(57)【要約】【課題】映像信号に応じて、ライトバルブに照射される光の照度むらを発生させずに光量調整を連続的に行うことが容易であり、コントラストの十分な映像を常に表示することが可能な投写型表示装置を得ることを目的とする。【解決手段】本発明の投写型表示装置は、ライトバルブ２と、ライトバルブ２に照射する光を発生する光源３ａと、光源３ａからライトバルブ２に至る光路上に配置され、第１のレンズアレイ４ａと第２のレンズアレイ４ｂを有するインテグレータレンズ４と、光路上であって第１のレンズアレイ４ａと第２のレンズアレイ４ｂとの間に配置された光量調整機構９と、を備え、光量調整機構９は、先端部であって第２のレンズアレイ４ｂの光軸に接するレンズセルに対応する領域に開口部が形成され、第２のレンズアレイ４ｂの光軸に接する一つのレンズセルに対応する当該開口部の領域が三角形状である一対の観音扉状に回動する遮光体を有する。【選択図】図５
2010048926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライトバルブと、
前記ライトバルブに照射する光を発生する光源と、
前記光源から前記ライトバルブに至る光路上に配置され、前記光源からの照度分布を均一化するための、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイを有するインテグレータレンズと、
前記光路上であって前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとの間に配置され、前記ライトバルブに照射される光量を調整するための光量調整機構と、を備え、
前記光量調整機構は、
先端部であって前記第２のレンズアレイの光軸に接するレンズセルに対応する領域に開口部が形成され、前記第２のレンズアレイの光軸に接する一つのレンズセルに対応する当該開口部の領域が三角形状である一対の観音扉状に回動する遮光体を有する、投写型表示装置。
【請求項２】
前記第１のレンズアレイの出射面の位置をｋ、前記第２のレンズアレイの入射面の位置をｎ、前記第１のレンズアレイの出射面と前記第２のレンズアレイの入射面の中間地点をｍとし、
前記光軸方向に対して直交する前記レンズセルの長軸方向をｘ軸、前記光軸方向に対して直交する前記レンズセルの短軸方向をｙ軸としたとき、
前記ｍから前記ｎの間に前記遮光体が位置する場合、
前記遮光体の開口部の前記三角形状は、前記第２のレンズアレイの前記レンズセルのｘ軸と接する辺を底辺とし、前記レンズセルの前記底辺と対向する辺の中心より光軸から離れる方向に頂点を有する、請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記第２のレンズアレイの前記レンズセルの長軸方向の長さをｄ３０、前記遮光体の開口部の三角形状の頂点と前記ｙ軸との法線距離をｓとした場合、
２×ｄ３０／３≦ｓ≦ｄ３０
の関係を満たす、請求項２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記開口部は、前記第２のレンズアレイの光軸に接するレンズセル以外のセルに対応する領域を含み、
前記光軸方向に対して直交する前記レンズセルの長軸方向をｘ軸、前記光軸方向に対して直交する前記レンズセルの短軸方向をｙ軸としたとき、
前記遮光体の開口部輪郭線は、前記ｘ軸と平行でない形状からなる、請求項１から３のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記遮光体の開口部輪郭線は、三角形状を有し、前記三角形状の頂点より前記ｙ軸から離れる方向に行くに従い、前記遮光体の先端部は、前記遮光体の先端部と前記ｘ軸との法線距離が小さくなる、請求項４に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置に関し、特に光量調整機構を備えた投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置の一つとして投写型表示装置が開発され、実用化されている。従来の投写型表示装置では、誘導光学系や投写レンズ等の光学系を構成する様々な光学要素で光漏れおよび迷光（不要光）が生じていた。従って、特に暗い室内で映像をスクリーン上に投写した場合など、暗い映像が十分暗くならないため、十分なコントラストが得られず臨場感に欠けるという問題があった。特に、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、光の偏光特性に応じて透過光を遮断するという液晶ライトバルブの特性から、完全に透過光を遮断することができず、映像信号処理による対応にも限界があり、コントラスト向上の要請が強い。
【０００３】
上述のような問題に対しては、スクリーン等に投写される映像のコントラストの向上を図るために、例えば、遮光板を第１のレンズアレイと第２のレンズアレイの間に配置し、映像信号に応じて平板上の遮光板を回動させることにより、ライトバルブに照射される光量を映像信号に応じて制御するものがある（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００５−０２６８３５号公報（第５１頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の光量調整機構を備えた投写型表示装置においては、第１のレンズアレイから出射された光量を最も遮光する場合において、第２のレンズアレイのうち、光軸Ｃに接するレンズセル以外にも第２のレンズアレイに到達する光が存在する。