(57)【要約】    【課題】  各映像の端部の光量分布が連続的に滑らかに減少し、各映像を繋ぎ合わせたとき、全体の映像の光量分布にムラが少なく、全体の映像を良好なる光量分布で観察することができる投射型表示装置を得ること。    【解決手段】  照明装置から出射した光束で照明された画像表示素子に基づく映像を投射レンズで投射する投射型表示装置において、該照明装置は、第１のピッチで配列された複数の微小レンズを含み、光源手段から出射した光束を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、第２のピッチで配置された複数の微小レンズを含み、前記複数の光束を分割する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を該画像表示素子上で重畳する重畳手段と、該投射レンズによって投射された映像において第１の方向の端部の輝度を低下させるため、該第１、第２のレンズアレイの間の光路中に挿脱可能に設けられた遮光手段とを有していること。【選択図】    図１
2010256674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置から出射した光束で照明された画像表示素子に基づく映像を投射レンズで投射する投射型表示装置において、該照明装置は、第１のピッチで配列された複数の微小レンズを含み、光源手段から出射した光束を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、第２のピッチで配置された複数の微小レンズを含み、前記複数の光束を分割する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を該画像表示素子上で重畳する重畳手段と、該投射レンズによって投射された映像において第１の方向の端部の輝度を低下させるため、該第１、第２のレンズアレイの間の光路中に挿脱可能に設けられた遮光手段とを有し、該第１のレンズアレイは該画像表示素子と光学的に共役な位置に配置されており、該投射レンズによって投射された該第１の方向の映像の幅をＸ、該遮光手段によって投射された映像の第１の方向の輝度を低下させた映像の領域の幅をＹ、該第１、第２のレンズアレイの微小レンズの該第１の方向の配列ピッチを各々Ａｉ、Ｐｉ、該第１のレンズアレイから該遮光手段までの距離をＤとするとき、
０．７ｘ（ＬＹ／（Ｘ（Ｐｉ／Ａｉ＋Ｙ／Ｘ）））≦Ｄ≦１．３ｘ（ＬＹ／（Ｘ（Ｐｉ／Ａｉ＋Ｙ／Ｘ）））
なる条件を満足することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記遮光手段は１つの開口部と１つの遮光部を１組の遮光部材とするとき、複数の遮光部材が前記第１の方向に配列されていることを特徴とする請求項１の投射型表示装置。
【請求項３】
前記遮光部材は前記第１の方向に配列された複数の遮光部より成り、該複数の遮光部は、各々第１の方向に独立に可動であることを特徴とする請求項１又は２の投射型表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項の投射型表示装置を複数有し、各投射型表示装置で投射された各映像の第１の方向の端部を互いに繋ぎ合わせて広い映像を作成することを特徴とする画像合成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は投射型表示装置に関し、例えば液晶パネル（画像表示素子）に基づく投射像原画（画像表示素子）をスクリーン面上に拡大投影するプロジェクターに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネル等の画像表示素子に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした投射型表示装置（画像投射装置）（プロジェクター）が種々と提案されている。これらのプロジェクターでは、大画面の映像（投射画像）を得るために、ライトバルブ（画像表示素子）に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し、投写レンズ（投射光学系）によりスクリーン上に拡大投写している。又、複数の投写型表示装置を使用して、各投射型表示装置で各映像をそれぞれ投射し、各映像の端部を互いに繋ぎ合わせて広い映像を作成するようにした投射型表示装置システムが知られている（特許文献１、２）。
【０００３】
これら、特許文献１、２の表示型投射装置では、投射レンズとスクリーンの間に投射が面の水平方向の周辺部にいくにつれて投射画像の透過率（明るさ）が段階的あるいは連続的に低くなるような濃度傾斜光遮蔽板（フィルタ）を配置している。これによって、複数の投射型表示装置から投射された映像を繋ぎ合わせて観察するときの繋ぎ合わせた領域の映像に光量分布のムラが少なくなるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2000-352763号公報
