(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、スクリーンにおける光束の被照明領域の色度分布を均一にし、遮光部による遮光量の調節を可能とすることを目的とする。【解決手段】  光束を遮光する遮光部の形状を、光軸を含む平面に対して垂直な方向の長さを、光軸に含む平面に対して平行な方向の長さよりも長い形状としたことにある。【選択図】図２
2007279332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を出射する光源と、
前記光源からの光束の照度を均一化する第１及び第２のアレイレンズで形成されるアレイレンズ群と、
前記アレイレンズ群からの光束の偏光方向を統一する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光束を照明する面において重ね合わせる重畳レンズと、
前記重畳レンズからの光束を複数色の光束に分離する色分離部と、
前記複数色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、
前記複数個の映像表示素子から出射された光束を合成する色合成プリズムと、
前記色合成プリズムから出射された光束を投射する投射レンズと、
前記光源から前記色分離部までの間に配置された遮光部とを有し、
前記光源から前記複数個の映像表示素子までの各々の距離は略等しく、前記各々の距離における前記複数色の光束の各々の反射回数は複数回又は奇数回に統一された投射型表示装置であって、
前記遮光部の開口形状は、前記色分離部の色分離面において、前記光束の光軸に対して垂直な方向である第１の方向の長さは、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向の長さより短い形状であることを特徴と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、
前記遮光部は、反射ミラーで形成され、前記光源と前記第１のアレイレンズとの間に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、前記第１のアレイレンズと前記第２のアレイレンズとの間に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項３記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の外側に配置され、回動式であって、前記遮光部を開いた状態と閉じた状態とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
請求項３記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の外側に配置され、スライド式であって、前記遮光部を開いた状態と閉じた状態とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項６】
請求項３記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の内側に配置され、回動式であって、
前記複数の遮光板を回動することにより、前記光束を遮光する遮光量を調節することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項７】
光束を出射する光源と、
前記光源からの光束の照度を均一化する第１及び第２のアレイレンズで形成されるアレイレンズ群と、
前記アレイレンズ群からの光束の偏光方向を統一する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光束を照明する面において重ね合わせる重畳レンズと、
前記重畳レンズからの光束を第１の光束と、第２及び第３の光束とに分離する第１の色分離ミラーと、
前記第１の光束を反射する第１の反射ミラーと、
前記第２及び第３の光束を反射する第２の反射ミラーと、
前記第２の反射ミラーで反射した前記第２及び第３の光束を、第２の光束と第３の光束とに分離する第２の色分離ミラーと、
前記第２の光束を反射する第３の反射ミラーと、
前記第３の光束を反射する第４の反射ミラーと、
前記第１、第２及び第３の光束に対応して配置された第１、第２及び第３の透過型映像表示素子と、
前記第１、第２及び第３の透過型映像表示素子からの光束を合成する色合成プリズムと、
前記色合成プリズムからの光束を投射する投射レンズと、
前記光源から前記第１の色分離ミラーとの間に配置された遮光部とを有し、
前記光源から前記第１、第２及び第３の透過型映像表示素子までの各々の距離が略等しい投射型表示装置であって、
前記遮光部の開口形状は、前記色分離ミラーの色分離面において、前記光束の光軸に対して垂直な方向である第１の方向の長さは、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向の長さより短い形状であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項８】
請求項７記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、反射ミラーで形成され、前記光源と前記第１のアレイレンズとの間に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項９】
請求項７記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、前記第１のアレイレンズと前記第２のアレイレンズとの間に配置されることを特徴と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、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の外側に配置され、回動式であって、前記遮光部を開いた状態と閉じた状態とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１１】
