JP4165309B2 - 照明装置、投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置とこれを備えた投射型表示装置に関し、特に映像表現力に優れた投射型表示装置とそれに用いる照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達はめざましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系から射出される映像を投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型表示装置（液晶プロジェクタ）が知られている。
投射型表示装置は光変調手段として液晶ライトバルブを用いたものであるが、投射型表示装置には、液晶ライトバルブの他、デジタルミラーデバイス（Digital Mirror Device,以下、ＤＭＤと略記する）を光変調手段としたものも実用化されている。ところが、この種の従来の投射型表示装置は以下のような問題点を有している。
【０００３】
（１）光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れや迷光のため、充分なコントラストが得られない。そのため、表示できる階調範囲（ダイナミックレンジ）が狭く、陰極線管（Cathode Ray Tube, 以下、ＣＲＴと略記する）を用いた既存のテレビ受像機に比較すると、映像の品質や迫力の点で劣ってしまう。
（２）各種の映像信号処理により映像の品質向上を図ろうとしても、ダイナミックレンジが固定されているために、充分な効果を発揮することができない。
【０００４】
このような投射型表示装置の問題点に対する解決策、つまりダイナミックレンジを拡張する方法としては、映像信号に応じて光変調手段（ライトバルブ）に入射させる光の量を変化させることが考えられる。それを実現するのに最も簡便な方法は、ランプの光出力強度を変化させることである。投射型表示装置において、ランプの出力光の制御を行なう方法が特許文献１に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−６６５０１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、投射型表示装置に用いるランプとしては高圧水銀ランプが現在主流となっているが、高圧水銀ランプで光出力強度を制御するのは極めて困難な状況である。したがって、ランプの光出力強度自体は変化させなくても、光変調手段への入射光量を映像信号に応じて変化させることのできる方法が求められている。
さらに上記の問題点に加えて、現行の投射型表示装置では光源の明るさが固定されているため、例えば暗めの鑑賞環境においては画面が明るくなりすぎたり、また、投射距離や投射レンズのズーミングにより投射スクリーンサイズを変化させた際に、それに応じて画面の明るさが変化してしまうという問題点もあった。
【０００７】
このような課題を解決するために、近年、投射型表示装置用の照明装置として、上述のメタルハライドランプや高圧水銀ランプ等の光源に調光用のルーバ（遮光板）を組み合わせた構造のものが提案されている。この種の照明装置に関する発明は、本出願人も既に多数出願している。この構成によれば、光源とは別体に設けられた調光手段によって、光源から射出された光の光量調整を高速且つ任意に行なうことができる。このため、照明光を例えば映像信号に基づいて調節することで、光源の光出力強度が一定のままでも被照明領域（光変調装置）において映像に応じた明るさの光を得ることができ、投射型表示装置のダイナミックレンジの拡張に寄与することができる。同様に、投射拡大率，使用環境下における明るさの状況、若しくは、使用者の好み等に応じた明るさの光を得ることができる。
【０００８】
このような照明装置として、本出願人はこれまでに例えば図１６に示すような構造のものを提案している。この照明装置には、光源１０００の前面にフライアイレンズ１００１，１００２と矩形の遮光板１００３，１００５が備えられている。
フライアイレンズ１００１，１００２はそれぞれ矩形のマイクロレンズ１０１１，１０１２がＸ方向，Ｚ方向に配列された構造を有し、レンズ１０１１とレンズ１０１２とは互いに対応して設けられている。そして、光源１０００から射出された光は各レンズ１０１１によって複数の光束Ｒに分割され、これらの光束Ｒがそれぞれ対応するレンズ１０１２により被照明領域（ライトバルブ）において重畳されることで、照明光の照度分布が均一化される。
【０００９】
遮光板１００３と遮光板１００５とは、その形状及び回動半径等を等しく構成され、光軸Ｙ（フライアイレンズ１００１から射出された光束群全体の中心線）に対して互いに対称となる位置に配置されている。各遮光板１００３，１００５は、初期状態（調光を行なわない状態）において照明光の光路外に配置され、その主面は光軸Ｙに平行に保たれている。一方、調光を行なう場合には、遮光板１００３，１００５はそれぞれ回動軸１００４，１００６の回りに等しい角度θで回動され、照明光の一部を遮光する。
【００１０】
このような照明装置では、映像の明るさを連続的に変化させるために照明光量は遮光板の回動量θに対して滑らかに変化することが望ましい。しかし実際には、図１８に示すように、照明光量は遮光板の回動量θに対して階段状に変化し、遮光板１００３，１００５が１０°回動する毎に明るさが大きく落ち込むことがある。このため、光量を連続的に変化させたいときにも画面の明るさ変化が不連続になることがあり、視聴者が映像を鑑賞する際、不自然さを感じることがあった。
【００１１】
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、照明光量を連続的に変化させることのできる照明装置とこれを備えた投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、照明光量に上述のような階段状の変化が生じる原因について検討を行なった結果、これが調光の対称性に起因することを突き止めた。
