JP2010113366A

JP2010113366A - 投射型映像表示装置

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Publication number: JP2010113366A
Application number: JP2009296681A
Authority: JP
Inventors: Takuya Shimizu; 拓也清水; Kentaro Kato; 健太郎加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: US7753535B2; US9715167B2; US20170315434A1; US20130229636A1; CN1912680A; CN101387819A; JP2007047339A; US9383634B2; US20070035702A1; US20110299048A1; US20140313491A1; US20160282708A1; CN101387818B; US10048575B2; CN101387819B; JP4905548B2; JP2011141565A; US8020998B2; CN101387818A; CN100445802C

Abstract

【課題】映像の照度均一性と大きなダイナミックレンジを両立する投射型映像表示装置
を実現する。
【解決手段】マトリクス状にレンズセルが配列されるアレイレンズを用いて光源の光を
均一化する投射型映像表示装置において、光源からの射出光の光量を調整する遮光ユニッ
トが光源側に配置されるアレイレンズに対して遮光する面積を、光軸に最近のレンズセル
に隣接するレンズセル４２２の遮光面積を、他のセルの遮光面積よりも小さくする。
【選択図】図５

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において、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向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。

そこで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、ＷＯ２００
３−０３２０８０号公報、特開２００５−１７５００号公報、特開２００５−３１１０３
号公報に開示されている。

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
を大きくする為には、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
を増加させればよい。

しかし、遮光量を増加させると、アレイレンズ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為、照明光の被照明領域における照度分布が不均一に
なりやす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やすいとい
う問題があった。

特に映像表示素子が液晶表示素子のような入射光線の素子面の法線に対する角度が大き
くなるほどコントラスト性能が悪くなる性質を有し、投射型映像表示装置のコントラスト
性能向上のために、映像表示素子のコントラスト性能に有害な映像表示素子の法線に対し
、より角度の大きい光線から遮光しようとすると、上記問題はより顕著になる。

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、遮光手段
による遮光量の大幅制御を可能とすることを目的とする。

または、大きいダイナミックレンジを有し、優れた映像表現力、環境および使用者の意
図への対応力を有する投射型表示装置を提供することを目的とする。

マトリクス状にレンズセルが配列される二つのアレイレンズを用いて光源の光を均一化
する投射型映像表示装置において、光源からの射出光の光量を調整する遮光ユニットが光
源側に配置されるアレイレンズに対して遮光する面積を、光軸に最近のレンズセルに隣接
するレンズセルの遮光面積を、他のセルの遮光面積よりも小さくする。

遮光量の制御において、映像の照度分布の均一性を維持することが可能となる。または
、投射型表示装置において、ダイナミックレンジの大きな映像を得ることが可能となる。

光源側アレイレンズの構成例である。遮光したセルの重畳の一例を示した図である。遮光したセルの重畳の他の例を示した図である。光源側アレイレンズ面での透過する光束の照度を光軸との交点を原点として、光軸から離れる方向の距離に対して記したグラフである。光源から射出される射出光の分布を示す図である。アレイレンズの各セルの照度寄与率の一例を示す図である。アレイレンズの配列および遮光面の一例を示した図である。光学系の一例を示す構成図である。遮光ユニットの配置の例を示した図である。アレイレンズの遮光板の移動方法の例を示す図である。アレイレンズの遮光領域の他の例を示す図である。アレイレンズの構成例を示した図である。

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を添えて示す構成要素は、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を添えて示す構成要素は、符号の示す構成要素の一部分もし
くは、符号の示す構成要素に係る光軸、光学的方向を示したものである。

