【手続補正書】
【提出日】平成19年11月5日(2007.11.5)
【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】
光源部からの光を受光し、光軸と略直交する第１方向に配列された複数の第１レンズ素子を有する第１インテグレータと、前記第１方向と平行な方向に、前記第１レンズ素子に対応して配列され、前記第１インテグレータによって分割集光された個々の光束を取り込む複数の第２レンズ素子を有する第２インテグレータと、前記第２インテグレータを通過した光を集光する集光手段とを有し、被照明面を照明する照明光学系であって、
前記集光手段によって集光された光束の一部を遮光する遮光板が配置されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記集光手段が、前記光軸と平行で前記第１方向と直交する第１平面において、前記第２インテグレータを通過した光を集光しており、
前記遮光板が、前記集光手段による前記第１平面における集光位置近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項３】
前記集光手段の前記第１平面における焦点距離をｆとするとき、前記遮光板は、前記第２インテグレータを通過した光の前記第１平面における集光位置か、該集光位置からの前記光軸方向に沿った距離が０．３ｆ以内の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向とするとき、
前記開口領域の前記第２方向の幅は、前記光軸位置から前記第１方向にそって遠ざかるに従って、減少及び増加することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向とするとき、
前記開口領域の前記第２方向の幅は、前記光軸位置から前記第１方向にそって遠ざかるに従って、減少し、その後増加することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向、
前記開口領域の、前記光軸位置における前記第２方向の幅をＷ１１、
前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って距離Ｌ１離れた位置における前記第２方向の幅をＷ１２、
前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って距離３／２×Ｌ１離れた位置における前記第２方向の幅をＷ１３とするとき、
Ｗ１１＞Ｗ１２＜Ｗ１３
という関係を満たすＬ１が存在することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
前記第１方向及び前記光軸と垂直な方向を第２方向、
前記開口領域の、前記光軸位置における前記第２方向の幅をＷ２１、
前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って距離Ｌ２離れた位置における前記第２方向の幅をＷ２２、
前記開口領域の、前記光軸から前記第１方向に沿って距離２×Ｌ２離れた位置における前記第２方向の幅をＷ２３とするとき、
Ｗ２１＞Ｗ２２＜Ｗ２３
という関係を満たすＬ２が存在することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記遮光板は、前記光軸上を含む開口領域を有しており、
前記開口領域の、前記光軸位置における前記第１方向の幅をＷ１、
前記開口領域の、前記光軸位置における前記第２方向の幅をＷ２とするとき、
Ｗ１＞Ｗ２
であることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の照明光学系。
【請求項９】
前記光源と前記遮光板が配置されている位置とは実質的に共役な関係であることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記遮光板が遮光する部分は、光軸方向と前記第２方向によって規定される座標系の前記光軸方向及び／又は前記第２方向に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記遮光板は、前記第２方向において前記レンズ素子のピッチで決定される開口形状を有することを特徴とする請求項１記載の照明光学系。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
前記照明光学系によって照明され、前記光を画像変調する画像表示素子と、
当該画像表示素子が画像変調した光を被投射面に投射する投射光学系とを有することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１３】
前記投射型画像表示装置は、前記光源部の発光状態又は前記画像表示素子上の照度分布を検出する検出部を更に有し、
前記遮光板は前記光の光路に対して着脱可能に構成され、
当該検出部による検出結果に基づいて前記遮光板の前記光路に対する着脱を制御する制御部とを有することを特徴とする請求項１２記載の投射型画像表示装置。
【請求項１４】
