(57)【要約】【課題】スクリーン上の像の照度を精度良く検出することが容易な画像表示装置を提供すること。【解決手段】プロジェクタなどの画像表示装置において光源の光量を制御するために測定する光量センサを光変調手段へ光束を道光する集光光学系の焦点位置近傍に配置し次式を満たす。式  θ≧ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））（式中、θは検出器の最大検出角度の半値、Lは光変調有効領域の外接円の直径の値、ｆは集光光学系の焦点距離を示す。）。【選択図】図１
2013156453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するための光源形成手段と、前記光源形成手段により形成された多光源からの光束を集光して被照射面を重畳して照明するための集光光学系と、前記集光光学系の光束を変調する光変調手段と、前記変調手段からの光束を投射する投射光学系とを備えた画像表示装置において、
前記集光光学系は光束を分岐する分岐手段と分岐された光束の光量を測定する測定手段を有し、前記測定手段は下記の式を満たすことを特徴とする画像表示装置。
θ≧ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））
θ：前記測定手段の半値角の絶対値
Ｌ：前記被照射面の光軸垂直面の外径
ｆ：前記集光光学系の焦点距離
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置であって、
前記測定手段は、前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられる
画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像表示装置であって、
前記測定手段は、前記複数の波長帯域毎に対応して複数設けられる
画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、スクリーンに映像等を表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーンに画像を表示するプロジェクタでは、画像の照度を測定して、経時変化により輝度が低下する光源の光量を調整し、画像の照度を一定に保つことが重要となる。
【０００３】
像の照度の調整方法として、例えば、光偏光ビームスプリッタにより分岐された漏れ光をピンホールに通過させ、ピンホールを通過した漏れ光の光量を受光センサにより検出し、もれ光の光量が最大となるように各部品の位置の調整を行ってスクリーン上の像の照度を調整する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２９２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようなプロジェクタにおいては、各部品の位置を固定した場合、受光センサの配置場所によって受光センサが受光する光量が異なるため、スクリーン上の像の照度を精度よく検出することが難しい。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、スクリーン上の像の照度を精度良く検出することが容易な画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本技術の画像表示装置は、光束を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するための光源形成手段と、前記光源形成手段により形成された多光源からの光束を集光して被照射面を重畳して照明するための集光光学系と、前記集光光学系の光束を変調する光変調手段と、前記変調手段からの光束を投射する投射光学系とを備えた画像表示装置において、前記集光光学系は光束を分岐する分岐手段と分岐された光束の光量を測定する測定手段を有し、前記測定手段は下記の式を満たすものである。
θ≧ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））
θ：前記測定手段の半値角の絶対値
Ｌ：前記被照射面の光軸垂直面の外径
ｆ：前記集光光学系の焦点距離
【０００８】
本技術では、測定手段が、θ≧ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））の式を満たして配置されるので、光束を高い利用効率で測定手段に導光させることができる。これにより、測定手段から検出される光量から、スクリーンに投射される像の照度を精度よく検出することができる。
【０００９】
前記測定手段は、前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられる。
【００１０】
