(57)【要約】【課題】照射範囲の重畳度合いが異なる領域間の境界線を目立たなくする。【解決手段】光源ユニット３０からの照明光が１枚目のレンズアレイ３４に入射すると、１枚目のレンズアレイ３４の各レンズ３４ａがそれぞれ擬似光源を形成し、これら各擬似光源からの照明光が２枚目のレンズアレイ３４の向かい合うレンズ３４ａに入射する。そして、２枚目のレンズアレイ３４の各レンズ３４ａを出射した各擬似光源からの照明光が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に重畳して照射される。２枚目のレンズアレイ３４には、振動装置４０が接続されている。振動装置４０は、２枚目のレンズアレイ３４を上下に振動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光を画像形成素子に照射し、画像形成素子により形成された画像光を投映するプロジェクタに用いられるプロジェクタ用照明装置において、
前記光源と、前記照明光の光軸とは垂直な面内に複数のレンズが配列されたレンズアレイとを有し、各レンズに入射した照明光を重畳させて前記画像形成素子に照射する照明光学系と、
前記レンズアレイを、前記光軸とは垂直な面内で振動させる振動装置とを備えたことを特徴とするプロジェクタ用照明装置。
【請求項２】
前記各レンズからの照明光の照射範囲が前記画像形成素子よりも大きく、かつ、前記各レンズの形状が前記画像形成素子の形状に対して横長と縦長とのいずれかとなるように前記照明光学系を構成するとともに、
前記振動装置は、前記各レンズが前記画像形成素子の形状に対して横長である場合、前記レンズアレイを縦方向に振動させ、前記各レンズが前記画像形成素子の形状に対して縦長である場合、前記レンズアレイを横方向に振動させることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ用照明装置。
【請求項３】
前記振動装置は、前記レンズアレイの各レンズの振動方向の長さの０．５％以上、１．５％以下の範囲で前記レンズアレイを振動させることを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタ用照明装置。
【請求項４】
前記振動装置は、画像光が投映される領域の振動方向の長さの０．５％以上、１．５％以下の範囲で前記レンズアレイを振動させることを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタ用照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに用いられるプロジェクタ用照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源からの照明光を画像形成素子に照射して、画像形成素子により形成された画像をスクリーンに投映するプロジェクタが広く知られている。画像形成素子としては、画素毎に照明光の透過量を制御することによって画像を形成する液晶素子や、画素毎に照明光の反射方向を制御することによって画像を形成するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）などが用いられるが、これらいずれを用いた場合も、画像形成素子に照射する照明光に照射ムラがあると、投映画像にも画像ムラが生じてしまう。このため、画像形成素子を照明する照明光を均斉化するための各種工夫がなされている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１記載の装置では、複数のレンズを２次元配列したレンズアレイを、照明光の光軸に対して垂直に挿入し、各レンズに入射した照明光を画像形成素子に重畳させて照射することで照明光を均斉化している。また、この装置では、２組のレンズアレイを光軸に沿って並べて配置するとともに、レンズアレイ間の距離を変化させることによって、照明光の照射範囲を変化させている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、主光源で不足する赤色光を補うために補助光源としてレーザー光源を用いるとともに、レーザー光のスペックルノイズを視認されにくくするためにレーザー光を振動させる例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９６５８３号公報
