JP4958043B2 - 偏光照明装置及び投射表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投影型の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムや、ビデオプロジェクタ等に使用される、偏光照明装置及び投射表示装置に関するものである。

投影型の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムや、ビデオプロジェクタに用いられる照明装置は、矩形の照明領域を均一に照明する必要があり、その要請を満たすための照明装置が種々発案されている。例えば、液晶ライトバルブと共に用いられるインテグレータ光学系と称される照明装置がある。これは、光源の光を複数の矩形集光レンズ（本説明では、「単位レンズ」という。）で構成されるレンズ板（第１のレンズアレイ）によって分割し、各矩形集光レンズにより切り出された各部分光束を、第１のレンズ板と同様に複数の矩形集光レンズで構成されたレンズ板（第２のレンズアレイ）を介して、一箇所の照明領域上に重畳結像させるものである。

又、液晶ライトバルブに用いられている捻れネマティック液晶は、直線偏光した光の偏光方向を変えることによって表示を行うものであることから、光源からの自然光を直線偏光化することが、光源からの光の利用率を向上させる上で望ましい。そこで、図１１、図１２に示される偏光ビームスプリッタアレイ１０を備える偏光光学系と称される照明装置が開発されている。ここで用いられる偏光ビームスプリッタアレイ１０は、偏光分離膜１２を備えた偏光ビームスプリッタ１４及び、反射膜としての機能を果たす偏光分離膜１２を備えた反射ミラー１６を含む単位構造体１８が、複数整列した繰返し構造を有している。又、図示の例では反射ミラー１６の出射側端面に、半波長板２０（図１２）が規則的に配置されている。

そして、偏光ビームスプリッタアレイ１０の入射側端面に照射された自然光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１４の部分のみから、偏光ビームスプリッタアレイ１０に入射する。そして自然光Ｌは、偏光分離膜１２を通過するＰ偏光光と、偏光分離膜１２に反射されるＳ偏光光とに分離される。そして、偏光分離膜１２を通過するＰ偏光光は、偏光ビームスプリッタ１４をそのまま通過し、偏光ビームスプリッタアレイ１０の出射側端面からＰ偏光光として出射される。一方、偏光分離膜１２に反射されたＳ偏光光は、再び偏光分離膜１２によって、進行方向をＰ偏光光と平行な方向へと反射された後、半波長板２０を通過することによってＰ偏光光へと変換される。よって、自然光Ｌが偏光ビームスプリッタアレイ１０を通過する際に、自然光Ｌは単位構造体１８の偏光ビームスプリッタ１４の部分みから入射するが、出射の際には単位構造体１８の全体から、全て同一の偏光光（図示の例ではＰ偏光光）へと偏光された状態で出射されるものであり、単位構造体１８を構成する偏光ビームスプリッタ１４および反射ミラー１６は、互いに一体不可分の関係にある。かかる偏光ビームスプリッタアレイ１０を、前述のインテグレータ光学系と組み合わせて照明装置を構成することで、光源光の、液晶ライトバルブにおける利用効率を高めることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。

又、投影型の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムや、ビデオプロジェクタは、使用環境に応じて画像の明度を調整することができるように、光源に大光量のランプを用いつつ、必要に応じてその光量を絞るための絞り装置を備えている（例えば、特許文献２参照）。図１３に示されるように、この絞り装置２２は、偏光ビームスプリッタアレイ１０を構成する反射ミラー１６の入射側端面を覆う、短冊状の複数の固定遮光板２４と、固定遮光板２４に隣接するようにしてスライド可能に配置された可動遮光板２６とを備えている。この可動遮光板２６には、偏光ビームスプリッタ１４の幅Ｂと同一の幅を有する、スリット状の光透過部２８が形成されている。

そして、絞り装置２２は、図１３に示されるように可動遮光板２６の光透過部２８が偏光ビームスプリッタ１４と一致するとき、絞り開放状態となる。又、図１４に示されるように、可動遮光板２６をスライドさせることで、光透過部２８と可動遮光板２６との重なり領域が増加して行き、偏光ビームスプリッタ１４は可動遮光板２６によって徐々に覆い隠され、光透過領域が減少していく。そして、図１５に示されるように、偏光ビームスプリッタ１４が完全に覆い隠される位置まで可動遮光板２６をスライドすると、絞り装置２２は全閉状態となる。

