JP4151609B2 - 照明装置、表示装置、プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、ホールド型の表示モードを有する光変調素子を用いて画像を形成する表示装置及びプロジェクタ（投射型表示装置）、並びにこれらの表示装置に用いて好適な照明装置に関するものである。

液晶パネル、液晶ライトバルブ、マイクロミラーアレイ（ＤＭＤ）等、単位時間当たりの透過光量若しくは反射光量を制御することによって光の強度変調を行なうホールド型の光変調素子では、動画像を表示する際に画像が不鮮明となり、特に輪郭部では「ぼけ」として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）。
例えば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、以下の手段を採用することが効果的とされている。
（１）液晶材料の改良や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。
（２）照明光を間欠点灯させることでインパルス型の表示モードを実現する。

現在のところ、液晶表示素子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（（１）の手段）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（（２）の手段）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（プロジェクタ）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では、インテグレータ光学系によって予め細長い帯状の照明光（照明バンド）を生成しておき、角柱ミラーを回転させてその帯状照明光を走査し、液晶表示素子を間欠照明（走査照明）する照明光学系が提案されている。
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

前記の照明光学系において「ぼけ」の少ない鮮明な動画像を表示するには、照明対象に比べて走査方向に幅の狭い細長い形状の照明バンドを形成する必要がある。代表的な２種類のインテグレータ光学系における照明バンドの形成方法は、概ね次の通りである。２枚のレンズアレイを用いるレンズアレイ方式のインテグレータ光学系では、第１レンズアレイを構成する矩形レンズの形状を、形成しようとする照明バンドの形状と相似形とする。また、全反射面を有する棒状或いは反射面を有する管状の導光体を用いたロッドレンズ方式のインテグレータ光学系では、導光体の射出端面の形状を、形成しようとする照明バンドの形状と相似形とする。これらによって、所望の形状を有する照明バンドを形成することができる。

しかし、バンド幅が狭く細長い形状の照明バンドを形成しようとした場合、有限長の光源から放射される光は完全な平行光にはなり得ないため、レンズアレイ方式のインテグレータ光学系の場合には矩形レンズで十分な集光ができず、（照明バンドの走査方向に対応する）照明バンドの短辺方向に光束が広がってしまい、所望の寸法や形状の照明バンドが得られない。つまり、前述の照明バンドを得ようとする場合には、図９に示す第１のレンズアレイ２１の各矩形レンズ２１ａを細長く形成する必要があるが、ｙ軸方向の幅を狭くするにつれて、矩形レンズ２１ａから射出された部分光束は対応する第２のレンズアレイ２２の伝達レンズ２２ａだけでなく、隣接する上下の伝達レンズ２２ｂ１，ｂ２にも入射するようになる。上下の伝達レンズ２２ｂ１，ｂ２を通過した光束は、伝達レンズ２１ａを通過した光束に対して異なる角度で重畳位置へと向かうため、図１０に示すように、重畳位置では本来の伝達レンズ２２ａを通過してきた光束と、上下に隣接する伝達レンズ２２ｂ１，ｂ２を通過してきた光束とは、ｙ軸方向に互いにずれて一箇所で重なる（重畳される）ことはない。この結果、照明バンド８５は照明対象８０上において矩形レンズ２１ａの幅の狭い方向に広がった形状になる（図１１参照）。すなわち、このような光学系では狭小化できる照明バンドの幅には限界があり、バンド幅を狭くしようとしてもバンドの輪郭部がぼやけて広がってしまい、所望の細い照明バンドが得られなくなる。また、ロッドレンズ方式のインテグレータ光学系の場合には、光源からロッドレンズへの入射効率が大幅に低下したり、射出端面からの射出角度が非常に大きくなり、その後に配置される集光素子として大口径の集光素子を必要とする等により、所望の寸法の照明バンドを高い効率で得られないという問題がある。

このような照明バンドを走査した場合、ある時間において照明されないはずの領域にも照明光が当たってしまうことになるため、「照明対象の全域」に対する「照明されている領域」の割合を小さくすることができず、間欠照明としての効果が低下する。したがって、非常に細長い形状の照明バンドを用いて動画像の画質改善を一層高めようとしているにも拘わらず、期待される程の改善効果が得られないことになる。