従って、従来の投写型表示装置ではより高いコントラストを得ることが困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、映像信号に応じて、ライトバルブに照射される光の照度むらを発生させずに光量調整を連続的に行うことが容易であり、コントラストの十分な映像を常に表示することが可能な投写型表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の投写型表示装置は、ライトバルブと、前記ライトバルブに照射する光を発生する光源と、前記光源から前記ライトバルブに至る光路上に配置され、前記光源からの照度分布を均一化するための、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイを有するインテグレータレンズと、前記光路上であって前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとの間に配置され、前記ライトバルブに照射される光量を調整するための光量調整機構と、を備え、前記光量調整機構は、先端部であって前記第２のレンズアレイの光軸に接するレンズセルに対応する領域に開口部が形成され、前記第２のレンズアレイの光軸に接する一つのレンズセルに対応する当該開口部の領域が三角形状である一対の観音扉状に回動する遮光体を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の投写型表示装置によれば、光源から出射された光束のうち、第２のレンズアレイに到達する光量が少ないレンズセルのみ光を通過させるため、他のレンズセルに光を到達させた場合と比較して、光量調整時の最大遮光量を増加させ、ライトバルブに到達する光量を低減することが可能となる。さらに、遮光体の形状を考慮することにより、最大遮光時の照度むらを発生させずに光量調整を連続的に行うことが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１における液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置２０の照明光学系１の構成を示した図である。図１に示すように、照明光学系１は、ライトバルブ２と、ライトバルブ２に光を照射するための光源系３と、光源系３からライトバルブ２に至る光の光路上に配置されたインテグレータレンズ４と、インテグレータレンズ４の後段に配置された偏光変換素子５と、偏光変換素子５の後段に配置されたコンデンサレンズ６と、コンデンサレンズ６の後段に配置されたフィールドレンズ７と、フィールドレンズ７の後段に配置された偏光板８と、光路上に配置された光量調整系９と、を備えている。
【００１０】
尚、投写型表示装置２０は、ライトバルブ２の後段に配置された投写光学系１０と、投写光学系１０の後段に配置されたスクリーン１１とを更に備える。図１では、１色の光の光路に関する構成を示しているが、赤、緑、青の各色について構成１〜９を備え、光合成素子（図示せず）によって各色の画像光を合成してから投写光学系１０によってスクリーン１１に投写させるようにしてもよい。
【００１１】
次に、上述した各構成について説明する。ライトバルブ２は、本実施の形態では液晶ライトバルブを用いているが、ＤＭＤ（Digital Micro-Mirror Device）や、反射型液晶表示素子を用いたものでもよい。
【００１２】
光源系３は、ライトバルブ２に光を照射するために備えられ、光源３ａと光源３ａから出射された光を反射によってインテグレータレンズ４に照射させる反射鏡３ｂとから構成される。
【００１３】
光源３ａは、一般的に、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、その他の発光デバイスでもかまわない。例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、レーザ、無電極放電ランプなどを用いてもよい。
【００１４】
反射鏡３ｂは、放物面や楕円面に形成されているが、光が偏光変換素子５に集光すればどのような形状、構造であってもよく、特に限定されるものではない。例えば、インテグレータレンズ４に入射させる光を光軸Ｃと略並行にする場合、反射鏡３ｂの形状を放物面にするか、または楕円面の場合は略平行にすべく、光源系３とインテグレータレンズ４との間に凹レンズを配置するなどすればよい（図１６参照）。
【００１５】
インテグレータレンズ４は、光源系３とライトバルブ２との間の光路上に配置され、光源系３からライトバルブ２に照射する光の照度分布を均一化する。インテグレータレンズ４は、第１のレンズアレイ４ａと、第１のレンズアレイ４ａの後段側に離間配置された第２のレンズアレイ４ｂとから構成される。各レンズアレイ４ａ、４ｂはともに、複数の凸レンズ（レンズセル）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４ａの各凸レンズと第２のレンズアレイ４ｂ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。
【００１６】
偏光変換素子５は、偏光変換素子５に入射した光を１種類の直線偏光光に変換して出射するものであり、ｘ軸方向に適当な間隔をあけて配置されている。図２は、本発明の実施の形態１における偏光変換素子５の構成を示した図である。図２に示すように、偏光変換素子５は、光軸Ｃ方向（ｚ方向）に対して傾斜（例えば、４５度）させて配置した複数の偏光分離膜５ａと、偏光分離膜５ａ間であって光軸Ｃ方向（ｚ方向）に対して傾斜（例えば、４５度）させて配置した複数の反射膜５ｂと、偏光変換素子５のライトバルブ２側の面上であって偏光分離膜５ａを透過した光が照射される部分にλ／２位相差板５ｃとから構成されている。
【００１７】
偏光変換素子５に入射した光は、偏光分離膜５ａによってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｐ偏光光は偏光分離膜５ａを透過し、λ／２位相差板５ｃにてｓ偏光光に変換されて偏光変換素子５から出射される。一方、ｓ偏光光は偏光分離膜５ａで反射し、反射膜５ｂで反射した後に偏光変換素子５から出射される。従って、偏光変換素子５から出射される光は、概ねｓ偏光光となる。なお、偏光変換素子５から出射される光を、概ねｐ偏光光とするためには、偏光分離膜５ａを透過したｐ偏光光が照射される部分にλ／２位相差板５ｃを配置せずに、反射膜５ｂを反射したｓ偏光光が照射される部分にλ／２位相差板５ｃを配置すればよい。
【００１８】