前記遮光板は、光軸方向と前記第１方向と前記第２方向によって規定される座標系において、前記第１又は前記第２方向に関して開口形状が反対方向に形成されている少なくとも２種類の遮光板を含み、
前記制御部は、前記検出部による検出結果に基づいて前記２種類の遮光板のうちのいずれか一方を前記光路に対して着脱することを特徴とする請求項１３記載の投射型画像表示装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記検出部の結果に基づいて、前記光源部を交換すべき旨の通知を行うことを特徴とする請求項１２記載の投射型画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
近年の液晶プロジェクタなどの投射型画像表示装置の普及により、投射型画像表示装置は高画質が益々要請されている。最近の偏光型の液晶プロジェクタは、照明光学系からの照明光を反射型液晶表示素子（又は反射型液晶パネル）で画像変調する。そして、変調後の光を偏光ビームスプリッター（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ（以下、「ＰＢＳ」と呼ぶ。））で検光して投射光学系に導光している（例えば、特許文献１を参照のこと）。かかる投射型画像表示装置はスクリーンに投射された画像が全体に渡って均一に近い明るさを有していることが重要である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
しかしながら、特許文献２は、１次元インテグレータが屈折力を持たない断面はレンズセルの重畳的照明によって照度分布を均一化していないので、画像表示素子上での照度分布がランプの発光分布の劣化などに異常に大きく影響される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施例である照明光学系１０について説明する。ここで、図１は、照明光学系１０の単純化された光路図である。より詳細には、図１（ａ）は後述するインテグレータ１２及び１４がパワーを有するｙｚ断面を示している。図１（ｂ）は、インテグレータ１２及び１４がパワーを有しないｘｚ断面を示している。ｘ軸は左右、ｙ軸は上下、ｚ軸は光軸方向を表し、ｘｙの原点は光軸である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
照明光学系１０は、図1に示すように、ランプ１（光源２及びリフレクタ４）からの光を受光して被照明面としての画像表示素子４０を照明する光学系である。照明光学系１０は、第１インテグレータ１２、第２インテグレータ１４、第１の光束圧縮レンズ１６、遮光板（又は絞り）２０、コンデンサーレンズ３０、第２の光束圧縮レンズ３２を有する。ランプ1自体は照明光学系１０の一部であってもよいし、一部でなくてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
ｘｚ断面では、光源２から射出された白色光は、リフレクタ４で反射し、第１インテグレータ１２に向かう。ｘｚ断面では第１インテグレータ１２、第２インテグレータ１４は屈折力は持っておらず、単なるガラスブロックとして扱うことができる。その後、第１の光束圧縮レンズ１６、遮光板２０、コンデンサーレンズ３０、第２の光束圧縮レンズ３２を介して、画像表示素子４０に照明光が入射する。第１の光束圧縮レンズ１６、コンデンサーレンズ３０、第２の光束圧縮レンズ３２はｘｚ断面（第１平面）において平行光を一定の瞳倍率で圧縮して射出する略アフォーカル系を構成するように配置されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
遮光板２０はインテグレータ１２及び１４のレンズセルの配列方向（Ｙ方向）と直交する方向の光の集光位置近傍である第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置近傍に配置されている。第１の光束圧縮レンズ１６の焦点距離をｆとした時、遮光板２０は、第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置か、その焦点位置からの光軸方向に沿った距離が０．３ｆ以内（好ましくは０．１５ｆ以内）の位置に配置することが望ましい。ここで、焦点位置とは、第１の光束圧縮レンズ１６の主平面から第１の光束圧縮レンズ１６の焦点距離だけ離れた位置、又は第１の光束圧縮レンズ１６の光出射面から第１の光束圧縮レンズ１６の焦点距離だけ離れた位置である。図２に、遮光板２０の拡大平面図を示す。遮光板２０は、同図に示すように、開口部２２と遮光部２４とを有する。開口部２２の開口形状は、後述するように、図２に示す形状に限定されるものではない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
