(57)【要約】光変調器で形成される画像を投射レンズにより拡大投射表示する投射型表示装置。光源は、前記光変調器を照明する。第１レンズアレイは、光源から発せられた光を複数の部分光束に分割する。第２レンズアレイは、第１レンズアレイから発せられた複数の部分光束を光変調器に重畳する。絞り機構は、絞り機構光源と光変調器との間に配置され、光源からの光量を調節する。光源から発せられた光の進行方向をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直な方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸のなす平面に対して垂直な方向をＹ軸とする。そのとき、絞り機構の開口部の面積は、Ｘ軸方またはＹ軸方向のいずれか一方向に沿って変化する。
2005026835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器で形成される画像を投射レンズにより拡大投射表示する投射型表示装置であって、
前記光変調器を照明する光源と、
前記光源から発せられた光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイから発せられた前記複数の部分光束を前記光変調器に重畳する第２レンズアレイと、
前記光源と前記光変調器との間に配置され、前記光源からの光量を調節する絞り機構と
を含み、
前記光源から発せられた光の進行方向をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直な方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸のなす平面に対して垂直な方向をＹ軸とするとき、
前記絞り機構の開口部の面積は、Ｘ軸方またはＹ軸方向のいずれか一方向に沿って変化する
投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイの間に光量を調節する絞り機構が配置されている
投射型表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記光変調器で形成される画像は長方形の形状をなし、前記画像の長方形の短辺方向と前記Ｙ軸が一致し、前記絞り機構の開口部の面積は、前記Ｙ軸方向に沿って変化する
投射型表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記開口部の中心は、絞り量が変化する間、
同じ位置にある
投射型表示装置。
【請求項５】
請求項４記載の投射型表示装置であって、
前記開口部の形状は、前記開口部の中心について点対照な形状である
投射型表示装置。
【請求項６】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記絞り機構は、１枚の絞り羽または、前記Ｙ軸方向に間隔をもって配置された１組の絞り羽を含み、
前記１枚の絞り羽または、前記１組の絞り羽のそれぞれの、前記開口側部分が前記第１レンズアレイもしくは第２レンズアレイに含まれるそれぞれの複数レンズを遮光するそれぞれの面積が、異なる面積を含む
投射型表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の投射型表示装置であって、
前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれは、端辺を中心に回動する
投射型表示装置。
【請求項８】
請求項６記載の投射型表示装置であって、前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれは高い反射率の素材である
投射型表示装置。
【請求項９】
請求項６記載の投射型表示装置であって、さらに、
投射する映像の明るさを検出する検出部と、
前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれを駆動する駆動部と、
を含み、
検出された投射映像の明るさに基づいて、前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれの位置を決定するように前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれを駆動する
投射型表示装置。
【請求項１０】
請求項９記載の投射型表示装置であって、
前記駆動部は、ボイスコイルモーターを用いる
投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は投射照度が調節可能な投射型表示装置に関する。
【背景技術】  近年、ＤＶＤの普及やデジタルハイビジョン放送の開始などにより、家庭で高画質な映像コンテンツを手軽に楽しめる環境が整ってきた。このことにより、大画面ディスプレイの需要が急増している。特に液晶プロジェクターに代表される投射型表示装置は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）など他の方式に比べて安価で、より大きな画面サイズで、ユーザーは映像を楽しむことができる。したがって、この投射型表示装置は、ホームシアター用として普及しつつある。
投射型表示装置の高画質化の取り組みとして、映像の明るさに応じてランプの光量を調節することで高いダイナミックレンジを実現する方法が考案されている。（例えば、特開２００１−１００６９９号公報参照）
図１３は、従来の液晶プロジェクターを上方から見たときの光学レイアウトを示す。
光源であるランプ１５０から発せられた光は、第１レンズアレイ１５１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ１５２を介して偏光変換素子１５３に入射する。偏光変換素子１５３によって各部分光束は偏光方向を揃えられて直線偏光となり、絞り機構１６５を透過した後、重畳レンズ１５４に入射する。
ダイクロイックミラー１５６Ｒは、赤色成分の光のみを反射し、その他の光を透過する。ダイクロイックミラー１５６Ｇは、緑色成分の光のみを反射し、その他の光を透過する。
重畳レンズ１５４から出た光は、ダイクロイックミラー１５６Ｒで赤色の光“Ｒ”が反射分離される。ダイクロイックミラー５６Ｒを透過した光は、ダイクロイックミラー５６Ｇで緑色の光“Ｇ”が反射されて分離されて、青色の光“Ｂ”が透過する。
赤色の光は、全反射ミラー１５７Ｒで反射した後、フィールドレンズ１５９Ｒを透過して、液晶パネル１５５Ｒに到達する。
緑色の光“Ｇ”は、フィールドレンズ１５９Ｇを透過して液晶パネル１５５Ｇに到達する。
青色の光“Ｂ”は、リレーレンズ１５８Ｂａを透過し，全反射ミラー１５７Ｂａで反射されて、さらにリレーレンズ１５８Ｂｂを透過する。その後、青色の光“Ｂ”は、全反射ミラー１５７Ｂｂで反射されて、フィールドレンズ１５９Ｂを透過し、液晶パネル１５５Ｂに到達する。ここで、液晶パネル１５５Ｒ、１５５Ｇ、１５５Ｂは光変調器の一種として働く。
液晶パネル１５５Ｒ、１５５Ｇ、１５５Ｂを透過した３色の光は、クロスプリズム１６０で合成され、投射レンズ１６１を介して投射される。
矢印１６２は、合成された光の投射される方向を示す。
図１４は、一般的な絞り機構１６５を示す。
ランプから発せられた光束は、光束が通過する部分１６８を通り、絞り羽１６６が形成する開口部１６７を通過する。
絞り機構１６５は、複数の絞り羽１６６から構成されており、モーターなどの駆動手段（図示せず）によって連続的に開口部１６７の面積を変化さてランプ１５０の光量を調節する。明るい映像の時は開口部１６７の面積が大きく、暗い映像の時は開口部１６７の面積が小さくなるように映像の明るさに同期させてモーターが駆動される。このことにより、高いダイナミックレンジが実現される。