光量調整系９（光量調整機構）は、光路上に配置され、光源系３からライトバルブ２に照射する光の光量を調整する。光量調整系９は、第１のレンズアレイ４ａと第２のレンズアレイ４ｂとの間に配置された一対の観音扉上に回動する遮光体である回動機構９ａと、ライトバルブ２に入力される映像信号を検知し、検知結果からライトバルブ２に照射される光量の相対光量比を算出する信号検知部９ｂと、信号検知部９ｂにより算出された相対光量比に基づいて回動機構９ａの回動を制御する回動制御部９ｃとを備える。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１における投写型表示装置の回動機構９ａの形状の一例を示した図である。図３に示すように、回動機構９ａは遮光体９Ｔおよび９Ｂから構成され、遮光体９Ｔおよび９Ｂの先端部は、光の通過を制限する凹状部９ｇ（開口部）が切り欠いて形成されている。本実施の形態では、遮光体９Ｔおよび９Ｂの先端部であって第２のレンズアレイ４ｂの光軸に接するレンズセルに対応する領域に開口部が形成される。凹状部９ｇは、凹状曲線形状あるいは三角形状であってもよく、本実施の形態では、第２のレンズアレイ４ｂの光軸に接する一つのレンズセルに対応する当該開口部の領域が三角形状である。なお、図１および図３より回動機構９ａは、第２のレンズアレイ４ｂの方向に遮光体９Ｔおよび９Ｂを回動することにより光量を減少させて光量調整を行うが、第１のレンズアレイ４ａの方向に遮光体９Ｔおよび９Ｂを回動することにより光量を減少させて光量調整を行っても構わない。
【００２０】
この様に構成された投写型表示装置２０は、光源３ａからの出射光は、光軸Ｃと略並行な光となって第１のレンズアレイ４ａに入射し、第１のレンズアレイ４ａの各凸レンズ（セル）毎に分割されて、第２のレンズアレイ４ｂの対応する凸レンズを通過する。そして、第２のレンズアレイ４ｂを通過した光は、偏光変換素子５を通過して概ねｓ偏光光に変換され、次いでコンデンサレンズ６を通過することによりライトバルブ２上に分割された光が重畳され照度分布が均一化される。また、第１のレンズアレイ４ａの各凸レンズのうち、光軸Ｃ付近あるいは接する凸レンズ（セル）から出射される主光線は、コンデンサレンズ６を通過した後、フィールドレンズ７により再び光軸Ｃと略並行な光となって、偏光板８により偏光変換素子５で偏光変換されたｓ偏光光のみが通過させられてライトバルブ２に照射され、ライトバルブ２で生成された映像が投写光学系１０を介してスクリーン１１に投写される。
【００２１】
その際、信号検知部９ｂによってライトバルブ２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、スクリーン１１上の映像のコントラストが向上する様に回動機構９ａが制御される（即ち、後述する各遮光体９Ｔ，９Ｂが光路上に稼動されて、ライトバルブ２に照射される光の光量が増減調整される）。
【００２２】
次に、コントラストの調整について説明する。映像信号の輝度が高い映像を表示する場合には、第２のレンズアレイ４ｂに向かう光を遮光せず、映像信号の輝度が低い映像を表示する場合には、第２のレンズアレイ４ｂに向かう光を映像信号の輝度の低さに応じた量だけ遮光する。具体的な例としては、映像信号の輝度の相対値が１００％である明るい映像信号の場合には、回動機構９ａによって、第２のレンズアレイ４ｂに向かう光を遮光せず（すなわち、０％遮光し）、ライトバルブ２に照射される光の相対光量比を１００％とする。
【００２３】
また、映像信号の輝度の相対値が２０％である映像信号の場合には、回動機構９ａによって、第２のレンズアレイ４ｂに向かう光を８０％遮光して、ライトバルブ２に照射される相対光量比を２０％とする。このように、相対光量比を調整することによって、表示映像の輝度を約５倍の細かさで調整することが可能となる。また、回動機構９ａの遮光によって相対光量比を低くすることで、輝度の相対値が０％である映像信号の場合には、回動機構９ａによって、第２のレンズアレイ４ｂに向かう光を８０％以上遮光して、十分に暗い映像を表示することができる。
【００２４】
このように回動機構９ａを制御することによって、コントラストの向上を図ることができる。すなわち、ライトバルブ２の透過率は概ね一定であることから、ライトバルブ２に照射する光量を回動機構９ａによって少なくすることにより、スクリーン１１に投写する映像を暗くすることが可能となる。なお、映像信号の輝度の相対値と、ライトバルブ２に照射される光の相対光量比との関係は、上記関係に限定されず、映像信号の輝度の相対値が高いほど相対光量比を大きくするようにした他の関係を持たせるようにしてもよい。
【００２５】
次に、回動機構９ａの制御に基づいたライトバルブ２上の相対光量比の変化について説明する。図４は、図３に示す回動機構９ａの形状における回動角度と相対光量比との関係を示した図である。回動機構９ａの回動角度を２度ごととした。なお、図３において、光軸Ｃに接している第２のレンズアレイ４ｂのレンズセル３０の長辺（ｘ軸方向の辺）の長さをｄ３０とした場合、間隔ｄ３１、ｄ３２、ｄ３３、ｄ３４との関係は、ｄ３１＝ｄ３２＝ｄ３３＝ｄ３４＝ｄ３０／２である。また、光軸Ｃ方向に対して直交して水平方向をｘ軸、光軸Ｃ方向に対して直交して垂直方向をｙ軸として以下説明する。
【００２６】
図４に示す４０は、図３において遮光体９Ｔ、９Ｂに凹状部９ｇを形成しない場合、つまり先端部が直線の場合の回動角度と相対光量比との関係を示したグラフである。一方、４１は、図３に示す遮光体９Ｔ、９Ｂの形状における回動機構９ａの回動角度と相対光量比の関係を示したグラフである。図４より、４０は、４箇所平坦部が存在するが、４１は、４０と比較すると概ね滑らかであり、光量調整を滑らかに行うことが可能であることがわかる。従って、遮光体９Ｔ、９Ｂに凹状部９ｇを形成することにより、滑らかに光量調整を行うことが可能となる。
【００２７】
図５および図６は、凹状部９ｇの三角形状の頂点が図３の形状とは異なる回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの形状を示した図である。図５の回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの形状は、光軸Ｃに接している第２のレンズアレイ４ｂのレンズセル５０の長辺の長さをｄ５０とした場合、間隔ｄ５１、ｄ５４の関係は、ｄ５１＝ｄ５４＝ｄ５０である。図６の回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの形状は、光軸Ｃに接している第２のレンズアレイ４ｂのレンズセル６０の長辺の長さをｄ６０とした場合、間隔ｄ６２、ｄ６３の関係は、ｄ６２＝ｄ６３＝ｄ６０である。このような図５および図６に示す遮光体を用いた場合であっても、図４の４１に示すように滑らかな光量調整を行うことが可能である。
【００２８】