遮光板２０の作用を図３乃至図５を参照して詳細に説明する。遮光板２０が配置されていない系では、図１２に示すように光源２がリフレクタ４の焦点位置に対してずれると画像表示素子４０上で左右の光量差が発生する。しかし、遮光板２０を設置することによって、図３に点線で示す状態から実線で示す状態に左右の光量差を緩和して均一化することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図５に光源２から画像表示素子４０までの光路図を示す。図５（ａ）に示す実線は、光源２がリフレクタ４の焦点位置にある場合、点線は光源２がｘ方向マイナス側にずれた場合の光路を示している。ｘ方向に関して、光源２と第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置が実質的に共役な関係にあるため、第１の光束圧縮レンズ１６の焦点位置近傍の光路が光源２の位置ずれに合わせ片寄りができてしまう。そのため、その大きく片寄った光が画像表示素子４０マイナス側の光量アップに寄与している。そのため、図５（ｂ）に示すように、ｘ方向で光路を遮光する遮光板２０を設置すると、画像表示素子４０上で光量の高い側の光を遮断することができ、左右の光量を均一化することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本実施例は、遮光部２４を光軸から離れた位置に配置し、ｙ方向にのみ重畳的な照明を行っている。即ち、図６（ａ）に示すように、ランプ１の発光分布を上下方向に並ぶ複数個の領域に分割し、それぞれを画像表示素子４０上に重ね合わせることにより、略均一な照明を行えるようにしている。ランプ１の発光領域を約４０ｍｍ×４０ｍｍ、第２インテグレータ１４が上下方向に４．５ｍｍピッチで配列された９個のレンズで構成されているとする。その場合には、図６（ｂ）に示すように、遮光部２４は光軸から約９ｍｍの距離ｂだけ離れた位置を中心に４．５ｍｍの幅ａの遮光とすることが好ましい。これは、図６（ａ）に示す部分６が画像表示素子４０上で図６（ｃ）に示す位置４２近辺の画面上で明るさの極大値となる位置近傍の照明に大きく寄与しており、その部分の光を遮光することにより照度の大きな変化を無くしているからである。ここで、部分６は、光軸からＹ方向に±約９ｍｍの位置近傍である。また、位置４２は、投射される画像の横幅の約１/６の長さ分だけ端から中央に寄った位置、逆に言うと、投射される画像の中心から画像の横方向の幅の約１/３だけ左右方向にずれた位置である。画面中心から端に向かって光量が単調に増加するものは人間の目にとってはあまり違和感を感じないが、図３に示すように途中に光量の変曲点（又は極大値又は極小値）があるようなものは変曲点付近の傾きが大きいほど違和感となり、画質の劣化として認識する。そのため、図６（ｃ）に示す位置４２近傍の光量の変化を抑えることが好ましい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
インテグレートする方向（図中のＹ方向）を第１方向、第１方向及び光軸（照明光学系の光軸、及び／又はリフレクターの光軸）の両者に対して垂直な方向（図中にＸ方向）を第２方向とし、第１方向及び第２方向によって座標系を規定する。このとき、開口領域の前記第２方向の幅は、光軸位置から第１方向にそって遠ざかるに従って（図の＋Ｙ方向に進むに従って、又は−Ｙ方向に進むに従って）、減少及び増加している。より詳細には、光軸位置から±Ｙ方向に９ｍｍ移動した位置における第２方向の幅は、光軸位置における第２方向の幅に比べて減少しており、その後増加している構成とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
さらに、この光軸上を含む開口領域は、開口領域の光軸位置における第２方向の幅をＷ１１とする。また、光軸から第１方向に沿って所定距離Ｌ１離れた位置における第２方向の幅をＷ１２とする。また、光軸から第１方向に沿って所定距離３／２×Ｌ１離れた位置における第２方向の幅をＷ１３とするとき、Ｗ１１＞Ｗ１２＜Ｗ１３という関係を満たすＬ１が存在するような構成とすることが望ましい。さらに、この光軸上を含む開口領域は、開口領域の光軸位置における第２方向の幅をＷ２１とする。また、光軸から第１方向に沿って所定距離Ｌ２離れた位置における第２方向の幅をＷ２２とする。また、光軸から第１方向に沿って所定距離２×Ｌ２離れた位置における第２方向の幅をＷ２３とするとき、Ｗ２１＞Ｗ２２＜Ｗ２３という関係を満たすＬ２が存在するような構成とすることが望ましい。ここで、Ｌ１は、図６（ｂ）、図７において９ｍｍとしている。勿論９ｍｍ以外の値であっても構わない。また、図６（ｂ）、図７においては、＋Ｙ方向、−Ｙ方向の両方向において、上記の式が成り立っているが、＋Ｙ方向、−Ｙ方向のいずれかの方向にしか成り立たないような構成であっても構わない。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
図８に示す実施例では、投射型表示装置は、制御部６０、検出部６２、駆動部６４、アラーム６６を有し、遮光板２０を光路に対して着脱可能に構成している。検出部６２は、画像表示素子４０上の照度分布を検出するが、ランプ１の発光状態又は光量分布を検出してもよい。図１１に示す状態ではランプ１は正常に動作しているので必ずしも遮光板２０を挿入する必要がない。そのため、本実施例では、ランプ１の異常を検出部６２が検出した場合にのみ制御部６０が、検出部６２による検出結果に基づいて、遮光板２０の光路に装着するように駆動部６４を駆動制御する構成としている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