以上に説明した従来の投射型表示装置では、絞り羽を収納するスペースが必要となる。そのスペースは、ランプからの光束部分が占める部分よりも大きくなり、装置の小型化を困難にさせる。また、多数の絞り羽が必要となるため部品点数が多くなり、コストが高くなる傾向がある。絞り機構の代わりに位相板や偏光板を利用することも可能であるが、同様にコストが高く現実的ではない。
【発明の開示】
本発明の光変調器で形成される画像を投射レンズにより拡大投射表示する投射型表示装置は、次のように構成されている。
光源は、前記光変調器を照明する。第１レンズアレイは、光源から発せられた光を複数の部分光束に分割する。第２レンズアレイは、第１レンズアレイから発せられた複数の部分光束を光変調器に重畳する。絞り機構は、絞り機構光源と光変調器との間に配置され、光源からの光量を調節する。
ここで、光源から発せられた光の進行方向をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直な方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸のなす平面に対して垂直な方向をＹ軸とする。そのとき、絞り機構の開口部の面積は、Ｘ軸方またはＹ軸方向のいずれか一方向に沿って変化する。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態における液晶プロジェクターの光学レイアウトを示す。
図２Ａ、Ｂは、本発明の実施の形態における絞り機構を示す。
図３は、第２レンズアレイと投射映像を示す。
図４は、第１、第２レンズアレイから構成されるインテグレータ照明系の概念図である。
図５Ａ、Ｂは、本発明の実施の形態における第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す。
図６は、絞り機構による第２レンズアレイの各レンズセルの遮光状態と投射映像との関係を示す。
図７Ａ、Ｂは、本発明の実施の形態における異なる絞り羽形状による第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す。
図８Ａ、Ｂは、本発明の実施の形態における異なる絞り羽形状による第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す。
図９Ａ、Ｂは、第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す。
図１０Ａ、Ｂ、Ｃは、第２レンズアレイ遮光状態を示す。
図１１Ａは、本発明の実施の形態においてもう一つの形態の絞り機構を用いた液晶プロジェクターの光学レイアウト図である。
図１１Ｂは、本発明の実施の形態におけるもう一つの絞り機構周辺の側面図である。
図１２は、本発明の実施の形態におけるもう一つの絞り機構の斜視図である。
図１３は、従来の液晶プロジェクターの光学レイアウトを示す。
図１４は、従来の絞り機構を示す。
図面の参照符号の一覧表
１、２０  絞り機構
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、２１ａ、２１ｂ  絞り羽
１２  フレーム
１３  開口部
１３ｘ  開口部中心位置の高さ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、２２ａ、２２ｂ  ギア
１５  モーター
１６  モーターコントローラー
１７  明るさ検出装置
５０  ランプ
５１  第１レンズアレイ
５２  第２レンズアレイ
５３  偏光変換素子
５４  重畳レンズ
５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂ  液晶パネル
５６Ｒ、５６Ｇ  ダイクロイックミラー
５７Ｒ、５７Ｂａ，５７Ｂｂ  全反射ミラー
５８Ｂａ、５８Ｂｂ  リレーレンズ
５９Ｒ、５９Ｇ、５９Ｂ  フィールドレンズ
６０  クロスプリズム
６１  投射レンズ
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における液晶プロジェクターを上方から見たときの光学レイアウトを示す。
光源であるランプ５０から発せられた光は、第１レンズアレイ５１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ５２を介して偏光変換素子５３に入射する。偏光変換素子５３によって各部分光束は偏光方向を揃えられて直線偏光となり、絞り機構６５を透過した後、重畳レンズ５４に入射する。
ダイクロイックミラー５６Ｒは、赤色成分の光“Ｒ”のみを反射し、その他の光を透過する。ダイクロイックミラー５６Ｇは、緑色成分の光“Ｇ”のみを反射し、その他の光を透過する。
重畳レンズ５４から出た光は、ダイクロイックミラー５６Ｒで赤色の光“Ｒ”が反射されて分離される。ダイクロイックミラー５６Ｒを透過した光は、ダイクロイックミラー５６Ｇで緑色の光“Ｇ”が反射されて分離されて、青色の光“Ｂ”が透過する。
赤色の光“Ｒ”は、全反射ミラー５７Ｒで反射した後、フィールドレンズ５９Ｒを透過して、液晶パネル５５Ｒに到達する。
緑色の光“Ｇ”は、フィールドレンズ５９Ｇを透過して液晶パネル５５Ｇに到達する。
青色の光“Ｂ”は、リレーレンズ５８Ｂａを透過して、全反射ミラー５７Ｂａで反射される。さらに、青色の光“Ｂ”は、リレーレンズ５８Ｂｂを透過して、全反射ミラー５７Ｂｂで反射されて、フィールドレンズ５９Ｂを透過し、液晶パネル５５Ｂに到達する。ここで、液晶パネル５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂは、光変調器の一種として働く。
液晶パネル５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂを透過した３色の光は、クロスプリズム６０で合成され、投射レンズ６１を介して投射される。矢印６２は、合成された光の投射される方向を示す。
絞り機構１は、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２の間に配置されている。ランプ５０から発せられた光の進行方向は、Ｚ軸に沿っている。絞り機構１の左右方向はＸ軸に沿っている。
図２Ａ、図２Ｂは、絞り機構１をランプ５０側からＺ軸方向に見た正面図を示す。Ｘ軸は左右方向、Ｙ軸が上下方向を示す。
絞り羽１１ａ、１１ｂは、フレーム１２に保持されて、開口部１３を形成する。
図２Ａは絞りが開放された状態を示す。
図２Ｂは絞りが絞られたときの状態を示す。
絞り羽１１ａ、１１ｂは、ギア１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにより連動して移動する。ギア１４ｃにはモーター１５が連結されている。モーター１５を駆動すること、で絞り羽１１ａ、１１ｂは、同じ移動量で上下方向に移動する。このとき、開口部１３は、中心位置の高さ（図中１３ｘ）を基準に上下対象な形状を保ちながら開口部１３の面積を変化させる。明るさ検出装置１７は、投射する映像の明るさを検出する。明るさ検出装置１７は、入力された映像信号からフレームの輝度情報を検出し、そのフレームの輝度の平均値を演算して、モーター１５の回転角度の制御信号をモーターコントローラー１６に送出する。
モーターコントローラー１６は、受けた制御信号に基づいて、モーター１５を駆動し、絞り羽を所定の位置へ移動する。明るい映像を投射するときは、開口部１３の面積を大きく、暗い映像を投射するときは開口部１３の面積を小さくなるように絞り羽１１ａ、１１ｂは、モーター１５で駆動される。このことで大きなダイナミックレンジが実現される。
図３は第２レンズアレイ５２の正面図と投射映像を示す。
第２レンズアレイ５２は、縦８個、横６個のセルに分割され、各セルはレンズによって構成される。第１レンズアレイ５１も同じ数のセルに分割された複数のレンズにより構成されている。セルの形状は横長の長方形形状をし、投射映像とほぼ相似関係にある。図３に示された第２レンズアレイ５２は、絞り機構１によって遮光されていない状態であり、明るく均一な投射映像が得られる。