次に、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの形状とライトバルブ２上の照度分布との関係について説明する。図７は、遮光体９Ｔ、９Ｂの配置場所を示した図である。ｄ７０ａ、ｄ７０ｂ、ｄ７１はそれぞれ間隔を表しており、ｄ７０ａ＝ｄ７０ｂ、２×ｄ７０ａ＝ｄ７１である。図９は、遮光体９Ｔ、９Ｂを閉じて最大遮光した状態で図７に示すｌ地点に配置した場合に、図３、図５、図６の遮光体９Ｔ、９Ｂの形状におけるライトバルブ２上の照度分布を示した図である。図９（ａ）は、遮光体９Ｔ、９Ｂの形状が図３の場合の照度分布を示した図であり、図９（ｂ）、図９（ｃ）は、それぞれ遮光体９Ｔ、９Ｂの形状が図５、図６の場合の照度分布を示した図である。なお、図９は、２５６階調のグレースケールで表している。
【００２９】
ｌ地点が第１のレンズアレイ４ａの出射面とｍ地点との間に位置している理由は、第１のレンズアレイ４ａとライトバルブ２が共役関係にあり、第１のレンズアレイ４ａ近傍に遮光体９Ｔ、９Ｂを配置した場合、先端部の形状がライトバルブ２に結像し、照度むらが生じるためである。つまり、第１のレンズアレイ４ａの出射面近傍に遮光体９Ｔ、９Ｂを配置することは、ライトバルブ２上に照度むらが発生するため好ましくない。よって、第１のレンズアレイ４ａの出射面から第２のレンズアレイ４ｂよりの位置にｌ地点をおいた。
【００３０】
ここで、上述した第１のレンズアレイ４ａとライトバルブ２との共役関係について説明する。図８は、ライトバルブ２の中心から逆光線追跡を行った光の軌跡を概念的に示した図である。８０は光の軌跡を示し、８１の領域は８０の光が結像する位置を示している。図８より、第１のレンズアレイ４ａ近傍の像がライトバルブ２に結像することが確認できる。つまり、上述したようにライトバルブ２と第１のレンズアレイ４ａ入射面近傍は共役関係にあることがわかる。
【００３１】
図９より、図９（ａ）の場合、９０の領域が暗く照度むらがスクリーン１１上で観察されることがわかる。ただし、９０の領域が狭いため、後述する図５および図６の遮光体９Ｔ、９Ｂを用いたとき（図９（ｂ）、（ｃ）のとき）と比較すると照度むらが少ない。図９（ｂ）の場合、９１の領域が暗く、領域の範囲も広いため、照度むらとしてスクリーン１１上で観察されることとなる。図９（ｃ）の場合、９２の領域がライン上に明るい領域となっており、照度むらとしてスクリーン１１上で観察されることとなる。
【００３２】
以上より、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｌ地点に配置した場合、図３の形状、つまり、三角形状の頂点が第２のレンズアレイ４ｂのレンズセル３０の長辺の中心位置に位置する場合（三角形状は、レンズセル３０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺の中心位置に頂点を有する場合）が照度分布の均一を考慮するうえで好ましい。ここで、ライトバルブ２はスクリーン１１と共役関係にあるため、ライトバルブ２上の照度分布が均一であれば、スクリーン１１上の照度分布も均一となる。
【００３３】
図１０は、遮光体９Ｔ、９Ｂを閉じて最大遮光した状態で図７に示すｍ地点に配置した場合に、図３、図５、図６の遮光体９Ｔ、９Ｂの形状におけるライトバルブ２上の照度分布を示した図である。図１０は、２５６階調のグレースケールで表している。図１０（ａ）は、遮光体９Ｔ、９Ｂの形状が図３の場合の照度分布を示した図であり、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）は、それぞれ遮光体９Ｔ、９Ｂの形状が図５、図６の場合の照度分布を示した図である。
【００３４】
図１０より、図１０（ａ）の場合、照度分布が均一であることが確認できる。図１０（ｂ）の場合、１０１の領域が暗く、領域の範囲も広いため、照度むらとしてスクリーン１１上で観察されることとなる。図１０（ｃ）の場合、１０２の領域が広範囲ではないが暗くなっているため、照度むらとしてスクリーン１１上で観察されることとなる。
【００３５】
以上より、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｍ地点に配置した場合、図３の形状、つまり三角形状の頂点が、第２のレンズアレイ４ｂのレンズセル３０の長辺の中心位置に位置する場合（三角形状は、レンズセル３０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺の中心位置に頂点を有する場合）が最も好ましい。
【００３６】
図１１は、遮光体９Ｔ、９Ｂを閉じて最大遮光した状態で図７に示すｎ地点に配置した場合に、図３、図５、図６の遮光体９Ｔ、９Ｂの形状におけるライトバルブ２上の照度分布を示した図である。図１１は、２５６階調のグレースケールで表している。図１１（ａ）は、遮光体９Ｔ、９Ｂの形状が図３の場合の照度分布を示した図であり、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）は、それぞれ遮光体９Ｔ、９Ｂの形状が図５、図６の場合の照度分布を示した図である。
【００３７】
図１１より、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）共にライトバルブ２上の照度分布が均一であることが確認できる。中でも図１１（ｃ）が最もライトバルブ２上の照度分布の均一性が高い。以上より、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｎ地点に配置した場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置に関わらず、ライトバルブ２上の照度むらは生じない。
【００３８】
次に、ライトバルブ２上の照度分布の傾向を定量的に確認する。図１２は、図９で示したｘ軸であるライン９０ａ、９１ｂ、９２ｃ上における、ライトバルブ２のｘ方向の相対光量比を示した図である。横軸は、図９のライトバルブ２の横軸に対応する。図１２に示すように、１２０は９０ａ上における相対光量比、１２１は９１ｂ上における相対光量比、１２２は９２ｃ上における相対光量比をそれぞれ示している。一般的に、ライトバルブ２上（０〜Ｘ）における相対光量比が６０％以上であれば照度均一性に問題がないといえる。図１２より、いずれいおいてもライトバルブ２上（０〜Ｘ）において、相対光量比が６０％以下である。ただし、図１２の中では、１２０が最も均一性が高いことが確認できる。
【００３９】
