JP5695151B2 - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Description

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映像表示装置に関する。

従来のプロジェクタの光学系では、輝度を最低にするために映像表示素子の光変調を実施した場合に、映像表示素子で変調された光束の偏光を揃える出射偏光板において吸収される光が十分でなく、スクリーン上の輝度が下がらない、いわゆる黒浮きと呼ばれる現象が発生していた。

また、ライトバルブ以外において、外部からの信号に応じて画面全体の光量を変化させる調光手段によって、投射型映像表示装置の最小の輝度を小さくすることにより、コントラストを向上させる手段がある。この場合の外部からの信号としては、映像信号、外部の環境を測定した信号、使用者が意図的に操作した信号等が含まれる。この手段のひとつとして、照明光学系において映像信号に応じて遮光量を可変する遮光手段を用いる技術が、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている。

ＷＯ２００３−０３２０８０号公報 特開２００５−１７５００号公報 特開２００５−３１１０３号公報

ここで、投射型映像表示装置のダイナミックレンジをより大きくする場合、照明光学系に配置される遮光手段による遮光量も、より大きくする必要がある。遮光手段による遮光量を大きくするためには、遮光手段に含まれる遮光部材が照明光束を遮光するときの遮光領域を増加させれば良い。

しかし、遮光量を増加させると、レンズアレイが形成する照明光学系の被照明領域に重畳される２次光源像の数が減少するため、照明光の被照明領域における照度分布が不均一になり易くなるという問題があった。また、遮光手段が遮光板を回動（回転）もしくは移動させて遮光を実施する場合、遮光板の移動または回動時の照度分布の変化が画面に映り易いという問題があった。

本発明は、照明光の被照明領域における照度分布をより均一に維持したまま、高いコントラスト性を有し、さらに、遮光手段によって遮光量の大幅制御を可能としてダイナミックレンジの大きな映像を得ることが可能な投射型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の投射型映像表示装置は、光源と、前記光源からの射出光を複数の光束に分割する複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイからの射出光束が透過する複数のレンズセル領域を有する第２のレンズアレイと、前記第２のレンズアレイからの射出光束を集光する集光レンズと、前記集光レンズが集光する光束を受光して透過または反射させる表示素子と、前記表示素子からの透過光または反射光を射出する投射レンズと、前記第１のレンズアレイから前記第２のレンズアレイへの光束を遮光する遮光ユニットを備え、前記遮光ユニットは、前記第２のレンズアレイの複数の矩形レンズセル領域のうち、光軸に接するレンズセル領域を除いたすべてのレンズセル領域の少なくとも一部を遮光し、前記光軸に接するレンズセル領域における遮光面積は前記光軸に接するレンズセル領域を除いたいずれのレンズセル領域の遮光面積よりも小さくしたものである。

本発明によれば、映像の照度分布の均一性を従来よりも維持出来るように改善し、高コントラス化が可能な遮光量の制御を実現できる。またさらに、ダイナミックレンジの大きな映像を得ることが可能な投射型表示装置を提供できる。

本発明の投射型映像表示装置の光学系構成の一実施例を示す図。 本発明の遮光ユニットの一実施例を説明するための図。 本発明の遮光ユニットの一実施例の組み込み状態を説明するための図。 本発明の投射型映像表示装置の一実施例の構成を示す図。 本発明の一実施例の第２レンズアレイ４を構成する各レンズセル領域の配置を示す図。 本発明の一実施例の遮光板の形状を説明するための図。 本発明の一実施例の遮光板の形状と投影光像の分布を説明するための図。 本発明の一実施例の遮光板の形状を説明するための図。 本発明の一実施例の遮光板の形状と投影光像の分布を説明するための図。 本発明の開口角と投影光量の関係の一実施例を示す図。 本発明の一実施例の遮光板の形状と投影光像の分布を説明するための図。 本発明の投射型映像表示装置の遮光ユニットの一実施例の構成を説明するための図。 本発明の投射型映像表示装置の遮光ユニットの配置の一実施例を示す図。 本発明の投射型映像表示装置の光学系構成の一実施例を示す図。

以下、本発明の最良の形態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、同一の構成要素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、Ｇ、またはＢを添えて示す構成要素は、色（例えば、Ｒは赤色、Ｇは緑色、Ｂは青色）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。さらに、説明上特に支障がない場合には、添字を省略する。

図１によって、本発明の一実施例の投射型映像表示装置の構成を説明する。

次に、投射型液晶表示装置の構成について説明する。図１は投射型液晶表示装置の構成例を示す図である。図１の３板式の投射型液晶表示装置において、１は光源であり、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１は、円形、または、多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射鏡２を有する。光源１から出射される光は映像表示素子を含むライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを通過して投射レンズ２００に向かい、スクリーン１００へ投影される。光源１のランプから放射される光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のレンズアレイ３に入射される。なお、光源１と反射鏡２の構成を、光源ユニットと称する。

第１のレンズアレイ３は、入射した光をマトリックス状に配設された複数の矩形状のレンズセル領域で構成され、それぞれのレンズセル領域で複数の光に分割して、効率よく第２のレンズアレイ４と偏光変換素子５を通過するように導く。即ち、第１のレンズアレイ３は、光源１と第２のレンズアレイ４の各レンズセル領域とが互いに物体と像の関係（共役関係）に設計されている。第１のレンズアレイ３と同様に、マトリックス状に配設された複数の矩形状のレンズセル領域を持つ第２のレンズアレイ４は、構成するレンズセル領域それぞれが対応する第１のレンズアレイ３のレンズセル領域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のレンズアレイ４からの光は所定の偏光方向に揃えられる。

