分離用ダイクロイックプリズム８７１の色分離面が交差する軸と色合成用ダイクロイックプリズム８７２の交差する軸とが同一の軸上に配置する。このため、各色光でほぼ同じ光学部品を配置すれば、各色光の照明領域の形状をほぼ同じにできると同時に、照明光の走査方向も同じにすることができる。したがって、走査方向を同じにするための光学部品を別に必要としないため、光学系を簡素でコンパクトに構成できる。

なお、本実施例では再結像用レンズ９４１を各色光で共有していたが、実施例５のように共有しない構成でも構わない。また、投写レンズ８６０から投写された光が、光源１１０などに遮られないように、光源１１０と色分離用ダイクロイックプリズム８７１との問に光路を折り曲げるような反射ミラーを適宜配置してもよい。

また、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂと反射ミラー９８２Ｒ、９８２Ｇ、９８２Ｂに代わりに、反射型液晶パネルと、特定の偏光の光を選択的に透過もしくは反射する偏光分離面を有する偏光プリズムと、をそれぞれ配置した構成であってもよい。ただし、再結像用レンズの倍率や配置は、構成に合わせて変更する必要がある。

以下に説明する本実施の形態において、前に説明した実施の形態と同一の構成には、同一の符号を付し、共通する動作や作用の説明については省略する。また、同一名称を付している場合には、符号が相違しても機能はほとんど同一であるため基本的な説明は省略する。

図１１は、本発明の実施例７におけるプロジェクタ１１００の概略構成を示す。プロジェクタ１１００は、光源１１０と、フライアイレンズ１１２１、１１２２と、重畳レンズ１１２３と、平行化レンズ１１２４Ｒ、１１２４Ｇ、１１２４Ｂと、回転プリズム１１３０Ｒ、１１３０Ｇ、１１３０Ｂと、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂと、色分離用ダイクロイックミラー１１７１、１１７２と、反射ミラー１１８１、１１８２、１１８３、１１８４、１１８５と、再結像用レンズ１１４１Ｒ、１１４２Ｒ、１１４３Ｒ、１１４１Ｇ、１１４２Ｇ、１１４３Ｇ、１１４１Ｂ、１１４２Ｂ、１１４３Ｂと、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂと、色合成用ダイクロイックプリズム８７２と、投写レンズ８６０と、を有している。なお、説明を簡単にするため光源から放射される照明光の成分を色分離される各色光で表示し、また、各色光を光軸に平行な光線として表記する。また、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂは、実施例１の形態の可変絞りと同じ機構で照明光を遮光する。

まず、光源１１０から放射した照明光は、フライアイレンズ１１２１、１１２２と重畳レンズ１１２３を通過する。尚、フライアイレンズ１１２１、１１２２の微小レンズの外形形状は、光軸方向から見た場合には、空間光変調装置である液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画像形成領域の外形形状と比率を変えて成形してある。ここでは、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画像形成領域の外形形状が、横縦比４：３の矩形形状であり、フライアイレンズ１１２１の微小レンズの外形形状は横縦比４：１の矩形形状に成形してある。そして、重畳レンズ１１２３を通過した照明光は、色分離用ダイクロイックミラー１１７１に入射し、赤色の色光１１９０Ｒと緑色の色光１１９０Ｇと、青色の色光１１９０Ｂとに分離される。色分離用ダイクロイックミラー１１７１は、赤色の色光を反射して、緑色と青色の色光とを透過する光学多層膜を形成し、入射した照明光を赤色の色光と、緑色、青色の色光とに分離する機能を有する。

赤色の色光は、反射ミラー１１８１および１１８２に反射した後、平行化レンズ１１２４Ｒを介して、可変絞り１７０Ｒと回転プリズム１１３０Ｒに入射する。また、緑色と青色の色光は、反射ミラー１１８３に反射した後、色分離用ダイクロイックミラー１１７２に入射し、緑色の色光と青色の色光に分離される。色分離用ダイクロイックミラー１１７２は、緑色の色光を反射して青色の色光を透過する光学多層膜を形成し、入射した照明光を緑色の色光と青色の色光に分離する機能を有する。