【特許文献２】特開２００５−０１０７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述のようにレンズアレイを用いて照明光を均斉化する方法では、レンズアレイの各レンズから出射した照明光の照射範囲を完全に一致させることは非常に難しく、各レンズの照射範囲は互いにずれた状態で重畳される。そして、照射範囲の重畳度合い（重畳数）が異なる領域間の境界線が画像形成素子上に存在すると、この境界線が目立ってしまうといった問題があった。また、この境界線が画像形成素子上に存在しないように予め各レンズの照射範囲を大きく設定すると、画像形成素子以外の範囲に照射される照明光が多くなり光量が低下してしまうといった問題があった（図６参照）。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、光量を低下させることなく照射範囲の重畳度合いが異なる領域間の境界線を目立たなくすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のプロジェクタ用照明装置は、光源からの照明光を画像形成素子に照射し、画像形成素子により形成された画像光を投映するプロジェクタに用いられるプロジェクタ用照明装置において、前記照明光の光軸とは垂直な面内に複数のレンズが配列されたレンズアレイを有し、各レンズに入射した照明光を重畳させて前記画像形成素子に照射する照明光学系と、前記レンズアレイを、前記光軸とは垂直な面内で振動させる振動装置とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
前記各レンズからの照明光の照射範囲が前記画像形成素子よりも大きく、かつ、前記各レンズの形状が前記画像形成素子の形状に対して横長と縦長とのいずれかとなるように前記照明光学系を構成するとともに、前記振動装置は、前記各レンズが前記画像形成素子の形状に対して横長である場合、前記レンズアレイを縦方向に振動させ、前記各レンズが前記画像形成素子の形状に対して縦長である場合、前記レンズアレイを横方向に振動させることが好ましい。
【００１０】
また、前記振動装置は、前記レンズアレイの各レンズの振動方向の長さ、または、画像光が投映される領域の振動方向の長さの０．５％以上、１．５％以下の範囲で前記レンズアレイを振動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レンズアレイを振動させるようにしたので、照射範囲の重畳度合いが異なる領域の境界線が画像形成素子上に存在しても、この境界線を目立たなくできる。このため、照射範囲の重畳度合いが異なる領域の境界線が画像形成素子上に存在しないように予め各レンズの照射範囲を大きく設定する従来の装置と比較して、各レンズの照射範囲を小さくできるので、光量が低下することもない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プロジェクタの構成図である。
【図２】照明装置の構成図である。
【図３】レンズアレイ及びレンズアレイの各レンズの形状を示す説明図である。
【図４】照射範囲が液晶素子上で重畳される様子を示す説明図である。
【図５】照射範囲の重畳度合いが異なる境界線のうち横方向に延びる境界線が視認し難くなる様子を示す説明図である。
【図６】照射範囲の重畳度合いが異なる境界線が液晶素子上に存在しないように、照射範囲を大きく設定した例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すように、液晶プロジェクタ１０は、照明装置１２を備えている。照明装置１２は、後述するように均斉化された白色の照明光を照射する。照明装置１２からの照明光は、青色光透過／他色光反射のダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４を透過した青色光Ｂは、ミラー１６の反射により液晶素子１８Ｂに入射する。ダイクロイックミラー１４で反射された照明光は、赤色光透過／緑色光反射のダイクロイックミラー２０により赤色光と緑色光に分離され、反射された緑色光Ｇは、液晶素子１８Ｇに入射する。ダイクロイックミラー２０を透過した赤色光Ｒは、リレーレンズ２１とミラー２２とを介して液晶素子１８Ｒに入射する。
【００１４】
液晶素子１８Ｂ〜Ｒは、同様の構成をしており、例えば、１６：９のアスペクト比を有する矩形の板状に形成され、各画素に対応する位置に透過型の液晶素子が封入されている。周知のように、各液晶素子１８Ｂ〜Ｒは、画素毎の透過光量を制御することによって各色の画像光を生成する。各液晶素子１８Ｂ〜Ｒにより生成された各色の画像光はダイクロイックプリズム２４に入射され、ダイクロイックプリズム２４に設けられたダイクロイック膜２４ａ、２４ｂの分光透過／反射特性により合成され、フルカラーの画像光となって出射面２４ｃから出射する。そして、この画像光は投映レンズ２６を通してスクリーン２８に投映される。
【００１５】
図２に示すように、照明装置１２は、照明光学系３２を備えており、照明光学系３２には、光源ユニット３０が設けられている。光源ユニット３０は、超高圧水銀ランプなど高輝度の白色光源３０ａと、光源３０ａからの照明光を照明光学系３２へ向けて反射するリフレクタ３０ｂと、照明光学系３２へ向かう照明光から赤外線や紫外線をカットするフィルタ３０ｃとから構成される。
【００１６】
