JP4197527B2

JP4197527B2 - 投射型表示装置

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Publication number: JP4197527B2
Application number: JP2006223178A
Authority: JP
Inventors: 旭洋山田; 貴規佐藤; 晃大上戸; 素男高橋; 博木田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2026-08-18
Also published as: CN101126891A; US7661829B2; SG140523A1; CN100587589C; EP1890189B1; DE602007001170D1; JP2008046468A; US20080043312A1; EP1890189A1

Description

本発明は、ライトバルブを用いた投射型表示装置に関するものである。

従来の投射型表示装置は、一般に、ライトバルブと、ライトバルブに光を照射するための光源と、光源からの光をライトバルブに誘導する誘導光学系と、光源からライトバルブに至る光の光路上に配置され、光源からの光の照度分布を均一化するインテグレータレンズと、ライトバルブから照らし出される映像を所定のスクリーンに投射する投射レンズとを備えて主構成されている。

この様な従来の投射型表示装置においては、誘導光学系や投射レンズ等の光学系を構成する様々な光学要素で生じる光漏れおよび迷光のため、スクリーンに投射される映像の明暗が明確ではなく、十分なコントラストが得られないという問題があった。ここで、コントラストとは映像の明暗の度合いを示す。

特に、液晶ライトバルブを用いた投射型表示装置においては、映像のコントラストは液晶ライトバルブの性能にも起因し、映像信号処理により映像のコントラストの向上を図る場合にも限界があった。

上記の問題を解決する方法は、ライトバルブに照射される光量を映像信号に追従して制御することにより、映像のコントラストの向上を図ることである。

そして、ライトバルブに照射される光量を制御する最も簡便な方法は、投射型表示装置に用いる光源の光出力を制御することにより、ライトバルブに照射される光量を制御することである。しかしながら、光源の光出力を制御することは極めて困難であり、且つこの様な光源の光出力を制御する方法では、人間の目で認識可能な程度の短時間で明るさが変化するため、スクリーンに投射された映像がちらつくという問題が生じる。

この問題を解決する技術として、インテグレータレンズを構成する２つのレンズアレイの入射側、出射側またはそれらの間に、その透過率がセグメント毎に制御可能なセグメント液晶素子で構成された調光手段を設け、映像信号に基づいて前記調光手段の各セグメントの透過率を制御することにより、光源の光出力を制御すること無く（即ちスクリーンに投射された映像がちらつくこと無く）、ライトバルブに照射される光量を制御する投射型表示装置が開示されている（例えば特許文献１）（以後、従来技術１と呼ぶ）。

また別の技術として、従来技術１の調光手段の代わりに、遮光板を用いて上下または左右から光路を遮るか、または絞り機構を用いて光路を遮る光量調整部を用いることにより、光源の光出力を制御すること無く、ライトバルブに照射される光量を制御する投射型表示装置が開示されている（例えば特許文献２）（以後、従来技術２と呼ぶ）。

更に別の技術として、従来技術１の調光手段の代わりに、２つのレンズアレイの間において、光路の両側に遮光板を観音扉状に回動自在に設け、その遮光板の回動量に応じて光路を遮る量を制御することにより、光源の光出力を制御すること無く、ライトバルブに照射される光量を制御する投射型表示装置が開示されている（例えば特許文献３）（以後、従来技術３と呼ぶ）。

また更に別の技術として、従来技術１の調光手段の代わりに、２つのレンズアレイの間において、レンズアレイの主面と略平行にスライドする様に、光路の左右両側および上下両側に遮光板を設け、それら遮光板をスライドさせて光路を遮ることにより、光源の光出力を制御すること無く、ライトバルブに照射される光量を制御する投射型表示装置が開示されている（例えば特許文献４）（以後、従来技術４と呼ぶ）。

特開２００３−１３１３２２号公報（段落番号〔００２４〕）特開２００３−２４１３１１号公報（段落番号〔００３４〕および図２）特開２００５−３１１０３号公報（段落番号〔００７３〕〔００７４〕および図１５）特開２００５−３１１０３号公報（段落番号〔００６９〕および図１３）

しかしながら、上記の従来技術１では、調光手段が液晶で構成されるので、光源からの光による熱により、寿命が劣化するという問題がある（特に紫外線は調光手段の寿命に影響を及ぼす）。特に、調光手段が２つのレンズアレイの入射側または２つのレンズアレイの間に配置された場合、他の位置と比較して光学要素の影響による光束量の減衰が少ないため光源からの光束量が多く、調光手段に多くの熱が蓄積されるので、調光手段の寿命が劣化しやすい。

