JP6335532B2 - 照明光学系、画像投射装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ等の画像投射装置に好適な照明光学系に関する。

プロジェクタには、画像信号に応じて光を変調する光変調素子として液晶パネル等のホールド型表示素子が用いられることが多いが、このようなホールド型表示素子を用いると、いわゆるホールドぼけ（動画ぼけ）が発生する。ホールドぼけは、動く物体の映像が表示されたときにこれを観察する人は該物体が動く方向を予測して視線を追従させるのに対して、ホールド型表示素子が１フレーム周期（１／６０秒）の間、同じフレーム画像を表示し続ける結果として生ずる。つまり、人は、視線の追従位置と動画中に表示される物体の位置との差を映像のぼけとして認識する。

このようなホールドぼけを低減するために、特許文献１には、バックライト付き液晶表示装置の表示画面を垂直走査方向に複数に分割して分割領域ごとにバックライトを順次明滅させて画像表示時間を液晶への画像書き込み時間の近傍に限定する方法が開示されている。この方法は、黒挿入法として一般に知られている方法である。また、特許文献２には、プロジェクタにおいて、表示素子を照明光により照明する領域を垂直走査方向に細く形成し、照明光を回転プリズムによって垂直走査方向にスキャンすることで、ホールドぼけを低減する方法が開示されている。

特開平１１−２０２２８５号公報 特開２００６−３０８７２０号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された方法は、表示素子の背面に近接してバックライトが設けられた直視型の液晶表示装置に適用される方法である。このため、該方法を、レンズその他の光学部材を含む光学系を介した光源からの光によって表示素子を照明するプロジェクタに適用することはできない。

また、特許文献２にて開示された方法では、常に照明光がスキャンされているため、表示される画像に常にちらつきが発生する可能性がある。特にプロジェクタは動画だけでなく静止画を長時間表示する機会も多いため、表示画像のちらつきが常に発生するのは好ましくない。また、照明光をスキャンするために回転プリズムやこれに付随するミラー等の光学部材を回転させる等、動かす機構が必要である。このため、プロジェクタが大型化したり、駆動音（ノイズ）が発生したり、該機構に含まれるモータ等の部品のメンテナンスが必要になったりする。

本発明は、光学部材を動かすことなく、画像投射装置において静止画表示時のちらつきを生じさせることなく動画表示時のホールドぼけを低減することができるようにする照明光学系およびこれを備えた画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての照明光学系は、光源ユニットに含まれる複数の光源が発する複数の光束のそれぞれを、被照明面における複数の被照明領域のそれぞれに導く。該照明光学系は、光源ユニットと被照明面との間にあるインテクレータ光学系を備える。インテグレータ光学系は、光源ユニット側から順に配置され、それぞれ複数のレンズセルを含む第１のレンズアレイおよび第２のレンズアレイを含む。照明光学系は、複数の光源の状態の変化に応じて、複数の被照明領域の照明状態を変化させるように構成されており、複数の光源から発せられて第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した複数の光束は、第２のレンズアレイにおける複数のレンズセルを通過して複数の被照明領域に導かれることを特徴とする。

なお、上記照明光学系と、被照明面に配置され、画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、該光変調素子により変調された光を投射する投射光学系とを有する画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。

また、本発明の他の一側面としての制御方法は、画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、光源ユニットに含まれる複数の光源から発せられる複数の光束を光変調素子における複数の被照明領域のそれぞれに導くとともに、光源ユニットと光変調素子との間に光源ユニット側から順に配置され、それぞれ複数のレンズセルを含む第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイを含み、複数の光源から発せられて第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した複数の光束を第２のレンズアレイにおける複数のレンズセルを通過させて複数の被照明領域に導くように構成された照明光学系と、光変調素子により変調された光を投射する投射光学系とを有する画像投射装置に適用される。該制御方法は、複数の被照明領域の照明状態が該被照明領域ごとに変更されるように複数の光源の状態を光源ごとに制御することを特徴とする。

本発明によれば、光学部材を動かすことなく、各光源の状態を変更することによって各被照明領域の照明状態を独立に変更することができる。このため、画像投射装置においては、静止画表示時のちらつきを生じさせることなく動画表示時のホールドぼけを低減することができる。