請求項９記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の外側に配置され、スライド式であって、前記遮光部を開いた状態と閉じた状態とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１２】
請求項９記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の内側に配置され、回動式であって、
前記複数の遮光板を回動することにより、前記光束を遮光する遮光量を調節することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１３】
光束を出射する光源と、
前記光源からの光束の照度を均一化する第１及び第２のアレイレンズで形成されるアレイレンズ群と、
前記アレイレンズ群からの光束の偏光方向を統一する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光束を照明する面において重ね合わせる重畳レンズと、
前記重畳レンズからの光束を第１の光束と、第２及び第３の光束とに分離する第１の色分離部と、
前記第１の光束を反射する第１の反射ミラーと、
前記第２及び第３の光束を反射する第２の反射ミラーと、
前記第２の反射ミラーで反射した前記第２及び第３の光束を、第２の光束と第３の光束とに分離する第２の色分離部と、
前記第１の反射ミラーで反射した第１の光束を反射又は透過する第１の選択反射部と、
前記第２の色分離部を透過した第２の光束を反射又は透過する第２の選択反射部と、
前記第２の色分離部で反射した第３の光束を反射又は透過する第３の選択反射部と、
前記第１、第２及び第３の光束に対応して配置された第１、第２及び第３の反射型映像表示素子と、
前記第１、第２及び第３の反射型映像表示素子で反射し、前記第１、第２及び第３の選択反射部を透過した前記第１、第２及び第３の光束を合成する色合成プリズムと、
前記色合成プリズムからの光束を投射する投射レンズと、
前記光源から前記第１の色分離部との間に配置された遮光部とを有し、
前記光源から前記第１、第２及び第３の反射型映像表示素子までの各々の距離が略等しい投射型表示装置であって、
前記遮光部の開口形状は、前記色分離ミラーの色分離面において、前記光束の光軸に対して垂直な方向である第１の方向の長さは、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向の長さより短い形状であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、反射ミラーで形成され、前記光源と前記第１のアレイレンズとの間に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、前記第１のアレイレンズと前記第２のアレイレンズとの間に配置されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の外側に配置され、回動式であって、前記遮光部を開いた状態と閉じた状態とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１７】
請求項１５記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の外側に配置され、スライド式であって、前記遮光部を開いた状態と閉じた状態とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１８】
請求項１５記載の投射型表示装置であって、
前記遮光部は、複数の遮光板で形成され、前記光束の内側に配置され、回動式であって、
前記複数の遮光板を回動することにより、前記光束を遮光する遮光量を調節することを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子により映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像をスクリーンなどに投射する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の図９には、特許文献１の図８に示した画像表示装置において、第１のレンズアレイ５５及びフィルタ５６の間に、遮光部材１９が設けられた画像表示装置の構成が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１９９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された画像表示装置は、光源から投射レンズまでの各色光の光路の長さは略等しく構成されている。しかし、遮光部材の開口形状によっては、色分離部の反射面の反射角度特性及び反射角度特性の製造誤差に起因して、スクリーンに投射される画像の色の不均一性が発生する。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みて成されたもので、その目的は、スクリーンにおける光束の被照明領域の色度分布をより均一にし、遮光部による遮光量の調節を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一面は、光束を遮光する遮光部の形状を、光軸を含む平面に対して垂直な方向の長さを、光軸を含む平面に対して平行な方向の長さよりも長い形状としたことにある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スクリーンにおける光束の被照明領域の色度分布を均一にすると共に、遮光部による遮光量の調節が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、実施例について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一な部分には同一符号を付す。また、一度説明したものについては、その説明を省略する。符号の後にＲまたはＧまたはＢを添えて示す要素は、色によって分離された複数の光路で区別する必要があるものである。説明上特に支障がない場合には、添字を省略する。符号の後にａ，ｂ，ｃ，ｄを添えて示す要素は、符号の示す要素の一部分もしくは、符号の示す要素に係る光軸、光学的方向を示したものである。