図４は、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２から構成されたインテグレータ照明系の概念図を示す。
尚、図をわかりやすくするために、図１のランプ５０から液晶パネル５５までが赤色（Ｒ）系で代表されている。また絞り機構１，偏光変換素子５３，重畳レンズ５４、ダイクロイックミラー５６（Ｒ）、全反射ミラー５７（Ｒ）が省略されている。
反射鏡を持つランプ５０からの出射光分布は、第１レンズアレイ５１前では、図４に示すように周辺が暗い。このままで液晶パネル５５が照明されると、投射画面も周辺が非常に暗くなる。これに対処するために、図４に示すインテグレータ照明系が採用され、投射画面の照度の均一性を向上させている。インテグレータは、多数のレンズから構成されている。
図４に示すように、第１レンズアレイ５１は、反射鏡５０からの出射光を、複数の部分光束に分割し、第２レンズアレイ５２上の各レンズに、この出射光分布の強度に応じた光源像を形成する。この各レンズの多数の光源が、それぞれ液晶パネル５５の全面を重畳して照明することにより、液晶パネル面上の照度の均一性を向上させている。
図４において、点線と矢印は、光とその方向を模式的に示す。
次に絞り羽の形状と投射映像の関係について説明する。
図５Ａ、Ｂは絞り機構１による第２レンズアレイ５２の遮光状態とその時の投射映像を示す。
図５Ａは絞り量が小さい状態、図５Ｂは絞り量が大きい状態を、それぞれ示している。
絞り羽１１ａ、１１ｂの形状は、絞り羽１１ａ、１１ｂで遮光される第２レンズアレイ５２の各セルの遮光面積が異なる面積を含むようにするために、それらの各セルに対応する位置での端部の位置が異なる。
図６は、絞り機構１による第２レンズアレイ５２の各レンズセルの遮光状態と、その状態のときの投射映像との関係を示す。
第２レンズアレイ５２上の各レンズセルに形成された多数の光源像それぞれが液晶パネル５５を重畳して照明することにより、液晶パネル上の照度の均一性を向上させている。
図６の例では、下記のように液晶パネル上の照度が均一になる。
レンズセル２０１は、液晶パネルの上側の２／３を照明し、下側の１／３は遮光されている。レンズセル２０２は、液晶パネルの上側の１／３を照明し、下側の２／３は遮光される。レンズセル２０３は全面が遮光される。
ここで、液晶パネルに相当する長方形２１１、２１２、２１３は、それぞれ、液晶パネルがレンズセル２０１、レンズセル２０２、レンズセル２０３に照明されている状態を模式的に表す。したがって、長方形２１１、２１２、２１３は、投射映像も模式的に示す。
同様にレンズセル２０６は、液晶パネルの上側の２／３を照明し、上側の１／３は遮光される。レンズセル２０５は、液晶パネルの上側の１／３を照明し、下側の２／３は遮光されている。レンズセル２０４は全面が遮光される。
したがって、レンズセル２０１とレンズセル２４５の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。同様に、レンズセル２０２とレンズセル２４６の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。レンズセル２０３と２０４の組み合わせは液晶パネルを照光しない。
同様にして、レンズセル２４１とレンズセル２０５の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。同様に、レンズセル２４２とレンズセル２０６の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。レンズセル２４３と２４４の組み合わせは液晶パネルを照光しない。
こうして、遮光された光量だけ均一に照度が低下して、液晶パネル５５は均一に照明されることがわかる。
また、液晶パネル上での、セルによって、遮光された暗い部分と明るい部分の境界の位置が異なるため、投射された映像において、各セルの明暗の境界が目立ちにくい。
以上、図６を用いて、図５のように一組の絞り羽１１ａ、１１ｂがある場合について説明した。この説明から明らかなように、絞り羽１１ａと１１ｂのうちの一つだけを有する絞り機構が使用された場合でも、遮光された光量だけ均一に照度が低下して、液晶パネル５５は均一に照明されることがわかる。また、このときも、投射された映像において、各セルの明暗の境界が目立ちにくい。
また、絞り機構１が第１レンズアレイ５１と光源５０との間にある場合も、上述の説明で、第２レンズアレイ５２を第１レンズアレイ５１に置き換えれば、同じ説明ができる。したがって、絞り機構１は、第１レンズアレイ５１と光源５０との間にあってもよい。
さらに絞り量を大きくした図５Ｂにおいても、図６についての説明したのと同様にして、遮光された光量だけ均一に照度が低下して、液晶パネル５５は均一に照明される。こうして、投射映像の品質を損なうことなく均一に照度が、図５Ａに対してさらに低下する。
図７Ａは、図５とは異なる絞り羽形状の絞り機構１による第２レンズアレイ５２の遮光状態とその時の投射映像を示す。
形状は異なっても、図６の説明したのと同様にして、液晶パネル５５は均一に照明され、従って遮光された光量だけ投射面内は均一に照度が低下する。
さらに絞り量を大きくした図７Ｂにおいても、同様に投射映像の品質を損なうことなく均一に照度が図７Ａに対してさらに低下する。
図８Ａは、図５Ａ、Ｂ、図７Ａ、Ｂとは別の異なる絞り羽形状の絞り機構１による第２レンズアレイ５２の遮光状態とその時の投射映像を示す。
同じく、形状は異なっても、図６の説明したのと同様にして、液晶パネル５５は均一に照明され、遮光された光量だけ投射面内は均一に照度が低下する。
さらに絞り量を大きくした図８Ｂにおいても同様に投射映像の品質を損なうことなく均一に照度が図８Ａに対してさらに低下する。
図５Ａ、Ｂ、図７Ａ、Ｂ、図８Ａ、Ｂに示される形状の絞り歯の場合に、絞り量が変化しているときには、液晶パネル５５が、均一に照明されないことがあるが、その場合でも、ほぼ均一に照明されている。
さらに、ほぼ均一に照明されている場合でも、液晶パネル上での、セルによって、遮光された暗い部分と明るい部分の境界の位置が異なるため、投射された映像において、各セルの明暗の境界が目立ちにくい。
次に各セルの遮光面積が等しくなる場合について説明する。
図９Ａ，Ｂに遮光された第２レンズアレイ正面図とその時の投射映像を示す。図９Ａは絞り量が小さい状態、図９Ｂは絞り量が大きい状態をそれぞれ示している。
図９Ａ、Ｂにおいて絞り羽１１ｃ、１１ｄの形状が直線で形成されている。このような形状の場合、第２レンズアレイの各セルが遮光する面積が等しくなり、各セルでの明暗の境界が重畳されてできる投射映像で一致する。そのため、図Ａ，Ｂ中の矢印３０１，３０２，３０３，３０４の位置に明るさむらが発生する。とくに絞り量を、たとえば、図９Ａから図９Ｂに変化させた時、絞り羽１１ｃ、１１ｄの位置に応じて投射映像の明るさむらの位置が移動するため投射映像の品質が著しく低下する。
以上のように、図５Ａ，Ｂ，図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂに示したように、絞り羽１１ａ、１１ｂを、第２レンズアレイの各セルが遮光される面積が、異なる面積を含むような形状にすることで、絞り量が変化している間でも投射面内で、ほぼ均一に照度が変化する。したがって投射映像の明るさが連続的に変化する場合であっても、自然な映像で高いダイナミックレンジを得ることが可能である。
尚、絞り羽の形状は、図５Ａ，Ｂ，図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂに示す形状に限らない。絞り羽の遮光部分の面積が変化するに従って投射映像の明るさが連続的且つ均一に変化するような形状であればよい。