本発明の実施例１である照明光学系の構成を説明する図。 実施例１にて用いられる第１のフライアイレンズによる光源像の形成を説明する図。 実施例１での被照明面の照明状態を示す図。 本発明の実施例２である照明光学系の構成を説明する図。 本発明の実施例３での照明光学系による被照明面の照明状態を示す図。 本発明の実施例４である照明光学系の構成を示す図。 実施例４にて用いられるロッドインテグレータの斜視図。 実施例１の照明光学系が用いられるプロジェクタの概略図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）には、本発明の実施例１である照明光学系２０の構成を示している。該照明光学系２０は、光源ユニット１０に含まれる複数（本実施例では３つ）の光源（第１のサブユニット、第２のサブユニットおよび第３のサブユニット）ｉ，ｉｉ，ｉｉｉから発せられる複数の光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉを被照明面４に導く。ここで、光源（第１、第２および第３のサブユニット）ｉ，ｉｉ，ｉｉｉは、それぞれ発光点を１つずつ持っていても、それぞれが複数の発光点を持っていても構わない。

照明光学系２０は、光源ユニット側から順に、第１のフライアイレンズ（第１のレンズアレイ）１と、第２のフライアイレンズ（第２のレンズアレイ）２と、コンデンサーレンズ３とを有する。第１および第２のフライアイレンズ１，２はそれぞれ、図１（Ｂ）に照明光学系２０の光軸方向から見て示すように、図１（Ａ），（Ｂ）の上下方向および図１（Ａ）の紙面に垂直な奥行き方向に対応する左右方向に複数のレンズセルが並んだ構成を有する。図１（Ｂ）には、第１のフライアイレンズ１のレンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃ（および第２のフライアイレンズ２のレンズセル２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）を含む複数のレンズセルを示している。

被照明面４は、図１（Ａ）中の上下方向に短辺が延び、奥行き方向に長辺が延びる矩形を有する。本実施例では、被照明面４上に上下方向（短辺方向）に並ぶ複数（３つ）の被照明領域４ａ，４ｂ，４ｃを形成する。以下の説明において、この上下方向を、領域分割方向ともいう。第１および第２のフライアイレンズ１，２の各レンズセルは、光軸方向から見たときに各被照明領域と相似な形状を有する。

３つの光源ｉ，ｉｉ，ｉｉｉはそれぞれ、平行光束としての照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉを発する。光源ｉ，ｉｉ，ｉｉｉはそれぞれ、図１（Ｃ）に各照明光束の出射方向に対向する方向から見て示すように、図１（Ａ）中の奥行き方向に対応する左右方向に並んだ３つの発光素子１０ａを有する。各光源に含まれる３つの発光素子１０ａは、第１および第２のフライアイレンズ１，２において図１（Ａ）中の奥行き方向に並んだ３つのレンズセルに対応して設けられている。ただし、各光源を１つの発光素子（例えば、面発光素子）により構成してもよい。

光源ｉ，ｉｉ，ｉｉｉから出射された照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉは、第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに、図１（Ａ）中の上下方向において該レンズセルの光軸（つまりは照明光学系２０の光軸）に対して互いに異なる角度をなして入射する。つまり、それぞれの光源（サブユニット）からの複数の光束は、照明光学系の中の第１のフライアイレンズに対して互いに異なる角度で入射する。その結果、それぞれの光源から発せられた照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉのうち、第１のフライアイレンズの同一のレンズセルを通過した３つの光束は、第２のフライアイレンズの互いに異なるレンズセルに入射する。本実施例においては、照明光束ＬｉとＬｉｉは、第２のフライアイレンズの中の隣接する２つのレンズセルに入射し、照明光束ＬｉとＬｉｉｉも同様である。詳細については後述する。