緑色の色光は、平行化レンズ１１２４Ｇを介して、可変絞り１７０Ｇと回転プリズム１１３０Ｒに入射する。青色の色光は、平行化レンズ１１２４Ｂを介して、可変絞り１７０Ｂと回転プリズム１１３０Ｒに入射する。したがって、重畳レンズ１１２３は、フライアイレンズ１１２１の微小レンズの外形形状で規定される像を回転プリズム１１３０Ｒ、１１３０Ｇ、１１３０Ｂの内部にそれぞれ結像する。

そして、回転プリズム１１３０Ｒ、１１３０Ｇ、１１３０Ｂの光源１１０側近傍には可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂが、それぞれ設けられている。そして、プロジェクタ１１００は、上記実施例４と同様の光学センサ６９０（不図示）や補正回路６８１（不図示）を有している。これにより、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂは、実施例４で述べた可変絞り駆動信号ＳＡにより駆動される。また、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂは、補正画像信号ＳＢに基づいて駆動される。

そして、回転プリズム１１３０Ｒを通過した赤色の色光１１９０Ｒは、再結像用レンズ１１４１Ｒ、１１４２Ｒ、１１４３Ｒおよび反射ミラー１１８４によって、液晶ライトバルブ８５０Ｒに導光される。このとき、再結像用レンズ１１４１Ｒ、１１４２Ｒ、１１４３Ｒは、結像手段となるフライアイレンズ１１２１、１１２２、重畳レンズ１１２３、平行化レンズ１１２４Ｒによって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｒに結像する。

そして、回転プリズム１１３０Ｇを通過した緑色の色光１１９０Ｇは、再結像用レンズ１１４１Ｇ、１１４２Ｇ、１１４３Ｇおよび反射ミラー１１８１によって、液晶ライトバルブ８５０Ｇに導光される。このとき、再結像用レンズ１１４１Ｇ、１１４２Ｇ、１１４３Ｇは、結像手段となるフライアイレンズ１１２１、１１２２、重畳レンズ１１２３、平行化レンズ１１２４Ｇによって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｇに結像する。

そして、回転プリズム１１３０Ｂを通過した青色の色光１１９０Ｂは、再結像用レンズ１１４１Ｂ、１１４２Ｂ、１１４３Ｂおよび反射ミラー１１８５によって、液晶ライトバルブ８５０Ｂに導光される。このとき、再結像用レンズ１１４１Ｂ、１１４２Ｂ、１１４３Ｂは、結像手段となるフライアイレンズ１１２１、１１２２、重畳レンズ１１２３、平行化レンズ１１２４Ｂによって結像された像を表示素子である液晶ライトバルブ８５０Ｂに結像する。

これにより、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域には、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂが照明光を遮光しなければ、画素形成領域における領域の３分の１の部分に均一な照度分布をもつ照明光を照射させることができる。また、照明光走査手段として回転プリズム１１３０Ｒ、１１３０Ｇ、１１３０Ｂが配置されているため、各色光に分離された照明光は回転プリズムの回転と屈折率の関係から光軸がシフトされながら回転プリズムを通過する。このため、色分離された各色光は、対応するそれぞれの液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域全体を走査されながら、画素形成領域全体に均一に照射される。したがって、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内への照明光の走査が、繰り返し高速に行われることにより、ある一定時間の積分をすれば画素形成領域内に均一な照度分布をもつ照明光の照射を行うことができる。また、画素形成領域の一部分に注目すると照明光が当たったり当たらなかったりするため、間欠点灯と同じ現象が起きることになる。

そして、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内に入射した各色の照明光は、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの画素形成領域内で電気的信号に基づいて変調され、色合成用ダイクロイックプリズム８７２によって投写手段である投写レンズ８６０方向に導かれる。