特開平８−３０４７３９号公報 特開２００３−２０７８５０号公報

本発明は、以上のごとくインテグレータ光学系及び偏光光学系の両方の特徴を具備する照明装置において、絞り装置による絞り値の如何に関わらず、照度ムラ、色ムラ、フリッカの発生を抑え、対称性の良い照明光が得られることによって高品質の画像を映し出すことを可能とするものである。又、絞り装置による光量調整を、より高速で行うことを可能とするものである。又、必要に応じてＦナンバーを可変することにより、画像のコントラストを向上させることを可能とするものである。又、可動遮光板を完全なる全閉状態とすることにより、「スタンバイモード」を備えることを可能とするものである。さらには、かかる照明装置を用いた、高機能かつ高性能の投射表示装置を提供するものである。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）光源と、複数の単位レンズが整列して構成されるレンズアレイと、偏光ビームスプリッタ及び反射ミラーを含む単位構造体が、複数整列した繰返し構造を有する偏光ビームスプリッタアレイと、絞り装置とを具備し、
該絞り装置は、互いにスライド可能に配置された二枚の可動遮光板と、該二枚の可動遮光板をスライドさせる駆動手段とを含み、
前記二枚の可動遮光板の各々には、前記偏光ビームスプリッタアレイの繰返し構造のピッチと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向が前記偏光ビームスプリッタの長手方向に一致するようにして、複数のスリット状の光透過部が形成され、該光透過部が形成された領域よりもスライド方向外側の領域に、前記単位構造体の幅と同等以上の幅を有する拡幅遮光部が形成されており、
前記駆動手段は、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、前記二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態を基点として、前記二枚の可動遮光板を、前記単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動可能であり、前記可動遮光板に対し、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの幅と同等以内のスライド量を与える第１の駆動モードと、前記単位構造体の幅を超える任意のスライド量を与える第２の駆動モードとを備える駆動機構を含む偏光照明装置（請求項１）。

本項に記載の偏光照明装置は、単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態では、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の開口面積は最大となる。そして、この絞り開放状態を基点として、駆動手段により、二枚の可動遮光板を、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させる。すると、二枚の可動遮光板の、透過光部以外の部分（遮光部）によって遮光される偏光ビームスプリッタの面積は、その幅方向両側から均等に増大する（開口面積が均等に減少する）。この間、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の、幅方向の中心位置が移動することはなく、スリット状の開口の中心軸と各偏光ビームスプリッタの中心軸の位置は、絞り装置の開度と無関係に常時一定となる。従って、絞り装置の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られる。
又、駆動手段によって、二枚の可動遮光板を、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させることから、二枚の可動遮光板の、透過光部以外の部分（遮光部）によって遮光される偏光ビームスプリッタの面積変化率は、１枚の可動遮光板のみスライドさせる場合の、２倍の変化率となる。

又、可動遮光板の、光透過部が形成された領域よりもスライド方向外側の領域に、単位構造体の幅と同等以上の幅を有する拡幅遮光部が形成されていることから、二枚の可動遮光板を駆動手段により第２の駆動モードでスライドさせると、スライド量の増加と共に、一方の可動遮光板の複数の透過光部のうちの端部に位置する透過光部から順に、他方の可動遮光板の拡幅遮光部によって覆い隠されていく。そして、覆い隠されていない残りの一部の透過光部同士を一致させることが可能となる。かかる状態では、拡幅遮光部によって、前述のごとく一体不可分の関係にある偏光ビームスプリッタおよび反射ミラーからなる各単位構造体が、その一単位ごと覆い隠され、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の数が減少し、その結果、偏光ビームスプリッタアレイを通過する自然光の光量が減少することから、絞り装置の絞り開放状態における絞り値（Ｆナンバー）を増大させることができる。そして、スリット状の開口の数が減少した状態で、二枚の可動遮光板を駆動手段により第１の駆動モードでスライドさせることにより、絞り値を自在に調整することができる。よって、必要に応じて、高いコントラストを容易に得ることが可能となる。

なお、本項においては、二枚の可動遮光板の各々に形成された複数のスリット状の光透過部が、偏光ビームスプリッタアレイの繰返し構造のピッチと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向が前記偏光ビームスプリッタの長手方向に一致するようにして形成されているが、本説明において「略同一ピッチ」を含む理由は、必要に応じ両者のピッチを必ずしも完全に一致させることなく、若干のずれを持たせる場合を含むことを明らかにしたものである。かかるずれ量については、光学特性の最適化を考慮して適宜設定されるものである。
又、絞り装置の絞り開放状態においては、単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致するが、本説明において「略一致する」を含む理由は、必要に応じ上記各要素を完全に一致させることなく、若干のずれを持たせる場合を含むことを明らかにしたものである。かかるずれ量については、光学特性の最適化を考慮して適宜設定されるものである。