ここで、第１のフライアイレンズ１における領域分割方向でのレンズセルのピッチをｐとし、各レンズセルの焦点距離をｆとする。このとき、照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉは、互いに隣接する照明光束間（Ｌｉ，Ｌｉｉ間およびＬｉ，Ｌｉｉｉ間）において、
θ＝ａｔａｎ（ｐ／ｆ）
なる角度をなして第１のフライアイレンズの同一のレンズセルに入射する。本実施例では、照明光束Ｌｉは各レンズセルの光軸に沿って該レンズセルに入射し、照明光束Ｌｉｉと照明光束Ｌｉｉｉは、該光軸に対して互いに反対側に角度θをなすように傾いて該レンズセルに入射する。

第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに入射した３つの照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉはそれぞれ、該レンズセルによって集光（収束）されて第２のフライアイレンズ２上に光源像を形成する。このときの光源像について、図２（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。

図２（Ａ）は、第２のフライアイレンズ２における１つのレンズセル２Ａに入射する照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉが形成する光源像を示している。照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉはそれぞれ異なる角度で第１のフライアイレンズ１に入射するので、第２のフライアイレンズ２のレンズセル２Ａに入射する照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉは、第１のフライアイレンズ１では互いに異なるレンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃを通過する。光軸に平行な平行光束である照明光束Ｌｉは、レンズセル１Ａの光軸に沿って該レンズセル１Ａに入射し、その光軸上に配置されたレンズセル２Ａに向かって集光されて該レンズセル２Ａ上に光源像を形成する。また、レンズセル１Ａの光軸に対して上記傾き角度θを持った平行光束Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉはそれぞれ、レンズセル１Ａに隣接するレンズセル１Ｂ，１Ｃを通過してレンズセル２Ａに向かって集光されて該レンズセル２Ａ上に光源像を形成する。

一方、図２（Ｂ）は、第１のフライアイレンズ１における１つのレンズセル１Ａを通過する照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉが第２のフライアイレンズ２上に形成する光源像を示している。レンズセル１Ａを通過した照明光束Ｌｉは、第２のフライアイレンズ２のレンズセル２Ａに向けて集光されて該レンズセル２Ａ上に光源像を形成する。また、レンズセル１Ａの光軸に対して上記傾き角度θを持って通過した照明光束Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉはそれぞれ、第２のフライアイレンズ２においてレンズセル２Ａに隣接するレンズセル２Ｃ，２Ｂに向けて集光されて該レンズセル２Ｃ，２Ｂ上に光源像を形成する。このように本実施例では、第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに対して互いに異なる角度で入射した照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉが、第２のフライアイレンズ２における相互に隣接する（異なる）レンズセルに到達してそこに光源像を形成する。これは、一般的なプロジェクタにおけるフライアイレンズ系のように、第１フライアイレンズの１つのレンズセルを通過した照明光束が第２フライアイレンズの対応する１つのレンズセルにのみ入射してそこに光源像を形成するものとは大きく異なる。

図１（Ａ）には、図２（Ｂ）に示したように第１フライアイレンズ１の隣接レンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃを通過して第２のフライアイレンズ２の１つのレンズセル２Ａを通過した照明光束Ｌｉ，Ｌｉｉ，Ｌｉｉｉがそれぞれ、被照明領域４ａ，４ｂ，４ｃに結像することを示す。第２のフライアイレンズ２のレンズセル２Ａとコンデンサーレンズ３は、第１フライアイレンズ１の隣接レンズセル１Ａ，１Ｂ，１Ｃの像、つまりは光源像を、被照明面４における相互に隣接する被照明領域４ａ，４ｂ，４ｃ上に結像させる。このため、光源ユニット１０における３つの光源ｉ，ｉｉ，ｉｉｉの個々の状態を変更することにより、被照明領域４ａ，４ｂ，４ｃの照明状態を独立に変更することができる。光源の状態とは、光源の点灯（発光）と消灯（非発光）や、発光強度である。また、被照明領域の照明状態とは、照明（照明ＯＮ）と非照明（照明ＯＦＦ）や、照度である。

３つの光源ｉ，ｉｉ，ｉｉｉのうちいずれかの光源が点灯してその点灯光源からの照明光束が照明光学系２０に入射すると、３つの被照明領域４ａ，４ｂ，４ｃのうちその点灯光源に対応する被照明領域の照明がＯＮになる。逆に言えば、光源が消灯してその消灯光源からの照明光束が照明光学系２０に対して非入射となると、その消灯光源に対応する被照明領域の照明がＯＦＦになる。さらに、光源の発光強度、つまりは照明光束の光量が変化すると、その点灯光源に対応する被照明領域の照度が変化する。