投写レンズ８６０に入射した照明光は不図示のスクリーンに投写され、スクリーンに画像を表示する。このとき、赤色の色光と緑色の色光と青色の色光を変調している液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの像がスクリーンに重なって表示されているため、フルカラーの表示が可能となっている。また、スクリーンに投写された像において、再結像用レンズ群が結像した各色光毎に対応した像の位置は、それぞれ一致するように回転プリズム１１３０Ｒ、１１３０Ｇ、１１３０Ｂの回転位置や回転スピードや回転方向が制御されている。つまり、各色光毎に対応した像の走査方向も一致していることになる。

また、被照射面である液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂにおいて照明光が走査される方向の軸と、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂが照明光を制御する方向の軸（図１１のｘ軸に沿った方向）とが一致している。そして、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂは、照明光を少なくとも一方向から略直線状に遮光する。本実施例では、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂは、±ｘ方向から照明光を遮光する機構である。よって、可変絞り１７０は、±ｘ方向から照明光を遮光する機構である。よって、可変絞り１７０によって遮光すれば、最終的に被照射面に照射された照明する領域においては、実施例１の形態と同様に、矩形形状の±ｘ軸方向の幅が狭くなるだけで、均一な照度分布を有したほぼ矩形形状の領域となる。したがって、被照射面において照明光をｘ軸方向に沿って走査を行えば、被照射面で照明光が走査される領域に対して、均一な照度分布をもつ照明光の照射を行いながら、明るさだけを変化させることが可能となる。尚、本実施例では、液晶ライトバルブ８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂの共役面は、回転プリズム１３０の略中心位置である。このため、可変絞り１７０は、共役面の近傍である回転プリズム１１３０Ｒ、１１３０Ｇ、１１３０Ｂの光源１１０側空間に設けられているが、光学系の設計を変えることで共役面の位置に可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂをそれぞれ配置することでも同様の効果を得ることができる。このように、本実施例では、照明光を少なくも２色以上の照明光に分離する色分離光学系である色分離用ダイクロイックミラー１１７１、１１７２を有する。そして、可変絞り１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂは、分離された照明光の少なくとも１つの色光、本実施例では３つの色光の光路内に設けられている。これにより、特定の色光毎に光量を制御できる。これにより、動画質が改善する効果が高く、光源に対する制約が少なく、光の利用効率が高く、そして、各色光毎に最適化してダイナッミクレンジが広いフルカラーの表示が可能なプロジェクタが実現できる。

次に、図１２に基づいて可変絞りの変形例を説明する。尚、ここでは、説明を簡単にするために照明光は光軸に平行な光束として表記している。上述した可変絞りは、いずれも照明光を遮光することで光量を制御しているが、本変形例の可変絞り１７０Ｄは、照明光に含まれる特定の波長領域に対してのみ光量を制御するダイクロイックフィルタを用いている。つまり、光量の制御は、機械的にシャッタ羽根で遮光する代わりに、特定の波長領域に対して光の透過率を変えるカラーフィルタを用いている。そして、照明光の光束内においてカラーフィルタの位置を移動させてカラーフィルタへ入射する光量を変化させる。これにより、均一な光量分布の状態で、照明光の色純度を変えることができる。例えば、上記実施例７の緑色の色光が、黄色成分が混合した緑色光であるとすると、可変絞り１７０Ｄは、黄色成分をカットする透過特性を有する。この場合、可変絞り１７０Ｄを透過した後の、図１２の斜線を付す光は、黄色成分がカットされた緑色の色光となる。可変絞り１７０Ｄを透過せずに、そのまま通過する成分は、黄色成分が混合した緑色の色光である。スクリーン６７０上では、回転プリズム１１３０Ｇが回転することで、このような色光が高速に走査される。この結果、観察者は色が混ざって色純度が変わった照明光を認識する。このため、本変形例のように、黄緑系の照明光を、深緑系の照明光へ変換できる。また、可変絞り１７０Ｄに組み合せて、補正回路による画像処理も行うことさらに最適な投写画像を得られる。尚、このように特定の波長領域に対してのみ光量を制御する可変絞りは、本実施例の形態の波長領域に限定するものではなく、変更が可能である。また、プロジェクタに限らず、画像形成装置や照明装置にも適応が可能である。したがって、赤色や緑色や青色等の色光以外にも、白色の光にも適応できる。例えば、光源ランプの放射特性によっては、白色光に加えて不要なオレンジ色の領域の発光スペクトルを含んでいる場合がある。このような場合、オレンジ色の波長領域の光をカットする特性のダイクロイックフィルタを可変絞りとして用いれば、不要なオレンジ色の光がカットされた照明光を得ることができる。

