(57)【要約】【課題】  光源から発せられた光束を照明光学系により導いて空間光変調素子を照明しこの空間光変調素子により変調された画像を投射光学系により拡大して結像させる投射型画像表示装置において、光源の信頼性や寿命等に悪影響を及ぼすことなく、また、表示画像におけるコントラストや色再現性の劣化を招来することなく、表示画像を見やすい輝度に調節することを可能とする。【解決手段】  光源３と照明光学系４との間に、光束の光路の外周側部分において少なくとも一定の波長帯域、または、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる交換可能な減衰光学素子２２を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられた光束を照明光学系により導いて空間光変調素子を照明し、この空間光変調素子により変調された画像を投射光学系により拡大して結像させる投射型画像表示装置において、
前記光源と前記照明光学系との間に、前記光束の光路の外周側部分において少なくとも一定の波長帯域、または、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる減衰光学素子を備えている
ことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記減衰光学素子は、交換可能となっている
ことを特徴とする請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記減衰光学素子は、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる偏光板を含むものであって、光軸回りの回転操作が可能となっている
ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間光変調素子を照明しこの空間光変調素子が表示する画像を投射光学系により拡大して結像させる投射型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図５に示すように、複数の空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを備え、これら空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを照明装置により照明し、各空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂにより変調された画像を投射光学系１０２により拡大して結像させて画像表示を行う投射型画像表示装置が提案されている。このような投射型画像表示装置における照明装置は、光源１０３と、この光源１０３からの光束を導いて空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを照明する照明光学系１０４とを有して構成されている。
【０００３】
照明装置における光源１０３としては、超高圧水銀ランプ等が使用されている。また、照明光学系１０４としては、光源１０３からの光束の輝度を均一化して空間光変調素子に導くため、一対のフライアイレンズアレイ１０５，１０６からなるフライアイインテグレータなどのインテグレータを有するものが使用されている。
【０００４】
すなわち、このような投射型画像表示装置においては、光源１０３から発せられた照明光は、一対のフライアイレンズアレイ１０５，１０６、コンデンサレンズ１０７及びリレーレンズ１０８を経て、第１のダイクロイックミラー１０９に入射される。第１のダイクロイックミラー１０９においては、照明光の赤色成分が透過し、緑色成分及び青色成分が反射される。
【０００５】
第１のダイクロイックミラー１０９を透過した照明光の赤色成分は、光路長の調整のためのリレーレンズ１１０、ミラー１１１及びリレーレンズ１１２を経て、第１の偏光ビームスプリッタ１１３に入射される。第１の偏光ビームスプリッタ１１３に入射した照明光の赤色成分は、この第１の偏光ビームスプリッタ１１３の反射膜により反射され、赤色用の空間光変調素子１０１Ｒを照明する。
【０００６】
照明光の赤色成分は、空間光変調素子１０１Ｒにおいて、表示画像の赤色成分に応じて偏光変調されて反射される。この反射光は、第１の偏光ビームスプリッタ１１３に再入射し、反射膜を透過して、色合成プリズム１１４にこの色合成プリズム１１４の側面部より入射する。
【０００７】
一方、第１のダイクロイックミラー１０９において反射された照明光の緑色成分及び青色成分は、第２のダイクロイックミラー１１５に入射される。この第２のダイクロイックミラー１１５においては、照明光の青色成分が透過し、緑色成分が反射される。第２のダイクロイックミラー１１５において反射された照明光の緑色成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１１６に入射される。第２の偏光ビームスプリッタ１１６に入射した照明光の緑色成分は、この第２の偏光ビームスプリッタ１１６の反射膜により反射され、緑色用の空間光変調素子１０１Ｇを照明する。
【０００８】
照明光の緑色成分は、空間光変調素子１０１Ｇにおいて、表示画像の緑色成分に応じて偏光変調されて反射される。この反射光は、第２の偏光ビームスプリッタ１１６に再入射し、反射膜を透過して、色合成プリズム１１４にこの色合成プリズム１１４の後面部より入射する。
【０００９】