前記測定手段は、前記複数の波長帯域毎に対応して複数設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本技術によれば、スクリーン上に投射される像の照度を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本技術の実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図２】図１の画像表示装置の、光源からの光束が光変調素子と光量センサに至るまでの光路を模式的に示す図である。
【図３】図１の画像表示装置の光量センサの最大検出角度の半値θを説明するための図である。
【図４】反射型液晶パネルの概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
［本実施形態の概要］
本実施形態は、スクリーンに画像を表示するプロジェクタに好適な画像表示装置に関する。
【００１４】
画像を常に一定の照度で表示するには、スクリーン上の像の照度を高い精度で検出し、その照度を一定に保つように、経時変化により低下する光源の光量を調整することが重要となる。ここで、画像表示装置であるプロジェクタは、光源による光束をインテグレータにより分割し集光光学系により液晶パネル等の光変調素子を重畳して照明する。
ＲＧＢの３色光に分割して光変調を行う方式では、各色ごとに偏光ビームスプリッタにより偏光された光束が再び合成され、投射レンズを通してスクリーンに投射される。
【００１５】
このような構成のプロジェクタにおいて、光束を偏光する偏光ビームスプリッタによって透過する漏れ光をピンホールに通過させ、ピンホールを通過したもれ光の光量を受光センサにより検出し、漏れ光の光量が最大となるように各部品の位置の調整を行って、スクリーン上の像の照度が最大となるよう調整することが考えられる。しかしながら、このような方法では、スクリーンに投射される光の照度を精度良く検出できず、常に一定の照度でスクリーンに像を投射することは難しい。
【００１６】
このような点を改善するために、本実施形態の画像表示装置では、光の量を検出する測定手段が、集光光学系の焦点位置近傍に設けられ、次式を満たしている。
θ≧ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））
θ：前記測定手段の半値角の絶対値
Ｌ：前記被照射面の光軸垂直面の外径
ｆ：前記集光光学系の焦点距離
【００１７】
これにより、光変調素子に入射する光束と同じ光束径で光量センサにも光束が入射するので、液晶素子などの光変調素子に入射する光束と光量センサに入射する光束が相対関係になり、光量センサに入射した光束の光量値を測定することで液晶素子などの光変調素子に入射した光束の光量を高い精度で推定することができ、プロジェクタがスクリーンに投射する光束を調整する場合に精度の高い光量調整をすることができる。また、集光光学系により集光される光のうち測定手段に向かって出射される光の全てを測定手段に入射させることができる。これにより、測定手段から検出される光量から、変調素子から出射されスクリーンに投射される像の照度を精度よく検出することができる。
【００１８】
以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
［画像表示装置の構成］
図１は、一実施形態に係る画像表示装置１の概略構成図を示す。本実施形態の画像表示装置１は、プロジェクタ装置のような投射型画像表示装置として構成される。
【００１９】
図１に示すように、画像表示装置１は、光源１０、インテグレータ２０、偏光変換素子３０、第１の集光レンズ４０、波長選択性ミラー５０ａ、５０ｂ、反射ミラー６０ａ、６０ｂ、第２の集光レンズ７０ａ、７０ｂ、波長選択性ミラー８０、プリズムブロック９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、光変調素子９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、プリズムブロック９２と、光量センサ９３ａ，９３ｂ，９３ｃ、投射光学系１００、および制御回路１１０を有する。
【００２０】
ここで、光源１０は光源手段にあたる。インテグレータ２０は光源形成手段にあたる。第１の集光レンズ４０、第２の集光レンズ７０ａ、７０ｂ、プリズムブロック９０ａ、９０ｂ、９０ｃは集光光学系にあたる。光変調素子９１ａ、９１ｂ、９１ｃは光変調手段にあたる。そして、集光光学系の中のプリズムブロック９０ａ、９０ｂ、９０ｃは分岐手段にあたる。光量センサ９３ａ，９３ｂ，９３ｃは測定手段にあたる。
【００２１】
光源１０としては、キセノンランプ、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の高輝度放電ランプ等を用いることができる。