検出部６２は、図１２（ｂ）又は（ｃ）においてどちらの山が異常又は劣化しているのかを検出することができる。このため、別の実施例では、複数の種類（少なくとも２種類）の遮光板２０を図示しないターレットなどに用意している。そして、制御部６０は、検出部６２による検出結果に基づいて複数の種類の遮光板２０のいずれかを光路に装着するように駆動部６４を制御することができる。このような複数の種類の遮光板２０の例を、図９（ａ）乃至図９（ｄ）に示す。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図９（ｄ）は、図１２（ｂ）に示すように、左側の山部が異常又は劣化した状態を補正するのに必要な開口部２２Ｅと遮光部２４Ｅとを有する遮光板２０Ｅを示している。図９（ｃ）は、右側の山部が異常又は劣化した状態を補正するのに必要な開口部２２Ｄと遮光部２４Ｄ（遮光板２０Ｅの開口形状に対し第２方向に反対方向に形成される開口形状）とを有する遮光板２０Ｄを示している。図９（ｃ）、（ｄ）のように遮光部２４は、レンズセルの配列方向に直交する方向に対称に配置されていなくてもよい。また、図３に示す点線から実線に補正する効果は減少するが、上下方向どちらかのみ遮光部がある形状でも構わない例えば、図９（ａ）や（ｂ）に示す形状である。この場合、図３に示す点線から実線に補正する効果は半分となり、補正後の線は点線と実線の間になる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
以下、図１０を参照して、本発明の一実施例の投射型画像表示装置としての液晶プロジェクタ１００について説明する。ここで、図１０は、液晶プロジェクタ１００の概略ブロック図である。液晶プロジェクタ１００は、図１０に示すように、偏光光源部１０２と、ダイクロイックミラー１０４と、光生成部１１０と、光生成部１３０と、光合成プリズム（色合成プリズム）１５０と、投射光学系１６０とを有する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
偏光光源部１０２は、図１等に記載した照明光学系が入るが、図１０では省略した。ここで、偏光光源部１０２は、所定の偏光状態の照明光をダイクロイックミラー１０４に導光する機能を有する。そして、光源側から投射光学系１６０に向かって光路に沿って、連続スペクトルで白色光を発光する光源と光を所定の方向に反射するリフレクタを含むランプを有する。また、光軸と略直交する所定の方向に複数の第１レンズ素子（好ましくはシリンドリカルレンズ）を配置した第１レンズアレイを有する。また、複数の第１レンズ素子に対応して所定方向に配列され、第１レンズアレイによって分割集光された個々の光束を取り込む複数の第２レンズ素子を配置した第２レンズアレイを有する。また、無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子（偏光変換素子を所定方向に沿って複数配置した偏光変換素子アレイ）を有する。また、コンデンサーレンズと、折り曲げミラーと、フィールドレンズとを有する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
光生成部１１０は、所定の偏光状態のＲＢ光を光合成プリズム１５０に導光する。光生成部１１０は、色選択性位相差板１１２ａ及び１１２ｂと、反射型液晶表示素子１１４ａ及び１１４ｂと、１／４波長板１１６ａ及び１１６ｂと、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）１２０とを有する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
ＰＢＳ１４０は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。ＰＢＳ１４０は、Ｇの照明光が透過する端面１４１、反射型液晶表示素子１３２に対してＧ光が透過する端面１４２、Ｇの投射光が透過する端面１４３を有する。各端面（光通過面）１４１乃至１４３には、Ｇの波長領域に反射率の極小値がある分光反射特性を有する反射防止膜１４５が形成されている。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
偏光光源部１０２から投射光学系１６０に至る光束は反射型液晶表示素子１１４ａ、１１４ｂ及び１３２において一番細くなるので、反射型液晶表示素子の近傍に配置したＰＢＳ１２０、１４０を色合成プリズム１５０よりも小さく構成している。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
投射光学系（投射レンズ）１６０は、図示しないスクリーン（被投射面）にカラー画像を投射する。投射光学系１６０のＦｎｏは、反射型液晶表示素子における回折や取り付け誤差による投射レンズの光軸と集光光学系の光軸のずれを考慮して照明系のＦｎｏよりも明るく設定している。