（２）前記レンズアレイを構成する単位レンズの幅Ａと、前記偏光ビームスプリッタアレイを構成する偏光ビームスプリッタの幅ＢとがＡ≒２Ｂの関係にあり、なおかつ、前記可動遮光板の光透過部の幅Ｃと遮光部の幅Ｄとが、Ｃ＋Ｄ＝２Ｂ、Ｂ＜Ｃ、Ｄ＜Ｃの各関係を満たすように構成されている偏光照明装置（請求項２）。
本項に記載の偏光照明装置は、上記各関係を満たすことにより、光の利用効率が高く、かつ、絞り装置の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られるものである。なお、本説明において「Ａ≒２Ｂ」としている理由は、Ａと２Ｂとを完全に一致させることなく、若干の寸法差を持たせる場合を含むことを明らかにしたものである。かかる寸法差については、光学特性の最適化を考慮して適宜設定されるものである。

（３）前記可動遮光板の、前記光透過部の長手方向の長さが、前記光透過部が形成された領域の中心部からスライド方向外側に位置するものほど短くなるように形成されている偏光照明装置（請求項３）。
本項に記載の偏光照明装置は、光透過部の長手方向の長さが、光透過部が形成された領域の中心部からスライド方向外側に位置するものほど短くなるように形成されていることから、二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口は、遮光部を交互に含みつつ全体として円状の開口を形成し、バランスの良い投射光が得られる。

（４）前記可動遮光板は、前記レンズアレイと、前記偏光ビームスプリッタアレイとの間に配置されている偏光照明装置（請求項４）。
偏光ビームスプリッタアレイは、通常、光学接着剤（紫外線硬化型等）を用いて組み立てられることから、十分な耐熱性を得ることが困難である。そこで、偏光ビームスプリッタアレイの両主面（光の入射側端面及び出射側端面）を空冷するための送風装置を備えることが一般的である。そこで、本項に記載の偏光照明装置は、この送風装置を有効利用して、偏光ビームスプリッタアレイ用の冷却用冷風により、可動遮光板の熱も同時に除去し、偏光ビームスプリッタアレイ及び可動遮光板の温度上昇を防ぐことができる。特に、二枚の可動遮光板を閉じると、可動遮光板はより多くの光に照らされるが、それらの温度上昇が効果的に抑えられるので、レンズアレイと、前記偏光ビームスプリッタアレイとの間の空間の、温度上昇を回避することができる。

（５）前記（１）項から（４）項記載の偏光照明装置により光量調整された直線偏光を、映像信号に応答して変調する光変調素子と、該光変調素子により得られる変調光の投射手段とを備える投射表示装置（請求項５）。

本発明はこのように構成したので、投影型の高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムや、ビデオプロジェクタに用いることが可能な、ランプの光を機械的に遮断する光量絞り装置において、光を絞るための可動遮光板の動作をより高速に行うことが可能となる。また、対称性の良い照明光を得ることが可能となる。又、特別な構造を追加することなく、Ｆナンバーを可変する調光モードへの切換えが可能となる。又、特別な構造を追加したりサイズを変更したりすることなく、完全なる全閉状態の「スタンバイモード」への切り換えが可能となる。さらには、かかる照明装置を用いた、高機能かつ高性能の投射表示装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明を省略する。
図１には、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置３０を備える投射表示装置３２が示されている。偏光照明装置３０は、光源ランプ３４及びリフレクタ３６から構成される光源部３８と、第１のレンズアレイ４０と、第２のレンズアレイ４２と、偏光ビームスプリッタアレイ１０と、視野レンズ４４とを備えている。又、第２のレンズアレイ４２と、偏光ビームスプリッタアレイ１０との間に、絞り装置４６が配置されている。絞り装置４６は、二枚の可動遮光板２６と、電動モータ４８及びモータ駆動回路５０を含む駆動手段５２とを備えている。