また、照明光学系３２には、同様の構成をした２枚のレンズアレイ３４と、照明レンズ３６とが設けられている。レンズアレイ３４は、複数のレンズ３４ａがマトリクス状に配列されたものであり、光源ユニット３０からの照明光の光軸に対して垂直となるように並べて配置される。照明光学系３２は、２枚のレンズアレイ３４の向かい合うレンズ３４ａにより、１枚のレンズアレイに配列されたレンズと同数の複数の擬似光源を形成する。そして、各擬似光源からの照明光を、照明レンズ３６を介して液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に重畳して照射する。なお、液晶素子１８Ｂ、Ｇと、液晶素子１８Ｒとでは、照明装置１２までの距離が異なっているが、リレーレンズ２１の作用により、各擬似光源からの照明光が全ての液晶素子１８Ｂ〜Ｒに対して同じ範囲に照射されるようになっている（図１参照）。
【００１７】
このように、照明光学系３２では、各擬似光源からの照明光を液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に重畳して照射するが、前述のように各擬似光源からの照明光の照射範囲を完全に一致させることは非常に困難であり、各擬似光源からの照明光の照射範囲は互いにずれた状態で重畳される。このため、照射範囲の重畳度合いが異なる領域間に境界線が形成される。そして、この境界線が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在すると投影画像に画像ムラが生じてしまう。また、この境界線が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在しないように、各擬似光源からの照明光の照射範囲を十分に大きく設定すると、液晶素子１８Ｂ〜Ｒ以外の範囲に照射される照明光が多くなるので光量が低下してしまう（図６（Ｂ）、（Ｃ）参照）。
【００１８】
このような問題を防止するために、照明装置１２には振動装置４０が設けられている。振動装置４０は、２枚目（液晶素子側）のレンズアレイ３４に接続されている。振動装置４０は、例えば、偏芯モータや圧電素子、ソレノイドなどから構成され、２枚目のレンズアレイ３４を上下に振動させる。このようにレンズアレイ３４を振動させると、各擬似光源からの照明光の照射範囲も上下に振動する。よって、図３に示すように、照射範囲の重畳度合いが異なる領域間の境界線のうち横方向に延びる境界線が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在していても、図４に示すように、境界線がぼやけて視認され難い。なお、図３、図４並びに、後述する図５（Ｂ）、図６（Ｂ）、（Ｃ）においては、各擬似光源からの照明光の照射範囲を細線で示し、液晶素子１８Ｂ〜Ｒを太線で示している。
【００１９】
なお、レンズアレイ３４の振動幅は自由に設定できるが、レンズ３４ａの縦方向の長さ（縦方向のセルピッチ）、または、スクリーン２８に投映される投映画像の縦方向の長さの１％程度であることが好ましい。具体的には、振動幅を「ΔＶ」、縦方向のセルピッチ（または、投映画像の縦方向の長さ）を「Ｖ」としたときに、「Ｖ×０．００５＜ΔＶ＜Ｖ×０．０１５」を満たすことが好ましい。
【００２０】
このように、照明装置１２では、照射範囲の重畳度合いが異なる領域間の境界線のうち横方向に延びる境界線がぼやけて視認され難い。このため、照明装置１２では、照射範囲の重畳度合いが異なる領域間の境界線のうち横方向に延びる境界線が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在することを許容し、これによりレンズアレイ３４や各レンズ３４ａの小型化、及び、各擬似光源からの照明光の照射範囲の小型化を実現している。
【００２１】
具体的には、図５（Ａ）に示すように、レンズアレイ３４及びレンズ３４ａを、液晶素子１８Ｂ〜Ｒと相似な形状に対して横長に形成し、同図（Ｂ）に示すように、各擬似光源からの照明光の照射範囲を、液晶素子１８Ｂ〜Ｒに対して横長としている。
【００２２】
また、図５（Ｂ）に示すように、横方向の照射範囲を液晶素子１８Ｂ〜Ｒよりも十分に大きく設定する一方で、縦方向の照射範囲が液晶素子１８Ｂ〜Ｒに対して大きくなり過ぎないようにしている。すなわち、照射範囲の重畳度合いが異なる領域間の境界線のうち縦方向に延びる境界線が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在しないようにしながら、横方向に延びる境界線が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在することを許容する構成としている（図３参照）。
【００２３】
このように、レンズアレイ３４及びレンズ３４ａを、液晶素子１８Ｂ〜Ｒと相似な形状に対して横長に形成（図５（Ａ）参照）することによって、例えば、図６（Ａ）に示すレンズアレイ５０及びレンズ５０ａのように、レンズアレイ及びレンズを液晶素子１８Ｂ〜Ｒと相似な形状とし、同図（Ｂ）に示すように、各擬似光源からの照明光の照射範囲も液晶素子１８Ｂ〜Ｒと相似な形状とする従来の構成と比較して、レンズアレイ及びレンズを縦方向に小型化できる。
【００２４】