つまり、上述のフライアイレンズ１００１では、各レンズ１０１１から射出された光束Ｒは対応するレンズ１０１２の中心部Ｃで像を結ぶため、回動により遮光板の縁部１００３ａ，１００５ａが正面視でレンズ１０１２の中心部を通ると、光束Ｒの透過光量は大きく低下する。
【００１３】
しかし、図１７に示すように、遮光板がマイクロレンズ１０１２の横の配列方向（Ｚ方向）に対して対称な形状、特に各遮光板の縁部１００３ａ、１００５ａがＺ方向に平行な直線形状をなす従来の構成では、Ｚ方向に配列した複数のマイクロレンズ（図中、符号Ａ１，Ａ２で示す）の中心部Ｃは遮光板によって同時に遮光されるため、その光量変化は一段と大きくなる。しかも、各遮光板１００３，１００５はマイクロレンズ１０１２の縦の配列方向（Ｘ方向）に対して対称に配置されているため、これらのレンズ１０１２の中心部Ｃを遮光するタイミングが両遮光板１００３，１００５で等しくなり、上述の光量変化は更に増幅されることとなる。
【００１４】
そこで本発明者は、例えば図１７の例において、レンズ列Ａ１とレンズ列Ａ２の中心線が別々のタイミングで遮光される、或いは、レンズ列Ａ１又はレンズ列Ａ２を構成する各マイクロレンズ１０１２の中心部Ｃが別々のタイミングで遮光されるようにすることで照明光量の変化を最小限に抑えることができると考え、本発明を創案した。
【００１５】
すなわち、上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、光源と、上記光源から射出された光を複数の光束に分割し、これらの光束を被照明領域において重畳する一対のフライアイレンズと、各光束の一部又は全部を遮光することで上記光源からの射出光の光量を調節する調光手段とを備え、調光状態において部分的に遮光された光束が複数存在し、上記調光手段はこれらの部分的に遮光された全ての光束の中心部を同時には遮光しないことを特徴とする。
【００１６】
本構成では、部分的に遮光された複数の光束の中心部は、それぞれ別々のタイミングで遮光される、或いは、いくつかずつ別々のタイミングで遮光される。このため、これらの中心部が全て同時に遮光される従来のものに比べて、光量変化が小さくなり、照明光量を滑らかに変化させることができる。
【００１７】
なお、調光手段の具体的な形態としては、例えば上記調光手段が、上記光束群全体の中心線（光軸）を挟む位置に配置された一対の遮光板からなり、各遮光板がその主面と平行な方向に延在する回動軸を中心として回動可能に構成され、これらの遮光板の回動量に応じて各光束の一部又は全部を遮光可能とされたものを用いることができる。これらの遮光板は、光源側から順に配置された第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズ（これらが上記一対のフライアイレンズを構成する）との間、又は、第２のフライアイレンズの射出側に配置することができる。
【００１８】
このような遮光板を用いた場合、各遮光板を、各遮光板の遮光領域が光束群全体の中心線に対して非対称となるように構成することで上述の効果を得ることができる。
具体的には、上記一対の遮光板を光軸に対して非対称に配置する等の方法を採ることができる。この構成では、仮に両遮光板の構成が等しく、これらの遮光板の間で遮光量の変化に類似性（例えば階段状の光量変化）が見られたとしても、このような類似の変化が現れるタイミングは各遮光板で異なる（即ち、光量変化の位相がこれらの遮光板の間で異なる）ため、これらの変化が強調されて照明光量に不連続的な変化が生じることはない。
【００１９】
しかし一方で、配置の非対称性が大きくなりすぎると、被照明領域における照度の均一性が損なわれる虞がある。このため、例えば各遮光板の光軸からの距離の差を、フライアイレンズを構成するマイクロレンズの配列ピッチ（遮光板の回動軸に垂直な配列方向における１ピッチ）よりも小さくすることで、照度の不均一性を最小限に抑えながら、照明光量を滑らかに変化させることが可能となる。
【００２０】
また、上述のように各遮光板を非対称に配置する代わりに、各遮光板の構成（形状や回動半径等）を異ならせることによっても同様の効果が得られる。つまり本構成では、そもそも両遮光板の間で遮光量の変化に類似性がないため、それらが強調されて照明光量に不連続的な変化が生じるようなことはない。このように各遮光板の構成を変えたものとしては、例えば各遮光板の縁部を互いに異なる凹凸形状とした例を挙げることができる。このように遮光板の縁部を凹凸形状とした場合、遮光板が、一列に並んだマイクロレンズの列の中心部を全て同時に遮光することはない。このため、各遮光板毎にその遮光量の変化を滑らかにすることができ、上記効果を一層確実にすることができる。なお、遮光板の縁部を凹凸形状とした場合には上述のような効果が期待できるため、一方の遮光板の縁部のみ凹凸形状としたり、両遮光板の縁部を同じ凹凸形状としたりしても、本発明の効果は得られる。
【００２１】
また、遮光板の回動軸の延在方向と、各フライアイレンズを構成するマイクロレンズの配列方向とを一致させないようにすることでも同様の効果が得られる。具体的には、マイクロレンズの一方の配列方向を各遮光板の回動軸に略垂直な方向とし、他方の配列方向を上記回動軸に対して斜めに交差する方向とした構成、或いは、マイクロレンズの２つの配列方向をいずれも各遮光板の回動軸に対して斜めに交差する方向とした構成を挙げることができる。これらの構成では、仮に各遮光板の構成や配置が光軸に対して互いに対称であっても、各遮光板が、一列に並んだマイクロレンズの列の中心部を全て同時に遮光することはないため、照明光量が階段状に大きく落ち込むことはない。
【００２２】