なお、第１のレンズアレイ３と第２のレンズアレイ４との間には、通過する光量を制御するための遮光ユニット５０１（後述する）が設けられている。

そして、第１のレンズアレイ３の各レンズセル領域の投影像は、それぞれ集光レンズ６、およびコンデンサレンズ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。

なお集光レンズ６は、光軸３００を有する。

第１のレンズアレイ３と映像表示素子１８とが、互いに物体と像の関係（共役関係）に設計されているので、第１のレンズアレイ３で複数に分割された光束は、第２のレンズアレイ４とこれに近接して配設される集光レンズ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、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。

その過程で、反射ミラー７で反射された光は、ダイクロイックミラー１１により、例えばＢ光（青色帯域の光）は反射され、Ｇ光（緑色帯域の光）およびＲ光（赤色帯域の光）は透過されて２色の光に分離され、更に、Ｇ光とＲ光はダイクロイックミラー１２によりＧ光とＲ光に分離される。例えば、Ｇ光はダイクロイックミラー１２で反射され、Ｒ光はダイクロイックミラー１２を透過する。光の分離の仕方は種々考えられ、ダイクロイックミラー１１でＲ光を反射させ、Ｇ光およびＢ光を透過させてもよいし、Ｇ光を反射させ、Ｒ光およびＢ光を透過させても良い。

図１の構成では、Ｂ光はダイクロイックミラー１１を反射して、反射ミラー１０で反射され、コンデンサレンズ１３Ｂを通してＢ光用のライトバルブ１４Ｂを透過して光合成プリズム２１に入射される。ここでコンデンサレンズ１３Ｂを透過し、ライトバルブ１４Ｂに入射するＢ光をＬＢと呼ぶ。ダイクロイックミラー１１で透過されたＧ光およびＲ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー１２で反射され、コンデンサレンズ１３Ｇを通してＧ光用ライトバルブ１４Ｇに入射され、このライトバルブ１４Ｇを透過して光合成プリズム２１に入射される。ここでコンデンサレンズ１３Ｇを透過し、ライトバルブ１４Ｇに入射するＧ光をＬＧと呼ぶ。Ｒ光はダイクロイックミラー１２を透過し、第１のリレーレンズ１５で集光され、更に反射ミラー８で反射され、第２のリレーレンズ１６で更に集光され、反射ミラー９で反射された後、第３のリレーレンズ１７で更に集光されてＲ光用のライトバルブ１４Ｒに入射される。ライトバルブ１４Ｒを透過したＲ光は光合成プリズム２１に入射される。ここで第３のリレーレンズ１７を透過し、ライトバルブ１４Ｒに入射するＲ光をＬＲと呼ぶ。

各映像表示素子１８を透過したＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、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、例えばズームレンズであるような投射レンズ２００を通過し、スクリーン１００に到達する。ライトバルブ１４内の映像表示素子１８で図示しない映像信号に応じて光強度変調されて形成された光学像は、投射レンズ２００によりスクリーン１００上に拡大投影表示される。

図１の実施例の遮光ユニット５０１は、例えば、図２および図３で説明するような、遮光板が回動（回転）して入射光の光量を制御する遮光ユニットを用いる。図２は、本発明も使用する遮光ユニットの一実施例の外観斜視図である。５０−１は５０１の左遮光板の回転中心、５０−２は遮光ユニット５０１の右遮光板の回転中心、６０−１は左遮光板、６０−２は右遮光板である。また、図２のＡ−Ａ’線を通る水平面は水平軸（後述する）４０３である。更に、５３はモータ部であり、５４−２はモータ部５３の回転に伴い矢印方向に回転するギアである。また、５４−１は、ギア５４−２と噛み合い、ギア５４−２の回転に伴って回転するギア、５５は筐体部である。‘Ｏ’方向の矢印が絞り量を減少させる場合の遮光板の回転方向、‘Ｃ’方向の矢印が絞り量を増大させる場合の遮光板の回転方向である。実装される部品は、筐体部５５に取り付けられ、筐体部５５は更に、本発明の実施例である投射型映像表示装置の構成の一部として組付けられる。

光源ユニット（光源１及び反射鏡２）から出射され、第１のレンズアレイ３を通過した光は、矢印の方から点線の方向に入射し、遮光ユニット５０１の左右の遮光板６０−１と６０−２の開口部を通過して、光量を調整され、第２のレンズアレイ４に入射する。モータ部５３は、遮光ユニット５０１を制御する制御部（後述）からの信号によって左右の遮光板６０−１と６０−２を開閉するために回転し、ギア５４−２と５４−１に回転力を伝達して、ギア５４−２と５４−１の回転角を変更する。ギア５４−２と５４−１の回転角によって、左右の遮光板６０−１、６０−２の開閉角が変更されることによって、遮光ユニット５０１を通過する光量が調整される。

図３は、上記遮光ユニット５０１が、本発明の実施例である投射型映像表示装置に組み込まれる状態を説明するための図である。図３（ａ）は、本発明の実施例である投射型映像表示装置の一部である光学系部分を示す斜視図である。３は第１のレンズアレイ、４は第２のレンズアレイ、５０１は遮光ユニット、８２は光学ユニット、２２は投射レンズである。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線円部分を拡大した図である。

図３においては、図２の遮光ユニット５０１の姿勢から、上下と前後が逆になって、第１のレンズアレイ３と第２のレンズアレイ４の間に組み込まれている。

図４は、本発明に係る投射型映像表示装置の一実施例の概略構成を示すブロック図である。８０は投射型映像表示装置、１００はスクリーン、８１は光源ユニット、８２は光学ユニット、８２１は光学ユニット８２の照明光学系、８２２は光学ユニット８２の映像表示素子部（液晶パネル部）、２２は光学ユニット８２の投射レンズ、８４３は表示駆動回路、８４４は制御部、８４５はユーザが装置を操作した場合のＭＭＩ（ Man Machine Interface ）である操作部、８４６は光源電源回路、８４７はファン電源回路、８１２は光源ユニット８１の内部冷却用のファン、８１３は光源ユニット８１の外郭表面冷却用のファン、８１４はダクト、８１５は風量調整用のシャッタである。