このように構成される光源ユニット１０および照明光学系２０は、図８に示す画像投射装置としてのプロジェクタ１００に用いられる。被照明面４には、プロジェクタが備える光変調素子１０１としての液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス等が配置される。照明光学系２０から出射して光変調素子１０１に入射した（光変調素子１０１を照明する）照明光束は、プロジェクタに入力される画像信号に応じて動作する光変調素子１０１によって変調される。光変調素子１０１から出射した変調光は投射光学系１０５に入射し、該投射光学系１０５によりスクリーン等の被投射面１０６に拡大投射される。これにより、被投射面１０６上に投射画像が表示される。なお、被照明面４の短辺方向が光変調素子１０１の垂直走査方向に相当し、被照明面４の長辺方向が光変調素子１０１の水平走査方向に相当する。このプロジェクタ１００において、制御手段としてのコントローラ１１０は、光源ユニット１０における３つの光源ｉ，ｉｉ，ｉｉｉの状態を以下の制御方法により制御する。すなわち、コントローラ１１０は、光源ｉ，ｉｉ，ｉｉｉの発光制御を行う。

図３（Ａ）〜（Ｄ）には、光軸方向から見た被照明面において被照明領域ごとに照明状態（照明のＯＮ／ＯＦＦ）が切り替えられるパターンを示している。図３（Ａ）では、３つの光源i，ii，iiiが点灯し、これらから発せられた３つの照明光束Ｌi，Ｌii，Ｌiiiによって３つの被照明領域４ａ，４ｂ，４ｃの照明がＯＮされ、被照明面の全体が均一に照明されている。静止画を表示する場合はこの状態が好ましく、この状態では表示画像のちらつきは発生しない。

一方、図３（Ｂ）〜（Ｄ）では、一部（ここでは１つ）の光源が順次点灯して残り（２つ）の光源が消灯することで、点灯光源に対応する１つの被照明領域の照明が順次ＯＮになり、２つの消灯光源に対応する被照明領域の照明がＯＦＦになっている。

図８に示すプロジェクタ１００では、コントローラ１１０は、静止画の画像信号が入力されたときは、すべての光源i，ii，iiiを点灯して図３（Ａ）に示す照明状態を生成する。また、コントローラ１１０は、動画の画像信号が入力されると、その画像信号の垂直同期信号の１周期内で図３（Ｂ）〜（Ｄ）に示す照明状態が順次切り替わるように、光源i，ii，iiiのうち点灯する光源と消灯する光源とを順次変更する。これにより、ホールドぼけを低減し、動画表示特性を改善する。また、コントローラ１１０は、画像信号の明るさに応じて、光源の点灯／消灯または光源の発光強度を制御することもできる。

なお、各フライアイレンズの形状誤差や組み立て誤差によって被照明領域の境界に隙間が生じたり被照明領域同士が重なったりする可能性がある。この場合、第１および第２のフライアイレンズ１，２のうち少なくとも一方やコンデンサーレンズ３の位置を光軸方向または光軸に直交する方向に変更可能とする機構を設けてもよい。このような機構を設けることで、被照明面４における各照明光束の照射領域の位置およびサイズのうち少なくとも一方を変化させることが可能となり、被照明領域の隙間や重なりを除去することができる。

図４（Ａ），（Ｂ）には、本発明の実施例２である照明光学系２０′の構成を示している。光源ユニット１０は、実施例１に示した３つの光源i，ii，iiiに相当する光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃを有する。光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃはそれぞれ、レーザーダイオードと、各レーザーダイオードに取り付けられたコリメートレンズとにより構成されている。各レーザーダイオードから発せられた発散光束としてのレーザー光は、コリメートレンズによって平行光束に変換される。レーザー光は、蛍光体８を励起させる波長、例えば紫外や青の波長を有する。