【特許文献２】特開2002-148713号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微小な球面レンズが２次元的に配列されたレンズアレイを含んだ照明装置を用いたときの投射レンズの瞳は図８のように光量分布が不連続となっている。このような照明装置を含む投射型表示装置を複数用いて、各投射型表示装置から投射された映像を繋ぎ合わせたときの繋ぎ合わせる境界部分の輝度ムラを軽減する方法が知られている。しかしながら、投射レンズとスクリーンとの間に遮光板を配置すると、図８に示すような光量分布の瞳が形成されるため、映像面端部の輝度が階段状の分布になってしまう。
【０００６】
図９は、このときの投射面上における投射画像の光量分布が階段状になってしまうことの説明図である。図９において、投射レンズの瞳に３つの同じ量の光点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が形成され、その他には光点がないとする。図９（Ａ）に示すように、遮光板１０１を投射レンズとスクリーン（投射面）Ｓとの間に配置したとする。そうすると、点Ｑ２には光点Ｌ１、Ｌ２からの光束が入射し、点Ｑ１には光点Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３からの光束が入射し、点Ｑ３には光点Ｌ１からの光束が入射し、その結果、スクリーンＳ上では、図９（Ｂ）のような階段状の光量分布になる。
【０００７】
このような階段状の分布をなくすために特許文献１、２ではスクリーンの周辺部にいくにつれて透過率が段階的あるいは連続的に低くなるようなフィルタを配置している。しかしながら、複数の濃度の異なるＮＤフィルタを位置をずらしながら貼り合せて構成するのは製作が難しい。
【０００８】
本発明は、複数の投写型表示装置を用いて、各投射型表示装置から投射した各映像の端部を互いに繋ぎ合わせて構成される大きな映像全体の輝度を均一にすることが可能な投射型表示装置の提供を目的とする。特に本発明は、各映像の端部の光量分布が連続的に滑らかに減少し、各映像を繋ぎ合わせたとき、全体の映像の光量分布にムラが少なく、全体の映像を良好なる光量分布で観察することができる投射型表示装置の提供を目的とする。もちろん、本発明の目的は映像を繋ぎ合わせる投射型表示装置のみに限定されるものではなく、映像の周辺部の輝度を違和感無く（見やすい状態で）下げることが可能な投射型表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の投射型表示装置は、照明装置から出射した光束で照明された画像表示素子に基づく映像を投射レンズで投射する投射型表示装置において、該照明装置は、第１のピッチで配列された複数の微小レンズを含み、光源手段から出射した光束を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、第２のピッチで配置された複数の微小レンズを含み、前記複数の光束を分割する第２のレンズアレイと、前記複数の光束を該画像表示素子上で重畳する重畳手段と、該投射レンズによって投射された映像において第１の方向の端部の輝度を低下させるため、該第１、第２のレンズアレイの間の光路中に挿脱可能に設けられた遮光手段とを有し、該第１のレンズアレイは該画像表示素子と光学的に共役な位置に配置されており、該投射レンズによって投射された該第１の方向の映像の幅をＸ、該遮光手段によって投射された映像の第１の方向の輝度を低下させた映像の領域の幅をＹ、該第１、第２のレンズアレイの微小レンズの該第１の方向の配列ピッチを各々Ａｉ、Ｐｉ、該第１のレンズアレイから該遮光手段までの距離をＤとするとき、
０．７ｘ（ＬＹ／（Ｘ（Ｐｉ／Ａｉ＋Ｙ／Ｘ）））≦Ｄ≦１．３ｘ（ＬＹ／（Ｘ（Ｐｉ／Ａｉ＋Ｙ／Ｘ）））
なる条件を満足することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各映像の端部の光量分布が連続的に滑らかに減少し、各映像を繋ぎ合わせたとき、全体の映像の光量分布にムラが少なく、全体の映像を良好なる光量分布で観察することができる投射型表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１の要部断面図
【図２】図１の遮光板の説明図
【図３】図１において遮光板を光路中に配置したときの要部断面図
【図４】図３においてＡ方向からみたときの遮光板の説明図
【図５】図１の一部分の拡大説明図
【図６】図１のスクリーン面上での光量分布の説明図