また、調光手段の別の形態としては、例えば調光手段が、その主面と平行な方向に延在する回動軸に対して回動可能に取り付けられた遮光板からなり、上記回動軸が、上記主面の中心線からずれた位置に配置されるとともに上記光束群全体の中心線上に配置されたものを用いることができる。この遮光板では、回動軸を挟んで対向する両方の縁部によって遮光が行われる。換言すると、この１枚の遮光板には、回動軸から一方の縁部までの第１の遮光領域と、回動軸から他方の縁部までの第２の遮光領域との２つの遮光領域が設けられていると見ることができる。本構成では、光軸を挟む位置に配置されたこれら一対の遮光領域の構成（形状）が異なっており、実質的には、上述した異なる構成の一対の遮光板を用いた場合と同様に考えることができる。したがって、本構成でも照明光量を滑らかに変化させることができる。
【００２３】
また、本発明の投射型表示装置は、上述の照明装置と、上記照明装置から射出される光を変調して映像光を形成する光変調手段と、上記映像光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする。本構成によれば、映像の明るさを滑らかに変化させることのできる高品質な映像表示を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
まず、図５〜図９を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る投射型表示装置について説明する。
本実施形態の投射型表示装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型カラー液晶表示装置である。図５はこの投射型表示装置を示す概略構成図であって、図中、符号１は照明装置、１０は光源、２１，２２はフライアイレンズ（均一照明手段）、３１，３２は遮光板（調光手段３０）、４１，４２はダイクロイックミラー、４３，４４，４５は反射ミラー、５１，５２，５３は液晶ライトバルブ（光変調手段）、６０はクロスダイクロイックプリズム、７０は投射レンズ（投射手段）を示している。
【００２５】
本実施形態における照明装置１は、光源１０とフライアイレンズ２１，２２と遮光板３１，３２とから構成されている。光源１０は高圧水銀ランプ等のランプ１１とランプ１１の光を反射するリフレクタ１２とから構成されている。また、光源光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブ５１，５２，５３において均一化させるための均一照明手段として、光源１０側から第１のフライアイレンズ２１、第２のフライアイレンズ２２が順次設置されている。ここで、第１のフライアイレンズ２１は光源１０から射出された光を複数の光束Ｒに分割し、第２のフライアイレンズ２２はライトバルブ位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。場合によっては２次光源像を重畳するためのコンデンサーレンズを第２のフライアイレンズ２２の位置、もしくはその後段に配しても良い。以下では重畳レンズとして第２のフライアイレンズが用いられた場合について説明を行なう。
【００２６】
本実施形態の場合、光源１０から射出された光の光量を調節する調光素子（調光手段）として、遮光板３１，３２が第１のフライアイレンズ２１と第２のフライアイレンズ２２との間に回動可能に設置されている。なお、照明装置１の構成については後で詳しく説明する。
【００２７】
照明装置１の後段の構成を以下、各構成要素の作用とともに説明する。
青色光・緑色光反射のダイクロイックミラー４１は、光源１０からの光束のうちの赤色光Ｌ_Ｒを透過させるとともに、青色光Ｌ_Ｂと緑色光Ｌ_Ｇとを反射させるものである。ダイクロイックミラー４１を透過した赤色光Ｌ_Ｒは反射ミラー４５で反射されて赤色光用液晶ライトバルブ５１に入射される。一方、ダイクロイックミラー４１で反射した色光のうち、緑色光Ｌ_Ｇは緑色光反射用のダイクロイックミラー４２によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ５２に入射される。一方、青色光Ｌ_Ｂはダイクロイックミラー４２も透過し、リレーレンズ４６、反射ミラー４３、リレーレンズ４７、反射ミラー４４、リレーレンズ４８からなるリレー系４９を経て青色光用液晶ライトバルブ５３に入射される。
【００２８】
各液晶ライトバルブ５１，５２，５３によって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム６０に入射される。このプリズムは４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に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十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されてカラー画像を表す光が形成される。合成された光は投射光学系である投射レンズ７０によりスクリーン７１上に投射され、拡大された画像が表示される。
【００２９】
次に、本実施形態の投射型表示装置の駆動方法について説明する。
図６は本実施形態の投射型表示装置の駆動回路の構成を示すブロック図である。調光機能を持たない従来の投射型表示装置の場合、入力された映像信号は適当な補正処理を経て、そのまま液晶パネルドライバに供給されるが、調光機能を有し、かつそれを映像信号に基づいて制御する本実施形態の場合、基本的な構成として、以下に説明するようにデジタル信号処理ブロックであるＤＳＰ（１）〜ＤＳＰ（３）などの回路が必要となる。
【００３０】