光源ユニット１０と第１のフライアイレンズ１との間には、本実施例の照明光学系２０′に含まれるダイクロイックミラー６、集光レンズ７および蛍光体８が配置されている。照明光学系２０′における第１のフライアイレンズ１以降の構成は、実施例１と同じであるので、その説明は省略する。

図４（Ａ）は、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃからそれぞれ出射して蛍光体８に入射するまでの光束を示している。蛍光体８の受光面（図中の水平面）に垂直な線を、照明光学系２０′のうちダイクロイックミラー６付近から蛍光体８までの光源側光学系部分の光軸というとき、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、図の上側から下側に向かって光軸に対して互いに異なる傾き角度をなす平行光束を出射する。

光源５Ａから出射した平行光束は、光軸に沿って（すなわち、傾き角度＝０で）進み、蛍光体８に向かう。この光源５Ａからの平行光束は、蛍光体８の受光面に入射する前に、ダイクロイックミラー６に対して４５°の入射角で入射して該ダイクロイック６を透過し、集光レンズ７によって集光されて蛍光体８に入射する。光源側光学系部分の光軸は、ダイクロイックミラー６での反射によって、照明光学系２０′のうち第１のフライアイレンズ１以降の被照明面側光学系部分の光軸に一致する。

また、光源５Ｂ，５Ｃから出射した平行光束は、光軸に対して互いに反対側において同じ大きさの傾き角度をなして進み、蛍光体８に向かう。これら光源５Ｂ，５Ｃからの平行光束はそれぞれ、蛍光体８の受光面に入射する前に、ダイクロイックミラー６における光源５Ａからの平行光束の入射位置と同じ位置に入射してダイクロイックミラー６を透過し、さらに集光レンズ７によって集光されて蛍光体８に入射する。このように３つの光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃからの平行光束は集光レンズ７によって集光されるが、集光レンズ７に対して互いに異なる角度で入射するため、蛍光体８上における互いに異なる位置に集光点（スポット）９Ａ，９Ｂ，９Ｃを形成する。

蛍光体８は、図４（Ｂ）に示すように、入射したレーザー光を励起光として蛍光光を出射する。蛍光光は、集光レンズ７によって集光されてこれを透過し、ダイクロイックミラー６に向かう。ダイクロイックミラー６は、波長選択性を有し、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃからのレーザー光は透過するが、蛍光体８によって波長変換された蛍光光は反射する。ダイクロイックミラー６によって反射された蛍光光は、照明光学系２０に入射する。

ここで、蛍光体８上のスポット９Ａ，９Ｂ，９Ｃから出射した蛍光光は、該スポット９Ａ，９Ｂ，９Ｃを２次光源とした拡散光束として集光レンズ７に入射する。集光レンズ７は、各拡散光束を平行光束に変換してダイクロイックミラー６に出射する。このとき、各平行光束の主光線は、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃからダイクロイックミラー６を通過して集光レンズ７に入射した際の平行光束の主光線と同じ方向に進む。このため、ダイクロイックミラー６によって反射されて第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに入射する際には、光源５Ａから発せられた光束は該レンズセル（照明光学系２０′）の光軸に平行な平行光束となる。また、光源５Ｂ，５Ｃから発せられた光束は、該光軸に対して傾き角度θだけ傾いた平行光束となる。

このようにして第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに入射した３つの平行光束としての照明光束は、実施例１にて説明したように、被照明面の３つの被照明領域に照射される。

なお、図４（Ａ），（Ｂ）では、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃのそれぞれが有するレーザーダイオードの数は１つであるが、被照明領域の照度を高めるために各光源に複数のレーザーダイオードを用いてもよい。

また、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃとダイクロイックミラー６との間に、入射した平行光束の幅を狭めて出射させる圧縮光学系を配置してもよい。ただし、圧縮光学系の角倍率の分だけ光源５Ｂ，５Ｃからの平行光束の傾き角度を変える必要がある。