第２のダイクロイックミラー１１５を透過した照明光の青色成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１１７に入射される。第３の偏光ビームスプリッタ１１７に入射した照明光の青色成分は、この第３の偏光ビームスプリッタ１１７の反射膜により反射され、青色用の空間光変調素子１０１Ｂを照明する。
【００１０】
照明光の青色成分は、空間光変調素子１０１Ｂにおいて、表示画像の青色成分に応じて偏光変調されて反射される。この反射光は、第３の偏光ビームスプリッタ１１７に再入射し、反射膜を透過して、色合成プリズム１１４にこの色合成プリズム１１４の側面部より入射する。
【００１１】
色合成プリズム１１４に入射された照明光の赤色成分、緑色成分及び青色成分は、この色合成プリズム１１４において合成され、この色合成プリズム１１４の前面部より出射され、投射光学系（投射レンズ）１０２に入射される。投射光学系１０２は、入射された照明光を図示しないスクリーン上に結像させ、各空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂが表示する画像を拡大した画像の表示を行う。
【００１２】
なお、光源１０３は、ランプハウス１１８に固定されており、外筐体１１９に設けられた蓋１２０を外すことにより、外筐体１１９の外部からの交換が可能となっている。光源１０３の交換は、この光源１０３が寿命になったとき等に行われる。
【００１３】
このような投射型画像表示装置においては、明るい部屋において表示画像を観賞する場合には、空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを照明する照明光を高輝度とし、一方、暗い部屋において表示画像を観賞する場合には、空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを照明する照明光の輝度を抑えて、表示画像を見やすい輝度に調節する必要がある。
【００１４】
空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを照明する照明光の輝度を調整する手段としては、従来、光源１０３の出力を電源を介して調整することが行われている。すなわち、光源１０３に供給する電流量を調整することにより、光源１０３の出力を調整して、照明光の輝度を調整する手段である。
【００１５】
また、光源１０３の出力を調整することなく、照明光の輝度を調整する手段としては、空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂにおける変調率を調整することが行われている。
【００１６】
なお、特許文献１には、フライアイインテグレータをなすフライアイレンズアレイ１０５，１０６のうちの一方を光軸に直交する方向に移動調整することにより、光源１０３からの光束による空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂに対する照明効率を向上させる構成が記載されている。これは、照明光学系による照明範囲と、空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂの位置とを一致させることによって、照明効率を向上させ、照明光の輝度を高くしようとするものであって、照明光の輝度を調整する手段を提示するものではない。
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１１５８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、前述のような投射型画像表示装置において、光源１０３の出力の調整により照明光の輝度を調整する場合には、光源１０３の信頼性や寿命等に悪影響を及ぼすという問題があり、２０％の調整が限度である。
【００１９】
すなわち、光源１０３として使用される超高圧水銀ランプ等のランプにおいては、安定して発光するための温度条件やバルブ内圧条件等が設定されているが、ランプ電源を介してランプ出力を調整すると、これらの条件から逸脱してしまう虞れがある。ランプは、これら適切な温度条件やバルブ内圧条件等から逸脱した状態での使用を続けると、信頼性や寿命等が損なわれる虞れがある。
【００２０】
また、投射型画像表示装置において、空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂにおける変調率を調整することによって表示画像の輝度を調整する場合には、表示画像におけるコントラストの劣化、色再現性の劣化を招来する虞れがある。
【００２１】
すなわち、投射型画像表示装置においては、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の各色光の色分離及び色合成のために、ダイクロイックミラー１０９，１１５及びダイクロイックプリズム１１４等の分光光学素子を用いている。これらダイクロイックミラー１０９，１１５やダイクロイックプリズム１１４等の特性は各光学素子ごとに固定されてしまってるため、表示画像におけるＲ、Ｇ、Ｂ各色の色純度や白の色度は、空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂの変調率によって調整されている。
【００２２】
ここで、各色の色純度や白の色度を維持したままで、表示画像の輝度の調整のために空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂの変調率を変更してしまうと、空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂのダイナミックレンジを十分に活用することができなくなり、また、表示画像中の暗部での階調確保が困難となる。