また、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂの例では、絞り羽１１ａ、１１ｂの形状は、直線からなる階段状の形状である。例えば、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂの絞り羽形状に対応して、図１０Ａ、Ｂ，Ｃに示すような絞り羽の形状が、なめらかな曲線で構成されてもよい。各セルの遮光面積が異なる面積を含むような形状で、且つ投射面内で、ほぼ均一に照度を低下させることができれば、このような曲線を組み合わせた形状で、絞り羽を構成してもよい。
また、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂ、図１０Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、絞り羽１１ａ、１１ｂは開口部１３が上下左右対称となる形状が示したが、上下左右非対称でもよい。また、先に説明したように１枚構成の絞り羽であってもよい。しかしながらダイクロイックミラー５６Ｇ、５６Ｒには反射波長の入射角度依存があり、上下左右非対称にすると投射映像に若干の色むらが起きやすくなる。そのため、上下左右対称、もしくは開口部の中心を基準とした点対称となる形状が好ましい。
また、本実施の形態では、絞り機構１が、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２の間に配置された場合について説明をした。
絞り機構１が第１レンズアレイ５１と光源５０との間にある場合も、上述の説明で、第２レンズアレイ５２を第１レンズアレイ５１に置き換えれば、同じ説明ができる。したがって、絞り機構１は、第１レンズアレイ５１と光源５０との間にあってもよい。
また、同様の効果が得られればランプ５０から液晶パネル５５Ｒ，Ｇ，Ｂまでの光路のいずれかの位置に、１組または複数の絞り機構が配置されても良い。
次に、もう一つの形態の絞り機構を用いた場合について説明する。
図１１Ａは、この場合の液晶プロジェクターの上方から見た光学レイアウトを示す。
図１１Ａにおいて、先に説明した図１における絞り機構１のかわりに、絞り機構２０が、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２の間に配置されている。この点を除いて、図１１Ａの示す液晶プロジェクターを構成する要素と同一符号を付された要素の働きは、図１に示される要素の働きと同じである。
図１１Ｂは、絞り機構２０周辺の側面図である。
図１２は絞り機構２０の斜視図である。
図１１Ｂと図１２において、絞り羽２１ａ、２１ｂは、ギア２２ａ、２２ｂによって連結されており、モーター（図示せず）によって連動して揺動する。ギア２２ａ、２２ｂのギア比は１：１に設定されており、絞り羽２１ａと２１ｂは、それぞれ、矢印３５１、３５２の示すように上下対照に揺動する。
図１２は絞りを開放した状態を示している。
図１２に示される矢印３５１、３５２の方向に、絞り羽２１ａ、２１ｂは、開閉動作をおこなうことでランプ５０から発せられた光束の一部を遮光する。
絞り羽２１ａ、２１ｂの形状は、図４に示した絞り羽１１ａ、１１ｂと同様に第２レンズアレイの各セルの遮光面積が異なるように階段状の形状とされる。こうすることで実施の形態１と同様に投射映像の品質を損なうことなく、投射面内の明るさを均一に調節することが可能である。
先に述べた、絞り機構は、ランプ光路の外側に絞り羽を格納するスペースが必要とし、絞り機構が大きくなる。これに対して、ここで説明する方式では絞り羽２１ａ、２１ｂを第１、第２レンズアレイの間に収めることができ、さらに省スペース化に有効である。
絞り羽１１、２１は、高反射率の素材（たとえば光輝アルミ）もしくは表面に反射率の高いクロムなどの材料でメッキを施した素材を用いて形成されるのが好ましい。この場合、絞り羽１１、２１は、ランプ５０からの光を反射する。したがって、絞り機構１または２０の駆動部への熱伝達が防がれる。こうして、絞り機構と駆動部の温度上昇が抑制される。
絞り機構１、２０を駆動するモーターに使用されるマグネットは、高温では減磁して性能が低下する。そのため、駆動部の動作温度を低くすることにより、モーターの安定した駆動性能が得られる。さらに、動作温度を低くすることにより、安価なマグネットを使用したモーターでも十分な駆動性能が得られるので、低コスト化を図ることもできる。
また絞り機構１、２０を駆動するモーターにはボイスコイルモーターを用いるのが好ましい。ボイスコイルモーターは１／３０ｍｓｅｃの応答速度が十分に得られ、動画の輝度変動に追従することができる。また、ボイスコイルモーターは、絞り羽の停止位置を無段階で調節できる。そのため、動画品質を損なうことなく高いダイナミックレンジが達成される。
本発明の実施の形態において液晶プロジェクターを用いて説明した。しかし、レンズアレイを用いてランプ光束を均一化する方式を採用した投射型表示装置であれば、マイクロミラーを使用したプロジェクターであっても、本発明が適用できる。
【産業上の利用可能性】  本発明においては、１組の絞り羽で構成された単純な絞り機構を用いることで小型化されて低コストの投射型表示装置が得られる。さらに、本発明の投射型表示装置は、高いダイナミックレンジを得ることができる。したがって、本発明の投射型表示装置は、投射照度を調節可能な投射型表示装置等として有用である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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2005026835.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年11月18日(2004.11.18)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】特許請求の範囲
【請求項１】光変調器で形成される画像を投射レンズにより拡大投射表示する投射型表示装置であって、
前記光変調器を照明する光源と、
前記光源から発せられた光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイから発せられた前記複数の部分光束を前記光変調器に重畳する第２レンズアレイと、
前記光源と前記光変調器との間に配置され、前記光源からの光量を調節する絞り機構と
を含み、
前記光源から発せられた光の進行方向をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直な方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸のなす平面に対して垂直な方向をＹ軸とするとき、
前記絞り機構の開口部の面積は、Ｘ軸方またはＹ軸方向のいずれか一方向に沿って変化し、
前記絞り機構は、１枚の絞り羽または、前記Ｙ軸方向に間隔をもって配置された１組の絞り羽を含み、
前記１枚の絞り羽または、前記１組の絞り羽のそれぞれの、前記開口側部分が前記第１レンズアレイもしくは第２レンズアレイに含まれるそれぞれの複数レンズを遮光するそれぞれの面積が、異なる面積を含み、
前記１枚の絞り羽または、前記絞り羽のそれぞれは、前記絞り機構の開口部の面積が変化する間、前記光源から発せられた光が投射される面において、ほぼ均一に照度が変化するような形状を有する
投射型表示装置。
【請求項２】請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイの間に光量を調節する絞り機構が配置されている
投射型表示装置。
【請求項３】請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記光変調器で形成される画像は長方形の形状をなし、前記画像の長方形の短辺方向と前記Ｙ軸が一致し、前記絞り機構の開口部の面積は、前記Ｙ軸方向に沿って変化する
投射型表示装置。
【請求項４】請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記開口部の中心は、絞り量が変化する間、
同じ位置にある
投射型表示装置。
【請求項５】請求項４記載の投射型表示装置であって、