照明光学系８２１は、例えば、図１の第１のレンズアレイ３、遮光ユニット５０１、第２のレンズアレイ４、偏光変換素子５、及び、集光レンズ６から構成される。

図４の投射型映像表示装置８０において、光源ユニット８１から出射された光Ｌは、光学ユニット８２に入射する。照明光学系８２１は、光源ユニット８１からの光Ｌの光量分布を均一化して映像表示素子部８２２に照射する。映像表示素子部８２２は、表示駆動回路８４３で駆動され、光Ｌを映像信号に応じた光学像（図示せず）で変調した表示光を形成する。形成された表示光は、投射レンズ２２の出射開口部から、外部のスクリーン若しくは壁面等の被照射面１００に投影される。

なお、図４では、光源ユニット８１から出射する光Ｌ等の矢印は説明上模式的に描いているだけであり、それぞれの配置、角度、大きさ、光の方向等は正確なものではない。また、映像表示素子部８２２は、実際には、図１で説明した３つの色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）毎の光学系については省略している。

図４において、投射型映像表示装置は、ＲＯＭ（ Read Only Memory ）などに格納されたプログラムに従って動作するＣＰＵ（ Central Processing Unit ）などで構成された制御部８４４で制御される。制御部８４４は、操作部８４５からのユーザのボタン操作により操作されたボタンに対応して、所定の処理を行う。例えば、光源電源回路８４６を介して光源ユニット８１の光源の点灯や消灯を行い、光源の点灯（オン）や消灯（オフ）に合わせて、ファン電源回路８４７を介して光源ユニット８１の内部冷却用のファン８１２、光源ユニット８１の外郭表面冷却用のファン８１３、ダクト８１４、風量調整用のシャッタ８１５などの運転又は停止を行う。また、表示駆動回路８４３を制御して画像表示を行う。

また、表示駆動回路８４３は、映像表示素子部８２２が形成する表示光の輝度を検出し、検出した輝度値によって照明光学系８２１の遮光ユニット５０１の開閉角度を制御する。例えば、形成する表示光の元になる映像信号の１フレーム毎の輝度値を検出し、輝度値が所定の値Ｐ以上の場合には、遮光板６０−１、６０−２を全開（絞り量最小、即ち、通過光量最大）状態とし、輝度値が所定の値Ｑ以下の場合には遮光板６０−１、６０−２を全閉（絞り量最大、即ち、通過光量最小）状態とし、輝度値が、所定の値Ｐと所定の値Ｑの間にある場合には、段階的に遮光板の開閉角度を変化させるようにしている。

なお、輝度値の検出は、例えば、周知のＡＧＣ（ Auto Gain Control ）機能を使っても良い。また例えば、画像処理機能で画素毎の平均値と算出しても良く、所定の領域について画素毎の平均値と算出しても良い。

また、その他、周知のシーン変化点を検出し、シーン変化点が検出された場合に、輝度値を検出し、検出した輝度値に対応した光量になるように遮光ユニット（アイリス）を制御しても良い。

また、１フレーム毎に遮光ユニットを制御しても良いが、複数フレーム毎に遮光ユニットを制御しても良い。

更に、上記実施例において、表示駆動回路８４３は、映像表示素子部８２２が形成する表示光の輝度を検出し、検出した輝度値によって照明光学系８２１の遮光ユニット５０１の開閉角度を制御していた。しかし、制御部８４４が、映像信号の輝度値の情報を表示駆動回路８４３から受け取ることによって、直接照明光学系８２１の遮光ユニット５０１の開閉角度を制御しても良い。

また更に、制御部８４４は、表示駆動回路８４３、光源電源回路８４６、若しくは、ファン電源回路８４７の少なくともいずれか１つ含む構成であって、それらの機能も併せ持っていても良い。

次に、図５〜図１１によって、遮光ユニットの遮光板の開口部の形状と第２レンズアレイの投影光との関係を説明する。

図５は、第２レンズアレイ４を構成する各レンズセル領域の配置を示す図で、枠内が個々のレンズセル領域を示す。また一点鎖線で示した水平軸４０３と垂直軸４０２との交点が光軸中心である。

なお、以下の説明では、特に断らない限り、斜線で示す複数のレンズセル領域４０１の部分（破線円で囲んでいる）を通過する投影光について説明している。なお、斜線部４０１の各レンズセル領域をイ〜ヲとする。

図６と図７は、図５に示す第２レンズアレイ４の、斜線部のレンズセル領域４０１を通過する投影光について説明する図である。説明の都合上、（ｄ）を先に図示している。図６（ｄ）は遮光ユニットが開放（全開）時の場合の開口部を光源ユニット側から見た図、図６（ａ）は遮光板５０１ａが形状（Ｉ）でかつ全閉時の場合の開口部を光源ユニット側から見た図、図６（ｂ）は遮光板５０１ｂが形状（ＩＩ）でかつ全閉時の場合の開口部を光源ユニット側から見た図、図６（ｃ）は遮光板５０１ｃが形状（ＩＩＩ）でかつ全閉時の場合の開口部を光源ユニット側から見た図である。図７（ｄ）は図６（ｄ）の場合の斜線で示すレンズセル領域部分４０１’の投影光の分布を示す図、図７（ａ）は図６（ａ）の場合の斜線で示すレンズセル領域部分４０１’の投影光の分布を示す図、図７（ｂ）は図６（ｂ）の場合の斜線で示すレンズセル領域部分４０１’の投影光の分布を示す図、図７（ｃ）は図６（ｃ）の場合の斜線で示すレンズセル領域部分４０１’の投影光の分布を示す図である。図７における濃淡は、描画の都合状、濃いほど光量が多く、淡くなるほど光量が少なく、白い部分は光量がほぼゼロである。