本実施形態では、図６に示すように、アナログ信号として入力された映像信号がＡＤコンバータ８１を経て第１のデジタル信号処理回路であるＤＳＰ（１）８２（制御信号決定手段）に入力される。ＤＳＰ（１）８２では、映像信号から明るさ制御信号が決定される。ＤＳＰ（２）８３（調光制御手段）では、明るさ制御信号に基づいて調光素子ドライバ８４を制御し、最終的には調光素子ドライバ８４が調光素子３０（本実施形態の場合は遮光板３１，３２）を実際に駆動する。
【００３１】
一方、ＤＳＰ（１）８２で決定された明るさ制御信号は、映像信号とともにＤＳＰ（３）８６（映像信号伸長手段）にも入力される。ＤＳＰ（３）８６では明るさ制御信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲に伸長する。伸長処理後の映像信号はＤＡコンバータ８７により再びアナログ信号に変換された後、パネルドライバ８８に入力され、パネルドライバ８８から赤色光用液晶ライトバルブ５１（図５中のＲパネル）、緑色光用液晶ライトバルブ５２（同、Ｇパネル）、青色光用液晶ライトバルブ５３（同、Ｂパネル）のそれぞれに供給される。
【００３２】
ここで、照明装置１の制御方法に関しては、[１]表示映像適応型の制御、の他に、[２]投射拡大率による制御、[３]外部からの制御、などが考えられる。以下にそれぞれの方法について説明する。
[１]表示映像適応型の制御
まず、表示映像適応型の制御、すなわち明るい映像シーンでは光量が多くなり、暗いシーンでは光量が少なくなるような表示映像に適応した明るさ制御を行なう場合について考える。この場合、上記で説明したように、ＤＳＰ（１）８２で映像信号に基づいて明るさ制御信号が決定されるが、その方法には例えば次の３通りが考えられる。
【００３３】
（ａ）注目しているフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を明るさ制御信号とする方法。
例えば０〜２５５の２５６ステップの階調数を含む映像信号を想定する。連続した映像を構成する任意の１フレームに着目した場合、そのフレームに含まれる画素データの階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）が、図７（ａ）のようになったとする。この図の場合、ヒストグラムに含まれる最も明るい階調数が１９０であるので、この階調数１９０を明るさ制御信号とする。この方法は、入力される映像信号に対し、最も忠実に明るさを表現できる方法である。
【００３４】
（ｂ）注目しているフレームに含まれている階調数毎の出現数分布（ヒストグラム）より、最大の明るさから出現数について一定の割合（例えば１０％）となる階調数を明るさ制御信号とする方法。
例えば映像信号の出現数分布が図８のようであった場合、ヒストグラムより明るい側から１０％の領域をとる。１０％に相当するところの階調数が２３０であったとすると、この階調数２３０を明るさ制御信号とする。図８に示したヒストグラムのように、階調数２５５の近傍に突発的なピークがあった場合、上記（ａ）の方法を採用すれば、階調数２５５が明るさ制御信号となる。しかしながら、この突発的なピーク部分は画面全体における情報としてはあまり意味をなしていない。これに対して、階調数２３０を明るさ制御信号とする本方法は、画面全体の中で情報として意味を持つ領域によって判定する方法と言うことができる。なお、上記の割合は２〜５０％程度の範囲で変化させてもよい。
【００３５】
（ｃ）画面を複数のブロックに分割して、ブロック毎、含まれている画素の階調数の平均値を求め、最大のものを明るさ制御信号とする方法。
例えば図９に示すように、画面をｍ×ｎ個のブロックに分割し、それぞれのブロックＡ_１１，…，Ａ_ｍｎ毎の明るさ（階調数）の平均値を算出し、そのうちで最大のものを明るさ制御信号とする。なお、画面の分割数は６〜２００程度とすることが望ましい。この方法は、画面全体の雰囲気を損なうことなく、明るさを制御できる方法である。
上記（ａ）〜（ｃ）の方法について、明るさ制御信号の判定を、表示領域全体に対して行なう他に、例えば表示領域の中央部分など、特定の部分だけに上記方法を適用することもできる。この場合、視聴者が注目している部分から明るさを決定するような制御の仕方が可能となる。
【００３６】
次にＤＳＰ（２）８３において、上記の方法で決定した明るさ制御信号に基づいて調光素子ドライバ８４を制御するが、この方法にも例えば次の３通りが考えられる。
【００３７】
（ａ）出力された明るさ制御信号に応じてリアルタイムで制御する方法。
この場合はＤＳＰ（１）８２から出力された明るさ制御信号をそのまま調光素子ドライバ８４に供給すればよいため、ＤＳＰ（２）８３での信号処理は不要となる。この方法は映像の明るさに完全に追従する点で理想的ではあるが、映像の内容により画面の明暗が短い周期で変化することもあり、鑑賞時に余計なストレスを感じるなどの問題が発生する恐れがある。
【００３８】
（ｂ）出力された明るさ制御信号にＬＰＦ（ローパスフィルター）をかけ、その出力で制御する方法。
例えばＬＰＦによって１〜３０秒以下の明るさ制御信号の変化分をカットし、その出力によって制御する。この方法によれば、細かい時間の変化分はカットされるため、上記のような短い周期での明暗の変化を避けることができる。
【００３９】
（ｃ）明るさ制御信号の切り替わりエッジを検出する方法。
明るさ制御信号に所定の大きさ以上（例えば６０階調以上）の変化があった場合にのみ調光素子３０を制御する。この方法によれば、シーンの切り替わりなどのみに応じた制御を行なうことができる。
【００４０】
このようにして、例えば階調数１９０が明るさ制御信号に決定された場合、最大明るさ（階調数２５５）の光量を１００％とすると、１９０／２５５＝７５％の光量が得られるように調光素子３０を駆動する。本実施形態の場合、調光素子３０は具体的には遮光板３１，３２であるから、透過率が７５％（遮光率が２５％）となるように遮光板３１，３２を回動させる。同様に、階調数２３０が明るさ制御信号である場合、２３０／２５５＝９０％の光量が得られるように調光素子３０を駆動する。