前記開口部の形状は、前記開口部の中心について点対照な形状である
投射型表示装置。
【請求項６】（削除）
【請求項７】請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれは、端辺を中心に回動する
投射型表示装置。
【請求項８】請求項１記載の投射型表示装置であって、前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれは高い反射率の素材である
投射型表示装置。
【請求項９】請求項１記載の投射型表示装置であって、さらに、
投射する映像の明るさを検出する検出部と、
前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれを駆動する駆動部と、
を含み、
検出された投射映像の明るさに基づいて、前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれの位置を決定するように前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれを駆動する
投射型表示装置。
【請求項１０】請求項９記載の投射型表示装置であって、
前記駆動部は、ボイスコイルモーターを用いる
投射型表示装置。




【手続補正書】
【提出日】平成17年4月4日(2005.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器で形成される画像を投射レンズにより拡大投射表示する投射型表示装置であって、
前記光変調器を照明する光源と、
前記光源から発せられた光を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイから発せられた前記複数の部分光束を前記光変調器に重畳する第２レンズアレイと、
前記光源と前記光変調器との間に配置され、前記光源からの光量を調節する絞り機構と
を含み、
前記光源から発せられた光の進行方向をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直な方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸のなす平面に対して垂直な方向をＹ軸とするとき、
前記絞り機構の開口部の面積は、Ｘ軸方またはＹ軸方向のいずれか一方向に沿って変化し、
前記絞り機構は、１枚の絞り羽または、前記Ｙ軸方向に間隔をもって配置された１組の絞り羽を含み、
前記１枚の絞り羽または、前記１組の絞り羽のそれぞれの、前記開口側部分が前記第１レンズアレイもしくは第２レンズアレイに含まれるそれぞれの複数レンズを遮光するそれぞれの面積が、異なる面積を含み、
前記１枚の絞り羽または、前記絞り羽のそれぞれは、前記絞り機構の開口部の面積が変化する間、前記光源から発せられた光が投射される面において、ほぼ均一に照度が変化するような形状を有する
投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイの間に光量を調節する絞り機構が配置されている
投射型表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記光変調器で形成される画像は長方形の形状をなし、前記画像の長方形の短辺方向と前記Ｙ軸が一致し、前記絞り機構の開口部の面積は、前記Ｙ軸方向に沿って変化する
投射型表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記開口部の中心は、絞り量が変化する間、
同じ位置にある
投射型表示装置。
【請求項５】
請求項４記載の投射型表示装置であって、
前記開口部の形状は、前記開口部の中心について点対照な形状である
投射型表示装置。
【請求項６】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれは、端辺を中心に回動する
投射型表示装置。
【請求項７】
請求項１記載の投射型表示装置であって、前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれは高い反射率の素材である
投射型表示装置。
【請求項８】
請求項１記載の投射型表示装置であって、さらに、
投射する映像の明るさを検出する検出部と、
前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれを駆動する駆動部と、
を含み、
検出された投射映像の明るさに基づいて、前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれの位置を決定するように前記１枚または、前記１組の絞り羽のそれぞれを駆動する
投射型表示装置。
【請求項９】
請求項８記載の投射型表示装置であって、
前記駆動部は、ボイスコイルモーターを用いる
投射型表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【技術分野】
【０００１】
本発明は投射照度が調節可能な投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＶＤの普及やデジタルハイビジョン放送の開始などにより、家庭で高画質な映像コンテンツを手軽に楽しめる環境が整ってきた。このことにより、大画面ディスプレイの需要が急増している。特に液晶プロジェクターに代表される投射型表示装置は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）など他の方式に比べて安価で、より大きな画面サイズで、ユーザーは映像を楽しむことができる。したがって、この投射型表示装置は、ホームシアター用として普及しつつある。
【０００３】
投射型表示装置の高画質化の取り組みとして、映像の明るさに応じてランプの光量を調節することで高いダイナミックレンジを実現する方法が考案されている（例えば、特開２００１−１００６９９号公報参照）。
【０００４】
図１３は、従来の液晶プロジェクターを上方から見たときの光学レイアウトを示す。
【０００５】
光源であるランプ１５０から発せられた光は、第１レンズアレイ１５１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ１５２を介して偏光変換素子１５３に入射する。偏光変換素子１５３によって各部分光束は偏光方向を揃えられて直線偏光となり、絞り機構１６５を透過した後、重畳レンズ１５４に入射する。
【０００６】
ダイクロイックミラー１５６Ｒは、赤色成分の光のみを反射し、その他の光を透過する。ダイクロイックミラー１５６Ｇは、緑色成分の光のみを反射し、その他の光を透過する。
【０００７】
重畳レンズ１５４から出た光は、ダイクロイックミラー１５６Ｒで赤色の光“Ｒ”が反射分離される。ダイクロイックミラー５６Ｒを透過した光は、ダイクロイックミラー５６Ｇで緑色の光“Ｇ”が反射されて分離されて、青色の光“Ｂ”が透過する。
【０００８】
赤色の光は、全反射ミラー１５７Ｒで反射した後、フィールドレンズ１５９Ｒを透過して、液晶パネル１５５Ｒに到達する。
【０００９】
緑色の光“Ｇ”は、フィールドレンズ１５９Ｇを透過して液晶パネル１５５Ｇに到達する。
【００１０】
青色の光“Ｂ”は、リレーレンズ１５８Ｂａを透過し，全反射ミラー１５７Ｂａで反射されて、さらにリレーレンズ１５８Ｂｂを透過する。その後、青色の光“Ｂ”は、全反射ミラー１５７Ｂｂで反射されて、フィールドレンズ１５９Ｂを透過し、液晶パネル１５５Ｂに到達する。ここで、液晶パネル１５５Ｒ、１５５Ｇ、１５５Ｂは光変調器の一種として働く。
【００１１】
液晶パネル１５５Ｒ、１５５Ｇ、１５５Ｂを透過した３色の光は、クロスプリズム１６０で合成され、投射レンズ１６１を介して投射される。
【００１２】
矢印１６２は、合成された光の投射される方向を示す。
【００１３】
図１４は、一般的な絞り機構１６５を示す。
【００１４】
ランプから発せられた光束は、光束が通過する部分１６８を通り、絞り羽１６６が形成する開口部１６７を通過する。