図１３は、図１０で示したｘ軸であるライン１００ａ、１０１ｂ、１０２ｃ上におけるライトバルブ２のｘ方向の相対光量比を示した図である。横軸は、図１０のライトバルブ２の横軸に対応する。図１３に示すように、１３０は１００ａ上における相対光量比、１３１は１０１ｂ上における相対光量比、１３２は１０２ｃ上における相対光量比をそれぞれ示している。図１３より、１３０のみ相対光量比が６０％以上であり、ライトバルブ２上の照度分布が均一であることが確認できる。１３２に関しては、０およびＸの位置の相対光量比が小さく、スクリーン１１上に照度むらが僅かに観察される。従って、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｍ地点に配置した場合、図３の形状、つまり三角形状の頂点が、第２のレンズアレイ４ｂのレンズセル３０の長辺の中心位置に位置する場合（三角形状は、レンズセル３０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺の中心位置に頂点を有する場合）が最も好ましく、スクリーン１１上の照度分布は均一となる。
【００４０】
図１４は、図１１で示したｘ軸であるライン１１０ａ、１１１ｂ、１１２ｃ上におけるライトバルブ２のｘ方向の相対光量比を示す。横軸は、図１１のライトバルブ２の横軸に対応する。図１４に示すように、１４０は１１０ａ上における相対光量比、１４１は１１１ｂ上における相対光量比、１４２は１１２ｃ上における相対光量比をそれぞれ示している。図１４より、いずれにおいてもライトバルブ２上（０〜Ｘ）において、相対光量比が６０％以上である。ただし、１４２に関しては、相対光量比が概ね７０％以上であり、最も均一性が高いと考えられる。従って、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｎ地点に配置した場合、図６の形状、つまり、三角形状の頂点が、第２のレンズアレイ４ｂのレンズセル６０の長辺の中心位置から光軸Ｃ方向に位置する場合（三角形状は、レンズセル６０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺のｙ軸に接する位置に頂点を有する場合）が最も好ましく、スクリーン１１上の照度分布は均一となる。
【００４１】
以上より、投写型表示装置に照度分布の均一性を得るためには、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂが、第１のレンズアレイ４ａの出射面と第２のレンズアレイ４ｂの入射面との間（図７のｍ位置）に配置された場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図３に示すようにレンズセル３０の長辺方向の中心位置であることが好ましい。また、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂが、第１のレンズアレイ４ａの出射面より第２のレンズアレイ４ｂの入射面側（図７のｎ位置）に配置された場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図６に示すようにレンズセル６０の長辺方向の中心位置より光軸Ｃ側であることが好ましい。
【００４２】
次に、第１レンズアレイ４ａと第２レンズアレイ４ｂとの照度分布の関係について説明する。図１５は、第１のレンズアレイ４ａの出射面の照度分布および第２のレンズアレイ４ｂの入射面の照度分布を示した図である。図１５は、２５６階調のグレースケールで表している。なお、光軸Ｃに接しない各レンズセルは最大遮光時において、遮光体９Ｔ、９Ｂにより遮光されることから、照度分布は図１５（ａ）の１５０ａおよび１５０ｂの領域のみを示す。図１５（ｂ）は、第１のレンズアレイ４ａの出射面の照度分布を示しており、光軸Ｃ付近が暗くなっていることが確認できる。
【００４３】
なお、図１６に示すように凹状部が１６１のように穴となっているため、図１５（ｂ）の光軸Ｃ付近の照度分布は暗くなる。図１６は、光源３ａから出射した光が反射鏡３ｂで反射されている様子をシミュレーションで示した図である。反射鏡３ｂは楕円面とし、光源系３から出射した光を凹レンズ１６０によって並行にしている。一般的に、光軸Ｃ付近には光源のバルブが存在し、１６１はバルブによる凹状部を示している。この凹状部により、その真後ろ部分では反射鏡とならないため、第１レンズアレイ４ａの光軸Ｃ付近の光量が比較的低くなる。
【００４４】
図１５（ｂ）の１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄの領域から出射した光は、図１５（ｃ）の１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄの領域に集光される。従って、第１のレンズアレイ４ａの光軸Ｃから離れた位置を出射した光は、第２のレンズアレイ４ｂの光軸Ｃ付近に集光することが確認できる。
【００４５】
以上より、ライトバルブ２上の照度分布を均一化するためには、図１５の照度分布の明部をできる限り遮ることを避ける必要がある。つまり、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂが第１のレンズアレイ４ａの出射面と第２のレンズアレイ４ｂの入射面との間（図７のｍ地点）に配置された場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図３に示すようにレンズセル３０の長辺方向の中心位置であること（三角形状は、レンズセル３０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺の中心位置に頂点を有する場合）が好ましい。
【００４６】
また、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂが、第１のレンズアレイ４ａの出射面より第２のレンズアレイ４ｂの入射面側（図７のｎ位置）に配置された場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図６に示すようにレンズセル６０の長辺方向の中心位置より光軸Ｃ側であること（三角形状は、レンズセル６０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺のｙ軸と接する位置に頂点を有する場合）が好ましい。
【００４７】