さらに、ダイクロイックミラー６として、レーザー光を反射して、蛍光スペクトルを透過する特性を有するものを用いてもよい。

実施例１では、被照明面に配置された光変調素子の垂直走査方向にのみ並ぶ複数の被照射領域のそれぞれを独立に照明する場合について説明したが、光変調素子の垂直走査方向と水平走査方向の双方に複数並ぶ被照射領域のそれぞれを独立に照明してもよい。つまり、被照明面上に複数の被照明領域を２次元配置してもよい。この場合、第１のフライアイレンズの各レンズセルに入射する複数の平行光束は、実施例１と同様に、該レンズセルの光軸に平行な平行光束と図１（Ａ）中の上下方向に相当する方向にて該光軸に対して傾き角度を有する平行光束を含む。さらに、複数の平行光束は、図１（Ａ）の紙面に垂直な奥行き方向および各レンズセルの対角方向において該光軸に対して傾き角度を有する平行光束も含む。

図５（Ａ）には、垂直走査方向および水平走査方向に６つずつ並ぶように２次元配置された３６の被照明領域４−１〜４−３６を示している。この場合、第１のフライアイレンズ１の各レンズセルに入射する平行光束の数およびこれら平行光束を発する光源の数も、３６である。

本実施例では、水平走査方向に並ぶ６つの被照明領域（４−１〜４−６，４−７〜４−１２）を一組とし、垂直走査方向にて６組の被照明領域の照明のＯＮ／ＯＦＦを垂直同期信号の１周期内で順次切り替えることができる。これにより、実施例１と同様に、ホールドぼけを低減することができる。

さらに、本実施例では、図５（Ｂ）に示すように、被照明面４上において、局所的に一部の被照明領域の照明をＯＮしたり該照明の明るさ（照度）を変更したりすることで、投射画像のコントラストを高めることができる。図５（Ｂ）では、夜空に満月が光り、白い建物を照らしている入力画像（画像信号）を示している。この入力画像に対応する画像を投射表示する場合の被照明領域の照明状態を図５（Ｃ）に示す。

図５（Ｃ）では、満月の部分と白い建物の部分に対応する被照明領域の照明を高い照度でＯＮし、地面の部分に対応する被照明領域の照明を低い照度でＯＮし、夜空に相当する被照明領域の照明をＯＦＦ（またはきわめて低い照度で照明をＯＮ）している。

従来のプロジェクタでは、このような画像を表示する際には、夜空の黒い部分に、光学的または電気的なゴーストが存在して入力画像（画像信号）よりもコントラストが低下する問題があった。しかし、本実施例によれば、このような場合でも、入力画像の明るさを解析し、その結果に応じて光源の点灯／消灯（照明光束の入射／非入射）または光源の発光強度（照明光束の光量）を局所的に変えることで、高いにコントラストの画像を表示することができる。

次に、本発明の実施例４である照明光学系２０″について、図６を用いて説明する。本実施例の照明光学系２０″は、光源ユニット側から順に配置された、ダイクロイックミラー６、集光レンズ７、蛍光体８、集光レンズ１３、ロッドインテグレータユニット１１およびリレーレンズ群１２により構成されている。光源ユニット１０は、実施例２で説明したものと同じである。また、照明光学系２０″のうち、ダイクロイックミラー６、集光レンズ７および蛍光体８により構成される光源側光学系部分も、実施例２と同じである。

照明光学系２０″のうち被照明面側光学系部分は、ロッドインテグレータユニット１１とリレーレンズ群１２とにより構成されている。ロッドインテグレータユニット１１は、図７にも示すように、複数（３つ）のロッドインテグレータ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが複数（３つ）の被照明領域４ａ，４ｂ，４ｃの領域分割方向（光変調素子の垂直走査方向）に並べられて構成されている。各ロッドインテグレータは、４つの内部反射面により囲まれた直方体形状のロッド部における両端（照明光学系２０"の光軸方向での両端）に入射面と出射面とを備えている。

各ロッドインテグレータは、ガラスやプラスチック等の透光性部材により形成されている。３つのロッドインテグレータ１１Ａ〜１１Ｃのうち互いに隣り合うロッドインテグレータ（１１Ａと１１Ｂ、１１Ｂと１１Ｃ）間には、１００μｍ以下（好ましくは２０μｍ以下、更に好ましくは１〜７μｍ程度）の間隙（空気層）が設けられている。なお、この間隙は必ずしも空気で満たされていなくともよく、ロッドインテグレータ（透光性部材）の屈折率に対して十分に屈折率が低い材料を用いた接着剤等、ロッドインテグレータ内で全反射が生じる条件を満たせればよい。