【００１５】
絞り機構１６５は、複数の絞り羽１６６から構成されており、モーターなどの駆動手段（図示せず）によって連続的に開口部１６７の面積を変化さてランプ１５０の光量を調節する。明るい映像の時は開口部１６７の面積が大きく、暗い映像の時は開口部１６７の面積が小さくなるように映像の明るさに同期させてモーターが駆動される。このことにより、高いダイナミックレンジが実現される。
【００１６】
以上に説明した従来の投射型表示装置では、絞り羽を収納するスペースが必要となる。そのスペースは、ランプからの光束部分が占める部分よりも大きくなり、装置の小型化を困難にさせる。また、多数の絞り羽が必要となるため部品点数が多くなり、コストが高くなる傾向がある。絞り機構の代わりに位相板や偏光板を利用することも可能であるが、同様にコストが高く現実的ではない。
【発明の開示】
【００１７】
本発明の光変調器で形成される画像を投射レンズにより拡大投射表示する投射型表示装置は、次のように構成されている。
【００１８】
光源は、前記光変調器を照明する。第１レンズアレイは、光源から発せられた光を複数の部分光束に分割する。第２レンズアレイは、第１レンズアレイから発せられた複数の部分光束を光変調器に重畳する。絞り機構は、絞り機構光源と光変調器との間に配置され、光源からの光量を調節する。
【００１９】
ここで、光源から発せられた光の進行方向をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直な方向をＸ軸、Ｚ軸とＸ軸のなす平面に対して垂直な方向をＹ軸とする。そのとき、絞り機構の開口部の面積は、Ｘ軸方またはＹ軸方向のいずれか一方向に沿って変化する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、１組の絞り羽で構成された単純な絞り機構を用いることで小型化されて低コストの投射型表示装置が得られる。さらに、本発明の投射型表示装置は、高いダイナミックレンジを得ることができる。したがって、本発明の投射型表示装置は、投射照度を調節可能な投射型表示装置等として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態における液晶プロジェクターを上方から見たときの光学レイアウトを示す。
【００２３】
光源であるランプ５０から発せられた光は、第１レンズアレイ５１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ５２を介して偏光変換素子５３に入射する。偏光変換素子５３によって各部分光束は偏光方向を揃えられて直線偏光となり、絞り機構６５を透過した後、重畳レンズ５４に入射する。
【００２４】
ダイクロイックミラー５６Ｒは、赤色成分の光“Ｒ”のみを反射し、その他の光を透過する。ダイクロイックミラー５６Ｇは、緑色成分の光“Ｇ”のみを反射し、その他の光を透過する。
【００２５】
重畳レンズ５４から出た光は、ダイクロイックミラー５６Ｒで赤色の光“Ｒ”が反射されて分離される。ダイクロイックミラー５６Ｒを透過した光は、ダイクロイックミラー５６Ｇで緑色の光“Ｇ”が反射されて分離されて、青色の光“Ｂ”が透過する。
【００２６】
赤色の光“Ｒ”は、全反射ミラー５７Ｒで反射した後、フィールドレンズ５９Ｒを透過して、液晶パネル５５Ｒに到達する。
【００２７】
緑色の光“Ｇ”は、フィールドレンズ５９Ｇを透過して液晶パネル５５Ｇに到達する。
【００２８】
青色の光“Ｂ”は、リレーレンズ５８Ｂａを透過して、全反射ミラー５７Ｂａで反射される。さらに、青色の光“Ｂ”は、リレーレンズ５８Ｂｂを透過して、全反射ミラー５７Ｂｂで反射されて、フィールドレンズ５９Ｂを透過し、液晶パネル５５Ｂに到達する。ここで、液晶パネル５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂは、光変調器の一種として働く。
【００２９】
液晶パネル５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂを透過した３色の光は、クロスプリズム６０で合成され、投射レンズ６１を介して投射される。矢印６２は、合成された光の投射される方向を示す。
【００３０】
絞り機構１は、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２の間に配置されている。ランプ５０から発せられた光の進行方向は、Ｚ軸に沿っている。絞り機構１の左右方向はＸ軸に沿っている。
【００３１】
図２Ａ、図２Ｂは、絞り機構１をランプ５０側からＺ軸方向に見た正面図を示す。Ｘ軸は左右方向、Ｙ軸が上下方向を示す。
【００３２】
絞り羽１１ａ、１１ｂは、フレーム１２に保持されて、開口部１３を形成する。
【００３３】
図２Ａは絞りが開放された状態を示す。
【００３４】
図２Ｂは絞りが絞られたときの状態を示す。
【００３５】
絞り羽１１ａ、１１ｂは、ギア１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにより連動して移動する。ギア１４ｃにはモーター１５が連結されている。モーター１５を駆動すること、で絞り羽１１ａ、１１ｂは、同じ移動量で上下方向に移動する。このとき、開口部１３は、中心位置の高さ（図中１３ｘ）を基準に上下対象な形状を保ちながら開口部１３の面積を変化させる。明るさ検出装置１７は、投射する映像の明るさを検出する。明るさ検出装置１７は、入力された映像信号からフレームの輝度情報を検出し、そのフレームの輝度の平均値を演算して、モーター１５の回転角度の制御信号をモーターコントローラー１６に送出する。
【００３６】
モーターコントローラー１６は、受けた制御信号に基づいて、モーター１５を駆動し、絞り羽を所定の位置へ移動する。明るい映像を投射するときは、開口部１３の面積を大きく、暗い映像を投射するときは開口部１３の面積を小さくなるように絞り羽１１ａ、１１ｂは、モーター１５で駆動される。このことで大きなダイナミックレンジが実現される。
【００３７】
図３は第２レンズアレイ５２の正面図と投射映像を示す。
【００３８】
第２レンズアレイ５２は、縦８個、横６個のセルに分割され、各セルはレンズによって構成される。第１レンズアレイ５１も同じ数のセルに分割された複数のレンズにより構成されている。セルの形状は横長の長方形形状をし、投射映像とほぼ相似関係にある。図３に示された第２レンズアレイ５２は、絞り機構１によって遮光されていない状態であり、明るく均一な投射映像が得られる。
【００３９】
図４は、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２から構成されたインテグレ−タ照明系の概念図を示す。
【００４０】
尚、図をわかりやすくするために、図１のランプ５０から液晶パネル５５までが赤色（Ｒ）系で代表されている。また絞り機構１，偏光変換素子５３，重畳レンズ５４、ダイクロイックミラー５６（Ｒ）、全反射ミラー５７（Ｒ）が省略されている。
【００４１】
反射鏡を持つランプ５０からの出射光分布は、第１レンズアレイ５１前では、図４に示すように周辺が暗い。このままで液晶パネル５５が照明されると、投射画面も周辺が非常に暗くなる。これに対処するために、図４に示すインテグレ−タ照明系が採用され、投射画面の照度の均一性を向上させている。インテグレ−タは、多数のレンズから構成されている。
【００４２】
図４に示すように、第１レンズアレイ５１は、反射鏡５０からの出射光を、複数の部分光束に分割し、第２レンズアレイ５２上の各レンズに、この出射光分布の強度に応じた光源像を形成する。この各レンズの多数の光源が、それぞれ液晶パネル５５の全面を重畳して照明することにより、液晶パネル面上の照度の均一性を向上させている。
【００４３】
図４において、点線と矢印は、光とその方向を模式的に示す。
【００４４】
次に絞り羽の形状と投射映像の関係について説明する。
【００４５】
図５Ａ、Ｂは絞り機構１による第２レンズアレイ５２の遮光状態とその時の投射映像を示す。