また、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す枠は、図５のレンズセル領域４０１の各レンズセル領域イ〜ヲに対応する投影領域４０１’である。同様に、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す枠も図５のレンズセル領域４０１の各レンズセル領域イ〜ヲに対応する投影領域４０１’である。

図６（ｄ）に示すように、全開時には、遮光板の形状によらず開口部はすべて開かれており、光源ユニットから出射する光は、全て通過する。このとき、各レンズセル領域イ〜ヲを通過して、例えば、偏光変換素子５に投影される光の分布は、図７（ｄ）に示すようになる。このように、第２のレンズアレイを通過して投影される光は、光軸中心から法線方向に離れるほど光量が少なくなり、その傾向は、水平方向により顕著に現れる。

図６（ａ）のように、遮光板５０１ａが形状（Ｉ）でかつ全閉時の場合の開口部は、縦（垂直）方向に急峻な斜め菱形の開口形状となっている。そして、その境界部は、レンズセル領域イ、ニ、ト、及び、ヌの投影光の領域を横切るように設けている。この結果、例えば、偏光変換素子５に投影される光の分布は、図７（ａ）に示すように、図７（ｄ）から遮光板の無い領域の光だけが通過するようになる。

また、図６（ｂ）のように、遮光板５０１ｂが形状（ＩＩ）でかつ全閉時の場合の開口部は、縦（垂直）方向と横（水平）方向にほぼ同程度の長さの斜め菱形の開口形状となっている。即ち、その境界部が、レンズセル領域イとニの投影光の領域を横切るように設けられている。この結果、例えば、偏光変換素子５に投影される光の分布は、図７（ｂ）に示すように、図７（ｄ）から遮光板５０１ｂの無い領域の光だけが通過するようになる。

さらに、図６（ｃ）のように、遮光板５０１ｃが形状（ＩＩＩ）でかつ全閉時の場合の開口部は、斜め菱形が複数存在する開口形状となっている。即ち、その境界部が、レンズセル領域イ、ロ、ニ、ト、及びヌの投影光の領域を横切るように設けられている。この結果、例えば、偏光変換素子５に投影される光の分布は、図７（ｃ）に示すように、図７（ｄ）から遮光板５０１ｃの無い領域の光だけが通過するようになる。

次に、図８〜図１０によって、本発明の遮光板の回転角度の変化に対する照度変化の線形特性の一実施例を説明する。図８は、遮光板の開いた角度（開口角）が６０度（Π／３ｒａｄ）の場合の開口部を光源ユニット側から見た図である。なお、全開時の開口角を０度（０ｒａｄ）とし、全閉時図の開口角度を９０度（Π／２ｒａｄ）としている。説明の都合上、遮光板が全開時の状態である、図６（ｄ）を図８（ｄ）として、また、図７（ｄ）を図９（ｄ）として再度図示している。

図８（ａ）は遮光板５０１ａが形状（Ｉ）の場合の開口部を光源ユニット側から見た図、図８（ｂ）は遮光板５０１ｂが形状（ＩＩ）の場合の開口部を光源ユニット側から見た図、図８（ｃ）は遮光板５０１ｃが形状（ＩＩＩ）の場合の開口部を光源ユニット側から見た図である。図９（ａ）は、図８（ａ）の場合の斜線で示すレンズセル領域４０１の投影光の分布を示す図、図９（ｂ）は、図８（ｂ）の場合の斜線で示すレンズセル領域４０１の投影光の分布を示す図、図９（ｃ）は、図８（ｃ）の場合の斜線で示すレンズセル領域４０１の投影光の分布を示す図である。図９に示す濃淡は、図７の場合と同様である。

また、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す枠イ〜ヲは、図５のレンズセル領域４０１の各レンズセル領域イ〜ヲに対応する投影領域である。同様に、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す枠も図５のレンズセル領域４０１の各レンズセル領域イ〜ヲに対応する投影領域である。

図１０は、上記図６〜図９の（ａ）〜（ｃ）による本発明の一実施例について、シミュレーションによって算出した遮光板の開口角度に対する照度変化を示す図である。

横軸が開口角（度）を表し、縦軸が光量比（％）を表す。なお、遮光板が全開時を開口角０度とし、遮光板が全閉時に開口角を９０度としている。

図６〜図１０の実施例による結果、一般的に、光軸の中心（垂直軸４０２と水平軸４０３の交点）から離れた光が多いとコントラストが低下する。この欠点を抑制するため、図６〜図９に示すように、光軸の中心を通過する光量が多くなるような形状の遮光板の形状を採用し、さらに遮光ユニットの遮光板の回転する角度の増加若しくは減少に対して、ほぼ同じ光量の増加若しくは減少とすることができた。これによって、投射型画像表示装置の遮光ユニットの開閉による画像の劣化を低減した。

即ち、図６〜図１０の実施例のように、水平方向に１列のレンズセル領域で、かつ垂直（縦）方向のレンズセル領域イ、ニ、及びトの一部のように、垂直方向で複数のレンズセル領域を通過するような遮光板の形状として、コントラストの低下を抑制できた。