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、輪郭が鮮明でぼけの少ない高画質な動画像を表示することのできる表示装置およびプロジェクタ（投射型表示装置）、並びにこれらの表示装置に用いて好適な照明装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の照明装置は、ホールド型の表示モードを有する光変調装置の書き込み動作に同期して、形成された帯状の照明光束を該光変調装置上で位置選択的に走査しながら照射する照明装置であって、光源と、前記光源から射出された光束から帯状の照明光束を生成する擬似矩形光束生成手段と、前記擬似矩形光束生成手段から射出された前記照明光束を前記光変調装置上で走査させる光走査手段とを備え、前記擬似矩形光束生成手段から射出された照明光束の光路上に該照明光束を所望の形状の照明光束に整形するための照明光束整形素子を備えたことを特徴とする。
本発明の照明装置では、まず擬似矩形光束生成手段によって細長い帯状の第１の照明光束を生成し、次に照明光束整形素子によって不必要に広がった光束（輪郭部のぼやけとして知覚される前記第１の照明光束の外周部分）を遮光して、最終的に所望の帯状の第２の照明光束を生成する。このため、鮮明な輪郭を有する細長い照明光束が得られ、例えば動きの速い動画像を表示した場合にも「ぼけ」の少ない鮮明な表示を得ることができる。

前記照明光束整形素子としては、例えばスリット状の開口部を有する遮光板を用いることができる。この場合、前記遮光板の開口部の形状は、照明対象である前記光変調装置上で走査される照明光束の形状と略相似形とすることができる。

また、前記構成において前記遮光板の開口部の形状は、走査方向における前記照明光束の幅と光束内の輝度との積が前記走査方向と直交する方向において略一様となるような状態の照明光束を生成しうる形状とすることもできる。この構成は、照明光束整形素子上に一旦形成された前記第１の照明光束が光束断面内で輝度分布を有することを前提として、走査方向に直交する方向の明るさが均一となるように遮光板の開口形状を決定するものである。この構成では、走査される方向に積分した光量が走査方向に直交する方向において均一になるため、輝度むらのない表示が得られる。
なお、これらの構成では、前記遮光板の前記開口部以外の領域に入射光を前記光源側に反射する反射面が形成されていることが好ましい。このように遮光された光を光源側に戻してリサイクルすることで、光利用効率を高めることができる。

本発明の照明装置では、前記遮光板が前記光走査手段の入射側に配置され、前記遮光板によって整形された前記照明光束が前記光走査手段によって走査される構成とすることができる。この構成では、遮光板の開口部の位置を前記擬似矩形光束生成手段による前記第１の照明光束の生成位置に固定することができるので、構造が簡単になり、装置の小型化が可能になる。また、本構成では、照明光束整形素子によって整形した第２の照明光束を光走査手段以降の光学系によって照明対象に導くため、複数の光変調装置を備えたプロジェクタに本発明の照明装置を適用する場合であっても、必要な照明光束整形素子は１つで済む。

また、本発明の照明装置では、前記遮光板が前記光走査手段の射出側に配置され、前記光走査手段によって走査された前記照明光束が前記遮光板によって整形される構成とすることができる。この構成では、遮光板を駆動するための機構（即ち、前記遮光板の開口部を前記照明光束の走査位置に合わせて移動させる機構）が必要なるので構造は複雑になるが、遮光板を光変調装置の近傍に配置するので、照明光束を狙った形状に確実に整形することができ、「ぼけ」がより少ない鮮明な表示を得られる。このプロジェクタでは、前記遮光板として、前記照明光束の走査に同期して回転する回転式の遮光板を用いることができる。また、前記遮光板としては、開口部が光走査手段の走査に合わせて上下方向に平行にスライドするようなものを用いてもよい。しかし、駆動機構が比較的単純であり装置を小型化し易い点では回転遮光板の方が好ましい。

また、本発明の照明装置では、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ものとすることができる。この構成では、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される。また、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される。このため、本構成によれば、擬似矩形光束生成手段若しくは照明光束整形素子から射出された照明光束をロスなく光変調装置上に照射することができる。また、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得ることができる。