【００２３】
また、このような空間光変調素子１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂの変調率の変更により、色純度の再現範囲が狭くなり、色純度が低くなる虞れがある。
【００２４】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、光源の信頼性や寿命等に悪影響を及ぼすことなく、また、表示画像におけるコントラストや色再現性の劣化を招来することなく、表示画像を見やすい輝度に調節することが可能となされた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前述の課題を解決するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。
【００２６】
〔構成１〕
光源から発せられた光束を照明光学系により導いて空間光変調素子を照明しこの空間光変調素子により変調された画像を投射光学系により拡大して結像させる投射型画像表示装置において、光源と照明光学系との間に、光束の光路の外周側部分において少なくとも一定の波長帯域、または、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる減衰光学素子を備えていることを特徴とするものである。
【００２７】
光束の光路の外周側部分において少なくとも一定の波長帯域、または、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる減衰光学素子としては、中央部分に開口部を有するアパーチャや、透明基板の片面、または、両面に形成された干渉膜や、回転可能に配置された偏光板や、これらの組合わせが考えられる。すなわち、この減衰光学素子としては、アパーチャと干渉膜との組合わせや、アパーチャと偏光板との組合わせや、干渉膜と偏光板との組合わせや、あるいは、アパーチャ、干渉膜及び偏光板の組合わせも考えられる。さらに、アパーチャは、開口部の外周側部分を反射板としてもよい。
【００２８】
〔構成２〕
構成１を有する投射型画像表示装置において、減衰光学素子は、交換可能となっていることを特徴とするものである。
【００２９】
〔構成３〕
構成１、または、構成２を有する投射型画像表示装置において、減衰光学素子は、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる偏光板を含むものであって、光軸回りの回転操作が可能となっていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る投射型画像表示装置においては、光源と照明光学系との間に、光束の光路の外周側部分において少なくとも一定の波長帯域、または、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる減衰光学素子を備えていることにより、暗い部屋において表示画像を観賞する場合に、光源の出力を下げることなく、空間光変調素子を照明する照明光の輝度を抑えて、表示画像を見やすい輝度に調節することができる。
【００３１】
また、この投射型画像表示装置において、減衰光学素子を交換可能とすることにより、周囲の状況（明るさ）や鑑賞者の好みに応じて、表示画像の輝度や、表示画像におけるカラーバランスの調整を行うことができる。
【００３２】
さらに、この投射型画像表示装置において、減衰光学素子が一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる偏光板を含むものである場合には、この減衰光学素子の光軸回りの回転操作を可能とすることにより、周囲の状況（明るさ）に応じて、表示画像の輝度の調整を容易に行うことができる。
【００３３】
すなわち、本発明は、光源の信頼性や寿命等に悪影響を及ぼすことなく、また、表示画像におけるコントラストや色再現性の劣化を招来することなく、表示画像を見やすい輝度に調節することが可能となされた投射型画像表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係る投射型画像表示装置の構成について詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本発明に係る投射型画像表示装置の構成を示す平面図である。
【００３６】
この投射型画像表示装置は、図１に示すように、複数の空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを備え、これら空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを照明装置により照明し、各空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにより変調された画像を投射光学系２により拡大して結像させて画像表示を行う投射型画像表示装置である。この投射型画像表示装置における照明装置は、光源３と、この光源３からの光束を導いて空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを照明する照明光学系４とを有して構成されている。
【００３７】