また上記の従来技術４の様に遮光板を用いる場合では、遮光部の先端の辺部が平坦なので、遮光板を連続的に稼動させたときに、ライトバルブに照射される光量を滑らかに制御できないという問題がある。これにより、映像信号に追随して滑らかな光量調整によるコントラストの向上が図れないという問題が生じる。

また上記の従来技術２の様に絞り機構を用いる場合では、構造が複雑になるという問題がある。

また上記の従来技術３の様に遮光板を観音開き状に回動させる場合では、遮光板が回動してその先端の辺部が光源側のレンズアレイ付近を通過した際、その辺部の形状がスクリーンに投射された像に結像して、照度むらとなって現れるという問題がある。

本発明は、上述のような問題を解消するためになされたもので、第１に、簡単な構造で、光源からの光の熱による寿命の劣化が無く、滑らかな光量調整によるコントラストの向上が図れる投射型表示装置を提供すること、第２に、照度むらの生じない映像を表示できる投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、ライトバルブと、前記ライトバルブに光を照射するための光源と、前記光源から前記ライトバルブに至る前記光の光路上に配置され、前記光源からの光の照度分布を均一化するインテグレータレンズと、前記光路上に配置され、前記ライトバルブに照射される前記光の光量を調整するシャッタ機構とを備え、前記シャッタ機構は、前記光路の両側から前記光路に略直交する様に前記光路上に突出・退避自在に直進稼動され、それぞれの突出方向側の辺部に前記光の通過を制限する凹状部が形成され、前記光路上への突出量に応じて前記光の光量を調整する一対の遮光部材を有し、前記凹状部は、前記インテグレータレンズの上半部を通過する前記光の通過を通過光量の最も多い部分を遮光しない様に制限する１つの凹状部と、前記インテグレータレンズの下半部を通過する前記光の通過を通過光量の最も多い部分を遮光しない様に制限する１つの凹状部とから構成され、前記シャッタ機構は、前記一対の遮光部材が前記光の通過を最も制限した状態では、前記一対の遮光部材の突出方向側の前記辺部側が互いに重なり合って、前記凹状部により、前記インテグレータの上半部に対応する位置に１つの開口部と、前記インテグレータの下半部に対応する位置に１つの開口部とを有するものである。

請求項１に記載の発明によれば、光路の両側から光路に略直交する様に光路上に突出・退避自在に直進稼動され、それぞれの突出方向側の辺部に光の通過を制限する凹状部が形成され、光路上への突出量に応じて前記光の光量を調整する一対の遮光部材を有するシャッタ機構を備えるので、簡単な構造で構成でき、光源からの光の熱による寿命の劣化が無く、滑らかな光量調整によるコントラストの向上が図れる。

実施の形態１．
この実施の形態に係る投射型表示装置１は、図１の様に、ライトバルブ３と、ライトバルブ３に光を照射するための光源系５と、光源系５からライトバルブ３に至る前記光の光路上に配置されたインテグレータレンズ７と、インテグレータレンズ７の後段に配置された偏光変換素子９と、偏光変換素子９の後段に配置されたコンデンサレンズ１１と、コンデンサレンズ１１の後段に配置されたフィールドレンズ１３と、フィールドレンズ１３の後段に配置された偏光板１５と、前記光路上に配置された光量調整系１７とを備えている。

尚、ライトバルブ３の後段に配置される投射レンズと、該投射レンズの後段に配置されるスクリーンとを更に備えるが、これらの構成要素は、本願発明の内容と特に関係ないため、図１では図示省略されている。また図１では、便宜上、ＲＧＢの光路それぞれに液晶ライトバルブを備えた投射型表示装置における単一光路のみを示している。

ライトバルブ５は、この実施の形態では液晶ライトバルブが用いられるが、どのようなライトバルブを用いてもよい。例えば、マイクロミラーを使ったものや反射型液晶を用いたものでもよい。

光源系５は、光源５ａと、光源５ａの光をライトバルブ３側に反射させる反射鏡５ｂとから構成される。

光源５ａは、通常、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプが用いられるが、発光デバイスであればどのようなものでもかまわない。例えば、ＬＥＤ、レーザ、ＥＬでもかまわない。