本発明の表示装置は、前述した本発明の照明装置と、該照明装置から射出された照明光束を変調するホールド型の表示モードを有する光変調装置とを備えたことを特徴とする。また、本発明のプロジェクタは、前述した本発明の照明装置と、該照明装置から射出された照明光束を変調するホールド型の表示モードを有する光変調装置と、該光変調装置によって変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。これらの構成によれば、「ぼけ」の少ない鮮明な動画像を表示することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。

［第１の実施の形態］
まず、図１〜図４を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクタ１の概略構成を示す図である。このプロジェクタ１は、光源１０、光源１０から射出された光束から細長い帯状の照明光束（照明バンド）を生成する擬似矩形光束生成手段２０、擬似矩形光束生成手段２０から射出された照明バンド（第１の照明光束）の形状を整形する照明光束整形素子５０、整形された照明バンド（第２の照明光束）を照明対象（後述の光変調装置８０）上で走査する光走査手段６０、光走査手段６０から射出された光束を変調する光変調装置８０、変調された光を投射する投射レンズ（投射手段）９０を備えて概略構成されている。

光源１０は、放射状に光線を射出する光源ランプ１１と、光源ランプ１１から放射された光線を一方向（図１のｚ軸方向）に向けて射出するリフレクタ１２とを備えている。なお、光源ランプ１１としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等を、又、リフレクタ１２としては、方物面リフレクタ、楕円面リフレクタ、球面リフレクタ等を使用することができる。

擬似矩形光束生成手段２０は、インテグレータ光学系としての第１のレンズアレイ（光束分割素子）２１、第２のレンズアレイ（集光光学素子）２２、重畳レンズ（重畳素子）２３等を備えている。また、後述のように、本実施形態では光変調装置８０に液晶ライトバルブを用いているので、第２のレンズアレイ２２の射出側には必要に応じて、入射光に含まれる２種類の偏光光束（Ｓ偏光光束、Ｐ偏光光束）を空間的に分離するための偏光ビームスプリッタアレイ（偏光分離素子）、分離された一方の偏光光束を他方の偏光光束に変換するための位相差板アレイ（偏光変換素子）等を備えた偏光変換光学系を配置することができる。

レンズアレイ２１，２２は、それぞれ複数の矩形の単位レンズ２１ａ，２２ａによって構成されている。第１のレンズアレイ２１の単位レンズ２１ａと第２のレンズアレイ２２の単位レンズ２２ａとはそれぞれ対応しており、第１のレンズアレイ２１の各単位レンズ２１ａによって分割された部分光束は、それぞれ第２のレンズアレイ２２の対応する単位レンズ２２ａに集光されるようになっている。この擬似矩形光束生成手段２０では、照明対象である光変調装置８０の形状に比べてｘ軸方向に細長い（ｙ軸方向に幅の狭い）形状の照明バンド８５を形成するために、第１のレンズアレイ２１は照明バンド８５と略相似形のやはりｘ軸方向に細長い矩形レンズ２１ａによって構成されている。第２のレンズアレイ２２の機能は、第１のレンズアレイ２１によって形成された部分光束を重畳位置に伝達することにある。よって、第２のレンズアレイ２２を構成する伝達レンズ２２ａの形状には制約はないが、第１のレンズアレイ２１と同じものを用いることができる。第１のレンズアレイ２１で分割された複数の部分光束は重畳レンズ２３によって略一箇所の位置で重畳され、一本の細長い第１の照明バンド（第１の照明光束）となる。