本発明は、各実施例で使われた照明装置、画像表示装置およびプロジェクタの光学系に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で他の照明装置、画像表示装置およびプロジェクタの光学系にも適用してもよい。つまり、色分離する光学素子の配置やレンズの配置などは、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、回転プリズムは、正四角柱以外に、その他の正多角柱の形状であってもよい。さらに、照明光走査手段としての機能を持っていれば回転プリズム以外の構成であってもよい。さらに、回路構成や光学センサや可変絞りに関しても照明装置、画像表示装置およびプロジェクタに組み合せて利用しても構わない。そして、本実施例では、空間光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブを用いているが、これに限られない。例えば、反射型の液晶ライトバルブやＤＭＤ（テキサス・インスツルメント社製）であっても本発明の主旨を逸脱しない範囲で利用が可能である。

以上のように、本発明に係る照明装置は、画像表示装置の照明に有用である。また、画像表示装置の表示画像を投写するプロジェクタに適している。

実施例１の照明装置の概略構成を示す図。 回転プリズムの作用を説明する図。 回転プリズムの作用を説明する図。 回転プリズムの作用を説明する図。 回転プリズムの作用を説明する図。 照明光の走査を説明する図。 照明光の走査を説明する図。 照明光の走査を説明する図。 照明光の走査を説明する図。 照明光の走査を説明する図。 実施例２の照明装置の概略構成を示す図。 可変絞りの概略構成を示す図。 実施例３の画像表示装置の概略構成を示す図。 実施例４のプロジェクタの概略構成を示す図。 補正回路の概略構成を示す図。 実施例５のプロジェクタの概略構成を示す図。 実施例６のプロジェクタの概略構成を示す図。 実施例６のプロジェクタを説明する図。 実施例６のプロジェクタを説明する図。 実施例７のプロジェクタの概略構成を示す図。 可変絞りの変形例を示す図。

符号の説明

１００ 照明装置、１１０ 光源、１１１ ランプ、１１２ 凹面鏡、１２１ フライアイレンズ、１２２ フライアイレンズ、１２３ 重畳レンズ、１２４ 平行化レンズ、１３０ 回転プリズム、１４１、１４２、１４３ 再結像用レンズ、１５０ 液晶ライトバルブ、２００ 照明装置、２０１ 回転軸、２７０ａ、２７０ｂ シャッタ羽根、５００ 画像表示装置、５５０ 液晶ライトバルブ、５７１ 集光レンズ、５７２ ロッド、５７３、５７４ 結像レンズ、６００ プロジェクタ、６６０ 投写レンズ、６７０ スクリーン、６９０ 光学センサ、６８０ 光変調素子駆動回路、６８１ 補正回路、６８２ 可変絞り駆動回路、６８３ 照度・色度検出回路、７０１ ピークレベル検出回路、７０２ ゲイン導出回路、７０３ 駆動信号生成回路、７０４ 補正画像信号生成回路、７０５ 比較回路、８００ プロジェクタ、８４１Ｒ、８４１Ｇ、８４１Ｂ 再結像用レンズ、８５０Ｒ、８５０Ｇ、８５０Ｂ 液晶ライトバルブ、８６０ 投写レンズ、８７１ 色分離用ダイクロイックプリズム、８７２ 色合成用ダイクロイックプリズム、８８１Ｒ、８８２Ｒ、８８１Ｂ、８８２Ｂ、９８１Ｒ、９８２Ｒ、９８１Ｇ、９８２Ｇ、９８１Ｂ、９８２Ｂ、１１８１、１１８２、１１８３、１１８４、１１８５ 反射ミラー、８４１Ｒ、８４２Ｒ、８４３Ｒ、８４１Ｇ、８４２Ｇ、８４３Ｇ、８４１Ｂ、８４２Ｂ、８４３Ｂ、９４１、９４２Ｒ、９４３Ｒ、９４２Ｇ、９４３Ｇ、９４２Ｂ、９４３Ｂ、１１４１Ｒ、１１４２Ｒ，１１４３Ｒ、１１４１Ｇ、１１４２Ｇ、１１４３Ｇ、１１４１Ｂ、１１４２Ｂ、１１４３Ｂ 再結像用レンズ、９００ プロジェクタ、１１００ プロジェクタ、１１２１、１１２２ フライアイレンズ、１１２３ 重畳レンズ、１１２４Ｒ、１１２４Ｇ、１１２４Ｂ 平行化レンズ、１１３０Ｒ、１１３０Ｇ、１１３０Ｂ 回転プリズム、１１７１、１１７２ 色分離用ダイクロイックミラー