反射鏡５ｂは、特に限定されないが例えば放物面または楕円面に形成されている。尚、光が偏光変換素子９に集光すればどのような形状・構造でもよく、例えば、インテグレータレンズ７に入射する光は光軸Ｃと略並行でもよく、その場合、反射鏡５ｂを放物面とするか、楕円面の場合は略並行にすべく、光源系５とインテグレータレンズ７との間に凹レンズを配置する等工夫をすればよい。また反射鏡５が楕円面かつ凹レンズを用いない場合は、インテグレータレンズ７に偏芯をもたせる等工夫すればよい。

インテグレータレンズ７は、第１のレンズアレイ７ａと、第１のレンズアレイ７ａの後段側に離間配置された第２のレンズアレイ７ｂとから構成される。各レンズアレイ７ａ，７ｂはともに、複数の凸レンズが縦横に配置されて構成されており、第１のレンズアレイ７ａの各凸レンズと第２のレンズアレイ７ｂの各凸レンズとはそれぞれ対応しており、対応する凸レンズ同士、正面方向に配置している。

偏光変換素子９は、自身に入射した光束を１種類の直線偏光光に変換して射出するものである。この偏光変換素子９は、図２の様に、互いに光軸Ｃに対して上下方向（ｘ方向）に適宜間隔あけて配置され、それぞれ光軸Ｃ方向に対して傾斜（例えば４５度傾斜）する様に配置された複数の偏光分離膜９ａと、各偏光分離膜９ａ間において光軸Ｃに対して傾斜（例えば４５度傾斜）する様に配置された複数の反射膜９ｂと、各偏光分離膜９ａの後方に配置されたλ／２位相差板９ｃとを備えて主構成されている。

この偏光変換素子９では、偏光変換素子９に入射した光は、偏光分離膜９ａによってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。そしてそのｐ偏光光は、偏光分離膜９ａを通過して、偏光分離膜９ａの後方に配置されたλ／２位相差板９ｃにより、ｓ偏光光に偏光変換されて偏光変換素子９から射出される。他方、そのｓ偏光光は、偏光分離膜９ａを反射して、さらに反射膜９ｂに反射されて偏光変換されることなく、偏光変換素子９から射出される。従って、偏光変換素子９から射出される光束は、ほぼ全てｓ偏光光となる。

光量調整系１７は、第１のレンズアレイ７ａおよび第２のレンズアレイ７ｂの間に配置されたシャッタ機構１７ａと、ライトバルブ３に入力される映像信号を検知しその検知結果から光量比率（ライトバルブ３に照射されるべき光量の相対光量比）を算出する信号検知部１７ｂと、信号検知部１７ｂにより算出された光量比率に基づきシャッタ機構１７ａを開閉制御するシャッタ制御部１７ｃとを備えている。

シャッタ機構１７ａは、図３の様に、シャッタ制御部１７ｃにより光路の両側から光路に略直交する様に突出・退避自在に直進稼動され、光路上への突出量に応じて光（ライトバルブ５に照射される光）の光量を調整する一対の遮光部材１７Ｌ，１７Ｒを有する。各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒにおける突出方向側の辺部の中央には、光の通過を制限する凹状部１７ｇが互いに（ｙ軸に）対称的に形成されている。凹状部１７ｇの形状としては、特に限定されないが、例えば凹状曲線形状、略放物線形状または略半楕円形状に形成される。

ここでは、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒは、例えば図３の様に、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの突出方向側の辺部のうちの上半部に第２のレンズアレイ７ｂ（インテグレータレンズ７）の上半部を通過する光の通過を制限する凹状部１７ｇが形成され、下半部に第２のレンズアレイ７ｂの下半部を通過する光の通過を制限する凹状部１７ｇが形成される（換言すれば、第２のレンズアレイ７ｂを縦横に４等分に区分（各区分領域を右上領域から反時計回りに順に第１象限、第２象限、第３象限および第４象限と呼ぶ）し、遮光部材１７Ｒの突出方向側の辺部に、第２のレンズアレイ７ｂの第１象限部分に対応する凹状部１７ｇおよび第４象限部分に対応する凹状部１７ｇが形成され、遮光部材１７Ｌの突出方向側の辺部に、第２のレンズアレイ７ｂの第２象限部分に対応する凹状部１７ｇおよび第３象限部分に対応する凹状部１７ｇが形成される）。