照明装置における光源３としては、超高圧水銀ランプ等を使用することができる。また、照明光学系４としては、光源３からの光束の輝度を均一化して空間光変調素子に導くため、一対のフライアイレンズアレイ５，６からなるフライアイインテグレータなどのインテグレータを有するものを使用することができる。この照明光学系４においては、光源３から出射された光束は、放物面リフレクタ３ａによって略平行光となされ、第１のフライアイレンズアレイ５に入射される。第１のフライアイレンズアレイ５を透過した光束は、第２のフライアイレンズアレイ６の相対する各セルに集光される。第２のフライアイレンズアレイ６を透過した光束は、ＰＢＳアレイ７に入射される。このＰＢＳアレイ７は、ＰＳ合成プリズムであり、第２のフライアイレンズアレイ６を透過した無偏光光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離し、λ／２板（二分の一波長板）によりＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換（あるいは、Ｐ偏光成分をＳ偏光成分に変換）することにより、照明光の偏光方向を一定の方向に揃える光学素子である。
【００３８】
この照明光学系４においては、フライアイレンズアレイ５，６からなるフライアイインテグレータにより、照明領域となる各空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを照明する光束の形状は、第１のフライアイレンズアレイ５の各セルに相似形の結像となり、すべてのセルの像が重ね合わせられたものとなる。
【００３９】
ＰＢＳアレイ７を透過した光束は、コンデンサーレンズ８及びリレーレンズ９を経て、第１のダイクロイックミラー１０に入射される。第１のダイクロイックミラー１０においては、照明光の赤色成分が透過し、緑色成分及び青色成分が反射される。
【００４０】
第１のダイクロイックミラー１０を透過した照明光の赤色成分は、光路長の調整のためのリレーレンズ１１、ミラー１２及びリレーレンズ１３を経て、第１の偏光ビームスプリッタ１４に入射される。第１の偏光ビームスプリッタ１４に入射した照明光の赤色成分は、この第１の偏光ビームスプリッタ１４の反射膜により反射され、赤色用の空間光変調素子１Ｒを照明する。
【００４１】
照明光の赤色成分は、空間光変調素子１Ｒにおいて、表示画像の赤色成分に応じて偏光変調されて反射される。この反射光は、第１の偏光ビームスプリッタ１４に再入射し、反射膜を透過して、色合成プリズム１５にこの色合成プリズム１５の側面部より入射する。
【００４２】
一方、第１のダイクロイックミラー１０において反射された照明光の緑色成分及び青色成分は、第２のダイクロイックミラー１６に入射される。この第２のダイクロイックミラー１６においては、照明光の青色成分が透過し、緑色成分が反射される。第２のダイクロイックミラー１６において反射された照明光の緑色成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１７に入射される。第２の偏光ビームスプリッタ１７に入射した照明光の緑色成分は、この第２の偏光ビームスプリッタ１７の反射膜により反射され、緑色用の空間光変調素子１Ｇを照明する。
【００４３】
照明光の緑色成分は、空間光変調素子１Ｇにおいて、表示画像の緑色成分に応じて偏光変調されて反射される。この反射光は、第２の偏光ビームスプリッタ１７に再入射し、反射膜を透過して、色合成プリズム１５にこの色合成プリズム１５の後面部より入射する。
【００４４】
第２のダイクロイックミラー１６を透過した照明光の青色成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１８に入射される。第３の偏光ビームスプリッタ１８に入射した照明光の青色成分は、この第３の偏光ビームスプリッタ１８の反射膜により反射され、青色用の空間光変調素子１Ｂを照明する。
【００４５】
照明光の青色成分は、空間光変調素子１Ｂにおいて、表示画像の青色成分に応じて偏光変調されて反射される。この反射光は、第３の偏光ビームスプリッタ１８に再入射し、反射膜を透過して、色合成プリズム１５にこの色合成プリズム１５の側面部より入射する。
【００４６】
色合成プリズム１５に入射された照明光の赤色成分、緑色成分及び青色成分は、この色合成プリズム１５において合成され、この色合成プリズム１５の前面部より出射され、投射光学系（投射レンズ）２に入射される。投射光学系２は、入射された照明光を図示しないスクリーン上に結像させ、各空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが表示する画像を拡大した画像の表示を行う。
【００４７】
なお、この投射型画像表示装置を構成する各光学部品は、図示しないオプティカルベースによって位置決めされて保持されている。また、色合成プリズム１５及び各偏光ビームスプリッタ１４，１７，１８は、それぞれスペーサーガラスを介し接着され、相対位置がずれないようになされている。そして、各空間光変調素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、投射光学系２のフォーカス位置となるように位置決めされている。
【００４８】
そして、光源３は、ランプハウス１９に固定されており、外筐体２０に設けられた蓋２１を外すことにより、外筐体２０の外部からの交換が可能となっている。光源３の交換は、この光源３が寿命になったとき等に行われる。
【００４９】
図２は、この投射型画像表示装置におけるランプハウスの構成を示す断面図である。
【００５０】