光源１０からの光束は、光源共役面に焦点位置を持つインテグレータ２０により二次光源像を形成する。二次光源像から導光される光束は、偏光変換素子３０により一定の偏光方向にそろえられ、第１の集光レンズ４０により導光され、波長選択性ミラー５０ａ，５０ｂにより分岐される。
【００２２】
波長選択性ミラー５０ａにより導光される光束は反射ミラー６０ａにて反射され、集光レンズ７０ａにより道光される。集光レンズ７０ａにより道光された光束は、プリズムブロック９０ａにて反射し、光変調素子９１ａにて反射し、波長板（図示せず）を通ってプリズムブロック９０ａを透過し、プリズムブロック９２にて反射して投射光学系１００に至る。
【００２３】
一方、波長選択性ミラー５０ｂにより導光される光束は反射ミラー６０ｂにて反射され、集光レンズ７０ｂにより道光される。集光レンズ７０ｂにより道光された光束は、波長選択性ミラー８０により波長ごとに分岐される。
【００２４】
波長選択性ミラー８０により分岐された光束の一方は、プリズムブロック９０ｂにて反射し、光変調素子９１ｂにて反射し、波長板（図示せず）を通ってプリズムブロック９０ｂを透過し、プリズムブロック９２を透過して投射光学系１００に至る。
【００２５】
波長選択性ミラー８０により分岐された光束の他方は、プリズムブロック９０ｃにて反射し、光変調素子９１ｃにて反射し、波長板（図示せず）を通ってプリズムブロック９０ｃを透過し、プリズムブロック９２にて反射して投射光学系１００に至る。
【００２６】
［光量センサ９３の配置位置］
次に、図１及び図２を参照して光量センサの配置について説明する。図２は光源１０からの光束がプリズムブロック９２に入射するまでの光路を模式的に示す図である。光路上に位置するプリズムブロック、光変調素子、光量センサのそれぞれを「プリズムブロック９０」、「光変調素子９１」、「光量センサ９３」と表記する。
【００２７】
光量センサ９３は、プリズムブロック９０において光束が入射する面と反対側の面に対向して配置される。そして、プリズムブロック９０において入射される光が偏光分離部２０１により反射した先に光変調素子９１が配置される。ここで、プリズムブロック９０に入射される光の全てが偏光分離部２０１で反射されて光変調素子９１へ入射することが理想的である。しかしながら、実際にはプリズムブロック９０へ入射する光のうちの一部は、偏光分離部２０１で反射されずにそのまま透過してしまう。この偏光分離部２０１を透過してしまう光は、図面上、点線矢印として示される。ここでは、偏光分離部２０１を透過してしまう光を「漏れ光」と称する。光量センサ９３は、この漏れ光の量を検出する。
【００２８】
プリズムブロック９０に入射される光のうち偏光分離部２０１で反射して光変調素子９１に向けて出射される光の全てが光変調素子９１の光変調可能領域（図４の符号７３）に入射される。また、プリズムブロック９０に入射される光のうち偏光分離部２０１で反射して光変調素子９１に向かう光の量と上記漏れ光の量とは相対関係にある。
【００２９】
光量センサ９３は集光光学系の焦点位置近傍に設けられ、更に、次式を満たしている。
θ≧ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））
式中、θは光量センサ９３の仕様に基づくものであり、光量センサ９３自身に入射される光の検出可能な最大検出角度の半値（絶対値）である。図３は、光量センサ９３を集光光学系の焦点位置近傍に配置した状態を示し、符号３は光量センサ９３に対して垂直に入射する光の光軸を示す。図３に示すように、光量センサ９３の入射される光の検出可能な最大検出角度２θの半値がθとなる。
Lは、図４に示すように、光変調素子９１の、平面形状が略矩形状の光変調可能領域７３の外接円７２の直径の値（被照射面の光軸垂直面の外径）に相当する。ｆは集光光学系の焦点距離である。
【００３０】
図１及び図２に戻る。本実施形態においては、光量センサ９３は、集光光学系の焦点位置近傍に設けられ、かつ、上述の式を満たしている。これにより光量センサ９３に向かって導光される光（漏れ光）を効率よく光量センサ９３にとりこめる。
【００３１】
上述の式において、仮に、θがｓｉｎ−１（L／（２ｆ））よりも小さい場合、光量センサ９３の最大検出角度の半値よりも大きな角度の光が光量センサ９３に入射することになる。そうすると、光量センサ９３に向かって出射される光のスポット径が、光量センサ９３の受光部よりも大きくなってしまい、光量センサ９３に向かって出射される光の一部しか光量センサ９３で受光できなくなる。これに対し、光変調素子９１には、光変調素子９１に向かって出射される光のほとんど全てが入射されるので、光量センサ９３で検出される光量から、光変調素子９１に入射される光の量を相対的に推量することが困難となる。
【００３２】