ダイクロイックミラー６で反射した３つの照明光束（平行光束）はそれぞれ、集光レンズ１３に入射して集光され、３つのロッドインテグレータ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの入射面上に光源像を形成する。各ロッドインテグレータの入射面上に光源像を形成した照明光束は、そのロッドインテグレータのロッド部を内面反射しながら通過して出射面から出射する。３つのロッドインテグレータ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射した照明光束はそれぞれ、リレーレンズ群１２を通過し、被照明面４上の異なる被照明領域に照射されて結像する。

本実施例でも、光源ユニット１０の３つの光源５Ａ，５Ｂ，５Ｃの状態を垂直同期信号の１周期内で順次切り替えることで、動画表示時のホールドぼけを低減することが可能になる。

なお、ロッドインテグレータは、フライアイレンズとは異なり、出射面を隙間なく配置することは困難である。このため、リレーレンズ群１２の少なくとも一部のレンズの光軸方向の位置を変更可能とする機構を設けるとよい。この機構により、３つのロッドインテグレータ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから出射した照明光束の被照明面４上への照射領域の位置およびサイズのうち少なくとも一方を変更し、被照明面４上において被照明領域に隙間が生じないようにすることが好ましい。

なお、上記実施例２，３では、光源ユニットの発光素子としてレーザーダイオードを用いる場合について説明したが、これに代えてＬＥＤ等の他の発光素子を用いてもよい。また、レーザーダイオードを用いる場合でも、蛍光体を用いずに、レーザー光を直接、照明光学系に入射させてもよい。

また、上記各実施例では、第１および第２のフライアイレンズ１，２が互いに同じ形状のレンズセルを有する場合について説明した。しかし、第１のフライアイレンズ１のレンズセルで光束を圧縮したり偏心させたりすることで、第２のフライアイレンズ２が第１のフライアイレンズ１とは異なるレンズセルの形状を有してもよい。

さらに、実施例４では、ロッドインテグレータが直方体形状を有する場合について説明したが、出射面側に向かって細くなるテーパー形状を有していてもよい。

また、上記各実施例において、コンデンサーレンズやリレーレンズ群を構成するレンズの枚数、形状、配置等は、適宜変更が可能である。

また、上記各実施例では、照明光学系を画像投射装置に用いた場合について説明したが、該照明光学系は、被照明面における複数の被照明領域を独立して照明する画像投射装置以外の装置にも用いることができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

動画表示特性に優れた画像投射装置を提供できる。

１ 第１のフライアイレンズ
２ 第２のフライアイレンズ
４ 被照明面
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 光源
１０ 光源ユニット
２０，２０′，２０″ 照明光学系

Claims (15)