又、投射表示装置３２は、映像信号ＳＩＩに応答して変調する光変調素子として、３原色の各々に個別に対応するために独立した、３枚の液晶ライトバルブＬＱＲ、ＬＱＢ、ＬＱＧを備え、かつ、これら光変調素子により得られる変調光の投射手段として、複数のミラー、レンズ、及びプリズムを備える、いわゆる三板式液晶プロジェクタの構成を呈している。具体的には、偏光照明装置３０の視野レンズ４４から出射された単一の直線偏光は、第１のダイクロイックミラー５４に照射され、赤色成分のみ第１のダイクロイックミラー５４を通過して、第１のミラー５６により反射され、液晶ライトバルブＬＱＲへと照射される。又、第１のダイクロイックミラー５４において反射された青色成分及び緑色成分を含む光は、第２のダイクロイックミラー５８において緑色成分が反射され、液晶ライトバルブＬＱＧへと照射される。更に、第２のダイクロイックミラー５８を通過した青色成分のみを含む光は、レンズ６０、第２のミラー６２、レンズ６４、第３のミラー６６、レンズ６８を介して、液晶ライトバルブＬＱＢへと照射される。そして、電子計算機等によって構成された信号処理手段７２において映像信号ＳＩＩから加工された赤色ドライブ信号ＲＤ、青色ドライブ信号ＢＤ、及び、緑色ドライブ信号ＧＤを受け、照射された光を各色に応じた変調光へと変換する。各液晶ライトバルブＬＱＲ、ＬＱＢ、ＬＱＧは、何れもダイクロイックプリズム７０に面していることから、各液晶ライトバルブＬＱＲ、ＬＱＢ、ＬＱＧから出射された各色の変調光は、ダイクロイックプリズム７０において合成され、投影レンズ７４を介してスクリーン７６に投影される。
なお、偏光照明装置３０は、映像信号ＳＩＩに応答して変調する光変調素子として、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）等の反射型液晶や、液晶以外の例えばＤＭＤ（Digital mirror device）等を用いた投射表示装置にも、当然に適用することも可能である。

続いて、図２から図１０を参照しながら、偏光照明装置３０の絞り装置４６について詳しく説明する。絞り装置４６は、図２に示されるように、板状の絞りユニットベース７８と、絞りユニットベース７８の片面に重ねて配置された二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂとを備えている。図示の例では、絞りユニットベース７８は樹脂成形品であり、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂは何れも金属板により形成されている。そして、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂは、絞りユニットベース７８に平行かつ相互にスライド可能に配置されている。又、絞りユニットベース７８には、図２（ａ）及び図４に示されるように、光を通過させるための開口７８ａが形成されている。更に、図３に示されるように、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの、絞りユニットベース７８の開口部７８ａに臨む領域には、偏光ビームスプリッタアレイ１０（図１１、図１２参照）の繰返し構造のピッチＰＩと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向（Ｚ方向）が偏光ビームスプリッタ１４（図１１、図１２参照）の長手方向に一致するようにして、複数のスリット状の光透過部８０、８２が形成されている。これら光透過部８０、８２の長手方向の長さは、前記光透過部が形成された領域の中心部からスライド方向（Ｘ方向）外側に位置するものほど、短くなるように形成されている。図示の例では、光透過部が形成された領域の中心部に位置する透過光部８０Ｃ、８０Ｄ、８２Ｃ、８２Ｄが最も長く、これらの外側に位置する透過光部８０Ｂ，８０Ｅ、８２Ｂ、８２Ｅがこれに続いて長く、最も外側に位置する透過光部８０Ａ，８０Ｆ、８２Ａ，８２Ｆが最も短く形成されている。

又、絞りユニットベース７８には四本のピン８４が立設されており、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの各々には、ピン８４が係合する長穴８６、８８が形成されている。長穴８６、８８は、絞りユニットベース７８に対する各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂのスライド方向と平行に延びている。又、長穴８６、８８の長さは、後述する、偏光ビームスプリッタ１４（図１１、図１２）の幅の２倍を超える任意のスライド量を与える第２の駆動モードにおいて必要とされる、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂのスライドストロークに相当する長さを有している。

又、絞りユニットベース７８の、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂが配置された片面側と反対側の面に、電動モータ４８（図２（ｂ））が設けられている。そして、電動モータ４８の回転軸４８ａが絞りユニットベース７８を貫通して、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂが配置された片面側へと突出している。そして、回転軸４８ａに、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを駆動するアーム９０が固定されている。
アーム９０の両端部には、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの各々と係合する二本の駆動ピン９２、９４を備えている。駆動ピン９２、９４は、アーム９０が電動モータ４８に回転駆動されることにより、電動モータ４８の回転軸４８ａを中心として、正反対の位置で円弧状の移動軌跡を描くものである。

又、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂには、駆動ピン９２、９４の円弧状の移動軌跡から、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂのスライド方向（図３のＸ方向）に平行な方向の駆動力のみ取り出し、当該スライド方向と直交する方向（図３のＺ方向）の駆動力を打ち消すために、駆動ピン９２、９４の直径と概略同じ幅で、かつ、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂのスライド方向と直交する方向に延びる係合穴９６、９８が、形成されている。よって、電動モータ４８によってアーム９０を一定の角度の範囲内で回転駆動することにより、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを、単位構造体の整列方向（Ｘ方向）と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動可能な駆動機構が構成されている。しかも、偏光ビームスプリッタ１４の入射側端面と、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態が基点となるように、各構成要素の位置決めがなされている。