【図７】本発明の実施例２の遮光板の説明図
【図８】投影レンズの瞳面上の光量分布の説明図
【図９】投射レンズとスクリーンとの間に遮光板を挿入した場合のスクリーン面上の光量分布の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の投射型表示装置は、照明装置から出射した光束で照明された画像表示素子に基づく映像を投射レンズ（投射光学系）スクリーン面等に投射する。照明装置は、光源手段から出射した光束を複数の微小レンズを一定のピッチで配列したレンズアレイより成る第１、第２のレンズアレイで複数の光束に分割している。そして、第１、第２のレンズアレイで分割された複数光束をコンデンサーレンズ等の重畳手段で液晶パネル等の画像表示素子上に重畳し、照明している。
【００１３】
図１は本発明の実施例１の投射型表示装置（プロジェクター）の要部概略図である。図１の投射型表示装置では、照明装置１０１から出射した光束で照明した画像表示素子６を投射光学系７（投射レンズ）でスクリーンＳ上に投射する状態を示している。ここでは、画像表示素子６として透過型液晶パネルを用いているが、透過型液晶パネルに限らず、例えば反射型液晶パネルであっても良い。
【００１４】
図１には、説明を容易にするため投射型表示装置の基本的な構成部品のみを示している。実際には、例えば特開2005-164838号公報や特開2007-079029号公報等に開示されているように、光源手段１から出射した無偏光光を直線偏光光に変換する偏光変換素子がアレイ状に配置された偏光変換素子アレイが配置されている。更に、熱線カットフィルタや、偏光板等が光路中に配置されている。
【００１５】
図１において、水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光源手段（ランプ発光部）１から射出した光束のうち、放物面リフレクタ２によって反射された光束は、平行光束となって射出される。この平行光束は、光束を分割する第１のレンズアレイである第１フライアイレンズ（微小な球面レンズ３１が２次元的に第１のピッチで複数配列されたレンズアレイ）３によって複数の光束に分割され及び集光される。第１フライアイレンズ３で分割された各々の分割光束は、微小レンズ４１が２次元的に第２のピッチで配列された第２のレンズアレイである第２フライアイレンズ４近傍に集光され、複数の光源手段１の像（２次光源像）を形成する。第１フライアイレンズ３および第２フライアイレンズ４は、光束を分割する分割手段を構成している。これらのフライアイレンズ３、４を構成する微小レンズ３１、４１は、被照明面である画像表示素子（液晶パネル）６と相似の形状をした矩形状をしている。
【００１６】
遮光板（遮光手段）８は図１に示すように第１フライアイレンズ３と第２フライアイレンズ４の間の光路中に出し入れ可能（挿脱可能）になっている。第２フライアイレンズ４を射出した複数の分割光束は、重畳手段を構成するコンデンサーレンズ５によって画像表示素子（液晶パネル）６を重畳的に照明している。画像表示素子６の映像は投射レンズ（投射光学系）７によって、スクリーンなどの被投射面Ｓに拡大投射される。
【００１７】
次に図１の遮光板８の構成及び作用について説明する。遮光板８は図２に示すように矩形状の開口部８１と遮光部８２が一方向（第１の方向）に交互に配置された形状をしている。即ち遮光板８は１つの開口部８１と１つの遮光部８２を１組の遮光部材とするとき、複数の遮光部材が一方向に配列されている。遮光板８は、投影レンズ７によって投射された映像の一方向の端部の輝度を低下させるため、第１、第２の光束分割手段３、４との間の光路中に着脱に装着可能に設けられる。
【００１８】
遮光板８は図３に示すように、第１フライアイレンズ３と第２フライアイレンズ４の光路中に挿入されている場合、光出射側のＡ方向から見ると図４のようになっている。第１フライアイレンズ３は第２フライアイレンズ４とコンデンサーレンズ５を介し、画像表示素子６と光学的に共役又は略共役な位置に配置されており、第１フライアイレンズ３を構成している微小レンズ３１のそれぞれの像が画像表示素子６に重畳して結像する。
【００１９】
図５は図３の遮光板８近傍の拡大説明図である。図５に示すように、第１フライアイレンズ３と第２フライアイレンズ４の距離（光軸方向の距離）をＬとする。第１フライアイレンズ３の微小レンズ３１の一方向（第１の方向）の配列ピッチをＡｉとする。第２フライアイレンズ４の微小レンズ４１の一方向の配列ピッチをＰｉとする。第１フライアイレンズ３と遮光板８までの距離をＤとする。
【００２０】
図６はスクリーンＳ上での光量分布の説明図である。図６において、遮光板８が光路中にない場合、スクリーンＳ上での光量分布は実線１となる。遮光板８を挿入したとき、第２フライアイレンズ４の微小レンズ４１に向かう光の第１フライアイレンズ３の微小レンズ３１に相当するスクリーンＳ面上での光量分布は点線２となる。スクリーンＳ上で輝度が徐々に低下する領域をＢｉとすると三角形の相似から