【０００９】
実施例１を図１から図９を用いて説明する。
【００１０】
図１は、実施例１の投射型表示装置を示す図である。図１において、第１のアレイレンズ３と映像表示素子１８が、互いに物体と像の関係（共役関係）に設計され、第１のアレイレンズ３で複数に分割された光束が、第２のアレイレンズ４とこれに近接して配設される重畳レンズ６によって、ライトバルブ１４内の映像表示素子１８上に重畳して投影され、重畳レンズ６を出射した光束が映像表示素子１８上に達するまでの光路長が青色光束（以降Ｂ光束と表記する。）、緑色光束（以降Ｇ光束と表記する。）、赤色光束（以降Ｒ光束と表記する。）の全てで略等しく、光束の反射回数が偶数、奇数のいずれかに統一される。即ち、重畳レンズ６を出射した光束のうちＢ光束は、色分離ミラー３１で反射し、反射ミラー３２で反射し、コンデンサレンズ１３Ｂを透過して、Ｂ光用の映像表示素子１８Ｂ上に達する。また、Ｇ光束は、色分離ミラー３１を透過して、反射ミラー３３で反射し、色分離ミラー３４で反射し、反射ミラー３５で反射し、コンデンサレンズ１３Ｇを透過してＧ光用の映像表示素子１８Ｇ上に達する。ここで、Ｒ光束は、色分離ミラー３１を透過して、反射ミラー３３で反射し、色分離ミラー３４を透過して、反射ミラー３６で反射した後、コンデンサレンズ１３Ｒを透過して、Ｒ光用の映像表示素子１８Ｒ上に達する。各映像表示素子１８を透過したＢ光束、Ｇ光束、Ｒ光束は、光合成プリズム２１によってカラー映像として合成された後、投射レンズ２００を通過し、スクリーン１００に到達する。
【００１１】
このとき、Ｇ光路とＲ光路の反射は光軸上において、全て光路が直角になるように反射しており、また色分離ミラー３４までは同一の光路であり、また色分離ミラー３４で分離されたあと、それぞれ映像表示素子１８Ｇ，１８Ｒに至るまでの光路は、色分離ミラー３４に対し、対称な関係にある。即ち、Ｇ光路とＲ光路は光路長が略同一となっている。また、光合成プリズム２１での色合成のために、反射ミラー３２から映像表示素子１８Ｂに向かう光路は反射ミラー３６から映像表示素子１８Ｒに向かう光路と光軸が略同一直線上にあるが、この前提条件のもとで、Ｇ光路とＲ光路と光路長が略同一となるようにＢ光路では色分離ミラー３１及び反射ミラー３２の位置と反射角度を設定している。以上説明したように、図１に示す投射型表示装置においては重畳レンズ６を出射した光束が映像表示素子１８上に達するまでの光路長がＲ光束、Ｇ光束、Ｂ光束の全てにおいて略等しく、また光源１から重畳レンズ６までの光路長は全て共通であり、映像表示素子１８からスクリーン１００までの光路長は、投射レンズ２００の性能によって規定される共通の光学距離に依存するためこれも共通である。よって、図１に示す投射型表示装置においては光源１からスクリーン１００までの光路長がＲ光束、Ｇ光束、Ｂ光束の全てにおいて略等しい。また、このとき光源１から出射した光束がスクリーン１００に達するまでの反射回数は、Ｂ光路で３回、Ｇ光路で３回、Ｒ光路で３回、と全て同じ回数である。
【００１２】
以上、説明したように、図１に示す投射型表示装置においては光源からスクリーンまでの光路長がＲ光束、Ｇ光束、Ｂ光束において全て略等しく、またその工程での反射回数が全て等しいため、ダイクロミラーによる色の分離が行われる位置より、光源側の光路、即ち、ダイクロミラー３１に達する前の時点での照度分布の均一性が損なわれた場合、スクリーン上の映像での不均一な照度分布はＲ光束、Ｇ光束、Ｂ光束において全て揃っており、何れか１つの光路が上下左右ともに反転することもない。そのため、スクリーン上の各光路の照度分布の不均一性がそれぞれ近くなり、色度分布の不均一性は改善される。
【００１３】
以上、説明したように、光源からスクリーンまでの光路長がＲ光束、Ｇ光束、Ｂ光束において全て略等しくすることにより、色度分布の不均一性の改善が見込まれるが、色分離ミラーに存在する色分離面の反射特性及び反射特性の製造誤差によるスクリーン上の色度分布の不均一性は解決されずに発生したままとなる。
【００１４】
そこで、実施例１の投射型表示装置においては、遮光部の開口形状を図２に示すような形状とすることにより、色分離面の反射特性及び反射特性の製造誤差によるスクリーン上の色度分布の不均一性の影響を低減する。以下、理由を説明する。
【００１５】
図２(ａ)は、実施例１による投射型表示装置の遮光部の開口形状の一例を色分離ミラーより光源側での光源の光軸に垂直な面に投影した図を示している。４５０は、光源から出射する光束の透過の可能性のある範囲を示している。実施例１においては、遮光部は２枚の遮光板により形成されている。４５１及び４５２は、それぞれ２枚の遮光板による遮光領域を示している。４５３は遮光されていない非遮光領域、４５４は非遮光領域における第１の方向の長さ、４５５は非遮光領域における第２の方向の長さを示している。図２(ａ)の開口形状は、非遮光領域において第２の方向の長さ４５５が、第１の方向の長さ４５４よりも長いことを特徴としている。なお、実施例１において遮光部は、第２の方向の長さ４５５が、第１の方向の長さ４５４よりも長いことを満たせば、どのような開口形状でもよい。例えば、図２(ｂ)のような形状にしてもよい。また、図２(ａ)は、２枚の遮光板により遮光する開口形状であるが、図２(ｃ)のように３枚以上の遮光板による開口形状でもよい。即ち、図２(ｂ)では、４６１及び４６２はそれぞれ２枚の遮光板による遮光領域を示している。４６３は遮光されていない非遮光領域、４６４は非遮光領域における前記第１の方向の長さ、４６５は非遮光領域における第２の方向の長さを示している。図２(ａ)と同じく、図２(ｂ)の開口形状は非遮光領域において第２の方向の長さ４６５が、第１の方向の長さ４６４よりも長いことを特徴としている。また、図２(ｃ)においては、例えば、遮光部は４枚の遮光板により形成されている。４７１，４７２，４７３，４７４は、それぞれ４枚の遮光板による遮光領域を示している。４７５は遮光されていない非遮光領域、４７６は非遮光領域における第１の方向の長さ、４７７は非遮光領域における第２の方向の長さを示している。図２(ａ)と同じく、図２(ｃ)の開口形状は、非遮光領域において第２の方向の長さ４７７が、第１の方向の長さ４７６よりも長いことを特徴としている。以上説明した遮光部の開口形状により、遮光時のスクリーンの被照明領域の色度分布を均一にすることができる。以下、理由を説明する。