そしてシャッタ機構１７ａを全開状態から全閉状態にする場合は、例えば図４の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ）→（ｉ）→（ｊ）→（ｋ）の順に、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒを稼動させればよい。尚、図４（ａ）は、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの退避状態（即ちシャッタ機構１７ａの全開状態）を示した図であり、図４の（ｂ）から（ｉ）は、その順に、それぞれ（ａ）の退避状態から各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒを１ステップ（＝０．４セル）ずつ光路側に突出させた状態であり、図４（ｋ）は、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの完全突出状態（即ちシャッタ機構１７ａの全閉状態）を示した図である。尚、ここでは、各遮光部材１７Ｒ，１７Ｌを稼動させる際は、相互に対称的に稼動される様になっている。

その際、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの突出方向側の辺部には例えば凹状曲線形状、略放物線形状または略半楕円形状の凹状部１７ｇが形成されているので、第２のレンズアレイ７ｂの周縁を通過する光から遮光されて行く。通常、第２のレンズアレイ７ｂの周縁のセルを射出した光３０は、図６の様に、大きい入射角度を持ってライトバルブ３に入射するが、ライトバルブ３の特性により、ライトバルブ３に入射する光の入射角が大きくなるに従ってコントラストが低下するので、上記の様に各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒに例えば凹状曲線形状、略放物線形状または略半楕円形状の凹状部１７ｇを形成して第２のレンズアレイ７ｂの周縁を通過する光から遮光して行くことで、コントラストの低下を防止しつつライトバルブ３に照射される光量を減少させている。

そして図４（ｋ）の全閉状態では、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの凹状部１７ｇにより、第２のレンズアレイ７ｂにおける通過光量の最も多い部分、即ち中心（光軸Ｃ）から少し上側にずれた部分（ここでは中心から上側に数セル目（２，３セル目）のセル）および中心から少し下側にずれた部分（ここでは中心から下側に数セル目（２，３セル目）のセル）を通過する光だけを透過させる２つの開口１７ｉが構成される様になっている。

ここで、シャッタ機構１７ａの配置場所について述べると、第２のレンズアレイ７ｂの焦点位置が第１のレンズアレイ７ａの近傍にあるため、シャッタ機構１７ａの配置が第１のレンズアレイ７ａの付近になると、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの凹状部１７ｇの形状（以後、シャッタ形状と呼ぶ）がライトバルブ３に結像する可能性が高くなる。そしてシャッタ形状がライトバルブ３に結像すると、スクリーンに投射される映像にシャッタ形状が観察されて照度むらとなる。従って、シャッタ機構１７ａは、第２のレンズアレイ７ｂの前側近傍に配置されることが好ましい。尚、ここでは例えば、シャッタ機構１７ａは、第２のレンズアレイ７ｂと接する様に配置されている。

尚、シャッタ機構１７ａは、第２のレンズアレイ７ｂと偏光変換素子９との間に配置されても良い。この様にしても、スクリーンに投射される映像にシャッタ形状が結像して照度むらが生じる事を防止できる。

尚、シャッタ機構１７ａは、遮光部材１７Ｌ，１７Ｒが、光路の両側から光路上に光路に略直交する様に突出・退避自在に直進稼動する機構であれば、どのような機構でもかまわない。例えば、スライダークランク機構を用い、回転運動を直動運動に変換する機構を用いても良い。

この様に構成された投射型表示装置１では、光源系５からの光は、光軸Ｃと略並行な光束となって第１のレンズアレイ７ａに入射し、第１のレンズアレイ７ａの各凸レンズ（セル）毎に分割されて、第２のレンズアレイ７ｂの対応する凸レンズを通過することで、照度分布が均一化される。そして第２のレンズアレイ７ｂを通過した光は、偏光変換素子９を通過してほぼ全てｓ偏光光に変換され、次いでコンデンサレンズ１１を通過して集光される。そしてその集光された光は、フィールドレンズ１３により再び光軸Ｃに略並行な光束にされた後、偏光板１５により、偏光変換素子９で偏光変換されたｓ偏光光だけが通過させられてライトバルブ３に照射され、ライトバルブ３で生成された像が投射レンズ（不図示）を介してスクリーン（不図示）に投射される。

その際、信号検知部１７ｂによりライトバルブ３に入力される映像信号が検知されており、その検知結果に基づき、シャッタ制御部１７ａにより、スクリーン上の映像のコントラストが向上する様にシャッタ機構１７ａが制御される（即ち、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒが光路上に突出・退避自在に直進稼動されて、ライトバルブ３に照射される光の光量が増減調整される）。