また、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂが、第１のレンズアレイ４ａの出射面より第２のレンズアレイ４ａの出射面側（図７のｌ位置）に配置された場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図５に示すようにレンズセル５０の長辺方向の中心位置より光軸Ｃから離れる方向であること（三角形状は、レンズセル５０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺のｙ軸と接する位置と反対の位置に頂点を有する場合）が好ましいと考えられる。
【００４８】
次に、上述した図３，５，６に示す遮光体とは異なる形状の遮光体を用いたときの照度分布および相対光量比について説明する。図１７は、図３において、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置がｄ３１＝ｄ３４、ｄ３２＝ｄ３３、ｄ３１×３＝ｄ３２とし、遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｌ地点に配置した場合のライトバルブ２上の照度分布およびｘ軸であるライン１７０上におけるｘ方向の相対光量比を示した図である。横軸は、図１７（ａ）のライトバルブ２の横軸に対応する。なお、照度分布は２５６階調のグレースケールで表している。
【００４９】
図１７（ａ）より、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と比較してライトバルブ２上の照度分布が均一であることが確認できる。また、ｘ方向の相対光量比に関しては、図１２より、相対光量比が全ての場合で６０％以下であったが、１７１より、０〜Ｘの範囲において６０％以上の相対光量比であることが確認できる。従って、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂが、第１のレンズアレイ４ａの出射面より第２のレンズアレイ４ｂの出射面側（図７のｌ位置）に配置された場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図５に示すようにレンズセル５０の長辺方向の中心位置より光軸Ｃから離れる方向であること（三角形状は、レンズセル５０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺の中心より光軸から離れる方向に頂点を有する場合）が好ましい。ただし、レンズセル５０の長辺方向の中心位置から離れすぎるとライトバルブ２上で照度むらが生じる。
【００５０】
次に、光量調整について説明する。回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの凹状部を、光軸Ｃに接する第２のレンズアレイ４ｂのレンズセルに対応させることにより、最大遮光時（第２のレンズアレイ４ｂに到達する光量を最小としたとき）にライトバルブ２に到達する光量が少なくなる。図１８は、第２のレンズアレイ４ｂの各レンズセルを通過する光の光量をシミュレーションによって算出し、算出結果を各レンズセルに数値として示した図である。なお、第２のレンズアレイ４ｂは上下左右が対称であるため第１象限部分を代表させて示し、かつ第１象限全体を１００％に正規化して示している。
【００５１】
図１８より、Ｈ１行に対応しているレンズセルの中で最も通過する光量が少ないレンズセルは、光軸Ｃに接する座標｛Ｈ１、Ｖ１｝のレンズセルであることが確認できる。従って、最大遮光時（第２のレンズアレイ４ｂに到達する光量を最小としたとき）にライトバルブ２に到達する光量を少なくするためには、座標｛Ｈ１、Ｖ１｝のレンズセル以外のＨ１行のレンズセルを遮光することが好ましい。
【００５２】
ここで、図８を参照すると、第２のレンズアレイ４ｂの周縁のセルを出射した光は、大きい入射角度を持ってライトバルブ２に入射することになる。しかし、ライトバルブ２の特性により、ライトバルブ２に入射する光の入射角度が大きくなるに従ってコントラストが低下するため、入射角度の小さい部分に開口部を形成することで、コントラストの低下を防止することが好ましい。従って、入射角度が最も小さい座標｛Ｈ１、Ｖ１｝に開口部を形成することが好ましい。さらに、Ｈ１行に位置する座標｛Ｈ１、Ｖ２｝および座標｛Ｈ１、Ｖ３｝と比較して光量が最も小さいことからも座標｛Ｈ１、Ｖ１｝に開口部を形成することが好ましい。これは、第２，３，４象限部分についても同様である。
【００５３】
表１は、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の照度分布の場合のライトバルブ２に到達する相対光量比を示した表である。なお、図９（ａ）を１００％とした。
【００５４】
【表１】
2010048926.tif 000003
【００５５】
表１より、ライトバルブ２に到達する相対光量比が最も小さいのは、図１１（ｂ）であることが確認できる。また、図１１（ｂ）のライトバルブ２上の照度分布および図１４の１４１より、スクリーン１１上で照度むらは観察されない。つまり、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂが、第１のレンズアレイ４ａの出射面より第２のレンズアレイ４ｂの入射面側（図７のｍ〜ｎ位置）に配置された場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図５に示すようにレンズセル５０の長辺方向の中心位置より光軸Ｃから離れる方向とした場合（三角形状は、レンズセル５０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺のｙ軸と接する位置と反対の位置に頂点を有する）、コントラストが最もよく、スクリーン１１上で照度むらは観察されないこととなる。なお、図７のｍ〜ｎ位置としたのは、表１の図１０（ｂ）の相対光量比が２番目に小さかったからである。
【００５６】
また、上述した内容は、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点の位置を第２のレンズアレイ４ｂのレンズセルの中心と端（光軸Ｃ側および光軸Ｃと反対側）の場合に関して述べたが、図１７のように第２のレンズアレイ４ｂのレンズセルの中心と端の間に回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点を配置しても（三角形状は、レンズセル５０のｘ軸と接する辺を底辺とし、底辺と対向する辺の中心より光軸から離れる方向に頂点を有する）、同様の効果が得られる。