さらに、図６（ｂ）、（ｃ）、及び図７（ｂ）、（ｃ）、並びに、図８（ｂ）、（ｃ）
、及び図９（ｂ）、（ｃ）の実施例のように、垂直方向のレンズセル領域イ、ニ、の他、水平（横）方向のレンズセル領域の一部（例えば、垂直方向に２領域、水平方向に２領域のレンズセル領域の一部）を通過するような遮光板の形状として、遮光板の回転角度の変化に対する照度変化（光量変化）の線形特性を改善した。即ち、図１０において、破線で示す楕円部分では、遮光板５０１ａが形状Ｉの結果が示すように、遮光板の開口角が６０度付近での線形性が劣る。しかし、実施例図６〜図９の（ｂ）及び（ｃ）のように、レンズセル領域ロの一部を開口するように遮光板を設けることで、図１０に示すように、線形性が向上した。

これによって、コントラストの低下の抑制と共に、画像の劣化を改善できた。さらに、この効果は、垂直方向のレンズセル領域（イ、ニ、ト、等）を通過する光量を水平方向のレンズセル領域（イ、ロ、ハ、等）を通過する光量より多くすることで向上する。

さらに、図６〜図９の（ｃ）に示すように、形状ＩＩＩの遮光板５０１ｃでは、光軸中心近傍のレンズセル領域を４つ以上残し開口面積を大きくするようにした。この結果、画像の色ムラを改善することができた。

なお、上記実施例では、光軸中心に一番近いレンズセル領域イについても、遮光板の開口部が斜めに横切るように設けていた。しかし、レンズセル領域イについては、図１１に示す投影光像となるようにして、必ずしも遮光しなくても良い。図１１は、図６と図７の遮光板５０１ｃの形状ＩＩＩの場合において、さらに、遮光板の開口部を広くして、レンズセル領域イを光が全て通過するように設けたものである。

上述の実施例のように、本発明の実施例である投射型映像表示装置は、光源と、光源からの射出光を複数の光束に分割する複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイからの射出光束が透過する複数のレンズセル領域を有する第２のレンズアレイと、第２のレンズアレイからの射出光束を集光する集光レンズと、集光レンズが集光する光束を受光して透過または反射させる表示素子と、表示素子からの透過光または反射光を射出する投射レンズと、第１のレンズアレイから第２のレンズアレイへの光束を遮光する遮光ユニットを備えており、遮光ユニットは、第２のレンズアレイの複数の矩形レンズセル領域のうち、光軸に接するレンズセル領域を除いたすべてのレンズセル領域の少なくとも一部を遮光し、光軸に接するレンズセル領域における遮光面積は前記光軸に接するレンズセル領域を除いたいずれのレンズセル領域の遮光面積よりも小さいことを特徴とする。

なお、上記実施例では、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイの大きさが同一であった。しかし、図１２に示すように、第２のレンズアレイの大きさが第１のレンズアレイより大きい形状でも良い。なお、図１２において、１２１は、必要に応じて設けられるレフレンズである。

さらに、図１の遮光ユニット５０１は、第１のレンズアレイ３と第２のレンズアレイ４の間に配置され、光束群を遮光板の回動により遮光するが、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、遮光ユニット５０１は、光軸上の任意の場所に設けても良い。例えば、図１３（ａ）に示すように、光源１と第１のレンズアレイ３の間でも良い。また、図１３（ｂ）に示すように、第２のレンズアレイ４と偏光変換素子５の間でも良い。またさらに、図１３（ｃ）に示すように、偏光変換素子５と集光レンズ６の間でも良い。またさらに、図１３（ｄ）に示すように、集光レンズ６の後ろでも良い。

従って、第１のレンズアレイ３と光源１の間に配置した場合は、第１のレンズアレイ３を通過する光がすでに遮光された後の光となる。光源１からみて第１のレンズアレイ３の下流（後ろ側）に遮光ユニット５０１が配置される場合は、第１のレンズアレイ３から出射される光が遮光されることになる。なお図１２は、集光レンズ６以降の光学要素の表記を省略した。

また、本発明の実施例である投射型映像表示装置は、光源と、光源からの射出光を複数の光束に分割する複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイからの射出光束が透過する複数のレンズセル領域を有する第２のレンズアレイと、第２のレンズアレイからの射出光束を集光する集光レンズと、集光レンズが集光する光束を受光して透過または反射させる表示素子と、表示素子からの透過光または反射光を射出する投射レンズと、第１のレンズアレイから第２のレンズアレイへの光束を遮光する遮光ユニットを備えており、第２のレンズアレイは矩形レンズセル領域が第１の方向と前記第１の方向に垂直な第２の方向に複数配置されており、第２のレンズアレイは矩形レンズセル領域が第１の方向と前記第１の方向に垂直な第２の方向に複数配置され、遮光ユニットは、遮光板を有し、遮光板の回動または移動により、第２のレンズアレイの複数の矩形レンズセル領域領域を第１の方向に遮光し、遮光板が所定の回動位置または移動位置にある場合に、遮光ユニットは、第２のレンズアレイの光軸に接するレンズセル領域以外のレンズセル領域であって、光軸に接するレンズセル領域に対して第１の方向および第２の方向に配置される複数のレンズセル領域である第１のレンズセル領域群のうち、少なくとも一部のレンズセル領域を部分的に遮光し、第１のレンズセル領域群において、第２の方向に配置されるレンズセル領域における部分的に遮光するレンズセル領域の数が、第１の方向に配置されるレンズセル領域における部分的に遮光するレンズセル領域の数よりも多いことを特徴とする。

好ましくは、上記投射型映像表示装置において、遮光ユニットの遮光板が所定の回動位置または移動位置にある場合に、第２のレンズアレイの光軸に接するレンズセル領域の遮光面積は、第１のレンズセル領域群の光軸に接していないいずれのレンズセル領域の遮光面積よりも小さいことを特徴とする。