【００１６】
図３(ａ)は、光源にアークを形成するランプを用いた投射型表示装置において、光源から遠い位置に配置される第２のアレイレンズ４上での光源のアークの２次光源像４０１を示したものである。ここで、３０１は光軸であり、３９９は第２のアレイレンズのレンズセル枠を示している。３９７は第２のアレイレンズのセル配列方向のうち、第１の方向を有して光軸と交差する第１の軸を示しており、３９８は第２のアレイレンズのセル配列方向のうち、第２の方向を有して光軸と交差する第２の軸を示している。
【００１７】
図３(ａ)に示されるように、一般的にアークの２次光源像は光軸３０１、第１の軸３９７、第２の軸３９８に対して対称性を有する。ここで、図３(ｂ)は、２枚の遮光板４１０、４１１を用いて、２次光源像４０１を光軸に対象に遮光した場合の２次光源像４０２を示したものである。さらに、図３(ｃ)は、２枚の遮光板４１０、４１１を用いてが位置精度のバラツキにより、光軸を含む平面に非対称に遮光する状態となった場合の２次光源像４０３を示したものである。
【００１８】
図３(ｂ)と図３(ｃ)を比較することにより、ライトバルブ上に重畳される被照明領域の照度分布は、図３(ｃ)の点線にて囲んで示す第２のアレイレンズ上での非対称領域４１５の照度分だけ、不均一となることがわかる。
【００１９】
ここで、発生したライトバルブ上の被照明領域の照度分布の不均一性に起因するスクリーン上での色度分布の不均一性を低減するために、実施例１では、各色の光路における光源からライトバルブまでの各色の光路長を略等しくし、各色の光束における光源から投射レンズに入射されるまでの反射回数を偶数回もしくは奇数回に統一するように形成されている。これにより、スクリーン上での各色の照度分布の差を低減している。以下、これを説明する。
【００２０】
図４は、遮光部を有する従来の投射型表示装置の一例を示したものである。図４の３板式の投射型表示装置において、光源１から出射された光は映像表示素子を含むライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを透過して投射レンズ２００に向かい、スクリーン１００へ投影される。
【００２１】
光源１から出射された光束は、例えば、放物面の反射鏡２で反射されて光軸に平行となり、第１のアレイレンズ３に入射する。第１のアレイレンズ３は、入射した光束をマトリックス状に配設された複数のレンズセルで複数の光束に分割して、効率よく第２のアレイレンズ４と偏光変換素子５を透過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ３は、一般的に光源１と第２のアレイレンズ４の各レンズセルとが共役関係に設計されている。第１のアレイレンズ３と同様に、マトリックス状に配設された複数のレンズセルを持つ第２のアレイレンズ４は、レンズセルそれぞれが対応する第１のアレイレンズ３のレンズセルの形状をライトバルブ１４内の映像表示素子１８に投影する。この時、偏光変換素子５で第２のアレイレンズ４からの光束は所定の偏光方向に揃えられる。遮光部５０１は第１のアレイレンズ３と第２のアレイレンズ４の間に配置され、外部からの信号により、光束を遮光する。そして、第１のアレイレンズ３の各レンズセルの投影像は、それぞれ重畳レンズ６、コンデンサレンズ１３、第１のリレーレンズ１５、第２のリレーレンズ１６、第３のリレーレンズ１７により、ライトバルブ１４内の映像表示素子１８上に重ね合わせられる。なお、重畳レンズ６は光軸３００を有する。
【００２２】
第１のアレイレンズ３と映像表示素子１８とが、共役関係に設計されているので、第１のアレイレンズ３で複数に分割された光束は、第２のアレイレンズ４とこれに近接して配設される重畳レンズ６によって、ライトバルブ１４内の映像表示素子１８上に重畳して投影される。その過程で、光束は色分離ミラー１１，１２でＢ光束、Ｇ光束、Ｒ光束に分離される。
【００２３】
図４では、Ｂ光束は、色分離ミラー１１で反射し、反射ミラー１０で反射し、コンデンサレンズ１３Ｂを透過してＢ光用の映像表示素子１８Ｂ上に達する。また、Ｇ光束は色分離ミラー１１を透過して、色分離ミラー１２で反射し、コンデンサレンズ１３Ｇを透過して、Ｇ光用の映像表示素子１８Ｇ上に達する。ここで、Ｒ光束は色分離ミラー１１，１２を透過して、第１のリレーレンズ１５で集光され、反射ミラー８で反射し、第２のリレーレンズ１６で集光され、反射ミラー９で反射し、第３のリレーレンズ１７で集光されてＲ光用の映像表示素子１８Ｒ上に達する。各映像表示素子１８を透過したＢ光束、Ｇ光束、Ｒ光束は、光合成プリズム２１で、カラー映像として合成された後、例えば、ズームレンズ等である投射レンズ２００を通過し、スクリーン１００に到達する。
【００２４】
ここで、図４では、第１のリレーレンズ１５、第２のリレーレンズ１６、第３のリレーレンズ１７はいわゆるリレー光学系を形成し、Ｂ光束、Ｇ光束に比べ光路長を長くして光学系を成立させている。即ち、第１のリレーレンズ１５付近に形成される第１のアレイレンズ３及び第２のアレイレンズ４により形成される２次光源像を第２のリレーレンズ１６によって、Ｒ光用の映像表示素子１８Ｒ上にさらに像として転送する。そのため、図４では、Ｂ光束、Ｇ光束、Ｒ光束が光源１からスクリーン１００までに反射面で反射する回数は、それぞれ４回、４回、６回であり、全て偶数回であるが、Ｒ光束のみ第２のリレーレンズ１６での像反転があるため、スクリーン上での照度分布はＢ光束、Ｒ光束、に対し、上下左右に反転している。
【００２５】