【００５７】
図１９は、図３において、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置がｄ３１＝ｄ３４、ｄ３２＝ｄ３３、ｄ３１×２＝ｄ３２とし、遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｍ地点に配置した場合のライトバルブ２上の照度分布およびｘ軸であるライン１８０上におけるｘ方向の相対光量比を示した図である。なお、照度分布は２５６階調のグレースケールで表している。１８１より、０〜Ｘの範囲において６０％以上の相対光量比であることが確認できる。つまり、遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｍ地点に配置した場合に、スクリーン１１上に照度むらを発生させずに高いコントラストを得るための最適な遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置は、図３において、ｄ３１＝ｄ３４、ｄ３２＝ｄ３３、ｄ３１×２＝ｄ３２となる。
【００５８】
従って、ライトバルブ２に到達する光量を小さく、かつスクリーン１１上で照度むらが発生しなくするためには、遮光体９Ｔ、９Ｂを図７のｍからｎの間に配置し、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置ｓ（ｙ軸からの法線距離、図３参照）が以下の範囲内を満足することが好ましい。
【００５９】
【数１】
2010048926.tif 000004
【００６０】
さらに、遮光体９Ｔ、９Ｂの配置位置をｘ（ｍ−ｎ間に配置する、図７参照）、遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置ｓ（ｙ軸からの法線距離、図３参照）とした場合、遮光体９Ｔ、９Ｂの配置位置に対する最適な遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点位置ｓは以下の式で表される。
【００６１】
【数２】
2010048926.tif 000005
【００６２】
以上より、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂを三角形状とすることにより、スクリーン１１上に照度むらを発生させることなく、連続的に光量調整を行うことが可能であり、かつ高いコントラストを得ることが可能となる。
【００６３】
また、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの三角形状の頂点を選択しなくとも、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂを第１のレンズアレイ４ａの出射面より第２のレンズアレイ４ｂの入射面側（図７のｍ〜ｎ）に配置すれば、スクリーン１１上に照度むらを発生させることなく、連続的に光量調整を行うことが可能であり、かつ高いコントラストを得ることが可能となる。
【００６４】
＜実施の形態２＞
図２０は、本発明の実施の形態２における液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の照明光学系１ｂの構成を示した図である。構成は実施の形態１と同様のため便宜上説明を省略する。図２１は、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの開口部の一例を示した図である。回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部（開口部輪郭線）の形状を第２のレンズアレイ４ｂのレンズセルの長辺（ｘ軸）と平行な先端部が存在しない形状としている。
【００６５】
図２２は、ライトバルブ２上にライン上の色むらが生じやすい位置に回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部が配置された場合を示した図である。図８より、第１のレンズアレイ４ａの入射面とライトバルブ２は共役関係にある。従って、第２のレンズアレイ４ｂを通過する光量が少ない場合（例えば、図２２）、ライトバルブ２上にライン上の色むらが生じることがある（図２３参照）。つまり、第２のレンズアレイ４ｂのＨ２行目のレンズセルのｙ方向の曲率中心位置に回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部が配置されると、先端部がレンズセルの長辺方向と平行である部分が多いほどライトバルブ２上にライン上の色むらが生じやすくなる。ここで、図２３は、図２２に示すように第２のレンズアレイ４ｂのＨ２行目のレンズセルのｙ方向の曲率中心位置に回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部を配置し、遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部に凹状部を形成せず、先端部がレンズセルの長辺方向と平行である場合にライトバルブ２上に生じるライン上の色むらの一例を２５６階調のグレースケールで表した図である。
【００６６】
回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部を図２１のように形成することにより、ライトバルブ２上にライン上の色むらを生じにくくすることが可能となる。さらに、光軸Ｃから離れるに従って、遮光領域を多くすることにより、ライトバルブ２の入射特性の影響によるコントラストの低下を極力抑えることが可能となる。従って、図２４のように、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部が光軸Ｃから離れるにつれて、通過光を多くする形状を避けることにより、ライトバルブ２上に生じるライン上の色むらを生じさせずにかつ、コントラストの低下を極力抑えることが可能となる。
【００６７】
実施の形態１において、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部が図５の場合、図２２に示す位置に遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部が配置された場合、スクリーン１１上にライン上の色むらが観察される可能性があるため、第２のレンズアレイ４ｂのｙ方向曲率中心位置に遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部が配置されないように制御することが好ましい。