【００４６】
図５Ａは絞り量が小さい状態、図５Ｂは絞り量が大きい状態を、それぞれ示している。
【００４７】
絞り羽１１ａ、１１ｂの形状は、絞り羽１１ａ、１１ｂで遮光される第２レンズアレイ５２の各セルの遮光面積が異なる面積を含むようにするために、それらの各セルに対応する位置での端部の位置が異なる。
【００４８】
図６は、絞り機構１による第２レンズアレイ５２の各レンズセルの遮光状態と、その状態のときの投射映像との関係を示す。
【００４９】
第２レンズアレイ５２上の各レンズセルに形成された多数の光源像それぞれが液晶パネル５５を重畳して照明することにより、液晶パネル上の照度の均一性を向上させている。
【００５０】
図６の例では、下記のように液晶パネル上の照度が均一になる。
【００５１】
レンズセル２０１は、液晶パネルの上側の２／３を照明し、下側の１／３は遮光されている。レンズセル２０２は、液晶パネルの上側の１／３を照明し、下側の２／３は遮光される。レンズセル２０３は全面が遮光される。
【００５２】
ここで、液晶パネルに相当する長方形２１１、２１２、２１３は、それぞれ、液晶パネルがレンズセル２０１、レンズセル２０２、レンズセル２０３に照明されている状態を模式的に表す。したがって、長方形２１１、２１２、２１３は、投射映像も模式的に示す。
【００５３】
同様にレンズセル２０６は、液晶パネルの上側の２／３を照明し、上側の１／３は遮光される。レンズセル２０５は、液晶パネルの上側の１／３を照明し、下側の２／３は遮光されている。レンズセル２０４は全面が遮光される。
【００５４】
したがって、レンズセル２０１とレンズセル２４５の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。同様に、レンズセル２０２とレンズセル２４６の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。レンズセル２０３と２０４の組み合わせは液晶パネルを照光しない。
【００５５】
同様にして、レンズセル２４１とレンズセル２０５の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。同様に、レンズセル２４２とレンズセル２０６の組み合わせで液晶パネルの全面が照光される。レンズセル２４３と２４４の組み合わせは液晶パネルを照光しない。
【００５６】
こうして、遮光された光量だけ均一に照度が低下して、液晶パネル５５は均一に照明されることがわかる。
【００５７】
また、液晶パネル上での、セルによって、遮光された暗い部分と明るい部分の境界の位置が異なるため、投射された映像において、各セルの明暗の境界が目立ちにくい。
【００５８】
以上、図６を用いて、図５のように一組の絞り羽１１ａ、１１ｂがある場合について説明した。この説明から明らかなように、絞り羽１１ａと１１ｂのうちの一つだけを有する絞り機構が使用された場合でも、遮光された光量だけ均一に照度が低下して、液晶パネル５５は均一に照明されることがわかる。また、このときも、投射された映像において、各セルの明暗の境界が目立ちにくい。
【００５９】
また、絞り機構１が第１レンズアレイ５１と光源５０との間にある場合も、上述の説明で、第２レンズアレイ５２を第１レンズアレイ５１に置き換えれば、同じ説明ができる。したがって、絞り機構１は、第１レンズアレイ５１と光源５０との間にあってもよい。
【００６０】
さらに絞り量を大きくした図５Ｂにおいても、図６についての説明したのと同様にして、遮光された光量だけ均一に照度が低下して、液晶パネル５５は均一に照明される。こうして、投射映像の品質を損なうことなく均一に照度が、図５Ａに対してさらに低下する。
【００６１】
図７Ａは、図５とは異なる絞り羽形状の絞り機構１による第２レンズアレイ５２の遮光状態とその時の投射映像を示す。
【００６２】
形状は異なっても、図６の説明したのと同様にして、液晶パネル５５は均一に照明され、従って遮光された光量だけ投射面内は均一に照度が低下する。
【００６３】
さらに絞り量を大きくした図７Ｂにおいても、同様に投射映像の品質を損なうことなく均一に照度が図７Ａに対してさらに低下する。
【００６４】
図８Ａは、図５Ａ、Ｂ、図７Ａ、Ｂとは別の異なる絞り羽形状の絞り機構１による第２レンズアレイ５２の遮光状態とその時の投射映像を示す。
【００６５】
同じく、形状は異なっても、図６の説明したのと同様にして、液晶パネル５５は均一に照明され、遮光された光量だけ投射面内は均一に照度が低下する。
【００６６】
さらに絞り量を大きくした図８Ｂにおいても同様に投射映像の品質を損なうことなく均一に照度が図８Ａに対してさらに低下する。
【００６７】
図５Ａ、Ｂ、図７Ａ、Ｂ、図８Ａ、Ｂに示される形状の絞り歯の場合に、絞り量が変化しているときには、液晶パネル５５が、均一に照明されないことがあるが、その場合でも、ほぼ均一に照明されている。
【００６８】
さらに、ほぼ均一に照明されている場合でも、液晶パネル上での、セルによって、遮光された暗い部分と明るい部分の境界の位置が異なるため、投射された映像において、各セルの明暗の境界が目立ちにくい。
【００６９】
次に各セルの遮光面積が等しくなる場合について説明する。
【００７０】
図９Ａ，Ｂに遮光された第２レンズアレイ正面図とその時の投射映像を示す。図９Ａは絞り量が小さい状態、図９Ｂは絞り量が大きい状態をそれぞれ示している。
【００７１】
図９Ａ、Ｂにおいて絞り羽１１ｃ、１１ｄの形状が直線で形成されている。このような形状の場合、第２レンズアレイの各セルが遮光する面積が等しくなり、各セルでの明暗の境界が重畳されてできる投射映像で一致する。そのため、図Ａ，Ｂ中の矢印３０１，３０２，３０３，３０４の位置に明るさむらが発生する。とくに絞り量を、たとえば、図９Ａから図９Ｂに変化させた時、絞り羽１１ｃ、１１ｄの位置に応じて投射映像の明るさむらの位置が移動するため投射映像の品質が著しく低下する。
【００７２】
以上のように、図５Ａ，Ｂ，図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂに示したように、絞り羽１１ａ、１１ｂを、第２レンズアレイの各セルが遮光される面積が、異なる面積を含むような形状にすることで、絞り量が変化している間でも投射面内で、ほぼ均一に照度が変化する。したがって投射映像の明るさが連続的に変化する場合であっても、自然な映像で高いダイナミックレンジを得ることが可能である。
【００７３】
尚、絞り羽の形状は、図５Ａ，Ｂ，図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂに示す形状に限らない。絞り羽の遮光部分の面積が変化するに従って投射映像の明るさが連続的且つ均一に変化するような形状であればよい。
【００７４】
また、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂの例では、絞り羽１１ａ、１１ｂの形状は、直線からなる階段状の形状である。例えば、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂの絞り羽形状に対応して、図１０Ａ、Ｂ，Ｃに示すような絞り羽の形状が、なめらかな曲線で構成されてもよい。各セルの遮光面積が異なる面積を含むような形状で、且つ投射面内で、ほぼ均一に照度を低下させることができれば、このような曲線を組み合わせた形状で、絞り羽を構成してもよい。
【００７５】
また、図５Ａ，Ｂ、図７Ａ，Ｂ、図８Ａ，Ｂ、図１０Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、絞り羽１１ａ、１１ｂは開口部１３が上下左右対称となる形状が示したが、上下左右非対称でもよい。また、先に説明したように１枚構成の絞り羽であってもよい。しかしながらダイクロイックミラー５６Ｇ、５６Ｒには反射波長の入射角度依存があり、上下左右非対称にすると投射映像に若干の色むらが起きやすくなる。そのため、上下左右対称、もしくは開口部の中心を基準とした点対称となる形状が好ましい。