図５は、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成するシャッタ機構の開閉状態（即ち各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの光路上への突出状態）とライトバルブ３に照射させる光の光量の関係（曲線５１）および図４の場合のシャッタ機構の開閉状態（即ち各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの光路上への突出状態）とライトバルブ３に照射させる光の光量との関係（曲線８１）を示したグラフの一例を示す。ただし、図４の場合のシャッタ機構の開閉状態とライトバルブ３に照射させる光の光量との関係は実測した結果を示している。図５の横軸は、図４（ａ）の場合のシャッタ機構１７ａの全開状態（即ち各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの光路の両側への退避状態）においてライトバルブ３に照射される光の光量を１００％とした場合の相対光量比を示す。図５の横軸は、シャッタ機構１７ａの開閉状態（図４（ａ）〜（ｋ））を示す。

図５の曲線５１および８１は、ライトバルブ３に照射される光の光量とシャッタ機構１７ａの開閉状態（即ち各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの光路上への突出状態）との関係を示している。同図より、シャッタ機構１７ａが閉じるほど（即ち各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの突出量が増加するほど）、ライトバルブ３に照射される光の光量が次第に減少していることが確認できる。即ち、シャッタ機構１７ａを用いることにより光量を調整することが可能であることを示している。尚、従来例の曲線を５１，図４の場合の曲線を８１としている。

図５の曲線８１から、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成するシャッタ機構の場合（曲線５１）と比べて、シャッタ機構１７ａの開閉量の増加に応じてライトバルブ３に照射される光の光量が滑らかに（特に凹凸感なく）減少している事が分かる（特徴１）。

また図５の曲線８１から、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成するシャッタ機構の場合（曲線５１）と比べて、相対光量比４０％以下の範囲では、ライトバルブ３に照射される光の光量が急峻に低下せずに緩やかに低下していることが分かる（特徴２）。

また実際に実験したところ、シャッタ機構１７ａの全閉状態（図４（ｋ））では、ライトバルブ３に照射される光の照度分布は均一であり、スクリーン上で照度むらは観察されなかった（特徴３）。

上記の特徴１，２，３から、図３の様に各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒに凹状部１７ｇを形成する方が（即ち遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの辺部の上半部および下半部にそれぞれ凹状部１７ｇを形成する方が）、従来の様に遮光部材の辺部が平坦な凹状部を形成するよりも（即ち遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの辺部の中央に凹状部を１つ形成するよりも）、シャッタ機構１７ａの開閉状態の全範囲に亘って、より滑らかにライトバルブ３に照射される光の光量を調整できることが分かる。また、シャッタ機構１７ａの全閉状態では、ライトバルブ３に照射される光の照度分布は均一になり、スクリーン上で照度むらが生じない事が分かる。

図８は、第２のレンズアレイ７ｂを通過する光の光量（明るさ）の分布（換言すれば、第２のレンズアレイ７ｂに結像する光源像の分布）のシミュレーション結果を光量に応じて色分けして示したグラフである。同図から、第２のレンズアレイ７ｂの中心（光軸Ｃ）を中心として同心円状に光量が変化しており、且つ第２のレンズアレイ７ｂにおける中心の各セル（４つのセル）Ｓ１での光量が比較的低く、その中心から外側に数セル目（２，３セル目）のセルでの光量が比較的に高く（特にその中心から上側に数セル目（２，３セル目）のセルＳ２（図８参照）および下側に数セル（２，３セル目）のセルＳ３（図８参照）での光量が最も高く）、更に外周側のセルに行くほど次第に光量が低下していることが分かる（特徴Ａ）。

尚、図９は、第２のレンズアレイ７ｂの各セル７ｓを通過する光の光量をシミュレーションにより算出し、その結果を各セル７ｓ毎に数値で示したグラフであり（但し、第１のレンズアレイ７ｂは上下左右対称なため、その第１象限のみ示し、且つ第１象限全体を１００％に正規化して示している）、また図１０は、図９の結果を棒状グラフで示したものである。図９および図１０からも、第２のレンズアレイ７ｂを通過する光の光量の分布が上記の特徴Ａのような特徴を有することが分かる。