【００６８】
なお、実施の形態１において、回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部が図５の場合、スクリーン１１上にライン上の色むらが観察される可能性がある。その場合、実施の形態２に示すように回動機構９ａの遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部の形状を第２のレンズアレイ４ｂのレンズセルの長辺と平行な先端部が存在しない形状とすることにより、遮光体９Ｔ、９Ｂの先端部の位置を前段のように制御する必要がなくなり制御範囲が広がる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の照明光学系の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１における偏光変換素子の構成を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の回動機構の一例を示した図である。
【図４】図３に示す回動機構の形状における回動角度と相対光量比との関係を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の回動機構の一例を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の回動機構の一例を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の遮光体の配置場所を示した図である。
【図８】投写型表示装置のライトバルブの中心から逆光線追跡を行ったときの光の軌跡を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の遮光体をｌ地点に配置した場合のライトバルブ上の照度分布を示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の遮光体をｍ地点に配置した場合のライトバルブ上の照度分布を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の遮光体をｎ地点に配置した場合のライトバルブ上の照度分布を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の遮光体が図９に示す場合のライトバルブ上の相対光量比を示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の遮光体が図１０に示す場合のライトバルブ上の相対光量比を示した図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の遮光体が図１１に示す場合のライトバルブ上の相対光量比を示した図である。
【図１５】第１のレンズアレイの出射面の照度分布および第２のレンズアレイの入射面の照度分布を示した図である。
【図１６】光源から出射した光が反射鏡で反射されている様子をシミュレーションで示した図である。
【図１７】本発明の実施の形態１における投写型表示装置のライトバルブ上の照度分布および相対光量比を示した図である。
【図１８】投写型表示装置の第２のレンズアレイの各レンズセルを通過する光の光量を示した図である。
【図１９】本発明の実施の形態１における投写型表示装置のライトバルブ上の照度分布および相対光量比を示した図である。
【図２０】本発明の実施の形態２における液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置の照明光学系の構成を示した図である。
【図２１】本発明の実施の形態２における投写型表示装置の回動機構の一例を示した図である。
【図２２】回動機構の遮光体の先端部を第１のレンズアレイ付近に配置した場合を示した図である。
【図２３】回動機構の遮光体が図２１の場合に生じるライン上の色むらの一例を示した図である。
【図２４】本発明の実施の形態２における投写型表示装置の回動機構の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  照明光学系、２  ライトバルブ、３  光源系、３ａ  光源、３ｂ  反射鏡、４  インテグレータレンズ、４ａ  第１のレンズアレイ、４ｂ  第２のレンズアレイ、５  偏光変換素子、６  コンデンサレンズ、７  フィールドレンズ、８  偏光板、９  光量調整系、９ａ  回動機構、９ｂ  信号検知部、９ｃ  回動制御部、１０  投写光学系、２０  投写型表示装置。
【図１】
2010048926.tif 000006
【図２】
2010048926.tif 000007
【図３】
2010048926.tif 000008
【図４】
2010048926.tif 000009
【図５】
2010048926.tif 000010
【図６】
2010048926.tif 000011
【図７】
2010048926.tif 000012
【図８】
2010048926.tif 000013
【図１２】
2010048926.tif 000014
【図１３】
2010048926.tif 000015
【図１４】
2010048926.tif 000016
【図１６】
2010048926.tif 000017
【図１８】
2010048926.tif 000018
【図２０】
2010048926.tif 000019
【図２１】
2010048926.tif 000020
【図２２】
2010048926.tif 000021
【図２４】
2010048926.tif 000022
【図９】
2010048926.tif 000023
【図１０】
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【図１１】
2010048926.tif 000025
【図１５】
2010048926.tif 000026
【図１７】
2010048926.tif 000027
【図１９】
2010048926.tif 000028
【図２３】
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