遮光部５０１による遮光が行われない状態では、第１のアレイレンズ３において光束を十分な数に分割し、各映像表示素子１８上に重畳することにより、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布が可能となる為、図４のように特定の色の光束のみスクリーン上での照度分布が反転していても、実用上問題のないレベルの色度均一性が得られる。
【００２６】
しかし、遮光部５０１による遮光が行われる状態では、第１のアレイレンズ３において分割した光束の数は遮光により減ってしまい、また遮光の方式による非対称性及び遮光精度と光源の位置精度の相対的な非対称性の発生により、遮光部５０１による遮光が行われない状態に比べ、均一性の低い照度分布しか得られない。さらに、図４では、Ｒ光束のスクリーン上の照度分布がＢ光束、Ｇ光束に対し、反転している為、スクリーン上ではこの照度分布の差がＲ光束とその補色であるシアン光束との色度斑として発生してしまう。一般的には特定の光路のみスクリーン上の照度分布が反転している場合は、その色と補色の斑がスクリーン上で発生する。以上の理由により、図１のように、光源１から映像表示素子１８までの全ての光路長を略等しくしている。
【００２７】
次に、色分離面の反射特性及び反射特性の製造誤差によるスクリーン上の色度分布の不均一性の影響について説明する。
【００２８】
図５(ａ)は、実施例１の色分離ミラー３１に対する光束の最外光束の入射角度の一例を示したものである。図５(ａ)は、ミラー面に対して垂直な面で示した図である。ここで、７１５ａ，７１６ａは光束の最外光束、７１７ａ，７１８ａ，７１９ａは色分離ミラー３１の平面から延びる法線を示している。また、７１０ａは法線７１７ａに対する光軸３００の角度、７１１ａは色分離ミラー３１に対する光束７１５ａの入射角度、７１２ａは色分離ミラー３１に対する光束７１６ａの入射角度、７１３ａは色分離ミラー３１の平面状での光軸３００の交点と光束７１５ａの入射位置の距離と、７１４ａは色分離ミラー３１の平面状での光軸３００の交点と光束７１６ａの入射位置の距離を示す。なお、色分離ミラー３１で反射した後の光束は図示していない。
【００２９】
ここで、色分離ミラー３１の役割は色分離後の反射光束の光束方向を任意の方向にすることにあるため、一般的に角度７１０ａは０度ではない。そのため、図５(ａ)に示される幾何学的関係から、入射角７１１ａは入射角７１２ａよりも大きく、距離７１３ａは距離７１４ａよりも長い。
【００３０】
一般に、色分離ミラーの反射、透過特性は光束の入射角度によって変化する。図７は、偏光変換素子５より揃えられた所定の偏光方向に対する色分離ミラー３１に入射する光束の入射角度に対する反射特性のグラフを示す図である。縦軸が反射率、横軸が波長である。色分離ミラーは、色を分離することを目的としたミラーであるため、反射率特性は高反射波長域と低反射波長域の波長域が存在する。図７(ａ)は、実施例１の色分離ミラー３１の反射特性を示している。実施例１の色分離ミラー３１は、Ｂ光束を反射し、Ｇ光束とＲ光束を透過するため、その反射特性においては高反射波長域７３５が短波長側に、低反射波長域７３６が長波長側に存在する。ここで、反射率カーブ７３１は、図５の７１１ａの入射光束角度に対する反射率カーブであり、反射率カーブ７３２は、図５の７１２ａの入射光束角度に対する反射率カーブである。図７(ａ)における二つの反射特性カーブの波長差は７３９で示す。ここで、示されるように色分離ミラーの反射率特性は入射する光束の角度により変化している。これは、色分離ミラーの反射特性が入射光束と色分離ミラーの法線のなす角度に対し、色分離ミラーのコーティング特性によって定まる特性であるためである。即ち、図５の入射光束７１１ａの反射光束と入射光束７１２ａの反射光束では波長分布が異なり、光束の色度が異なる。また、透過光束に関しては、色分離ミラーの反射特性を１００％から除算したものが、透過特性となるため、図５の入射光束７１１ａの透過光束と入射光束７１２ａの透過光では波長分布が異なり、即ち、光束の色度が異なることは同様である。
【００３１】
また、上記の例では、色分離ミラー３１でＢ光束を反射し、Ｇ光束とＲ光束を透過する例を示したが、色分離ミラー３１でＲ光束を反射して、Ｂ光束とＧ光束を透過する場合は、特性は図７(ｂ)に示す例のとおりとなる。この場合は、その反射特性においては高反射波長域７３７が長波長側に、低反射波長域７３８が短波長側に存在する。ここで、反射率カーブ７３１は、図５の７１１ａの入射光束角度に対する反射率カーブであり、反射率カーブ７３２は、図５の７１２ａの入射光束角度に対する反射率カーブである。この場合も同様に、入射光束角度に対して反射特性カーブの波長差７４０が存在し、図５の入射光束７１１ａの反射光束と入射光束７１２ａの反射光束では波長分布が異なり、即ち、光束の色度が異なることは同様である、透過光もまた同様である。
【００３２】
図５において、紙面に向かって上方向を光軸に対し左方向、紙面に向かって下方向を光軸に対し右方向とし、この左右方向がそのままスクリーン上の左右方向になるとすると、前述した入射角度と反射特性の関係からスクリーン上には左右の色度差が発生し、色度分布の不均一性が生ずることになる。
【００３３】
この色分離ミラーの入射光束角度に対する反射率特性と光束の入射角度に起因するスクリーン上の色度分布の不均一性の改善のために、色分離ミラーのコーティングを反射及び透過の位置により、反射波長をずらすウェッジコート等の技術が存在するが、実際の製造上、コーティングによる目標反射波長のばらつき等は小さくなく、完全には解消できない。その製造誤差は、色分離ミラーの面上で位置が離れれば離れるほど大きくなる。
【００３４】
よって、図５において、色分離ミラーで反射、透過する光束の左右方向の幅が小さくなればなるほど、コーティングの目標反射波長誤差は少なくなる。よって、実施例１では、例えば、図５(ｂ)に示されるように色分離ミラーに入射する左右方向の光束幅を小さくすることによって、上記した課題は解決される。
【００３５】