【００４１】
一方、ＤＳＰ（３）８６では、ＤＳＰ（１）８２で決定された明るさ制御信号と映像信号に基づいて映像信号を適当な階調範囲まで伸長する。例えば最大階調範囲にまで伸長する場合、上記の例では表示可能な最大階調数が２５５であるから、図７（ａ）の例で明るさ制御信号が階調数１９０の場合、階調数０〜１９０までの映像信号を図７（ｂ）に示すように階調数０〜２５５まで伸長する。このような照明光量の制御と映像信号の伸長処理によって、映像のダイナミックレンジを拡張しつつ、滑らかな階調表現を実現することができる。
【００４２】
[２]投射拡大率による制御
投射レンズ７０のズーミングに対応させて制御する。通常は液晶ライトバルブ（被照明領域）における単位面積あたりの光量が一定であるから、拡大側では画面が暗くなり、縮小側で明るくなる傾向にある。したがって、これを補正するように、拡大側に変化させた場合には光量が増えるように、縮小側に変化させた場合には光量が減るように調光素子３０を制御する。
【００４３】
[３]外部からの制御
使用者が好みに応じて調光素子３０を制御できるようにする。例えば暗い鑑賞環境においては光量が少なく、明るい鑑賞環境においては光量が多くなるように調光素子３０を制御する。この場合、使用者がコントローラを用いて、もしくは調光素子を直接操作するなどして調節する構成としてもよいし、明るさセンサなどを設けて自動的に制御される構成としてもよい。ただし、これら[２]、[３]の制御を行なうためには、図６でＤＳＰ（１）８２〜ＤＳＰ（３）８６のような回路は不要であるが、それ以外の回路構成が必要になる。
【００４４】
次に、図１〜図４を参照しながら、本実施形態の照明装置について説明する。本実施形態では、均一照明手段を構成する２枚のフライアイレンズの間に遮光板を装入した照明装置の例を示す。図１，図２はそれぞれ本実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図及び平面図、図３は照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図、図４は遮光板の回動量に対する照明光量の変化をプロットした実測データである。
【００４５】
本実施形態の照明装置１は、図１に示すように、光源１０とフライアイレンズ２１，２２と遮光板３１，３２とから構成されている。光源１０は、高圧水銀ランプ等のランプ１１とランプ１１の光を反射するリフレクタ１２とから構成されている。また、光源１０側から第１のフライアイレンズ２１、第２のフライアイレンズ２２が順次設置されている。各フライアイレンズ２１，２２は、Ｘ方向，Ｚ方向に配列された複数（本実施形態では例えば６×８個）のマイクロレンズ２３，２４から構成されており、光源１０から射出された光の照度分布を被照明領域である液晶ライトバルブにおいて均一化させるための均一照明手段として機能する。
【００４６】
第１のフライアイレンズ２１と第２のフライアイレンズ２２との間には、光源１０から射出された光の光量を調節する調光素子３０が設置されている。調光素子３０は、光源１０から第１のフライアイレンズ２１を通過した光束Ｒの一部又は全部を遮光可能な一対の遮光板３１，３２と、これらの遮光板３１，３２をそれぞれ回動可能な回動装置３３とを備えている。
【００４７】
遮光板３１，３２は、矩形の平面部３１ａ，３２ａと、この平面部３１ａ，３２ａの両端部に取り付けられた腕部３１ｂ，３２ｂとからなる。腕部３１ｂ，３２ｂには、平面部３１ａ，３２ａの主面に平行な方向に延在する回動軸３１ｃ，３２ｃが設けられ、平面部３１ａ，３２ａはそれぞれ回動軸３１ｃ，３２ｃを中心として回動可能に構成されている。これらの遮光板３１，３２はその形状及び回動半径等を等しく構成されている。
【００４８】
また、本実施形態では、各遮光板３１，３２の回動軸３１ｃ，３２ｃは光軸Ｙ（第１のフライアイレンズから射出された光束群全体の中心線）に対して互いに非対称となる位置に配置されている。具体的には、回動軸３１ｃ，３２ｃは第１のフライアイレンズ２１を構成する複数のマイクロレンズ２３の横の配列方向（Ｚ方向）に対して平行であり、各回動軸３１ｃ，３２ｃの光軸Ｙからの距離をそれぞれＦ１，Ｆ２とすると、これらの差｜Ｆ１−Ｆ２｜がマイクロレンズ２３のＸ方向の配列ピッチＰよりも小さくなるように、互いに対称となる位置からずれて配置されている。
【００４９】
また、回動軸３１ｃ，３２ｃは第１のフライアイレンズ２１側に配置されており、回動に伴って、平面部３１ａ，３２ａの第２のフライアイレンズ２２側の端部が第２のフライアイレンズ２２の表面に沿って移動されるようになっている。なお、腕部３１ｂ，３２ｂは、図１（ｂ）に示すように、光を遮蔽しないように、第１のフライアイレンズ２１からの射出光の光路外に配置されている。
【００５０】
これらの回動軸３１ｃ，３２ｃの回動装置３３は、図２に示すように、各回動軸３１ｃ，３２ｃに取り付けられた歯車３３ｂ，３３ｃと、この一方の歯車３１ｃを回動させる１台のステッピングモータ（駆動源）３３ａとを備えている。歯車３３ｂ，３３ｃは、互いに噛合して回動されることで回動軸３１ｃ，３２ｃを互いに反対方向に等しい回動量で回動するようになっている。
【００５１】
各遮光板３１，３２は、調光の行なわれない初期状態において、図３（ａ）に示すように、その平面部３１ａ，３２ａが光軸Ｙと平行に配置されている。また、この初期状態において各平面部３１ａ，３２ａは第１のフライアイレンズ２１から射出される光の光路外に配置されており、遮光量が略ゼロとなるように構成されている。一方、調光を行なう場合（調光状態）には、各平面部３１ａ，３２ａは、これと離れた位置に設けられた回動軸３１ｃ，３２ｃを中心として０°〜９０°の範囲内で回動される。そして、この回動量θを回動装置３３によって制御することで、光源１０からの射出光の光量が調節されるようになっている。