尚、上記の様に第２のレンズアレイ７ｂにおける中心の各セルＳ１での光量が比較的低くなるのは、反射鏡５ｂにおける光源５ａの真後ろ部分５ｃ（図１１参照）には、発光管が存在するため孔が開いており、そのため、その真後ろ部分５ｃでは反射鏡とならないからである。図１２は、その様な構成の下で、光源５ａからの光が反射鏡５ｂで反射される様子をシミュレーションした図であるが、この図からも、反射鏡５ｂにおける真後ろ部分５ｃでは光の反射が殆ど無く、これにより光軸Ｃ上を通過する光の光量、従って第２のレンズアレイ７ｂにおける中心の各セルＳ１を通過する光の光量が、上記の様に比較的低くなることが分かる。尚、図１２中の符号５ｄは、光源系５からインテグレータレンズ７に向かう光５０が光軸Ｃと略並行となる様に配置された凹レンズである。

図８から、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成した場合では、その凹状部の凹形状が第２のレンズアレイ７ｂの光量分布の同心円にうまく重なり、その結果、各遮光部材を稼動させた際、その凹状部が第２のレンズアレイ７ｂの同心状の明部分および暗部分を順に遮光し、これが原因で、図５の曲線５１は凸凹した感じの曲線になっている事が分かる。これに対し、図３の様に遮光部材１７Ｌ，１７Ｒに凹状部１７ｇを形成した場合では、その凹状部１９ｇの凹形状が第２のレンズアレイ７ｂの光量分布の同心円にうまく重ならず、その結果、遮光部材１７Ｌ，１７Ｒを稼動させた際、第２のレンズアレイ７ｂの同心状の明部分および暗部分を順に遮光しなくなり、これが原因で、図５の曲線８１は滑らかな曲線（凸凹感の無い曲線）になっている事が分かる。このような理由で、上記の特徴１が得られている。

また図８および図４（ｋ）から、この実施の形態では、シャッタ機構１７ａを閉じる際、第２のレンズアレイ７ｂにおける通過光量の最も多い部分、即ち中心から上側に数セル目（２，３セル目）のセルＳ２および中心から下側に数セル目（２，３セル目）のセルＳ３を通過する光を遮光しない様にして光を遮光するが、これが原因で、図５の曲線８１の様に、特に相対光量比４０％以下の範囲において、ライトバルブ３に照射される光の光量が急峻に低下せずに緩やかに低下していることが分かる。これに対し、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成した場合では、図５の曲線５１から、シャッタ機構１７ａを閉じる際、第２のレンズアレイ７ｂのセルＳ２，Ｓ３を通過する光を遮光するが、これが原因で、特に相対光量比４０％以下の範囲において、ライトバルブ３に照射される光の光量が急峻に低下していることが分かる。このような理由で、上記の特徴２が得られている。

またこの実施の形態では、シャッタ機構１７ａの全閉状態では、第２のレンズアレイ７ｂにおける通過光量の最も多い部分、即ち中心から上側に数セル目（２，３セル目）のセルＳ２および中心から下側に数セル目（２，３セル目）のセルＳ３を通過する光を遮光しないので、ライトバルブ３に十分な量の光が重畳されることが分かる。これに対し、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成した場合では、シャッタ機構１７ａの全閉状態では、第２のレンズアレイ７ｂのセルＳ２，Ｓ３を通過する光を遮光するので、ライトバルブ３に十分な量の光が重畳されないことが分かる。このような理由で、上記の特徴３が得られている。

以上の様に構成された投射型表示装置１によれば、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの突出方向側の辺部のうちの上半部にインテグレータレンズ７の上半部を通過する光の通過を制限する凹状部１７ｇが形成され、下半部にインテグレータレンズ７の下半部を通過する光の通過を制限する凹状部１７ｇが形成されるので、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成した場合と比べて、光の光量を滑らかに調整しながらコントラストの向上を図れることができる。

また、特に相対光量比４０％以下の範囲では、図５より、従来の辺部が平坦かつ辺部の中央に凹状部を１つ形成した場合（曲線５１）と比べて、ライトバルブ３に照射される光の光量が緩やかに減少するので、信号検知部１７ｂが低光量の信号を検知した場合、ライトバルブ３に照射される光の光量の制御性が良くなる。

また特にシャッタ機構１７ａの全閉状態において、ライトバルブ３に十分な量の光が重畳されてライトバルブ３に照射される光の照度分布が均一となるので、スクリーン上での照度むらを防止できる。