Claims (7)

1. 照明光を放射する光源と、
   前記照明光の光量を制御する可変絞りと、
   前記可変絞りを通過した照明光を被照射面上で走査する照明光走査手段とを有し、
   前記被照射面において前記照明光が走査される方向の軸と、前記可変絞りが前記照明光を制御する方向の軸とが略一致し、
   前記可変絞りは、前記被照射面の共役面、又は前記共役面の近傍位置に設けられており、
   入射端面より入射した前記照明光を内壁又は外壁に反射させて射出端面より射出させるロッドと、
   前記ロッドの前記射出端面の像を前記被照射面、又は前記被照射面の共役面に結像させる結像レンズとをさらに有し、
   前記可変絞りは、前記ロッドの射出端面の近傍、前記射出端面の共役面、又は前記射出端面の共役面の近傍に設けられていることを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする画像表示装置。
3. 照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有する画像表示装置であって、
   前記照明装置は、照明光を放射する光源と、前記照明光の光量を制御する可変絞りと、前記可変絞りを通過した照明光を前記空間光変調装置上で走査する照明光走査手段と、前記照明光を複数の部分光に分割してそれぞれ集光する複数のフライアイレンズからなるレンズアレイ部と、前記部分光を前記空間光変調装置、又は前記空間光変調装置に共役な面上に重畳させる重畳レンズ部と、を有し、
   前記空間光変調装置において前記照明光が走査される方向の軸と、前記可変絞りが前記照明光を制御する方向の軸とが略一致し、
   前記可変絞りは、前記空間光変調装置の共役面、又は前記共役面の近傍位置、かつ、前記フライアイレンズの共役面、又は前記フライアイレンズの共役面の近傍に設けられ、
   前記照明装置は、さらに、少なくとも２色以上の照明光に分離する色分離光学系と、を有し、
   前記空間光変調装置は、前記色分離光学系によって分離された照明光ごとに配置されることを特徴とする画像表示装置。
4. 前記可変絞りは、前記照明光に含まれる特定の波長領域に対してのみ光量を制御することができるダイクロイックフィルタを有することを特徴とする請求項２または３に記載の画像表示装置。
5. 前記照明光走査手段は、回転することで前記照明光の屈折角を変化させて前記照明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２または３に記載の画像表示装置。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置と、
   前記画像表示装置で表示された画像を投写する投写手段とを有することを特徴とするプロジェクタ。
7. 前記投写手段により投写された前記画像の照度と色度との少なくとも一方を検出する光学センサを有し、前記光学センサから検出したデータを利用して前記可変絞りによって制御する光量と前記空間光変調装置によって変調する照明光の変調量の両方を変化させることができることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。

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