【００５２】
図３（ａ）は初期状態における遮光板３１，３２の配置を示しており、図３（ｂ）は遮光板３１，３２が初期状態から例えば３０°ずつ回動され、光源１０からの射出光が例えば５０％だけ透過された状態における遮光板３１，３２の配置を示している。
【００５３】
この構成では、遮光板３１，３２の縁部３１１，３２１がマイクロレンズ２４の横の配列方向（Ｚ方向）に平行な直線形状をなすため、Ｚ方向に配列した複数のマイクロレンズ２４の中心部は遮光板によって同時に遮光される。このため、それぞれの遮光板３１，３２についていえば、その遮光量の変化は、所定回動量毎に大きく変化する階段状の変化となる。
しかし、本実施形態では、遮光板３１，３２の配置が光軸Ｙに対して非対称となっているため、例えば図３（ｂ）に示すように、遮光板３２の縁部３２１が、Ｚ方向に配列された複数のマイクロレンズ２４（図３（ｂ）において符号Ａ２で示す）の中心部Ｃを通るとき（即ち、これらのマイクロレンズから射出される光束群の中心部を遮光するとき）には、遮光板３１の縁部３１１はマイクロレンズ２４（図３（ｂ）において符号Ａ１で示す）の中心部Ｃ以外の部分を通ることとなる。つまり本実施形態の照明装置では、部分的に遮光された光束が複数存在したときに、これらの部分的に遮光された全ての光束の中心部Ｃが同時には遮光されない。このため、これらが全て同時に遮光されることで光量変化が最大限強調される従来のものに比べて、照明光量の急激な落ち込みが防止される。
【００５４】
換言すると、各遮光板３１，３２ではその遮光量の変化に類似性（本実施形態では例えば階段状の光量変化）があるが、その類似の変化が生じるタイミングが異なる（即ち、光量変化の位相がこれらの遮光板の間で異なる）ため、光量変化は全体として平均化される。このため、図４に示すように、これらの類似的な変化が互いに強調される従来の構成に比べて、照明光量を滑らかに変化させることができる。
【００５５】
また、遮光板３１，３２を光軸Ｙに対して非対称に配置すると、被照明領域であるライトバルブ上での光の照度分布は非対称となるが、本実施形態では、各遮光板３１，３２の光軸Ｙからの距離の差をマイクロレンズ２４の配列ピッチよりも小さくしているため、このような照度の不均一性を最小限に抑えることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、図１０，図１１を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る照明装置について説明する。図１０は本実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図、図１１はこの照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。なお、本実施形態において上記第１実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
本実施形態は、１枚の遮光板によって光軸Ｙに対して非対称な調光を行なうようにしたものである。すなわち本実施形態では、図１０に示すように、光源１０から射出された光の光量を調節する調光手段として、１枚の矩形の遮光板３３が第１のフライアイレンズ２１と第２のフライアイレンズ２２との間に回動可能に設置されている。この遮光板３３は、その主面に平行な方向に延在する回動軸３３ｃに回動可能に取り付けられており、回動軸３３ｃはステッピングモータ等からなる回動装置（図示略）によって回動されるようになっている。
【００５８】
この遮光板３３では、回動軸３３ｃは光軸Ｙ上に、マイクロレンズ２３，２４の横の配列方向（Ｚ方向）に平行に配置されている。そして、この回動軸３３ｃを挟んで対向する両方の縁部によって遮光が行なわれる。つまり、この１枚の遮光板３３では、回動軸３３ｃから一方の縁部３３１まで領域と、回動軸３３ｃから他方の回動軸３３２までの領域とがそれぞれ第１の遮光領域，第２の遮光領域をなしている。本実施形態では、回動軸３３ｃは遮光板３３の中心線からずれた位置に配置されており、例えば回動軸３３ｃから縁部３３１，３３２までの距離をそれぞれＬ１，Ｌ２とすると、これらの差｜Ｌ１−Ｌ２｜はマイクロレンズ２４のＸ方向の配列ピッチＰよりも小さく構成されている。
これ以外は、上記第１実施形態と同様である。
【００５９】
この構成では、遮光板３３の縁部３３１，３３２がマイクロレンズ２４の横の配列方向（Ｚ方向）に平行な直線形状をなすため、Ｚ方向に配列した複数のマイクロレンズ２４の中心部は遮光板によって同時に遮光される。このため、それぞれの遮光領域についていえば、その遮光量の変化は、所定回動量毎に大きく変化する階段状の変化となる。しかし、本実施形態では、各遮光領域の面積（即ち、各縁部３３１，３３２の配置）が光軸Ｙに対して非対称となっているため、例えば図１１に示すように、第１の遮光領域の縁部３３１が、Ｚ方向に配列された複数のマイクロレンズ２４（図１１中、符号Ａ２で示す）の中心部Ｃを通るときに、第２の遮光領域の縁部３３２はマイクロレンズ２４（図１１中、符号Ａ１で示す）の中心部Ｃ以外の部分を通ることとなり、各遮光領域による遮光量の変化が強調されることはない。このため、本実施形態でも遮光板３３の回動量に対して照明光量を滑らかに変化させることができる。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、図１２，図１３を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る照明装置について説明する。図１２は本実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図、図１３はこの照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。なお、本実施形態において上記第１実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６１】