図示の例では、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂから舌部１００、１０２を突出させて、この舌部１００、１０２に係合穴９６、９８を形成することで、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの重なり量の増減にかかわらず、駆動ピン９２、９４と可動遮光板２６Ａ、２６Ｂとの干渉を防ぐことができる。
なお、本発明の実施の形態では、電動モータ４８は、絞りユニットベース７８の、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂが配置された片面側と反対側の面に設けられているが、必要に応じて何れも絞りユニットベース７８の同一面側に設けることも可能である。又、本発明の実施の形態では、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂが、絞りユニットベース７８の片面に重ねて配置されているが、絞りユニットベース７８を挟むようにして、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを配置することとしても良い。

更に、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂは、以下のような寸法上の特徴を有している。
本発明の実施の形態に係る偏光照明装置３０は、第２のレンズアレイ４２と、絞り装置４６と、偏光ビームスプリッタアレイ１０とが、図４に示されるように配置されている。ここで、レンズアレイ４２を構成する単位レンズ１０４の幅Ａと、偏光ビームスプリッタアレイ１０を構成する偏光ビームスプリッタ１４の幅ＢとがＡ≒２Ｂの関係にあり、なおかつ、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの各光透過部８０Ａ〜８０Ｆ、８２Ａ〜８２Ｆの幅Ｃと、各光透過部に挟まれた遮光部の幅Ｄとが、Ｃ＋Ｄ＝２Ｂ、Ｂ＜Ｃ、Ｄ＜Ｃの各関係を満たすように構成されている。なお、各光透過の幅Ｃはすべて同一であり、各光透過部に挟まれた遮光部の幅Ｄも、全て同一である。

更に、図３に示されるように、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの、光透過部８０、８２が形成された領域よりもスライド方向外側の領域には、偏光ビームスプリッタ１４（図１１、図１２）の幅Ｂの２倍と同等以上の幅Ｑを有する拡幅遮光部１０６、１０８が形成されている。図示の例では、拡幅遮光部１０６、１０８の幅Ｑは、Ｑ＞（Ｃ＋Ｄ）＝２Ｂとなっている。なお、図３において、可動遮光板２６Ａの左端に拡幅遮光部１０６が、可動遮光板２６Ｂの右端に拡幅遮光部１０８が設けられているが、各々、左右逆の位置に設けられていても良い。

又、本発明の実施の形態に係る信号処理手段７２は、図１に示されるように、映像信号ＳＩＩを受け、モータ駆動回路５０へと必要な駆動信号を出力するものである。この映像信号ＳＩＩは、信号処理手段７２において映写中の画像を自動解析し、適宜絞り値を自動設定するためのものである。又、映像のジャンルに応じて自動設定する場合や、映像信号ＳＩＩと共に伝送される付加情報に基づき、モータ駆動回路５０へと必要な駆動信号を出力することも可能である。特にデジタル映像信号においては各種付加情報を送ることが容易であることから、デジタル映像信号のフォーマット上に映像の明るさに関する情報が書き込まれている場合には、その付加情報を利用することができる。

具体的には、信号処理手段７２は、映像信号ＳＩＩを受け、以下の「通常モード」と「絞込みモード」とを適宜選択して駆動手段５２を制御する。ここで、「通常モード」は、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂに対し、駆動手段５２が、偏光ビームスプリッタ１４の幅Ｂと同等以内のスライド量を与えるモード（第１の駆動モード）である。また、「絞込みモード」は、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂに対し、駆動手段５２が、偏光ビームスプリッタ１４の幅Ｂの２倍（単位構造体１８（図１１）の幅に相当する）を超える任意のスライド量を与えるモード（第２の駆動モード）である。

又、本発明の実施の形態に係る信号処理手段７２は、必要に応じ、図１に示されるように、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの位置センサからの入力信号ＳＩＰを受けて、モータ駆動回路５０へと必要な駆動信号を出力するといった、フィードバック制御を行うことも可能である。又、位置センサからの入力信号ＳＩＰに代えて、透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口Ａを通過する光の光量を、光量センサで検知して、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの位置をフィードバック制御することも可能である。更に、映写する画像の内容に応じてユーザが任意にモードを設定することにより得られる、モード選択信号ＳＩＭに基づき、モータ駆動回路５０へと必要な駆動信号を出力することも可能である。