ランプハウス１９には、図２に示すように、光源３から出射される光束の光路の少なくとも外周側部分において少なくとも一定の波長帯域、または、一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させる減衰光学素子２２が取付けられている。
【００５１】
図３は、減衰光学素子となるアパーチャの種々の構成を示す正面図である。
【００５２】
減衰光学素子２２としては、光束の外周側部分において全波長帯域について偏光方向に拘わらず光束を遮断するものとして、図３に示すように、中央部分に開口部２２ａを有するアパーチャ２２ｂを用いることができる。
【００５３】
このアパーチャ２２ｂにおける開口部２２ａの形状としては、図３中の（ａ）に示す円形の他に、図３中の（ｂ）に示す正八角形（多角形）や、図３中の（ｃ）に示す角を落とした矩形や、図３中の（ｄ）に示す矩形としてもよい。また、図３中の（ｅ）に示すように、開口部２２ａは、光軸中心に対して非対象な形状としてもよい。
【００５４】
このように開口部２２ａの大きさや形状の異なる種々のアパーチャ２２ｂを用意しておき、投射型画像表示装置の用途に応じて選択して設置することにより、同一の光源３及びランプハウス１９を用いて、表示画像の明るさをユーザの希望に適合させた投射型画像表示装置を構成することが可能となる。
【００５５】
また、アパーチャ２２ｂを用いることにより、光源３からの照明光が絞られて照明光学系４のＦナンバが大きくなり、各偏光ビームスプリッタ１４，１７，１８に対する照明光の入射角が抑えられ、各偏光ビームスプリッタ１４，１７，１８における偏光分離特性が改善されるため、表示画像のコントラストを向上させることができる。
【００５６】
なお、アパーチャ２２ｂは、開口部２２ａの形状の異なるものを複数枚組み合わせて使用してもよい。
【００５７】
また、アパーチャ２２ｂは、開口部２２ａの外周側部分を反射板としてもよい。この場合には、光源３から発せられ開口部２２ａの外周側部分によって遮断された光束が、再び光源３側に戻されて再利用されるので、光損失を抑えることができ、表示画像のコントラストの改善を図ることができる。
【００５８】
図４は、減衰光学素子となる干渉膜の構成を示す断面図である。
【００５９】
さらに、減衰光学素子２２は、照明光束の全領域について一定の波長帯域の光を偏光方向に拘わらず減衰させるものとして、図４に示すように、透明基板２２ｃの片面、または、両面に、誘電体からなる干渉膜（ダイクロイック膜）２２ｄを形成したものとしてもよい。干渉膜２２ｄは、透明基板２２ｃの表面に、蒸着等の製法で設けることができる。このような干渉膜２２ｄを有する減衰光学素子２２を用いることにより、表示画像の色温度や色純度の調整が可能である。
【００６０】
透明基板２２ｃの両面に干渉膜２２ｄを形成する場合においては、各面の干渉膜の特性を互いに異なったものとすることにより、減衰光学素子２２全体としての特性を細かく調整することができ、表示画像の細かい色調整が可能である。
【００６１】
また、図４に示すように、このような干渉膜２２ｄと、前述したアパーチャ２２ｂとを組合わせて使用するようにしてもよい。この場合には、アパーチャ２２ｂによる照明光の絞り込みの効果と、干渉膜２２ｄによる色温度調整の効果との双方を得ることができる。
【００６２】
さらに、減衰光学素子２２としては、照明光束の全領域において全波長帯域について一定の偏光成分の光の透過光量を減衰させるものとして、偏光板を用いることができる。この場合には、この減衰光学素子２２は、光軸回りに回転可能に配置することが望ましい。なお、この偏光板としては、反射型偏光板であるワイヤーグリッド偏光板を用いることが望ましい。
【００６３】
また、減衰光学素子２２としては、アパーチャ２２ｂと偏光板とを組合わせたものや、干渉膜２２ｄと偏光板とを組合わせたものを使用することもでき、さらに、アパーチャ２２ｂ、干渉膜２２ｄ及び偏光板を組合わせたものとしてもよい。
【００６４】
そして、この減衰光学素子２２は、交換可能とすることができる。減衰光学素子２２を交換可能とすることにより、投射型画像表示装置のユーザが、減衰光学素子２２を交換することで、使用目的や好みに応じて表示画像の明るさや色温度を調整することできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る投射型画像表示装置の構成を示す平面図である。
【図２】前記投射型画像表示装置におけるランプハウスの構成を示す断面図である。
【図３】前記投射型画像表示装置における減衰光学素子となるアパーチャの種々の構成を示す正面図である。
【図４】前記投射型画像表示装置における減衰光学素子となる干渉膜の構成を示す断面図である。
【図５】従来の投射型画像表示装置の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１Ｒ  赤色用空間光変調素子
１Ｇ  緑色用空間光変調素子
１Ｂ  青色用空間光変調素子
２    投射光学系
３    光源
４    照明光学系
５    第１のフライアイレンズアレイ
６    第２のフライアイレンズアレイ
２２    減衰光学素子
２２ａ  開口部
２２ｂ  アパーチャ
２２ｃ  透明基板
２２ｄ  干渉膜
【図１】
2007072401.tif 000003
【図２】
2007072401.tif 000004
【図３】
2007072401.tif 000005
【図４】
2007072401.tif 000006
【図５】
2007072401.tif 000007