ここで、図５(ｂ)において、実施例１の遮光部による遮光を実施したときの色分離ミラー３１に対する光束の最外光束の入射角度の一例を示したものである。７１５ｂ，７１６ｂはともに光束の最外光束、７１７ｂ，７１８ｂ，７１９ｂは、色分離ミラー３１の平面から延びる法線を示している。また、７１０ｂは、法線７１７ｂに対する光軸３００の角度、７１１ｂは、色分離ミラー３１に対する光束７１５ｂの入射角度、７１２ｂは、色分離ミラー３１に対する光束７１６ｂの入射角度、７１３ｂは色分離ミラー３１の平面状での光軸３００の交点と光束７１５ｂの入射位置の距離と、７１４ｂは色分離ミラー３１の平面状での光軸３００の交点と光束７１６ｂの入射位置の距離である。なお、図５(ａ)と同様に、色分離ミラー３１で反射した後の光束は図示していない。
【００３６】
ここで、図５(ａ)と同様に、一般的に角度７１０ｂは０度ではなく、入射角７１１ｂは入射角７１２ｂよりも大きく、距離７１３ｂは距離７１４ｂよりも長い。ただし、図５(ｂ)の光束は、図５(ａ)に比べ左右方向の幅が狭いため、距離７１３ｂは距離７１３ａよりも短く、距離７１４ｂは距離７１４ａよりも短い。よって、図５(ｂ)のような光束の左右幅狭くした場合は、色分離ミラーの反射面においてコーティングの目標反射波長誤差のより少ない領域を使用するため、図５(ａ)のように左右幅の広い状態に比べ左右の色度差が少ない状態で色分離が可能となり、スクリーン上での色度分布の不均一性を改善できる。
【００３７】
次に、色分離ミラー３１での光束の反射を図５に垂直な面であって、且つ光軸を含んだ面から見た図を図６に示す。即ち、図６は光束の縦方向の反射に関して説明した図である。図６は、光束を含む面で色分離ミラー３１を切断して図示している。
【００３８】
ここで、７２５，７２６は光束の最外光束、７２８，７２９は色分離ミラー３１の平面から延びる法線を示している。７２１は色分離ミラー３１に対する光束７２５の入射角度、７２２は色分離ミラー３１に対する光束７２６の入射角度、７２３は色分離ミラー３１の平面状での光軸３００の交点と光束７２５の入射位置の距離と、７２４は色分離ミラー３１の平面状での光軸３００の交点と光束７２６の入射位置の距離である。なお、色分離ミラー３１で反射した後の光束は図示していない。
【００３９】
図６に図示される方向では、光軸３００に対する色分離ミラー３１の角度は垂直である。よって、光束の色分離ミラー３１に対し、最外光束７２８と７２９は光軸３００に対称に入射する。よって、入射角度７２１，７２２の方向は反対だが、等しい角度ということなる。また、距離７２３，７２４も等しいことになる。
【００４０】
また、図６における方向の色分離ミラーの反射特性は、前記した反射特性及び入射特性と同じである。ここで、前記したように、色分離ミラーの反射特性が入射光束と色分離ミラーの法線のなす角度に対し、色分離ミラーのコーティング特性によって定まる特性であるため、入射角度７２１と７２２が等しいことから、最外光束７２８と７２９の反射特性は等しいことになる。よって、この方向に関しては特殊なウェッジコート等を使用しなくとも、スクリーン上での上下の色度差は発生しないことになる。また、ウェッジコート等を使用しないため、製造上のコーティングの誤差も図５の方向に比べて少なく、特に光束の上下方向の幅を小さくしても、スクリーン上での色度分布の不均一性の大きな改善は見込めない。
【００４１】
そのため、むしろ、この上下方向においては、第１のアレイレンズ３の各レンズセルの投影像をより多く映像表示素子１８状に重畳したほうが、スクリーン上での照度分布の均一性が高くなるという通常の効果の方が画質上期待できる。
【００４２】
よって、前記したように、実施例１での色分離ミラーに入射する光束の幅は、方向によってスクリーン上における色度分布の均一性、及び照度分布の均一性に対する影響の変化が異なる。実施例１では、この特性を考慮し、図４の例に示す遮光部の開口形状とすることにより、遮光時のスクリーンの被照明領域での色度分布を均一にすることができる。
【００４３】
なお、図３の例では、遮光部５０１は、図４で説明した遮光部を用いる。また、図３の遮光部５０１は、第１のアレイレンズ３と第２のアレイレンズ４の間に配置されている。第１及び第２のアレイレンズ間は、複数の２次光源像を形成する為には一定の距離が必要である。従って、図８の遮光部の配置と比較して、遮光部を配置するための空間を設ける必要が無いため、投射型表示装置の小型化が可能となる。図８(ａ)に示すように光源１と第１のアレイレンズ３の間に配置してもよく、図８(ｂ)に示すように第２のアレイレンズ４と偏光変換素子５の間、図８(ｃ)に示すように偏光変換素子５の光束の出射側、図８(ｄ)に示すように、重畳レンズ６の出射側に配置してもよい。また、図８(ａ)のように配置する場合には、遮光部を形成する遮光板を反射ミラーとすることにより、光源からの光束を反射し、再度、反射面鏡に、入射することになる。従って、本来、遮光部で捨てられる光束を有効に利用できるようになるため、遮光部による明るさの低下を防ぐことが可能となる。なお、図８は重畳レンズ６以降の光学要素の表記を省略した。
【００４４】
また、実施例１の遮光部は、図９(ａ)に示すように、遮光板５０２，５０３は光束の外側にも配置でき、遮光量を調節する場合は矢印６０１，６０２の方向に回動して光束５９９を遮光している。しかしながら、遮光板５０２，５０３は、図９(ｂ)のように遮光部は光束の外側にも配置でき、遮光量を増加方向に調節する場合は、矢印６０３、６０４の方向に移動するスライド式に形成してもよい。また、図９(ａ)，(ｂ)の遮光部の遮光板は、必ずしも完全に光束の外側に配置しなければならないことはなく、出射光量を最大にしたとき、遮光板が光源からの光束を遮光していてもよい。さらに、図９(ｃ)のように、遮光部は光束の内側に光軸に平行に配置され、遮光量を増加方向に調節する場合に、矢印６０５，６０６の方向に回動するように形成してもよい。尚、これらの例では、２枚の遮光板を用いた例を示したが、３枚以上の遮光板を用いてもよい。
【００４５】