【００７６】
また、本実施の形態では、絞り機構１が、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２の間に配置された場合について説明をした。
【００７７】
絞り機構１が第１レンズアレイ５１と光源５０との間にある場合も、上述の説明で、第２レンズアレイ５２を第１レンズアレイ５１に置き換えれば、同じ説明ができる。したがって、絞り機構１は、第１レンズアレイ５１と光源５０との間にあってもよい。
【００７８】
また、同様の効果が得られればランプ５０から液晶パネル５５Ｒ，Ｇ，Ｂまでの光路のいずれかの位置に、１組または複数の絞り機構が配置されても良い。
【００７９】
次に、もう一つの形態の絞り機構を用いた場合について説明する。
【００８０】
図１１Ａは、この場合の液晶プロジェクターの上方から見た光学レイアウトを示す。
【００８１】
図１１Ａにおいて、先に説明した図１における絞り機構１のかわりに、絞り機構２０が、第１レンズアレイ５１と第２レンズアレイ５２の間に配置されている。この点を除いて、図１１Ａの示す液晶プロジェクターを構成する要素と同一符号を付された要素の働きは、図１に示される要素の働きと同じである。
【００８２】
図１１Ｂは、絞り機構２０周辺の側面図である。
【００８３】
図１２は絞り機構２０の斜視図である。
【００８４】
図１１Ｂと図１２において、絞り羽２１ａ、２１ｂは、ギア２２ａ、２２ｂによって連結されており、モーター（図示せず）によって連動して揺動する。ギア２２ａ、２２ｂのギア比は１：１に設定されており、絞り羽２１ａと２１ｂは、それぞれ、矢印３５１、３５２の示すように上下対照に揺動する。
【００８５】
図１２は絞りを開放した状態を示している。
【００８６】
図１２に示される矢印３５１、３５２の方向に、絞り羽２１ａ、２１ｂは、開閉動作をおこなうことでランプ５０から発せられた光束の一部を遮光する。
【００８７】
絞り羽２１ａ、２１ｂの形状は、図４に示した絞り羽１１ａ、１１ｂと同様に第２レンズアレイの各セルの遮光面積が異なるように階段状の形状とされる。こうすることで実施の形態１と同様に投射映像の品質を損なうことなく、投射面内の明るさを均一に調節することが可能である。
【００８８】
先に述べた、絞り機構は、ランプ光路の外側に絞り羽を格納するスペースが必要とし、絞り機構が大きくなる。これに対して、ここで説明する方式では絞り羽２１ａ、２１ｂを第１、第２レンズアレイの間に収めることができ、さらに省スペース化に有効である。
【００８９】
絞り羽１１、２１は、高反射率の素材（たとえば光輝アルミ）もしくは表面に反射率の高いクロムなどの材料でメッキを施した素材を用いて形成されるのが好ましい。この場合、絞り羽１１、２１は、ランプ５０からの光を反射する。したがって、絞り機構１または２０の駆動部への熱伝達が防がれる。こうして、絞り機構と駆動部の温度上昇が抑制される。
【００９０】
絞り機構１、２０を駆動するモーターに使用されるマグネットは、高温では減磁して性能が低下する。そのため、駆動部の動作温度を低くすることにより、モーターの安定した駆動性能が得られる。さらに、動作温度を低くすることにより、安価なマグネットを使用したモーターでも十分な駆動性能が得られるので、低コスト化を図ることもできる。
【００９１】
また絞り機構１、２０を駆動するモーターにはボイスコイルモーターを用いるのが好ましい。ボイスコイルモーターは１／３０ｍｓｅｃの応答速度が十分に得られ、動画の輝度変動に追従することができる。また、ボイスコイルモーターは、絞り羽の停止位置を無段階で調節できる。そのため、動画品質を損なうことなく高いダイナミックレンジが達成される。
【００９２】
本発明の実施の形態において液晶プロジェクターを用いて説明した。しかし、レンズアレイを用いてランプ光束を均一化する方式を採用した投射型表示装置であれば、マイクロミラーを使用したプロジェクターであっても、本発明が適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明においては、１組の絞り羽で構成された単純な絞り機構を用いることで小型化されて低コストの投射型表示装置が得られる。さらに、本発明の投射型表示装置は、高いダイナミックレンジを得ることができる。したがって、本発明の投射型表示装置は、投射照度を調節可能な投射型表示装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施の形態における液晶プロジェクターの光学レイアウトを示す図
【図２Ａ】本発明の実施の形態における絞り機構を示す図
【図２Ｂ】本発明の実施の形態における絞り機構を示す図
【図３】第２レンズアレイと投射映像を示す図
【図４】第１、第２レンズアレイから構成されるインテグレ−タ照明系の概念図
【図５Ａ】本発明の実施の形態における第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図５Ｂ】本発明の実施の形態における第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図６】絞り機構による第２レンズアレイの各レンズセルの遮光状態と投射映像との関係を示す図
【図７Ａ】本発明の実施の形態における異なる絞り羽形状による第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図７Ｂ】本発明の実施の形態における異なる絞り羽形状による第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図８Ａ】本発明の実施の形態における異なる絞り羽形状による第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図８Ｂ】本発明の実施の形態における異なる絞り羽形状による第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図９Ａ】第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図９Ｂ】第２レンズアレイ遮光状態と投射映像を示す図
【図１０Ａ】第２レンズアレイ遮光状態を示す図
【図１０Ｂ】第２レンズアレイ遮光状態を示す図
【図１０Ｃ】第２レンズアレイ遮光状態を示す図
【図１１Ａ】本発明の実施の形態においてもう一つの形態の絞り機構を用いた液晶プロジェクターの光学レイアウト図
【図１１Ｂ】本発明の実施の形態におけるもう一つの絞り機構周辺の側面図
【図１２】本発明の実施の形態におけるもう一つの絞り機構の斜視図
【図１３】従来の液晶プロジェクターの光学レイアウトを示す図
【図１４】従来の絞り機構を示す図
【符号の説明】
【００９５】
１、２０  絞り機構
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、２１ａ、２１ｂ  絞り羽
１２  フレーム
１３  開口部
１３ｘ  開口部中心位置の高さ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、２２ａ、２２ｂ  ギア
１５  モーター
１６  モーターコントローラー
１７  明るさ検出装置
５０  ランプ
５１  第１レンズアレイ
５２  第２レンズアレイ
５３  偏光変換素子
５４  重畳レンズ
５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂ  液晶パネル
５６Ｒ、５６Ｇ  ダイクロイックミラー
５７Ｒ、５７Ｂａ，５７Ｂｂ  全反射ミラー
５８Ｂａ、５８Ｂｂ  リレーレンズ
５９Ｒ、５９Ｇ、５９Ｂ  フィールドレンズ
６０  クロスプリズム
６１  投射レンズ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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