ここで、軸４０２に平行な方向が上記第１の方向であり、軸４０３に平行な方向が上記第２の方向である。また、上記光軸に接するレンズセル領域とは、図５における第２のレンズアレイ４のレンズセル領域イ〜ヲのうち、光軸（軸４０２及び軸４０３の交点）と接する領域イを意味する。よって、上記第１のレンズセル領域群とは、レンズセル領域イに対して第１の方向および第２の方向に配置されるレンズセル領域ロ、ハ、ニ、ト、ヌを意味する。

そして、図６〜図９の実施例に示す全閉時のような、遮光板が所定の回動位置、移動位置にある場合に、第１のレンズセル領域群において、第２の方向に配置されるレンズセル領域ロ、及びハにおける部分的に遮光（部分的に透過）するレンズセル領域の数（若しくは、それを通過する光量の合計）が、第１の方向に配置されるレンズセル領域ニ、ト、及びヌにおける部分的に遮光（部分的に透過）するレンズセル領域の数（若しくは、それを通過する光量の合計）よりも多くなるように遮光板の形状を設定する。これにより、高コントラスト化と画面色ムラ低減と回動時の照度変化の線形性を好適に実現することが可能となる。

また、上記投射型映像表示装置において、遮光ユニットの遮光板が所定の回動位置または移動位置にある場合に、第２のレンズアレイの上記光軸に接するレンズセル領域イの遮光面積を、該レンズセル領域の５０％以下とし、上記第１のレンズセル領域群ロ、ハ、ト、ニ、ヌのすべてのレンズセル領域の遮光面積を各レンズセル領域の５０％以上とするように設定する。これにより、画面色ムラ低減と回動時の照度変化の線形性を好適に実現しながら、さらに高コントラスト化を図ることが可能となる。

また好ましくは、上記投射型映像表示装置において、遮光ユニットの遮光板が所定の回動位置または移動位置にある場合に、第２のレンズアレイの複数の矩形レンズセル領域のうち、光軸に接するレンズセル領域イと上記第１のレンズセル領域群ロ、ハ、ト、ニ、ヌを除いたレンズセル領域ホ、へ、チ、リ、ル、ヲのいずれの遮光面積も、光軸に接するレンズセル領域の遮光面積よりも大きいことを特徴とする。これにより、画面色ムラ低減と回動時の照度変化の線形性を好適に実現しながら、さらに高コントラスト化を図ることが可能となる。

またさらに、本発明の実施例である投射型映像表示装置の上記第２のレンズアレイは、例えば図５において、軸４０３の上下のレンズセルの数がＪ（図５の例ではＪ＝４）、軸４０２の左右のレンズセルの数がＫ（図５の例ではＫ＝３）としたマトリクス状に配置され（Ｊ、Ｋは１以上の整数）、また、レンズセルそれぞれは、軸４０３と平行な方向に長い矩形を有するように遮光板の形状を設定する。

即ち、本発明の実施例である投射型映像表示装置は、光源と、光源からの射出光を透過する複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイからの射出光束が透過する複数のレンズセル領域を有する第２のレンズアレイと、第２のレンズアレイからの射出光束を受光して透過または反射させる表示素子と、表示素子からの透過光または反射光を射出する投射レンズと、第２のレンズアレイへの光束を遮光する可変開口絞りユニットを備え、第２のレンズアレイは複数の矩形レンズセル領域が、光軸を中心とした上下２Ｊ×左右２Ｋ列のマトリックス状に配置されており、可変開口絞りユニットは、遮光板を有し、遮光板の回動または移動により、第２のレンズアレイは複数の矩形レンズセル領域の遮光範囲を左右方向に可変し、遮光板が所定の回動位置または移動位置にある場合に、可変開口絞りユニットは、光軸に接する４つのレンズセル領域（図５のレンズセル領域イを含む）に上下方向に配置される第１のレンズセル領域群（図５のレンズセル領域ニ、ト、ヌを含む）と光軸に接する４つのレンズセル領域に左右方向に配置されるレンズ第２のレンズセル領域群（図５のレンズセル領域ロ、ハを含む）とのうち、少なくとも一部のレンズセル領域を部分的に開口し、第１のレンズセル領域群において部分的に開口するレンズセル領域の数が、第２のレンズセル領域群において部分的に開口するレンズセル領域の数がよりも多いことを特徴とする。これにより、高コントラスト化と画面色ムラ低減と回動時の照度変化の線形性を好適に実現することが可能となる。

好ましくは、上記投射型映像表示装置において、可変開口絞りユニットの遮光板が所定の回動位置または移動位置にある場合に、可変開口絞りユニットは、上記光軸に接する４つのレンズセル領域（図５の例ではレンズセル領域イについて、垂直軸４０２、及び水平軸４０３に線対称に位置する都合４つのレンズセル領域）と、４つのレンズセル領域に上下方向にそれぞれＬ個分、隣に配置される４Ｌ個（Ｌは１以上の整数、図５の例ではＬ＝３）のレンズセル領域（図５の例ではレンズセル領域ニ、ト、ヌについて、垂直軸４０２、及び水平軸４０３に線対称に位置する都合１２個のレンズセル領域）と、４つのレンズセル領域に左右方向にそれぞれＭ列分配置される４Ｍ個（Ｍは１以上の整数、図５の例ではＭ＝１）のレンズセル領域（図５の例ではレンズセル領域ロ、ハについて、垂直軸４０２、及び水平軸４０３に線対称に位置する都合８個のレンズセル領域）とについて部分的に開口し、前記第２のレンズアレイのその他のレンズセル領域については遮光し、前記Ｌを前記Ｍより大きくするように遮光板の形状を設定する。