次に、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置３０の、絞り装置４６の動作説明を行う。
図２及び図５には、「通常モード」における絞り開放状態が示されている。この状態では、偏光ビームスプリッタ１４の入射側端面と、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２とが、全て一致する。しかも、偏光ビームスプリッタ１４の入射側端面に対し、透過光部８０、８２の全面が一致していることから、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の、開口面積ＯＡは最大となる。なお、光学特性の最適化を考慮して、各スリット状の開口毎に、偏光ビームスプリッタ１４、透過光部８０、８２に、若干のずれを持たせる場合もある。

又、図６、図７には、「通常モード」における絞込み状態が示されている。この絞込み状態は、アーム９０を一定の角度の範囲内で回転駆動することにより、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライドさせることによって得られるものである。「通常モード」では、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂのスライド量が、偏光ビームスプリッタ１４の幅Ｂ（図４）を超えることはない。従って、偏光ビームスプリッタ１４の各入射側端面と、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの各透過光部８０、８２とは、全て一致した状態を維持しつつ、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の開口面積ＯＡは、各々の開口毎に減少する。この際、偏光ビームスプリッタ１４の幅方向の中心軸と、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の幅方向の中心軸との位置関係は常に一定で、変化することはない。そして、最終的には、各スリット状の開口の開口面積ＯＡは零となる（この状態を、本説明では「スタンバイモード」という）。

図８及び図９には、「絞込みモード」における絞り開放状態が示されている。この絞込みモードは、アーム９０を通常モードの絞込み状態よりも大きな角度で回転駆動することにより、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライドさせることによって得られるものである。従って、「絞込みモード」では、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂのスライド量が、偏光ビームスプリッタ１４の幅Ｂ（図４）の２倍を超え、可動遮光板２６Ｂの光透過部８２が、可動遮光板２６Ａの拡幅遮光部１０６により覆い隠され、可動遮光板２６Ａの光透過部８０が、可動遮光板２６Ｂの拡幅遮光部１０８により覆い隠されることとなる。
図９（ａ）の例では、透過光部８０Ａと８２Ｃ、透過光部８０Ｂと８２Ｄ、透過光部８０Ｃと８２Ｅ、透過光部８０Ｄと８２Ｆが一致した状態となり、これらの透過光部によって形成されるスリット状の開口が、各々、一部の偏光ビームスプリッタ１４の入射側端面と一致する。従って、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の開口面積ＯＡは、「通常モード」における絞り開放状態（図５（ｂ））と比較して減少する。

図１０には、「絞込みモード」における絞込み状態が示されている。この絞込み状態は、図８、図９に示される「絞込みモード」における絞り開放状態から、更に、アーム９０を一定の角度の範囲内で回転駆動することにより、各可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを、単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライドさせることによって得られるものである。
そして、「通常モード」における絞込み状態と同様に、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の開口面積ＯＡは、各開口毎に減少する。この際、偏光ビームスプリッタ１４の幅方向の中心軸と、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の幅方向の中心軸との位置関係は常に一定で、変化することはない。そして、最終的には、各スリット状の開口の開口面積ＯＡは零となる（「スタンバイモード」）。

上記構成をなす、本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。まず、本項に記載の偏光照明装置は、偏光ビームスプリッタ１４の入射側端面と、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態（図２、図５）では、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の開口面積ＯＡは最大となる。そして、この絞り開放状態を基点として、駆動手段５２により、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを、偏光ビームスプリッタアレイ１０の単位構造体１８（図１１）の整列方向（Ｘ方向）と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させる。すると、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの、透過光部以外の部分（遮光部）によって遮光される、各偏光ビームスプリッタ１４の面積は、その幅方向両側から均等に増大する（開口面積が均等に減少する）。この間、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の、幅方向の中心位置が移動することはなく、スリット状の開口の中心軸と偏光ビームスプリッタ１４の中心軸の位置は、絞り装置４６の開度と無関係に常時一定となる。従って、絞り装置４６の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られる。
又、本構成の絞り装置の場合には、作成時に厳しい寸法制度を要求されることなく、開口面積ＯＡを完全に零にすることができる。したがって、新たに部品を付加しなくとも、全閉を要件とする「スタンバイモード」に容易に対応することができる。

又、駆動手段５２によって、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを、単位構造体１８の整列方向（Ｘ方向）と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動させることから、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの、透過光部以外の部分（遮光部）によって遮光される偏光ビームスプリッタ１４の面積変化率は、１枚の可動遮光板のみスライドさせる場合の２倍の変化率となる。よって、光量調整を高速で行うことが可能となる。