1. 光源ユニットに含まれる複数の光源が発する複数の光束のそれぞれを、被照明面における複数の被照明領域のそれぞれに導く照明光学系であって、
   前記照明光学系は、前記光源ユニットと前記被照明面との間にあるインテグレータ光学系を備えており、
   前記インテグレータ光学系は、前記光源ユニット側から順に配置され、それぞれ複数のレンズセルを含む第１のレンズアレイおよび第２のレンズアレイを含み、
   前記照明光学系は、前記複数の光源の状態の変化に応じて、前記複数の被照明領域の照明状態を変化させるように構成されており、
   前記複数の光源から発せられて前記第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した前記複数の光束は、前記第２のレンズアレイにおける複数のレンズセルを通過して前記複数の被照明領域に導かれる、
   ことを特徴とする照明光学系。
2. 前記複数の光源は第１の光源を含んでおり、
   前記インテグレータ光学系は、前記第１の光源からの光束を複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束を前記被照明面上で重ね合わせるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記光源の状態は、前記光源の点灯および消灯であり、
   前記被照明領域の照明状態は、前記被照明領域の照明および非照明であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
4. 前記光源の状態は、前記光源の発光強度であり、
   前記被照明領域の照明状態は、前記被照明領域の照度であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
5. 前記光源ユニットは、互いに異なる角度で前記第１のレンズアレイに光束を入射させる第１のサブユニットおよび第２のサブユニットを含んでおり、
   前記第１のサブユニットから発せられて前記第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した光束と、前記第２のサブユニットから発せられて前記第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した光束とが前記第２のレンズアレイにおける互いに異なるレンズセルに入射することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の照明光学系。
6. 前記第１のサブユニットから発せられて前記第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した光束と、前記第２のサブユニットから発せられて前記第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した光束とが前記第２のレンズアレイにおける互いに隣接するレンズセルに入射することを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記各レンズセルは、前記各被照明領域と相似な形状を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の照明光学系。
8. 前記複数の被照明領域が並ぶ方向を領域分割方向とし、前記第１のレンズアレイにおける前記領域分割方向での前記レンズセルのピッチをｐとし、該レンズセルの焦点距離をｆとするとき、前記複数の光源からの前記複数の光束は、互いに隣接する前記光束間において、
   θ＝ａｔａｎ（ｐ／ｆ）
   なる角度をなして前記第１のレンズアレイの同一のレンズセルに入射し、該複数の光束は前記第２のレンズアレイにおける前記領域分割方向にて相互に隣接する複数のレンズセルを通過して前記複数の被照明領域に照射されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の照明光学系。
9. 前記照明光学系は、前記第１および第２のレンズアレイのうち少なくとも一方の位置を変更可能とする機構を有し、
   該少なくとも一方のレンズアレイの位置の変更によって、前記被照明面における前記各光束の照射領域の位置およびサイズのうち少なくとも一方が変更されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の照明光学系。
10. 前記照明光学系は、前記第２のレンズアレイを通過した前記各光束を集光するコンデンサーレンズを含み、
    前記コンデンサーレンズの位置を変更可能とする機構を有し、
    前記コンデンサーレンズの位置の変更によって、前記被照明面における前記各光束の照射領域の位置およびサイズのうち少なくとも一方が変更されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の照明光学系。
11. 前記照明光学系は、複数の波長変換素子と、
    前記光源からの光束を前記複数の波長変換素子に導くとともに、前記複数の波長変換素子からの光束を前記第１のレンズアレイに導く導光手段とを有し、
    前記複数の波長変換素子は、前記光源からの光束を波長の異なる変換光に変換するとともに、前記変換光を射出することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明光学系。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の照明光学系と、
    前記被照明面に配置され、画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、
    該光変調素子により変調された光を投射する投射光学系と、
    前記複数の被照明領域の照明状態が該被照明領域ごとに変更されるように前記複数の光源の状態を前記光源ごとに制御する制御手段とを有することを特徴とする画像投射装置。
13. 前記複数の被照明領域は、前記光変調素子の垂直走査方向に並んでおり、
    前記制御手段は、前記画像信号の垂直同期信号の１周期内で、点灯する前記光源と消灯する前記光源とを順次変更することを特徴とする請求項１２に記載の画像投射装置。
14. 前記複数の被照明領域は、前記光変調素子の水平走査方向および垂直走査方向のそれぞれに複数並んでおり、
    前記制御手段は、前記複数の光源の状態を、該光源ごとに、前記画像信号の明るさに応じて制御することを特徴とする請求項１２に記載の画像投射装置。
15. 画像信号に応じて光を変調する光変調素子と、光源ユニットに含まれる複数の光源から発せられる複数の光束を前記光変調素子における複数の被照明領域のそれぞれに導くとともに、前記光源ユニットと前記光変調素子との間に前記光源ユニット側から順に配置され、それぞれ複数のレンズセルを含む第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイを含み、前記複数の光源から発せられて前記第１のレンズアレイにおける同一のレンズセルを通過した前記複数の光束を前記第２のレンズアレイにおける複数のレンズセルを通過させて前記複数の被照明領域に導くように構成された照明光学系と、前記光変調素子により変調された光を投射する投射光学系とを有する画像投射装置の制御方法であって、
    前記複数の被照明領域の照明状態が該被照明領域ごとに変更されるように前記複数の光源の状態を前記光源ごとに制御する制御方法。