このことを言い換えると、前記第２のレンズアレイの少なくとも一部のレンズセル領域を部分的に開口させるにおいて、光軸に接する（若しくは光軸を取り囲む）４つのレンズセル領域に対して遮光板の回動方向もしくは移動方向に垂直な上下（垂直軸４０２）方向に並ぶレンズセル領域のセル数４Ｌの値を、前記光軸に接する４つのレンズセル領域に対して遮光板の回動方向もしくは移動方向と平行な左右（水平軸４０３）方向に並ぶレンズセル領域のセル数４Ｍの値よりも大きくするものである。

このように、前記Ｌを大きくすることにより、画面色ムラの低減が見込まれ、前記Ｍを大きくすることにより、回動時の照度変化の線形性の向上が見込まれ、前記Ｌを前記Ｍより大きくしながら全体としては開口面積を小さくすることにより、高コントラスト化が見込まれる。これにより、高コントラスト化と画面色ムラ低減と回動時の照度変化の線形性を好適に実現することが可能となる。

また、より好ましくは、上記投射型映像表示装置において、可変開口絞りユニットの遮光板が所定の回動位置または移動位置にある場合に、光軸に接する４つのレンズセル領域のそれぞれのセルの開口面積は、２Ｌ個のレンズセル領域および２Ｍ個のレンズセル領域のいずれのレンズセル領域における開口面積よりも大きくするように遮光板の形状を設定する。これにより、画面色ムラ低減と回動時の照度変化の線形性を好適に実現しながら、さらに高コントラスト化を図ることが可能となる。

より好ましくは、上記投射型映像表示装置において、遮光ユニットの遮光板が前記所定の回動位置または移動位置にある場合に、光軸に接する４つのレンズセル領域のそれぞれの開口面積は、レンズセル領域の５０％以上であって、第１のレンズセル領域群のすべてのレンズセル領域のそれぞれの開口面積は該レンズセル領域の５０％以下であるように遮光板の形状を設定する。これにより、画面色ムラ低減と回動時の照度変化の線形性を好適に実現しながら、さらに高コントラスト化を図ることが可能となる。

なお、上記投射型映像表示装置において、例えば、Ｌは２であって、例えば、Ｍは１である。

なお、本発明を適用する投射型映像表示装置は、３板透過型、単板透過型、３板反射型、単板反射型のいずれであっても良い。

また、上記実施例では、例えば図１においては、光源ユニットから出射され、第１のレンズアレイ３、遮光ユニット５０１、第２のレンズアレイ４、偏光変換素子５．及び集光レンズ６を通った光は、反射ミラー７に入射し、９０度向きを変えて後段のダイクロイックミラー１１に入射している。しかし、図１４の実施例のように、集光レンズ６からの出射光の光軸がダイクロイックミラー１１の光軸と平行になるように設けることによって、反射ミラーを省略しても良く、部品点数の削減ができる。

また、本発明は、以上の例に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうることは勿論のことである。

１：光源、 ２：反射鏡、 ３：第１のレンズアレイ、 ４：第２のレンズアレイ、 ５：偏光変換素子、 ６：集光レンズ、 ７：反射ミラー、 １０：反射ミラー、 １１、１２：ダイクロイックミラー、 １３：コンデンサレンズ、 １４、１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ：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、 １００：スクリーン、 ２００：投射レンズ、 ３００：光軸、 ４０１：レンズセル領域イ〜ヲ、 ４０２：垂直軸、 ４０３：水平軸、 ５０１：遮光ユニット、 ５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ：遮光板。

Claims (12)