矩形レンズ２１ａによって生成された部分光束は、理想的には対応する伝達レンズ２２ａによって重畳位置に伝達され、矩形レンズ２１ａと相似な輪郭形状の照明バンドを形成する。しかし、図９〜図１１で説明したように、矩形レンズ２１ａが細長い形状の場合には、矩形レンズ２１ａの幅の狭い方向（図１ではｙ軸方向）に部分光束を十分に集光することができず、本来の伝達レンズとは異なる伝達レンズ（即ち、ｙ軸方向に隣接する別の伝達レンズ）を経て重畳位置に伝達されるものがでてくる。このため、光走査手段６０上では部分光束の完全な重畳は実現されず、図１１に示したようにｙ軸方向に広がった照明バンドとなる。照明バンドの（光走査手段６０による走査方向における）幅が必要以上に広がると、間欠照明としての効果が低下する。このため、本実施形態では、ｙ軸方向に広がった第１の照明バンド（図１１参照）から所望のｙ軸方向の幅を有する第２の照明バンド（第２の照明光束）を生成するために、部分光束の重畳位置或いはその近傍に照明光束整形素子５０を配置している。光走査手段６０による照明バンドの走査をより精度良く行うためには、光走査手段６０の所で部分光束が重畳するように構成することが望ましい。したがって、照明バンドの走査精度を重視する場合には、部分光束が重畳する位置よりも僅かに光源１０寄りに照明光束整形素子５０を配置しても良い。

照明光束整形素子５０は、図２（ａ）に示すように、スリット状の開口部５１を有する一種の遮光板であり、開口部５１以外の領域（遮光部５２）に入射した光を遮光するようになっている。開口部５１は物理的な開口であっても良いし、光学的に透光性を有する開口であっても良い。また、遮光部５２は不要光を吸収する光吸収面であっても良いし、不要光を光源１０側に反射する反射面であっても良い。反射面とした場合には、不要光を光源１０に戻して照明光として再び利用できるので光利用効率を高めることができる。
開口部５１の形状は、図２（ｂ）に示す最終的な照明バンド８５の形状と等しいか或いは略相似形とされており、照明光束整形素子５０上で重畳された光束は、開口部５１を通過することにより、矩形レンズ２１ａの幅の狭い方向に広がった不要な光束（輪郭部のぼやけとして知覚される第１の照明バンドの外周部分）が遮光され、所望の形状を有する第２の照明バンドとなる。開口部５１の形状は基本的には矩形形状を想定するが、照明光束整形素子５０から照明対象８０に至る伝達過程で生じる光学収差を考慮すれば、必ずしも矩形形状に限定されない。その意味で、照明光束整形素子５０の開口部５１を所望の照明バンドと略相似形（完全な相似形と対比する上で）とする。

照明光束整形素子５０によって形状が整形された第２の照明バンドは、照明光束整形素子５０の近傍に配置された光走査手段６０によってその光路をｙ軸方向に連続的にシフトされた後、リレーレンズ７０、平行化レンズ７６によって照明対象である光変調装置８０に伝達される。この伝達過程は等倍系であっても良いし、像の大きさが変化する変倍系であっても良い。なお、照明光束整形素子５０の手前に配置される平行化レンズ２４は照明光束整形素子５０及びそれ以降に配置される光学素子（例えば光走査手段６０）への照明光の入射効率を高める機能を有するものであり、この位置に配置されることが望ましいが、必須ではない。また、入射側レンズ７５はリレーレンズ７０への照明光の入射効率を高める機能を有するものであり、この位置に配置されることが望ましいが、必須ではない。

光走査手段６０は、回転軸６１を中心として回転可能な回転プリズムからなる。この回転プリズム６０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６１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６０は、その回転軸６１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６０は、光変調装置８０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６０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６０の回転軸６１を中心として図中の矢印方向に回転制御している。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６０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。なお、回転プリズム６０の位置は、例えば、リレーレンズ７０と平行化レンズ７６との間でも良い。ただし、正確な照明バンドの走査を実現するためには照明光束整形素子５０或いは照明対象である光変調装置８０の近傍に配置されることが望ましい。

光変調装置８０は、ホールド型の光変調素子の一種である液晶ライトバルブからなる。本実施形態では、液晶ライトバルブ８０として、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）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を使用しているが、本発明はこれに限定されない。