又、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置３０は、図４に示されるように、第２のレンズアレイ４２を構成する単位レンズの幅Ａと、偏光ビームスプリッタアレイ１０を構成する偏光ビームスプリッタ１４の幅ＢとがＡ≒２Ｂの関係にあり、なおかつ、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの光透過部の幅Ｃと遮光部の幅Ｄとが、Ｃ＋Ｄ＝２Ｂ、Ｂ＜Ｃ、Ｄ＜Ｃの各関係を満たすように構成されている。そして、上記各関係を満たすことにより、絞り装置４６の開度の如何に関わらず、常に対称性の良好な投射光が得られるものである。

二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの、光透過部８０、８２が形成された領域よりもスライド方向外側の領域に、単位構造体の幅と同等以上の幅を有する拡幅遮光部１０６、１０８が形成されていることから、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを駆動手段５２により第２の駆動モード（絞込みモード）でスライドさせると、スライド量の増加と共に、一方の可動遮光板の複数の透過光部のうちの、端部に位置する透過光部から順に（８０Ｆ→８０Ｅ→８０Ｄ‥‥、８２Ａ→８２Ｂ→８２Ｃ‥‥）、他方の可動遮光板の拡幅遮光部１０６、１０８によって覆い隠されていく。そして、覆い隠されていない残りの一部の透過光部同士を一致させることが可能となる。かかる状態では、拡幅遮光部１０６、１０８によって、一体不可分の関係にある偏光ビームスプリッタ１４および反射ミラー１６からなる各単位構造体１８が、その一単位ごと覆い隠され、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口の数が減少し、その結果、偏光ビームスプリッタアレイを通過する自然光の光量が減少することから、絞り装置の絞り開放状態における絞り値（Ｆナンバー）を増大させることができる。そして、スリット状の開口の数が減少した状態で、二枚の可動遮光板を駆動手段により第１の駆動モードでスライドさせることにより、絞り値を自在に調整できることから、必要に応じて、高いコントラストを容易に得ることが可能となる。

又、図３に示されるように、光透過部８０、８２の長手方向（Ｚ方向）の長さが、光透過部８０、８２が形成された領域の中心部からスライド方向外側に位置するものほど短くなるように形成されていることから、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの透過光部８０、８２により構成されるスリット状の開口は、遮光部を交互に含みつつ全体として円状の開口を形成し、バランスの良い投射光が得られる。

又、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂは、第２のレンズアレイ４２と、偏光ビームスプリッタアレイ１０との間に配置されているが、偏光ビームスプリッタアレイ１０は、通常、光学接着剤（紫外線硬化型等）を用いて組み立てられることから、十分な耐熱性を得ることが困難である。そこで、偏光照明装置３０は、一般に偏光ビームスプリッタアレイ１０の両主面（光の入射側端面及び出射側端面）を空冷するための送風装置を備えている。
本発明の実施の形態では、この送風装置を有効利用して、偏光ビームスプリッタアレイ１０用の冷却用冷風により二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの熱も同時に除去し、偏光ビームスプリッタアレイ１０及び二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂの温度上昇を防ぐことができる。特に、二枚の可動遮光板２６Ａ、２６Ｂを閉じると、可動遮光板２６Ａ、２６Ｂはより多くの光に照らされるが、それらの温度上昇が効果的に抑えられるので、第２のレンズアレイ４２と、偏光ビームスプリッタアレイ１０との間の空間の、温度上昇を回避することができる。