また、光路の両側から光路に略直交する様に光路上に突出・退避自在に直進稼動され、それぞれその突出方向側の辺部に光の通過を制限する凹状部１７ｇが形成され、光路上への突出量に応じて、光源５ａからの光の光量を調整する一対の遮光部材１７Ｌ，１７Ｒを有するシャッタ機構１７ａを備えるので、簡単な構造で構成でき、光源５ａからの光の熱による寿命の劣化が無く、滑らかな光量調整によるコントラストの向上が図れる。特に、遮光部材１７Ｌ，１７Ｒの突出方向側の辺部に凹状部１７ｇが形成されることで、コントラストが滑らかに制御できる様になっており、またシャッタ機構１７ａが液晶を用いないことで、光源５ａからの光の熱による寿命の劣化が防止されている。

また、各遮光部材１７Ｌ，１７Ｒが、光路の両側から光路に略直交する様に光路上に突出・退避自在に直進稼動される様に（即ち従来技術４の様に回動しない様に）構成され、且つ第２のレンズアレイ７ｂの前側（前段側）近傍に配置されるので、遮光部材１７Ｌ，１７Ｒのシャッタ形状がライトバルブ３から照らし出される像と結像して照度むらが生じる事を防止できる。

実施の形態２．
上記の実施の形態１の投射型表示装置１，１Ｂでは、シャッタ機構１７ａを第１のレンズアレイ７ａと第２のレンズアレイ７ｂとの間に配置したが、この実施の形態の投射型表示装置１Ｃでは、図１３の様に、シャッタ機構１７ａを、偏光変換素子９より後段に（図１３では例えば偏光変換素子９とコンデンサレンズ１１の間）に配置している。この実施の形態の他の部分は、上記の実施の形態１または２と同様に構成されている。

偏光変換素子９を通過した光束による光源像の分布は、図１４の様に、第２のレンズアレイ７ｂに結像する光源像の分布（図８）と比べて、光源像の数が倍に増加している。従って、この実施の形態の様にシャッタ機構１７ａを偏光変換素子８より後段に配置した場合は、シャッタ機構１７ａの開閉により、ライトバルブ３に照射される光の光量をより滑らかに制御できる様になる（即ちコントラストをより滑らかに制御できる様になる）。

また、上記の実施の形態１の様にシャッタ機構１７ａを第１のレンズアレイ７ａと第２のレンズアレイ７ｂの間に配置する場合では、特にシャッタ機構１７ａを第１のレンズアレイ７ａ近傍に配置する場合では、ライトバルブ３の共役位置が第１のレンズアレイ７ａ近傍にあるため、シャッタ形状がライトバルブ３に結像してしまい、また特にシャッタ機構１７ａを第１のレンズアレイ７ａ近傍から第２のレンズアレイ７ｂまでの間に配置する場合では、光源５ａの形が点光源に近づくと、第２のレンズアレイ７ｂの焦点深度が深くなるため、光源５ａの形によっては、シャッタ形状がライトバルブ３に結像してしまう。

しかし、この実施の形態の様にシャッタ機構１７ａを偏光変換素子９より後段に配置した場合は、ライトバルブ３の共役位置や光源５ａの形によらず、シャッタ形状がライトバルブ３に結像することはない。

つまり、この実施の形態の様にシャッタ機構１７ａを偏光変換素子９より後段に配置した場合は、シャッタ機構１７ａにより、シャッタ形状がライトバルブ３に結像することなく、ライトバルブ３に照射される光量をより滑らかに制御できる様になる。

更に、シャッタ機構１７ａの制御性を考慮すると、光の通過する面積の大きい偏光変換素子９−コンデンサレンズ１１間およびコンデンサレンズ１１近傍にシャッタ機構１７ａを配置することが好ましい。コンデンサレンズ１１からライトバルブ３に光が向かうに従って光の通過する面積がライトバルブ３の面積に近づいて小さくなるので、シャッタ機構１７ａの制御が困難になるからである。