次に、本実施形態のプロジェクタ１の作用について説明する。
図１において光源１０から射出された光は、第１のレンズアレイ２１の各矩形レンズ２１ａによって複数の部分光束に分割され、対応する第２のレンズアレイ２２の各伝達レンズ２２ａに入射される。そして、各伝達レンズ２２ａ及び重畳レンズ２３を介して重畳され、細長い第１の照明バンドとなる。しかし、実際には有限長の光源１０から放射される光は完全な平行光にはならないので、レンズ２１ａ，２２ａのｙ軸方向の幅を狭くして細長い形状の照明バンドを形成しようとしても、矩形レンズ２１ａではｙ軸方向の集光を十分に行なうことができず、第１の照明バンドは所望の形状の照明バンドに対して、図１１に示すようなｙ軸方向に幅の広がった輪郭部がぼやけた形状となる。

この第１の照明バンドは、平行化レンズ２４を介して、部分光束の重畳位置或いはその近傍に配置された照明光束整形素子５０に入射される。そして、この照明光束整形素子５０によってその略重畳された光束の外周部分（即ち、ぼやけとして知覚されるｙ軸方向に幅の広がった輪郭部を形成する不要な光束）が遮光され、図３に示すような鮮明な輪郭を有する所望の第２の照明バンドに整形される。そして、整形された第２の照明バンドは入射側レンズ７５を介して光走査手段である回転プリズム６０に入射する。

回転プリズム６０の回転位相が、図４（ａ）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６０に入射した照明光は屈折せ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４（ｂ）は、回転プリズム６０が図４（ａ）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６０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４（ｃ）は、回転プリズム６０が図４（ａ）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４（ｂ）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４（ｄ）は、回転プリズム６０が図４（ａ）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（ａ）の場合と同様に、図中左側から回転プリズム６０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６０の回転に伴って、その光路を光軸Ｌに対して略平行な状態でｙ軸方向に連続的にシフトさせながら射出される。なお、図４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６０から射出された照明光はリレーレンズ７０、平行化レンズ７６を透過して照明対象である光変調装置８０の上に輪郭の鮮明な細長い照明バンド８５として結像される（図３参照）。照明バンド８５は、回転プリズム６０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が光変調装置８０の下端に到達すると、再び光変調装置８０の上端から下端に向かって走査される。光変調装置８０に照射された照明光は、プロジェクタ１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。

以上説明したように、本実施形態では、まず擬似矩形光束生成手段２０によって細長い帯状の第１の照明バンド（第１の照明光束）を生成し、次に照明光束整形素子５０によって照明バンドの幅の狭い方向に広がった不要な光束（輪郭部のぼやけとして知覚される前記第１の照明バンドの外周部分）を遮光して最終的に所望する帯状の第２の照明バンド（第２の照明光束）を生成する。このため、鮮明な輪郭を有する細長い照明バンドが得られ、例えば動きの速い動画像を表示した場合にも「ぼけ」の少ない鮮明な表示を得ることができる。

また、本実施形態では、照明光束整形素子５０を光走査手段６０の入射側に配置し、擬似矩形光束生成手段２０によって整形された第２の照明バンドを光走査手段６０によって走査する構成としたため、構造が簡単になり、装置の小型化が可能になる。つまり、照明光束整形素子５０を光走査手段６０の射出側に配置した場合には、照明光束整形素子５０の開口部５１の位置を光走査手段６０によって走査される照明バンドに合わせて移動させる機構が必要になるが、本実施形態の構成を採用すれば、このような駆動機構は必要ない。また、この構成では、照明光束整形素子５０によって整形した第２の照明バンドを光走査手段６０以降の光学系によって照明対象である光変調装置に導くため、プロジェクタが複数の光変調装置を備えた構成であっても、必要な照明光束整形素子５０は１つで済む。
また、本実施形態では光走査手段６０として回転プリズムを採用したため、擬似矩形光束生成手段２０及び照明光束整形素子５０によって生成された照明バンドをロスなく光変調装置８０上に照射することができる。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得ることができる。

なお、本実施形態では、照明光束整形素子５０の開口部５１の形状を最終的に照明対象上で走査する照明バンドの形状と略相似形としたが、本発明は必ずしもこれに限定されない。例えば、照明光束整形素子５０の入射側若しくは射出側に照明バンドの形状を変換する光学系を配置すれば、照明光束整形素子５０の開口形状を最終的に必要となる照明バンドの形状と非相似な形状とすることもできる。しかし、本実施形態のように構成すれば、このような特別の光学系は不要となるため、構造は簡単になる。