従って、図１に示されるように、本発明の実施の形態に係る偏光照明装置３０と、映像信号ＳＩＰに応答して変調する光変調素子（液晶ライトバルブＬＱＲ、ＬＱＢ、ＬＱＧ）と、光変調素子により得られる変調光の投射手段（第１のダイクロイックミラー５４、第１のミラー５６、第２のダイクロイックミラー５８、レンズ６０、第２のミラー６２、レンズ６４、第３のミラー６６、レンズ６８、ダイクロイックプリズム７０及び投影レンズ７４）とを備える投射表示装置３２は、照度ムラ、色ムラ、フリッカの発生を抑え、より高品質の画像を映し出すことが可能となる。又、必要に応じて画像のコントラストを向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る偏光照明装置を備える投射表示装置の概略図である。 図１に示される偏光照明装置の絞り装置を示すものであり、（ａ）は「通常モード」における絞り開放状態の平面図、（ｂ）は同斜視図である。 図２に示される絞り装置の、二枚の可動遮光板の平面図であり、（ａ）、（ｂ）は各々の遮光板を示している。 図１に示される偏光照明装置の、要部を拡大して示した断面図である。 図１に示される偏光照明装置の、絞り装置の「通常モード」における絞り開放状態が示されており、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の開口面積を示す平面図である。 図１に示される偏光照明装置の絞り装置を示すものであり、（ａ）は「通常モード」における絞込み状態の平面図、（ｂ）は同斜視図である。 図１に示される偏光照明装置の、絞り装置の「通常モード」における絞込み状態が示されており、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の開口面積を示す平面図である。 図１に示される偏光照明装置の絞り装置を示すものであり、（ａ）は「絞込みモード」における絞り開放状態の平面図、（ｂ）は同斜視図である。 図１に示される偏光照明装置の、絞り装置の「絞込みモード」における絞り開放状態が示されており、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の開口面積を示す平面図である。 図１に示される偏光照明装置の、絞り装置の「絞込みモード」における絞込み状態が示されており、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は二枚の可動遮光板の透過光部により構成されるスリット状の開口の開口面積を示す平面図である。 偏光ビームスプリッタアレイの斜視図である。 図１１に示される偏光ビームスプリッタアレイの側面図である。 従来の偏光照明装置の絞り装置を示す図であり、（ａ）は絞り開放状態の斜視図、（ｂ）は同側側面図である。 従来の偏光照明装置の絞り装置を示す図であり、（ａ）は絞込み状態の斜視図、（ｂ）は同側側面図である。 従来の偏光照明装置の絞り装置を示す図であり、（ａ）は閉状態の斜視図、（ｂ）は同側側面図である。

符号の説明

１０：偏光ビームスプリッタアレイ、１２：偏光分離膜、１４：偏光ビームスプリッタ、１８：単位構造体、２２：絞り装置、 ２６、２６Ａ、２６Ｂ：可動遮光板、２８：光透過部、３０：偏光照明装置、３２：投射表示装置、３８：光源部、４０：第１のレンズアレイ、４２：第２のレンズアレイ、４６：絞り装置、５２：駆動手段、７２：信号処理手段、 ８０、８２：透過光部、１０４：単位レンズ、 １０６、１０８：光透過部が形成された領域よりもスライド方向外側の領域

Claims (5)

1. 光源と、複数の単位レンズが整列して構成されるレンズアレイと、偏光ビームスプリッタ及び反射ミラーを含む単位構造体が、複数整列した繰返し構造を有する偏光ビームスプリッタアレイと、絞り装置とを具備し、
   該絞り装置は、互いにスライド可能に配置された二枚の可動遮光板と、該二枚の可動遮光板をスライドさせる駆動手段とを含み、
   前記二枚の可動遮光板の各々には、前記偏光ビームスプリッタアレイの繰返し構造のピッチと同一ないし略同一ピッチで、かつ、長手方向が前記偏光ビームスプリッタの長手方向に一致するようにして、複数のスリット状の光透過部が形成され、該光透過部が形成された領域よりもスライド方向外側の領域に、前記単位構造体の幅と同等以上の幅を有する拡幅遮光部が形成されており、
   前記駆動手段は、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの入射側端面と、前記二枚の可動遮光板の透過光部とが、全て一致ないし略一致する絞り開放状態を基点として、前記二枚の可動遮光板を、前記単位構造体の整列方向と平行、かつ、互いに逆方向へと同時に同一距離だけスライド駆動可能であり、前記可動遮光板に対し、前記単位構造体の偏光ビームスプリッタの幅と同等以内のスライド量を与える第１の駆動モードと、前記単位構造体の幅を超える任意のスライド量を与える第２の駆動モードとを備える駆動機構を含むことを特徴とする偏光照明装置。
2. 前記レンズアレイを構成する単位レンズの幅Ａと、前記偏光ビームスプリッタアレイを構成する偏光ビームスプリッタの幅ＢとがＡ≒２Ｂの関係にあり、なおかつ、前記可動遮光板の光透過部の幅Ｃと遮光部の幅Ｄとが、Ｃ＋Ｄ＝２Ｂ、Ｂ＜Ｃ、Ｄ＜Ｃの各関係を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１記載の偏光照明装置。
3. 前記可動遮光板の、前記光透過部の長手方向の長さが、前記光透過部が形成された領域の中心部からスライド方向外側に位置するものほど短くなるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の偏光照明装置。
4. 前記可動遮光板は、前記レンズアレイと、前記偏光ビームスプリッタアレイとの間に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の偏光照明装置。
5. 請求項１から４記載の偏光照明装置により光量調整された直線偏光を、映像信号に応答して変調する光変調素子と、該光変調素子により得られる変調光の投射手段とを備えることを特徴とする投射表示装置。

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