まず、本発明の実施の形態の概要を図１乃至図５を用いて説明する。

本発明の実施の形態の投射型映像表示装置は、光源と、光源から射出される光の光軸に
沿って光源に近い側から順次配置された２つのアレイレンズと、２つのアレイレンズによ
って形成された複数の２次光源像を照明面において重ね合わせるための重畳レンズで構成
されている光源から入射される光の照度分布を均一化する均一照明手段と、光源から射出
される光の光軸上に設置され、光源からの射出光の光量を調節する調光手段とを備えてい
る。さらに、外部からの情報に基づいて調光手段を制御することによって均一照明手段か
ら射出される光の光量を調節可能である。また、２つのアレイレンズのうち、少なくとも
光源側に配置されるアレイレンズは複数の略矩形のレンズが所定の配列に配列されたもの
である。調光手段が２つのアレイレンズの入射側、もしくは２つのアレイレンズの間、も
しくは２つのアレイレンズと重畳レンズの間、もしくは重畳レンズの出射側に配置され、
調光手段は１つまたは２つ以上の遮光部材を所定の方向に移動もしくは回動することによ
って、均一照明手段内もしくは均一照明手段前後の照明光束を遮光することにより照明光
量を調節する遮光ユニットとする。遮光ユニットが光源からの射出光を最少光量に調節し
た際に、遮光部材の形状は、光源側アレイレンズの各セルに遮光部材を投影した場合に、
所定のセルの面積が、他のセルの面積よりも小さい関係を有する形状である。

所定のセルを所定の面積だけ遮光する目的は、遮光ユニットによる遮光量を大きくしな
がら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する為である。ここでいう所
定のセルを所定の面積だけ遮光するとは具体的には以下の通りである。

アレイレンズを用いたインテグレータ照明系とは、一般的には各セルの照度分布の２次
光源像を被照明領域に重畳することによって、より均一な照度分布を得るものである。重
畳された照度分布に対する照度の寄与率はアレイレンズセルそれぞれに依存する。ここで
、遮光部材が各セルを通過する光束を部分的に遮光した場合、そのセルの照度分布は遮光
部材による不均一な遮光の為、照度分布も不均一となる。従って、例えば照度寄与率が最
も高いセルの照度分布は、映像表示素子上で重畳された照度分布に対する影響が大きい為
、このセルを部分的に遮光した状態では、映像表示素子上で重畳された照度分布は最も不
均一になる。遮光部材により多くのセルが遮光され、光束の遮光されていないセルが少な
くなればなるほど、照度寄与率の高いセルの照度分布は映像表示素子上で重畳された照度
分布に対する影響は大きくなり、このセルを部分的に遮光した状態のときの映像表示素子
上で重畳された照度分布の不均一性も増す。

このように、遮光ユニットが光源からの射出光の光量を減少方向に調節するとき、照度
寄与率の高いセルにおける遮光領域の面積よりも、他のセル遮光領域の面積が大きくなる
ように遮光する。このような構成によって、映像表示素子上で重畳される照度分布をより
均一に保ちながら、より大きい遮光量を得ることが可能となる。

または、遮光ユニットが光量を最少量に向けて調節する過程において、多数のセルの光
束が遮光されずに残っている状態の時であれば、たとえ照度寄与率の最も高いセルを通過
する光束であっても照度分布の不均一性に対する影響が比較的少ない。この状態であれば
、照度寄与率の高いセルを部分的にまたは完全に遮光しても、映像表示素子上で重畳され
る照度分布の不均一性に対する影響は少ない。但し照度寄与率の高いセルが完全に遮光さ
れたあとでは、完全に光束が遮光されていないセルのうち照度寄与率が最も高いセルを部
分的に遮光した場合が、照度分布の不均一性に最も影響する。よって、遮光ユニットが光
源からの射出光の光量を最少に調節する場合に、光束が完全に遮光されたセル以外のセル
、または、少なくともセルの一部に光束を透過させているセルの中で、照度寄与率の最も
高いいセルの遮光領域の面積を、他のセルにおける遮光領域の面積より小さく遮光制御を
行う。このような構成によって、映像表示素子上で重畳される照度分布をより均一に保ち
ながら、より大きい遮光量を得ることが可能となる。

さらに、遮光量をより多くする為に、少なくともセルの一部に光束を透過させているセ
ルの中で、照度寄与率の最もセルが部分的に遮光している状態のとき、そのセルにおける
遮光領域の面積は、そのセルの面積の２分の１以下であることが望ましい。その理由を図
１にて説明する。