［変形例］
次に、図５，図６を用いて本発明の第１実施形態の変形例について説明する。
前述のように細長い形状の矩形レンズを用いてレンズアレイ方式のインテグレータを構成する（ロッドレンズ方式の場合には、射出端面の形状を細長い形状とする）場合には、インテグレータを構成する矩形レンズの列方向と行方向における配列数が極端に異なり、輝度分布が均一な照明バンドは得にくくなる可能性がある。この場合、仮に細長い形状の照明バンドを形成できたとしても、照明バンドの輝度分布が一様でなければ画面上の位置に応じて間欠照明の効果が異なることになり、やはり、動画質の改善効果が低下する。動画質を高めるには、照明バンド内の輝度分布が一様で、且つ、矩形形状をなしている照明バンドが最良である。しかし、照明バンドは照明対象上で一方向に走査されるので、輝度分布が一様でない場合には、その走査方向における照明バンドの幅と輝度との積が走査方向と直交する方向に一様であるように照明バンドの形状を整形することが望ましい。本変形例では、照明バンドが光束断面内で輝度分布を有することを前提として、整形後の照明バンドの輝度が走査方向に直交する方向において均一となるように照明光束整形素子５０の開口形状を規定している。

一例を図５を用いて説明する。図５（ｃ）に示す照明バンドでは、バンドの中央部で輝度が最も小さく、両端側にいくにつれて輝度が大きくなっている。符号Ｌ１はバンド端部の最も輝度の大きい部分、符号Ｌ２はバンド中央部の最も輝度が小さい部分をそれぞれ示している。照明バンド内でこのような輝度分布が存在する場合には、走査照明時に時間平均した輝度を走査方向と直交する方向で均一化するために、照明光束整形素子５０の開口部５１を、図５（ａ）に示すように、中央部の幅が相対的に広く、端部の幅が相対的に狭い樽型の開口形状とすることが望ましい。この場合、照明対象上で走査される第２の照明バンド８５は、図５（ｂ）に示すような樽型の外形形状を有することになる。

図６（ａ）は、図５（ｃ）とは逆の輝度分布（即ち、バンドの中央部で輝度が最も大きく、両端側にいくにつれて輝度が小さくなるような輝度分布）を有する場合の照明光束整形素子５０の開口形状を示している。照明バンド内でこのような輝度分布が存在する場合には、同様の観点から照明光束整形素子５０の開口部５１を、図６（ａ）に示すように、中央部の幅が相対的に狭く、端部の幅が相対的に広い糸巻き型の開口形状とすることが望ましい。この場合、照明対象上で走査される第２の照明バンド８５は、図６（ｂ）に示すような糸巻き型の外形形状を有することになる。

これ以外の輝度分布を有する場合であっても、同様の考え方に基づいて照明光束整形素子５０の開口形状を決定することができる。これらの構成では、照明バンド８５の幅が照明バンド上のｘ軸方向の位置によって大幅に変化しないことが、効果的な間欠照明を実現する上での条件となるため、最大バンド幅と最小バンド幅との差が平均バンド幅を超えない程度であることが望ましい。
以上のように、照明光束整形素子５０によって必ずしも矩形形状ではない照明バンドを形成する構成とすれば、インテグレータの設計が容易になり、又、インテグレータにおける光利用効率（伝達効率や重畳効率）も向上する。

［第２の実施の形態］
次に、図７，図８を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、本実施形態において前記第１の実施形態と同様の部材又は部位については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図７は、本実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。このプロジェクタ２は、光源１０、光源１０から射出された光束から細長い帯状の照明光束（照明バンド）を生成する擬似矩形光束生成手段２０、擬似矩形光束生成手段２０から射出された照明バンド（第１の照明光束）を照明対象（光変調手段８０）上で走査する光走査手段６０、光走査手段６０から射出された照明バンドの形状を整形する照明光束整形素子５５、整形された照明バンド（第２の照明光束）を変調する光変調装置８０、変調された光を投射する投射レンズ（投射手段）９０を備えて概略構成されている。
本実施形態のプロジェクタ２の基本構成は前記第１の実施形態と同様であり、異なる点は照明光束整形素子の構成及び配置のみである。このため、ここでは照明光束整形素子５５についてのみ説明する。