また、上述の式において、Lは光変調素子９１の光変調可能領域７３の外接円７２の直径の値、言い換えると略矩形状の光変調可能領域７３の対角線の値を示す（図４参照）。光変調可能領域７３を含む外接円７２より大きな光の径の光が、光変調素子９１に入射しなければスクリーン上の画像端まで均一に照明できない。このため、集光光学系の合成焦点距離ｆから光変調素子９１に到達する光を考慮すると合成焦点距離ｆの２倍の値よりもＬの値が小さいことが必要となる。
【００３３】
上述したように、プリズムブロック９０に入射される光のうち偏光分離部２０１で反射して光変調素子９１に出射される光が、光変調素子９１の光変調可能領域７３に入射されている。本実施形態における光量センサ９３も、上述の式を満たすことにより、光変調素子９１と同様に、自身に向かって出射される光を高い利用効率でとりこめる。プリズムブロック９０に入射される光のうち偏光分離部２０１で反射して光変調素子９１に出射される光の量と、光量センサ９３に出射される漏れ光の量とは相対関係にある。
【００３４】
光変調素子９１を透過した光は、プリズムブロック９２及び投射光学系１００を通って、スクリーンに投射されるので、スクリーンに投射される像の照度と、３つの光量センサ９３ａ，９３ｂ，９３ｃで検出された光量の和とはほぼ相対関係にある。従って、３つの光量センサ９３ａ，９３ｂ，９３ｃから検出される光量からスクリーンに投射される像の照度を精度よく検出することができる。これにより、例えば、制御回路１１０は、３つの光量センサ９３ａ，９３ｂ，９３ｃから検出される検出結果を基に、スクリーンに投射される像の照度が一定となるように、光源から照射される光の量を制御して、スクリーン上の像の照度を常に一定に保つことができる。
【００３５】
また、上述の式において、θ＞ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））であることが更に好ましく、何らかのずれが生じても、集光光学系の光束のうち光量センサ９３に向かって出射される光（漏れ光）を高い利用効率で、より確実に光量センサ９３に入射させることができる。
【００３６】
以上のように、本実施形態の構成によれば、光量センサ９３が光量センサ９３の仕様を考慮して上記した式を満たすように配置されるので、偏光分離部２０１を透過した光の全てが光量センサ９３に入射されることが保証される。偏光分離部２０１を透過し光量センサ９３に入射される光の光量と、偏光分離部２０１で反射し光変調素子９１で光変調されプリズムブロック９２に入射され投射光学系１００を透過してスクリーン上に投射される像の照度とは相対関係にある。これにより、例えば、光量センサ９３で検出される光量を一定に保つように制御することにより、スクリーンに投射される像の照度を一定に保つことができる。
【００３７】
なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）光束を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束に基づいて複数の光源像から成る多光源を形成するための光源形成手段と、前記光源形成手段により形成された多光源からの光束を集光して被照射面を重畳して照明するための集光光学系と、前記集光光学系の光束を変調する光変調手段と、前記変調手段からの光束を投射する投射光学系とを備えた画像表示装置において、前記集光光学系は光束を分岐する分岐手段と分岐された光束の光量を測定する測定手段を有し、前記測定手段は下記の式を満たす画像表示装置。
θ≧ｓｉｎ−１（L／（２ｆ））
θ：前記測定手段の半値角の絶対値
Ｌ：前記被照射面の光軸垂直面の外径
ｆ：前記集光光学系の焦点距離
（２）前記（１）に記載の画像表示装置であって、
前記測定手段は、前記集光光学系の焦点位置近傍に設けられる
画像表示装置。
（３）前記（１）又は（２）に記載の画像表示装置であって、
前記測定手段は、前記複数の波長帯域毎に対応して複数設けられる
画像表示装置。
【００３８】
本発明はこの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【符号の説明】
【００３９】
１…画像表示装置
１０…光源
２０…インテグレータ
３０…偏光変換素子
４０…第１の集光レンズ
５０ａ、５０ｂ…波長選択性ミラー
６０ａ、６０ｂ…反射ミラー
７０ａ、７０ｂ…第２の集光レンズ
８０…波長選択性ミラー
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ…プリズムブロック
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ…光変調素子
９２…プリズムブロック
９３ａ，９３ｂ，９３ｃ…光量センサ
１００…投射光学系
１１０…制御回路
【図１】
2013156453.tif 000003
【図２】
2013156453.tif 000004
【図３】
2013156453.tif 000005
【図４】
2013156453.tif 000006