実施例２は、実施例１の遮光部を図１０の投射型表示装置に適用した場合の実施例である。以下、図１０を用いて、実施例２を説明する。なお、実施例２は、実施例１に対し、色分離及び色合成の反射面が異なるのみであり、インテグレータもしくは重畳レンズもしくはコンデンサレンズもしくはライトバルブもしくは偏光変換素子等は説明の簡便化のため、図示及び説明を省略する。
【００４６】
図１０では、光源１から出射された光束は反射鏡２で反射され、例えばクロスダイクロイックミラーである色分離部８０１に入射する。このとき、遮光部５０１は、光源と色分離部８０１の間に配置される。色分離部８０１において、光束は、例えば、Ｂ光束以外の光路と、Ｂ光束の光路とに分離される。Ｂ光束以外の光路は反射ミラー８０２で反射し、色分離ミラー８０３に入射する。そして、色分離ミラー８０３においてＢ光束以外の光路は、例えば、Ｇ光束とＲ光束に分離される。例えば、反射分離されたＧ光束であるＬＧは、反射ミラー８０４で反射され、映像表示素子１８Ｇに入射する。また、色分離ミラー８０３において、例えば、透過分離されたＲ光束であるＬＲは、反射ミラー８０５で反射され映像表示素子１８Ｒに入射する。また、色分離部８０１で分離されたＢ光であるＬＢは、反射ミラー８０６で反射され、反射ミラー８０７で反射されて映像表示素子１８Ｂに入射する。映像表示素子１８Ｇを透過したＧ光束であるＬＧは、光合成プリズム２１を透過し、映像表示素子１８Ｒを透過したＲ光束であるＬＲ及び映像表示素子１８Ｂを透過したＢ光束であるＬＢは、光合成プリズム２１の有する反射面で反射し、ＬＧ、ＬＲ、ＬＢは合成され、投射レンズ２００を通過し、スクリーン１００に到達する。
【００４７】
以上、実施例２では、例えば、光源１からスクリーン１００の光束の反射回数は、Ｇ光路、Ｒ光路、Ｂ光路の全てで４回であり、同じである。また、光源１から映像表示素子１８までの全ての光路長を略等しくしている。そのため、特定の光路のみリレー光路を有しているということは無い。また、遮光部５０１は、実施例１と同様の開口形状を有しており、遮光時のスクリーンの被照明領域での色度分布を均一にすることができる。
【００４８】
尚、実施例２において、色分離部８０１は、クロスダイクロイックミラーでなくとも、クロスダイクロイックプリズムでもよい。
【００４９】
実施例３は、実施例１の遮光部を図１１の投射型表示装置に適用した場合の実施例である。以下、図１１を用いて実施例３を説明する。なお、実施例３は、実施例１に対し、色分離及び色合成の反射面が異なるのみであり、インテグレータもしくは重畳レンズもしくはコンデンサレンズもしくはライトバルブもしくは偏光変換素子等は説明の簡便化のため、図示及び説明を省略する。
【００５０】
図１１では、光源１から出射された光束は反射鏡２で反射され、色分離ミラー８２１に入射する。このとき、遮光部５０１は、光源とこの色分離ミラー８２１の間に配置される。色分離ミラー８２１において、光束は、例えばＢ光束以外の光路と、Ｂ光束の光路とに分離される。Ｂ光束以外の光路は、反射ミラー８２２で反射し、色分離ミラー８２３に入射する。そして、色分離ミラー８２３においてＢ光束以外の光路は、例えば、Ｇ光束とＲ光束に分離される。例えば、反射分離されたＧ光束であるＬＧは両面反射ミラー８２４で反射され映像表示素子１８Ｇに入射する。また、色分離ミラー８２３において、例えば、透過分離されたＲ光束であるＬＲは、反射ミラー８２５で反射され映像表示素子１８Ｒに入射する。また、色分離ミラー８２１で分離されたＢ光束であるＬＢは両面反射ミラー８２４で反射され、反射ミラー８２６で反射され、反射ミラー８２７で反射されて、映像表示素子１８Ｂに入射する。映像表示素子１８Ｇを透過したＧ光束であるＬＧは光合成プリズム２１を透過し、映像表示素子１８Ｒを透過したＲ光束であるＬＲ及び映像表示素子１８Ｂを透過したＢ光束ＬＢは光合成プリズム２１の有する反射面にて反射し、ＬＧ、ＬＲ、ＬＢは合成され、投射レンズ２００を通過し、スクリーン１００に到達する。
【００５１】
以上、実施例３では、例えば、光源１からスクリーン１００の光束の反射回数は、Ｇ光路は３回、Ｒ光路は３回、Ｂ光路は５回であって、全て奇数回で統一されている。また、光源１から映像表示素子１８までの各色光束の光路長を略等しくしている。そのため、特定の光路のみリレー光路を有しているということは無い。また、遮光部５０１は、実施例１と同様の開口形状を有しており、遮光時のスクリーンの被照明領域での色度分布を均一にすることができる。
【００５２】
尚、実施例３において、両面反射ミラー８２４は、複数の片面反射ミラーであってもよい。
【００５３】
実施例４は、実施例１の遮光部を図１２の投射型表示装置に適用した場合の実施例である。以下、図１２を用いて実施例４を説明する。なお、実施例４は、実施例１に対し、映像表示素子が透過型ではなく、反射型である点で異なるが、映像表示素子上に重畳された光学像を形成する部分は共通であるため、インテグレータもしくは重畳レンズもしくはコンデンサレンズ等の図示及び説明を省略する。また、偏光の取り扱いも、実施例１と異なるが、既存の技術として公開されているため、偏光の取り扱い及びこれに係わる部品の図示及び説明も省略し、光路及び色分離及び色合成のみを説明する。
【００５４】
図１２では、光源１から出射された光束は反射鏡２で反射され、例えば、クロスダイクロイックミラーである色分離部８４１に入射する。このとき、遮光部５０１は光源とこの色分離部８４１の間に配置される。色分離部８４１において、例えば、光束はＢ光束以外の光路と、Ｂ光束の光路とに分離される。Ｂ光束以外の光路は反射ミラー８４２で反射し、色分離ミラー８４３に入射する。そして、色分離ミラー８４３において、Ｂ光束以外の光路は、例えば、Ｇ光束とＲ光束に分離される。例えば、反射分離されたＧ光束であるＬＧは、選択反射部８４４で反射され、反射型映像表示素子８５０Ｇに入射する。Ｇ光束であるＬＧは、反射型映像表示素子８５０Ｇで反射され、その際偏光状態を変化させる。偏光の変化したＧ光束であるＬＧは、選択反射部８４４を透過し、光合成プリズム８５１に入射する。
【００５５】