図１（a）は矩形のセルをアレイレンズの平面内にて直交する任意の２軸に平行な方向
にそれぞれ配列するアレイレンズを光軸方向から見た図であり。４０１はセルの稜線、４
０２は２軸の一方の軸、４０３は２軸の他方の軸である。図１(a)のアレイレンズの構成
では、各セルは図１(a)に斜線にて示される４０４と４０５のように光軸対称に配置され
た対となるセルが存在する。

これらのセル４０４、４０５を対のセルとする。対のセルにおける遮光領域の面積が各
セルの面積の２分の１以下の場合、例えば図１(ｂ)に示す遮光方法により、対のセルの遮
光されていない部分を重ね合わせて、セル一つ分の照度分布を形成できる。図１(ｂ)の対
のセル４０４と４０５において、それぞれ非遮光部は４０４a、４０５a、遮光部は４０４
b、４０５bである。遮光部４０４b、４０５bがセル一つ分の面積の２分の１以下の場合、
言い換えると非遮光部（開口部）がセル一つ分の面積の２分の１以上の場合は、重畳後の
照度分布４０６には照度の非常に少ない部分がなく、均一なものとすることができる。

一方、対のセルにおける遮光領域の面積が各セルの面積の２分の１より大きい場合、換
言すると、非遮光領域（開口領域）が各セルの面積の２分の１よりも小さい場合、図１(
ｃ)に示すように対のセルの非遮光領域を重ね合わせても、セルひとつ分の照度分布は形
成できず、照度が非常に低い部分が発生してしまう。図１(ｃ)の対のセル４０４と４０５
において、それぞれ非遮光部を４０４ｃ、４０５ｃ、遮光部を４０４ｄ、４０５ｄとする
。非遮光部４０４ｄ、４０５ｄがセルの大きさの２分の１より大きいの場合は、重畳後の
照度分布４０６は照度の高い領域４０６ｃと照度の非常に少ない領域４０６ｄが存在し、
非常に不均一なものとなってしまう。照度寄与率の低いセルの対では、各セルの光束を重
畳した後の照度分布への影響は小さい。しかしながら照度寄与率の高いセルの対において
は、影響が非常に大きいものとなり、全てのセルの照度分布を重畳した映像表示素子上で
の照度分布が不均一となる。よって、最も照度寄与率の高いセルもしくは光束が完全に遮
光されたセル以外のセルのうち、最も高い照度寄与率を有するセルにおける遮光領域の面
積は、そのセルの面積の２分の１以下であることが望ましい。

なお、一般にアレイレンズのセルは光源の光軸に垂直な平面内に、光軸対称に配置され
ている。従って、各セルの照度分布が映像表示素子上で重畳されることを考慮し、照度分
布の偏りを防止する為、遮光ユニットによる遮光板の遮光領域は光軸対称に実現されるの
が望ましい。例えば図１（a）に示すアレイレンズを有する構成では、照度分布の偏りを
防止する為、特に２軸に線対称に、すなわち、光軸が通過するアレイレンズの中心に点対
称に遮光することが望ましい。

次に、図２に、光軸との交点を原点として、光源側アレイレンズ面での光束の照度４１
１を縦軸とし、光軸から外側に向かう方向の距離を横軸として記したグラフを示す。図２
に示すように、光軸付近で照度の最大のピークがあるのではなく、光軸から少し離れた位
置に照度の最大のピークがある。この理由を図３にて説明する。

図３に、光源１と反射鏡の反射面２０００と光源から射出される射出光の分布４１２を
示す。ここで説明の為、射出光の分布４１２を、反射鏡の反射面２０００にて仮に反射し
ないものとして表記している。図３に示すように、光軸方向と角度をなす方向に射出され
る光４１３に比べ、光軸方向４１４に射出される射出光の量が少ないことがわかる。従っ
て、これらの照度分布を有した光束が反射鏡の反射面２０００に反射し、光軸方向と平行
に射出することにより、図２のような照度分布を得ることになる。