Ｂｉ＝  Ｐｉ  ｘ  Ｄ／（Ｌ−Ｄ）    ・・・（１）
と表される。
【００２１】
第１フライアイレンズ３の微小レンズ３１と画像表示素子６は光学的に略共役であり、画像表示素子６上の映像を投射レンズ８を介して、スクリーンなどの被投射面Ｓに拡大投影されている。このため、投影像（スクリーンＳ）と第１フライアイレンズ３の微小レンズ３１は光学的に略共役である。そのため、投影レンズ８によって投射された映像（微小レンズ３１の投影像となる）の幅をＸ、遮光手段８によって輝度を低下させた映像の端部の幅をＹとすると
Ｘ  ：  Ｙ  ＝  Ａｉ  ：  Ｂｉ
の関係が成立する。
【００２２】
式（１）を使って変形すると
Ｄ  ＝  ＬＹ／（Ｘ（Ｐｉ／Ａｉ＋Ｙ／Ｘ））    ・・・（２）
となり、投影レンズ７によって投射された映像の一方向の幅がＸの際、遮光手段８によって投射された映像の一方向の領域の幅Ｙだけ輝度を低下させたい場合、遮光手段８を距離Ｄの位置に挿入すればよいことを（２）式は表している。しかしながら製造誤差、あるいは製造誤差をあらかじめ考慮して、第１フライアイレンズ３の小レンズの像が画像表示素子６に対し、大きくなったり小さくなったりする。そのため
０．７ｘ（ＬＹ／（Ｘ（Ｐｉ／Ａｉ＋Ｙ／Ｘ）））  ≦  Ｄ  ≦  １．３ｘ（ＬＹ／（Ｘ（Ｐｉ／Ａｉ＋Ｙ／Ｘ）））          ・・・（３）
なる条件を満足する位置に遮光手段８を挿入できるようにしておけば、前述の製造誤差等にも対応できる。
【００２３】
第１フライアイレンズ３の微小レンズ３１のピッチＡｉと第２フライアイレンズ４の微小レンズ４１のピッチＰｉは同一でも異なっていても良い。図５に示すように本実施例において、遮光板８の開口部８１と遮光部８２の配列方向（Ｘ方向）における遮光部８２の配列方向の幅をＤｘとする。このとき、
（Ｂｉ／Ｄｘ）＝（Ｌ／Ｌ−Ｄ）
が成立する。これより、距離Ｄと遮光部８２の幅Ｄｘとの関係は、
Ｄ＝（Ｌ／（Ｂｉ−Ｄｘ））／Ｂｉ
となる。ここで距離Ｄを（３）式に代しても良い。
【００２４】
本実施例では、投影像の左右方向の輝度を低下させているが、遮光板８を光軸を回転軸として９０度回転させた遮光板を設け、第１フライアイレンズ３の微小レンズの上下方向を遮光し、投影像の上下方向の輝度を低下させることも可能である。
【００２５】
本実施例では遮光手段として１枚の遮光板を設けているが、複数枚設けて、左右、上下方向の輝度を同時に低下させることも可能である。本実施例では光束分割手段３、４として球面レンズが２次元的に配列されたレンズアレイを用いたが、１次元的に配列されたレンズアレイを用いた場合でも、レンズが配列されている方向に開口部と遮光部が配列している遮光板を用いれば同様の効果が得られる。また実施例１では遮光手段として、複数の遮光部８２が一体となっている遮光板８を設けたが、遮光部がそれぞれ別体で、遮光部が、それぞれで一方向に可動になっていても良い。
【００２６】
図７に実施例２の遮光手段９を示す。遮光手段９を構成する各々の遮光部９１の形状以外は実施例１と同じである。各々の遮光部９１は一方向（Ｘ方向）に独立に移動可能となっている。第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４によって分割された光束はコンデンサーレンズ５によって画面表示素子６に重畳される。このとき、コンデンサーレンズ５の球面収差等により画面表示素子６上の小レンズの像が、小レンズ毎に位置ずれを起こしてしまう。
【００２７】
実施例２のように遮光部９１が各々別体で、遮光部９１が、それぞれ独立で一方向に可動であると、列あるいは段毎または個別で遮光手段９の挿入位置を変えることで、上記の位置ずれ等の問題にも対応できる。
【００２８】
以上のように各実施例によれば、複数の投射型表示装置からの各映像の端部の光量分布が連続的に滑らかに減少する。投射型表示装置を複数有し、各映像を繋ぎ合わせたとき、全体の映像の光量分布にムラが少なく、広い映像を作成することができ、全体の映像を良好なる光量分布で観察することができる画像合成装置が得られる。
【符号の説明】
【００２９】
１    光源手段、２    リフレクタ、３    第１フライアイレンズ、４    第２フライアイレンズ、５    コンデンサーレンズ、６    画像表示素子、７    投射レンズ、８    遮光板、９    遮光板、Ｓ    スクリーン
【図１】
2010256674.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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