本実施形態は、上記第１実施形態の構成において各遮光板の形状を異ならせることで、光軸Ｙに対して非対称な遮光を行なうようにしたものである。すなわち、本実施形態では、図１２に示すように、光源１０から射出された光の光量を調節する調光手段として、一対の遮光板３５，３６が第１のフライアイレンズ２１と第２のフライアイレンズ２２との間に回動可能に設置されている。
【００６２】
各遮光板３５，３６は、それぞれ平面部３５ａ，３６ａと、この平面部３５ａ，３６ａの両端部に取り付けられた腕部３５ｂ，３６ｂとからなり、各腕部３５ｂ，３６ｂには、平面部３５ａ，３６ａの主面に平行に延在する回動軸３５ｃ，３６ｃが設けられている。
【００６３】
回動軸３５ｃ，３６ｃは、マイクロレンズ２３，２４の横の配列方向（Ｚ方向）に対して平行であり、各回動軸３５ｃ，３６ｃは光軸Ｙに対して互いに対称となる位置に配置されている。
各遮光板の平面部３５ａ，３６ａの形状は略矩形であるが、図１３に示すように、その縁部３５１，３６１には不規則に波打つような凹凸形状が付与されている。
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
【００６４】
この構成では、遮光板の縁部の延在方向とマイクロレンズ２４の配列方向とが互いに交差しているため、Ｚ方向に並んだ複数のマイクロレンズ２４の中心部Ｃが全て同時に遮光されることはない。このため、本実施形態では、各遮光板毎に遮光量の変化を滑らかにすることができる。
また、本実施形態のように遮光板３５，３６の縁部の形状が互いに異なる場合、両遮光板３５，３６の間で遮光量の変化に類似性は存在しない。このため、類似の変化が強調されることで生じる不連続的な変化がなくなり、滑らかな調光が実現される。
なお、本実施形態のように遮光板の縁部を凹凸形状とした場合には、遮光板毎に遮光量の変化が滑らかとなるため、例えば一方の遮光板の縁部のみ凹凸形状としたり、両遮光板の縁部を同じ凹凸形状としたりしても、本発明の効果は得られる。
【００６５】
（第４実施形態）
次に、図１４，図１５を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る照明装置について説明する。図１４は本実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図、図１５はこの照明装置の遮光板側から第２のフライアイレンズを見た状態を示す正面図である。なお、本実施形態において上記第１実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
本実施形態は、マイクロレンズの配置を変形することで各レンズの中心部Ｃが遮光板によって同時に遮光されないようにしたものである。すなわち、本実施形態では、図１４に示すように、光源１０から射出された光の光量を調節する調光手段として、一対の遮光板３７，３８が第１のフライアイレンズ２５と第２のフライアイレンズ２６との間に回動可能に設置されている。
【００６７】
各遮光板３７，３８は、それぞれ矩形の平面部３７ａ，３８ａと、この平面部３７ａ，３８ａの両端部に取り付けられた腕部３７ｂ，３８ｂとからなり、各腕部３７ｂ，３８ｂには、平面部３７ａ，３８ａの主面に平行に延在する回動軸３７ｃ，３８ｃが設けられている。これらの回動軸３７ｃ，３８ｃは互いに平行に配置されている。
【００６８】
各フライアイレンズ２５，２６は複数のマイクロレンズ２７，２８からなり、これらのマイクロレンズ２７，２８では、横の配列方向が回動軸３７ｃ，３８ｃの延在方向（Ｚ方向）と一致しないように構成されている。
具体的には、図１５に示すように、各レンズ２７，２８の一方の配列方向は回動軸３７ｃ，３８ｃに略垂直な方向（Ｘ方向）とされ、他方の配列方向は回動軸３７ｃ，３８ｃに対して角度αで斜めに交差する方向とされている。なお、横の配列方向とは、Ｚ方向に隣接する（Ｘ方向に延在する端辺同士が一部重なる状態で隣接する）レンズ同士の中心部Ｃを結ぶ方向をいう。また、複数のレンズ２７，２８の中心部Ｃが全て同一直線状に配される必要はなく、その交差角αが部分的に異なる構成であってもよい。
これ以外は上記第１実施形態と同様である。
【００６９】
この構成では、遮光板の縁部３７１，３８１の延在方向とマイクロレンズ２８の配列方向とが互いに交差しているため、一列に並んだ複数のマイクロレンズ２８の中心部Ｃが同時に遮光されることはない。このため、本実施形態でも、各遮光板毎に遮光量の変化を滑らかにすることができる。
【００７０】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第１，第４実施形態では、一対の遮光板の間で形状や回動半径等の構成を等しくしたが、これらの構成を両遮光板で異ならせてもよい。また、第３，第４実施形態では、一対の遮光板を光軸Ｙに対して対称に配置したが、非対称な配置でも構わない。また、第３実施形態では、各遮光板３７，３８の縁部の形状を互いに異なる凹凸形状としたが、これらの遮光板の形状はフライアイレンズを構成する複数のマイクロレンズの中心部を同時に遮光しない形状であればどのようなものでもよく、例えば一対の遮光板の縁部を共に等しい凹凸形状とすることも可能であり、一方の遮光板の縁部を凹凸形状とし、他方の遮光板の縁部を直線形状とすることも可能である。
【００７１】
また、上記第１，第３実施形態では、２つの遮光板の配置若しくは形状を異ならせることで、全体として照明光量の変化を滑らかにしているが、これ以外にも、例えば各遮光板の回動半径や初期位置のずれ等の要因によっても同様の効果を期待できる。いずれにしても、各遮光板の遮光領域が光軸に対して非対称となるように構成されていれば、本発明の効果は得られる。