また、横方向に延びる境界線が液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在することを許容し、縦方向の照射範囲が液晶素子１８Ｂ〜Ｒに対して大きくなり過ぎないようにすることによって（図５（Ｂ）、図３参照）、例えば、図６（Ｂ）に示すように、照射範囲を液晶素子１８Ｂ〜Ｒと相似形とし、同図（Ｃ）に示すように、縦方向に延びる境界線、及び、横方向に延びる境界線のいずれも液晶素子１８Ｂ〜Ｒ上に存在しないように縦横の照射範囲を十分に大きく設定する従来の構成と比較して、各擬似光源からの照明光の照射範囲を縦方向に小さくできるので、照射範囲内をより明るく照明できる。
【００２５】
以上のように、プロジェクタ１０は、レンズアレイを上下に振動させるようにしたので、各擬似光源からの照明光の照射範囲の重畳度合いが異なる領域間の境界線のうち、横方向に延びるものが液晶素子上に存在していても、これを視認し難い。このため、横方向に延びる境界線が液晶素子上に存在することを許容できる。これにより、従来の装置と比較してレンズアレイ及びレンズを縦方向に小型化できるとともに、照射範囲を縦方向に小さくできるので照射範囲内をより明るく照明できる。
【００２６】
なお、本発明は、レンズアレイを振動させて、境界線を視認されにくくすればよいので、細部の構成は上記実施形態に限定されず適宜変更できる。例えば、上記実施形態では、レンズアレイを上下に振動させる例で説明をしたが、レンズアレイを左右や斜め方向に振動させてもよい。また、光源からの照明光の光軸回りに回転するようにレンズアレイを振動させてもよい。
【００２７】
なお、レンズアレイを左右に振動させる場合、境界線のうち縦方向へ延びる境界線が視認し難くなる。このため、この場合は、レンズアレイ及びレンズ、並びに、各擬似光源からの照明光の照射範囲が液晶素子の形状に対して縦長となるように照明光学系を構成すればよい。こうすることによって上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、レンズアレイを斜めに振動させたり、レンズアレイを光源からの照明光の光軸回りに回転させる場合、縦方向に延びる境界線だけでなく、横方向に延びる境界線も視認し難くできる。このため、この場合、レンズアレイを縦または横に振動させる場合と比較して照射範囲をより小さく設定できるので、照射範囲をより明るく照明できる。
【００２９】
また、上記実施形態では、レンズアレイを振動させる例で説明をしたが、照明レンズを振動させてもよい。さらに、上記実施形態では、２つのレンズアレイのうち２枚目（液晶素子側）のレンズアレイを振動させる例で説明をしたが、２つのレンズアレイのうち１枚目（光源側）のレンズアレイを振動させてもよい。さらに、２つのレンズアレイを両方とも振動させてもよい。
【００３０】
なお、２つのレンズアレイを両方とも振動させる場合、２つのレンズアレイを互いに直交する方向に振動させることが好ましい。こうすれば、縦方向に延びる境界線だけでなく、横方向に延びる境界線も視認し難くできる。このため、２つのレンズアレイを同じ方向に振動させる場合と比較して照明光の照射範囲を小さくでき、照射範囲をより明るく照明できる。
【００３１】
さらに、上記実施形態では、照射範囲と同形状（相似形）のレンズが配列されたレンズアレイを用いる例で説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではない。所望の照射範囲に照明光を照射するためには、この照射範囲と同形状のレンズを用いることの他、レンズの仕様（レンズ面の曲率など）を調整する方法や、照明レンズの仕様を調節する方法も考えられるので、照明光学系の構成は適宜変更できる。
【００３２】
また、上記実施形態では、９つのレンズが配列されたレンズアレイを用いる例で説明をしたが、レンズアレイに配列するレンズの数（セル数）は適宜変更できる。また、各セルの形状や大きさ、配列パターンなども適宜変更できる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、画像形成素子として液晶素子を用いる液晶プロジェクタに本発明を適用する例で説明をしたが、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）など液晶素子以外の画像形成素子を用いるプロジェクタに本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  プロジェクタ
１２  照明装置
１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒ  液晶素子
３０  光源ユニット
３２  照明光学系
３４  レンズアレイ
３６  照明レンズ
４０  振動装置
【図１】
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【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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