また、色分離ミラー８４３において、例えば、透過分離されたＲ光束であるＬＲは、選択反射部８４５にて反射され、反射型映像表示素子８５０Ｒに入射する。Ｒ光束であるＬＲは、反射型映像表示素子８５０Ｒで反射され、その際、偏光状態を変化させる。偏光の変化したＲ光束であるＬＲは、選択反射部８４５にて透過し、光合成プリズム８５１に入射する。
【００５６】
また、色分離部８４１において分離されたＢ光束であるＬＢは、反射ミラー８４６で反射され、選択反射部８４６で反射され、反射型映像表示素子８５０Ｂに入射する。Ｂ光束であるＬＢは、反射型映像表示素子８５０Ｂで反射され、その際偏光状態を変化させる。偏光の変化したＢ光束であるＬＢは、選択反射部８４６を透過し、光合成プリズム８５１に入射する。
【００５７】
光合成プリズム８５１に入射したＧ光束であるＬＧは、光合成プリズム８５１を透過し、光合成プリズム８５１に入射したＲ光束であるＬＲ及び光合成プリズム８５１に入射したＢ光束であるＬＢは、光合成プリズム８５１の有する反射面にて反射し、ＬＧ、ＬＲ、ＬＢは合成され、投射レンズ２００を通過し、スクリーン１００に到達する。
【００５８】
以上、実施例４では、例えば、光源１からスクリーン１００の光束の反射回数はＧ光路、Ｒ光路、Ｂ光路全て５回であり、同じである。また、光源１から映像表示素子８５０までの全ての光路長を略等しくしている。そのため、特定の光路のみリレー光路を有しているということは無い。また、遮光部５０１は、実施例１と同様の開口形状を有しており、遮光時のスクリーンの被照明領域での色度分布を均一にすることができる。
【００５９】
なお、実施例４において、色分離部８４１はクロスダイクロイックミラーでなくとも、クロスダイクロイックプリズムでもよい。また、偏光選択ミラーや偏光選択プリズムでもよい。また、色分離ミラー８４３はダイクロイックミラーでなくとも、偏光選択ミラーでもよい。また、選択反射部８４４，８４５，８４６の選択反射部は、例えば、偏光の特性を用いたものでもよい。さらに、選択反射部８４４、８４５、８４６は、図１２では選択反射面のみを記載したが、反射ミラーであっても、反射面を有するプリズムでもよい。
【００６０】
以上、実施例４によれば、遮光板による遮光部を用いた投射型表示装置において、大きなダイナミックレンジの映像を得ながら、色度分布をより均一に保つことができる。また、これらの遮光量の大きさは図示しない演算部が入力された映像信号から遮光すべき量を算出し、図示しないモータ等の駆動装置を駆動する信号に変換し、前述の駆動装置の駆動によって、遮光板の移動量、回動量に変換され調節される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１の投射型表示装置を示す図。
【図２】実施例１における遮光部の開口形状の一例を示す図。
【図３】アレイレンズ上での光源のアークの２次光源像と遮光領域の一例を示す図。
【図４】従来の投射型表示装置を示す図。
【図５】色分離ミラーに入射する光束の角度の一例を示す図。
【図６】色分離ミラーに入射する光束の角度の一例を示す図。
【図７】色分離ミラーの反射特性の一例を示す図。
【図８】遮光部の配置の一例を示す図。
【図９】遮光板の移動方向の一例を示す図。
【図１０】実施例２の投射型表示装置を示す図。
【図１１】実施例３の投射型表示装置を示す図。
【図１２】実施例４の投射型表示装置を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１…光源、２…反射鏡、３…第１のアレイレンズ、４…第２のアレイレンズ、５…偏光変換素子、６…重畳レンズ、８，９，１０…反射ミラー、１１，１２…色分離ミラー、１３…コンデンサレンズ、１４…ライトバルブ、１５…第１のリレーレンズ、１６…第２のリレーレンズ、１７…第３のリレーレンズ、１８…映像表示素子、２１…光合成プリズム、３１…色分離ミラー、３２，３３…反射ミラー、３４…色分離ミラー、３５，３６…反射ミラー、１００…スクリーン、２００…投射レンズ、３００…光軸、３０１…光軸の交点、３９７，３９８…軸、３９９…セル枠、４０１，４０２，４０３…光源像、４１０，４１１…遮光板、４１５…非対称領域、４５０…範囲、４５１，４５２…遮光領域、４５３…非遮光領域、４５４，４５５…長さ、４６１，４６２…遮光領域、４６３…非遮光領域、４６４，４６５…長さ、４７１，４７２，４７３，４７４…遮光領域、４７５…非遮光領域、４７６，４７７…長さ、５０１…遮光部、５０２，５０３…遮光板、５９９…光束群、６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６…方向、７１０，７１１，７１２…角度、７１３，７１４…長さ、７１５，７１６…光束、７１７，７１８，７１９…法線、７２１，７２２…角度、７２３，７２４…長さ、７２５，７２６…光束、７２８，７２９…法線、７３１，７３２，７３３，７３４…反射率カーブ、７３５…高反射波長域、７３６…低反射波長域、７３７…高反射波長域、７３８…低反射波長域、７３９，７４０…波長差、８０１…色分離部、８０２…反射ミラー、８０３…色分離ミラー、８０４，８０５，８０６，８０７…反射ミラー、８２１…色分離ミラー、８２２…反射ミラー、８２３…色分離ミラー、８２４…両面反射ミラー、８２５，８２６，８２７…反射ミラー、８４１…色分離部、８４２…反射ミラー、８４３…色分離ミラー、８４４，８４５…選択反射部、８４６…反射ミラー、８４７…選択反射部、８５０…反射型映像表示素子、８５１…光合成プリズム、ＬＢ，ＬＧ，ＬＲ…光束。
【図１】
2007279332.tif 000003
【図２】
2007279332.tif 000004
【図３】
2007279332.tif 000005
【図４】
2007279332.tif 000006
【図５】
2007279332.tif 000007
【図６】
2007279332.tif 000008
【図７】
2007279332.tif 000009
【図８】
2007279332.tif 000010
【図９】
2007279332.tif 000011
【図１０】
2007279332.tif 000012
【図１１】
2007279332.tif 000013
【図１２】
2007279332.tif 000014