実施の形態１に係る投射型表示装置の構成概略図である。実施の形態１で用いられる偏光変換素子９の断面概略図である。実施の形態１で用いられるシャッタ機構１７ａの形状の一例を示す図である。図３のシャッタ機構１７ａを全開状態（ａ）から全閉状態（ｋ）まで１ステップずつ稼動させた状態を示した図である。実施の形態１におけるライトバルブ３上に照射される光量とシャッタ機構１７ａの開閉状態との関係（曲線８１）および従来技術の場合におけるライトバルブ３上に照射される光量とシャッタ機構１７ａの開閉状態との関係（曲線５１）を示したグラフの一例図である。ライトバルブ３に入射する光の入射角度が第２のレンズアレイ７ｂを通過する部分に応じて異なることを説明する図である。ライトバルブの入射角度とコントラストの関係を示したグラフである。第２のレンズアレイ７ｂに結像する光源像の分布の一例を示す図である。第２のレンズアレイ７ｂの各セル７ｓを通過する光の光量をシミュレーションにより算出し、その結果を各セル７ｓ毎に数値で示した図である。図９の結果を棒状グラフで示した図である。光源系５の拡大図である。光源５ａからの光の反射鏡５ｂでの反射をシミュレーションした結果を示す図である。実施の形態２に係る投射型表示装置の構成概略図である。偏光変換素子９を通過した光束の光源像の分布の一例を示す図である。

符号の説明

１投射型表示装置、３ライトバルブ、５光源系、５ａ光源、５ｂ反射鏡、７インテグレータレンズ、７ａ第１のレンズアレイ、７ｂ第２のレンズアレイ、９偏光変換素子、９ａ偏光分離膜、９ｂ反射膜、９ｃ λ／２位相差板、１１コンデンサレンズ、１３フィールドレンズ、１５偏光板、１７光量調整系、１７ａシャッタ機構、１７ｂ信号検知部、１７ｃシャッタ制御部、１７Ｌ，１７Ｒ遮光部材、１７ｆ，１７ｇ凹状部、１７ｉ開口、Ｃ光軸。

Claims

ライトバルブと、
前記ライトバルブに光を照射するための光源と、
前記光源から前記ライトバルブに至る前記光の光路上に配置され、前記光源からの光の照度分布を均一化するインテグレータレンズと、
前記光路上に配置され、前記ライトバルブに照射される前記光の光量を調整するシャッタ機構とを備え、
前記シャッタ機構は、
前記光路の両側から前記光路に略直交する様に前記光路上に突出・退避自在に直進稼動され、それぞれの突出方向側の辺部に前記光の通過を制限する凹状部が形成され、前記光路上への突出量に応じて前記光の光量を調整する一対の遮光部材を有し、
前記凹状部は、前記インテグレータレンズの上半部を通過する前記光の通過を通過光量の最も多い部分を遮光しない様に制限する１つの凹状部と、前記インテグレータレンズの下半部を通過する前記光の通過を通過光量の最も多い部分を遮光しない様に制限する１つの凹状部とから構成され、
前記シャッタ機構は、前記一対の遮光部材が前記光の通過を最も制限した状態では、前記一対の遮光部材の突出方向側の前記辺部側が互いに重なり合って、前記凹状部により、前記インテグレータの上半部に対応する位置に１つの開口部と、前記インテグレータの下半部に対応する位置に１つの開口部とを有することを特徴とする投射型表示装置。
前記インテグレータレンズが、第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイの後方に離間配置された第２のレンズアレイとから構成される場合において、
前記シャッタ機構は、前記第２のレンズアレイの前側近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
前記インテグレータレンズの後段に配置され、前記インテグレータレンズを通過した光を偏光変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の後段に配置され、前記偏光変換素子を通過した光を前記ライトバルブに集光させるコンデンサレンズとを更に備える場合において、
前記シャッタ機構は、前記インテグレータレンズと前記偏光変換素子との間に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
前記インテグレータレンズの後段に配置され、前記インテグレータレンズを通過した光を偏光変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の後段に配置され、前記偏光変換素子を通過した光を前記ライトバルブに集光させるコンデンサレンズとを更に備える場合において、
前記シャッタ機構は、前記偏光変換素子と前記コンデンサレンズとの間に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
前記インテグレータレンズの後段に配置され、前記インテグレータレンズを通過した光を偏光変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の後段に配置され、前記偏光変換素子を通過した光を前記ライトバルブに集光させるコンデンサレンズとを更に備える場合において、
前記シャッタ機構は、前記コンデンサレンズの近傍に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
前記凹状部は、凹状曲線形状に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の投射型表示装置。
前記凹状部は、略放物線形状に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の投射型表示装置。
前記凹状部は、略半楕円形状に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の投射型表示装置。