照明光束整形素子５５は、図８に示すように、回転軸５７を中心に規則的に配置された複数のスリット状の開口部５１を有する回転式の遮光板であり、開口部５１以外の領域（遮光部５２）に入射した光を遮光するようになっている。この回転遮光板５５は、モータ５６により、光走査手段６０による照明バンドの走査に同期して回転可能となっている。光走査手段６０によって照明対象８０上で走査される、断面形状が主にｙ軸方向に広がった第１の照明バンド（第１の照明光束）は、この照明光束整形素子５５の開口部５１を通過することで断面形状が整形され、所望の断面形状を有する第２の照明バンド（第２の照明光束）となって照明対象である光変調装置８０に至る。この照明光束整形素子５５では、回転軸５７を中心として開口部５１が回転するため、これによって整形された第２の照明バンド８５の形状は回転軸５７側ほどｙ軸方向に狭くなるが、この狭くなる幅に反比例して光強度が大きくなるような輝度分布を有する光束を予め擬似矩形光束生成手段２０等で生成しておけば、時間平均することで均一な照度が得られる。勿論、ここでも照明バンドにおける断面形状の極端な矩形形状からの乖離は効果的な間欠照明を実現する上で問題となるため、ｙ軸方向における最大光束断面におけるバンド幅と最小光束断面におけるバンド幅との差が平均光束断面におけるバンド幅を超えない程度であることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態では照明光束整形素子である回転遮光板５５を光走査手段６０の射出側に配置し、光走査手段６０によって走査された第１の照明バンドをこの回転遮光板５５によって整形する構成とした。この構成では、照明光束整形素子５５を駆動するための機構（即ち、回転遮光板５５の開口部５１を第１の照明バンドの走査位置に合わせて移動させるためのモータその他の駆動機構）が必要なるので構造は複雑になる。しかし、遮光板５５を光変調装置８０の近傍に配置するので、第１の照明バンドから所望の形状を有する第２の照明バンドを確実に整形することができ、前記第１の実施形態のものに比べて、「ぼけ」がより少ない鮮明な表示を得られる。

なお、本実施形態では照明光束整形素子５５を回転式の遮光板としたが、この代わりに、遮光板の開口部が光走査手段の走査に合わせて上下方向に平行にスライドするようなものを用いても良い。この場合には駆動機構がより複雑になるが、矩形状の第２の照明バンドを容易に得ることができるため、動画像の画質改善には有効な構成である。
また、本実施形態では照明光束整形素子５５を光変調装置８０の入射側に配置したが、照明光束整形素子５５の位置は光変調装置８０の入射側又は射出側のいずれでも良い。ただし、光変調装置８０への熱的負荷の低減を考慮すると、光変調装置８０の入射側の方が望ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、ロッドレンズを用いたインテグレータ光学系に対しても本発明を適用できる。ロッドレンズから射出された複数の部分光束を重畳する位置或いはその近傍に照明光束整形素子を配置し、所望の形状に整形された照明バンドを照明対象上に伝達すると共に走査する構成とすることができる。
また、前記実施形態では本発明を投射型の表示装置に適用した例を示したが、本発明はこのような投射型の表示装置に限らず、直視型の表示装置に適用することも可能である。また、光源１０から光変調装置８０の入射側までの構成を光変調装置８０以降の構成から分離して、前記光変調装置８０を照明するための照明装置として利用することもできる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略図。 照明光束整形素子の構成及び作用を説明するための図。（ａ）は照明光束整形素子の構成を、（ｂ）は光変調装置に対する照明バンドの形状を示す。 第２の照明バンドの形成状態を説明するための図。（ａ）は光変調装置に対する第２の照明バンドの形状を、（ｂ）は断面ＡＢにおける光強度分布を示す。 光走査手段による照明光の走査を説明するための図。（ａ）は回転プリズムの回転位相が０°の場合を、（ｂ）は同回転位相が０°〜４５°の場合を、（ｃ）は同回転位相が４５°〜９０°の場合を、（ｄ）は同回転位相が９０°の場合をそれぞれ示す。 変形例に係る照明光束整形素子の形状及び作用を説明するための図。（ａ）は照明光束整形素子の構成を、（ｂ）は光変調装置に対する照明バンドの形状を、（ｃ）は照明バンド内での輝度分布を示す。 別の変形例に係る照明光束整形素子の形状及び作用を説明するための図。（ａ）は照明光束整形素子の構成を、（ｂ）は光変調装置に対する照明バンドの形状を示す。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの概略図。 照明光束整形素子の構成及び作用を説明するための図。 従来のプロジェクタで細長い照明バンドを形成しようとした場合の部分光束の伝搬状態を説明する図。 部分光束の重畳の様子を示す図。 従来のプロジェクタにおける照明バンドの形状及び輝度分布を示す図。（ａ）は光変調装置に対する第２の照明バンドの形状を、（ｂ）は断面ＡＢにおける光強度分布を示す。