1. 光源と、
   前記光源からの射出光を複数の光束に分割する複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイからの射出光束が透過する複数のレンズセル領域を有する第２のレンズアレイと、
   前記第２のレンズアレイからの射出光束を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズが集光する光束を受光して透過または反射させる表示素子と、
   前記表示素子からの透過光または反射光を射出する投射レンズと、
   前記第１のレンズアレイから前記第２のレンズアレイへの光束を遮光する遮光ユニットを備え、
   前記第２のレンズアレイには、矩形レンズセル領域が第１の方向および第２の方向にそれぞれ異なる複数個配置されており、前記第１の方向に配置される矩形レンズセル領域の数は、前記第２の方向に配置される矩形レンズセル領域の数よりも多く、
   前記遮光ユニットによる遮光状態には、光軸に接するレンズセル領域および前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を開口し、前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される全ての複数の矩形レンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を遮光しかつその一部を開口し、前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量が、前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第２の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量よりも大きい状態があることを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型映像表示装置であって、
   前記遮光ユニットは複数の遮光部材を回動または移動することにより遮光量を可変するものであり、
   前記遮光ユニットによる遮光状態において、前記光軸に接するレンズセル領域、前記光軸に接するレンズセル領域に対して第１の方向に隣接するレンズセル領域および前記光軸に接するレンズセル領域に対して第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれの開口部端の形状は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して斜めの線を含む形状であることを特徴とする投射型映像表示装置。
3. 請求項２に記載の投射型映像表示装置であって、
   前記遮光ユニットが回動または移動する前記複数の遮光部材には板状の部材が含まれ、前記遮光ユニットが回動または移動する板状の部材は２枚のみであることを特徴とする投射型映像表示装置。
4. 投射型映像表示装置における光の投射方法であって、
   光源から光を射出するステップと、
   前記光源からの射出光を、複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイにより複数の光束に分割するステップと、
   前記第１のレンズアレイから第２のレンズアレイへ達する光量を遮光ユニットによる遮光により調整するステップと、
   前記第１のレンズアレイからの射出光束のうち、前記遮光ユニットにより遮光されなかった光束が、前記第２のレンズアレイを透過するステップと、
   前記第２のレンズアレイからの射出光束を、集光レンズにより集光するステップと、
   前記集光レンズが集光する光束を表示素子が透過または反射するステップと、
   前記表示素子からの透過光または反射光を投射レンズから射出するステップとを備え、
   前記第２のレンズアレイには、矩形レンズセル領域が第１の方向および第２の方向にそれぞれ異なる複数個配置されており、前記第１の方向に配置される矩形レンズセル領域の数は、前記第２の方向に配置される矩形レンズセル領域の数よりも多く、
   前記遮光ユニットによる遮光状態には、光軸に接するレンズセル領域および前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を開口し、前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される全ての複数の矩形レンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を遮光しかつその一部を開口し、前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量が、前記光軸に接するレンズセル領域に対して前記第２の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量よりも大きい状態があることを特徴とする投射方法。
5. 請求項４に記載の投射方法であって、
   前記遮光ユニットの遮光による光量の調整は、複数の遮光部材を回動または移動することにより、遮光量を可変して、前記第１のレンズアレイから前記第２のレンズアレイへ達する光量を調整するものであり、
   前記遮光ユニットによる遮光状態において、前記光軸に接するレンズセル領域、前記光軸に接するレンズセル領域に対して第１の方向に隣接するレンズセル領域および前記光軸に接するレンズセル領域に対して第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれの開口部端の形状は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して斜めの線を含む形状であることを特徴とする投射方法。
6. 請求項５に記載の投射方法であって、
   前記遮光ユニットが回動または移動する前記複数の遮光部材には板状の部材が含まれ、
   前記遮光ユニットが回動または移動する板状の部材は２枚のみであることを特徴とする投射方法。
7. 光源と、
   前記光源からの射出光を複数の光束に分割する複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイからの射出光束が透過する複数のレンズセル領域を有する第２のレンズアレイと、
   前記第２のレンズアレイからの射出光束を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズが集光する光束を受光して透過または反射させる表示素子と、
   前記表示素子からの透過光または反射光を射出する投射レンズと、
   前記第１のレンズアレイから前記第２のレンズアレイへの光束を遮光する遮光ユニットを備え、
   前記第２のレンズアレイには、矩形レンズセル領域が第１の方向に第１の個数、第２の方向に第２の個数配置されており、前記第１の個数は、前記第２の個数よりも多く、
   前記遮光ユニットによる遮光状態には、前記第２のレンズアレイの中央に配置される中央レンズセル領域および前記中央レンズセル領域に対して第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を開口し、前記中央レンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される複数の矩形レンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を遮光しかつその一部を開口し、前記中央レンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量が、前記中央レンズセル領域に対して前記第２の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量よりも大きい状態があることを特徴とする投射型映像表示装置。
8. 請求項７に記載の投射型映像表示装置であって、
   前記遮光ユニットは複数の遮光部材を回動または移動することにより遮光量を可変するものであり、
   前記遮光ユニットによる遮光状態において、前記中央レンズセル領域、前記中央レンズセル領域に対して第１の方向に隣接するレンズセル領域および前記中央レンズセル領域に対して第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれの開口部端の形状は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して斜めの線を含む形状であることを特徴とする投射型映像表示装置。
9. 請求項８に記載の投射型映像表示装置であって、
   前記遮光ユニットが回動または移動する前記複数の遮光部材には板状の部材が含まれ、前記遮光ユニットが回動または移動する板状の部材は２枚のみであることを特徴とする投射型映像表示装置。
10. 投射型映像表示装置における光の投射方法であって、
    光源から光を射出するステップと、
    前記光源からの射出光を、複数のレンズセル領域を有する第１のレンズアレイにより複数の光束に分割するステップと、
    前記第１のレンズアレイから第２のレンズアレイへ達する光量を遮光ユニットによる遮光により調整するステップと、
    前記第１のレンズアレイからの射出光束のうち、前記遮光ユニットにより遮光されなかった光束が、前記第２のレンズアレイを透過するステップと、
    前記第２のレンズアレイからの射出光束を、集光レンズにより集光するステップと、
    前記集光レンズが集光する光束を表示素子が透過または反射するステップと、
    前記表示素子からの透過光または反射光を投射レンズから射出するステップとを備え、
    前記第２のレンズアレイには、矩形レンズセル領域が第１の方向に第１の個数、第２の方向に第２の個数配置されており、前記第１の個数は、前記第２の個数よりも多く、
    前記遮光ユニットによる遮光状態には、前記第２のレンズアレイの中央に配置される中央レンズセル領域および前記中央レンズセル領域に対して第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を開口し、前記中央レンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される複数の矩形レンズセル領域のそれぞれについて、少なくともその一部を遮光しかつその一部を開口し、前記中央レンズセル領域に対して前記第１の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量が、前記中央レンズセル領域に対して前記第２の方向に配置される複数の矩形レンズセルの開口総量よりも大きい状態があることを特徴とする投射方法。
11. 請求項１０に記載の投射方法であって、
    前記遮光ユニットの遮光による光量の調整は、複数の遮光部材を回動または移動することにより、遮光量を可変して、前記第１のレンズアレイから前記第２のレンズアレイへ達する光量を調整するものであり、
    前記遮光ユニットによる遮光状態において、前記中央レンズセル領域、前記中央レンズセル領域に対して第１の方向に隣接するレンズセル領域および前記中央レンズセル領域に対して第２の方向に隣接するレンズセル領域のそれぞれの開口部端の形状は、前記第１の方向および前記第２の方向に対して斜めの線を含む形状であることを特徴とする投射方法。
12. 請求項１１に記載の投射方法であって、
    前記遮光ユニットが回動または移動する前記複数の遮光部材には板状の部材が含まれ、
    前記遮光ユニットが回動または移動する板状の部材は２枚のみであることを特徴とする投射方法。

Images