また、上記各実施形態では遮光板を第１のフライアイレンズと第２のフライアイレンズとの間に配置したが、このような遮光板は第２のフライアイレンズの射出側に配置してもよい。この場合にも、遮光板が、部分的に遮光された光束Ｒの全てを同時に遮光しない構成とすることで、上記各実施形態と同様の効果が得られる。
また、上記実施の形態では光変調手段として液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置の例を挙げたが、光変調手段としてＤＭＤを用いた投射型表示装置に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図。
【図２】 同、照明装置の概略構成を示す正面図。
【図３】 同、照明装置の遮光板側から第１のフライアイレンズを見た状態を示す正面図。
【図４】 同、照明装置において、遮光板の回動量と照明光量との関係を示す実測データ。
【図５】 本発明の第１実施形態の投射型表示装置の概略構成を示す図。
【図６】 同、投射型表示装置の制御装置の構成を示すブロック図。
【図７】 同、投射型表示装置において、映像信号から調光制御信号を決定する第１の方法を説明するための図。
【図８】 同、第２の方法を説明するための図。
【図９】 同、第３の方法を説明するための図。
【図１０】 本発明の第２実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図。
【図１１】 同、照明装置の概略構成を示す正面図。
【図１２】 本発明の第３実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図。
【図１３】 同、照明装置の概略構成を示す正面図。
【図１４】 本発明の第４実施形態の照明装置の概略構成を示す側面図。
【図１５】 同、照明装置の概略構成を示す正面図。
【図１６】 従来の照明装置の概略構成を示す側面図。
【図１７】 同、照明装置の概略構成を示す正面図。
【図１８】 同、照明装置において、遮光板の回動量と照明光量との関係を示す実測データ。
【符号の説明】
１…照明装置、１０…光源、２１，２２，２５，２６…フライアイレンズ、２３，２４，２７，２８…マイクロレンズ、３０…調光手段、３１，３２，３３，３５，３６，３７，３８…遮光板、３１ａ，３２ａ，３３ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ…平面部（主面）、３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ，３５ｃ，３６ｃ，３７ｃ，３８ｃ…回動軸、５１，５２，５３…液晶ライトバルブ（光変調手段）、７０…投射レンズ（投射手段）、Ｃ…レンズの中心部（レンズから射出される光束の中心部）、Ｙ…光軸

Claims (13)

1. 光源と、
   上記光源から射出された光を複数の光束に分割し、これらの光束を被照明領域において重畳する一対のフライアイレンズと、
   各光束の一部又は全部を遮光することで上記光源からの射出光の光量を調節する調光手段とを備え、
   調光状態において部分的に遮光された光束が複数存在し、上記調光手段は、上記複数の光束の中心部をそれぞれ別々のタイミングで遮光することにより、これらの部分的に遮光された全ての光束の中心部を同時には遮光しないことを特徴とする、照明装置。
2. 上記調光手段は、上記光束群全体の中心線を挟む位置に配置された一対の遮光板からなり、
   各遮光板はその主面と平行な方向に延在する回動軸を中心として回動可能に構成され、各遮光板の回動量に応じて各光束の一部又は全部が遮光可能とされたことを特徴とする、請求項１記載の照明装置。
3. 上記一対の遮光板は、その遮光領域が光束群全体の中心線に対して非対称となるように構成されたことを特徴とする、請求項２記載の照明装置。
4. 上記一対の遮光板は上記光束群全体の中心線に対して非対称に配置されたことを特徴とする、請求項３記載の照明装置。
5. 各遮光板の上記中心線からの距離の差が、上記フライアイレンズを構成するマイクロレンズの配列ピッチよりも小さいことを特徴とする、請求項４記載の照明装置。
6. 各遮光板は互いに形状が異なることを特徴とする、請求項３記載の照明装置。
7. 上記一対の遮光板の縁部が凹凸形状をなしていることを特徴とする、請求項２記載の照明装置。
8. 上記一対の遮光板の各々の縁部には、不規則に波打つような凹凸形状が付与されていることを特徴とする、請求項７に記載の照明装置。
9. 各遮光板の回動軸の延在方向と、各フライアイレンズを構成するマイクロレンズの配列方向とが一致しないことを特徴とする、請求項２記載の照明装置。
10. 上記マイクロレンズの一方の配列方向が各遮光板の回動軸に略垂直な方向とされ、他方の配列方向が上記回動軸に対して斜めに交差する方向とされたことを特徴とする、請求項９記載の照明装置。
11. 上記マイクロレンズの双方の２つの配列方向がいずれも各遮光板の回動軸に対して斜めに交差する方向とされたことを特徴とする、請求項９記載の照明装置。
12. 上記調光手段は、その主面と平行な方向に延在する回動軸に対して回動可能に取り付けられた遮光板からなり、
    上記回動軸は、上記主面の中心線からずれた位置に配置されるとともに上記光束群全体の中心線上に配置されたことを特徴とする、請求項１記載の照明装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかの項に記載の照明装置と、
    上記照明装置から射出される光を変調して映像光を形成する光変調手段と、
    上記映像光を投射する投射手段とを備えたことを特徴とする、投射型表示装置。

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