符号の説明

１，２…プロジェクタ、１０…光源、２０…擬似矩形光束生成手段、６０…回転プリズム（光走査手段）、５０…遮光板（照明光束整形素子）、５１…開口部、５２…遮光部、５５…回転遮光板（照明光束整形素子）、８０…光変調装置、８５…照明光束、９０…投射レンズ（投射手段）

Claims (9)

1. ホールド型の表示モードを有する光変調装置の書き込み動作に同期して、形成された帯状の照明光束を該光変調装置上で位置選択的に走査しながら照射する照明装置であって、
   光源と、前記光源から射出された光束から帯状の照明光束を生成する擬似矩形光束生成手段と、前記擬似矩形光束生成手段から射出された前記照明光束を前記光変調装置上で走査させる光走査手段とを備え、前記擬似矩形光束生成手段から射出された照明光束の光路上に該照明光束を所望の形状の照明光束に整形するための照明光束整形素子を備え、前記照明光束整形素子がスリット状の開口部を有する遮光板からなり、前記遮光板が前記光走査手段の入射側に配置され、前記遮光板によって整形された前記照明光束が前記光走査手段によって走査され、前記擬似矩形光束生成手段の射出側かつ前記照明光束整形素子の入射側に平行化レンズを備えていることを特徴とする、照明装置。
2. ホールド型の表示モードを有する光変調装置の書き込み動作に同期して、形成された帯状の照明光束を該光変調装置上で位置選択的に走査しながら照射する照明装置であって、
   光源と、前記光源から射出された光束から帯状の照明光束を生成する擬似矩形光束生成手段と、前記擬似矩形光束生成手段から射出された前記照明光束を前記光変調装置上で走査させる光走査手段とを備え、前記擬似矩形光束生成手段から射出された照明光束の光路上に該照明光束を所望の形状の照明光束に整形するための照明光束整形素子を備え、前記照明光束整形素子がスリット状の開口部を有する遮光板からなり、前記遮光板が前記光走査手段の射出側に配置され、前記光走査手段によって走査された前記照明光束が前記遮光板によって整形されると共に、前記遮光板の開口部が前記光走査手段によって走査された前記照明光束に合わせて移動可能に構成されていることを特徴とする、照明装置。
3. 前記遮光板が前記照明光束の走査に同期して回転する回転式の遮光板からなることを特徴とする、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記遮光板の開口部の形状が、前記光変調装置上で走査される照明光束の形状と略相似形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記遮光板の開口部の形状が、走査方向における前記照明光束の幅と光束内の輝度との積が前記走査方向と直交する方向において略一様となるような状態の照明光束を生成しうる形状であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記遮光板の前記開口部以外の領域に入射光を前記光源側に反射する反射面が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１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１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置と、該照明装置から射出された照明光束を変調するホールド型の表示モードを有する光変調装置とを備えたことを特徴とする、表示装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置と、該照明装置から射出された照明光束を変調するホールド型の表示モードを有する光変調装置と、該光変調装置によって変調された光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする、プロジェクタ。

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