図４は光源からの射出光の光量を最大に調節した状態の照度寄与率を示す。図４の各セ
ルに示される数値は、光源からの射出光の光量を最も多くするように調節した状態の映像
表示素子１８上の照度分布に対するそのセルの照度寄与率である。照度寄与率の最高のセ
ルは、光軸を通過するアレイレンズの中心のセルの領域４２１に隣接するセルの領域４２
２に含まれることがわかる。照度寄与率の計算は、例えば吉田光学研究所製照明光学系評
価・設計ソフト「ODIS」または、米国ORA（Optical Research Associates）社製光学設計
評価プログラム「CODE V」によってシミュレーションすることができる。方法としては、
使用しているセル全てに対して全体の光束量Aを評価し、次に一つのセルを残してセルを
遮光（透過率を０％に設定）、もしくはアパーチャーを絞り、残した一つのセルについて
の光束量Bを測定する。照度寄与率は、B/A×１００として表す。この作業をアレイレンズ
の全てのセルについて各々実行する。図３に示される照度分布特性により、図４において
、照度寄与率の最も高いセルは、中心のセルに隣接するセル領域４２２に含まれるセルと
なり、中心のセルの領域４２１に含まれるセルでははない。

よって、中心のセルに隣接するセルにおける遮光領域の面積よりも、他のセルにおける
遮光領域の面積が大きくなるように遮光することによって、映像表示素子上で重畳される
照度分布をより均一に保ちながら、より大きい遮光量を得ることが可能となる。また、中
心のセルの照度寄与率が、中心セルに隣接するセルの照度寄与率に比べて低いことから、
中心セルに隣接するセルにおける遮光領域の面積よりも、中心のセルにおける遮光領域の
面積が多くなるように遮光制御することにより、映像表示素子上で重畳される照度分布を
より均一に保ちながら、より大きい遮光量を得ることが可能となる。

上述した遮光制御は、遮光ユニットによる最少の射出光量から射出光量の最大量の２０
%程度まで遮光しようとするとき、特に必要となる。以下にこれを説明する。

一般的に、映像表示素子が液晶表示素子のように射光線の素子面の法線に対する角度が
大きくなるほどコントラスト性能が悪くなる性質を有する場合、遮光ユニットを用いてコ
ントラスト性能に有害とされる映像表示素子の法線に対し、より角度の大きい光線から遮
光する。最終的には、光源からの射出光の光量を最少とするように遮光ユニットを調節す
る際、中心付近の数セルのみ光束を透過する状態となる。図４に示す例では、中心のセル
に隣接するセルのうち２軸に線対称な４つのセルで形成される領域４２２の照度寄与率の
計は、全体の略９〜１０%を占める。調節された射出光量が、最大射出光量の２０%以下に
なるように遮光ユニットを調節した状態では、領域４２２に含まれる各セルの照度寄与率
の合計は、相対的に４０〜５０%となる。従って、中心のセルの領域４２１に隣接するセ
ルで構成される領域４２２を部分的に遮光する場合、照度の不均一性への影響が大きい。

一方、その他のセルの照度寄与率は、少なくとも、領域４２２に含まれるセルの照度寄
与率以下となる。よって中心のセルに隣接するセル以外のセルを部分的に遮光する場合の
照度不均一性に対する影響は、中心のセルに隣接するセルを部分的に遮光する場合よりも
少ない。特に、中心のセルの照度寄与率は、図４の例では、全射出光量の４〜５%である
。従って、調節された射出光量が、最大射出光量の２０%以下になるように遮光ユニット
を調節した状態でも中心のセルの照度寄与率は相対的に２５%程度である。よって中心の
セルを部分的に遮光する場合の照度不均一性に対する影響は中心のセルに隣接するセルを
部分的に遮光する場合よりも少ない。

以上から、最小射出光量から最大射出光量の２０%程度まで遮光し、光束が完全に遮光
されたセル以外のセルのうち最も高い照度寄与率を有するセル、または、中心のセルに隣
接するセルにおける遮光領域の面積よりも、中心のセルを含むその他のセルにおける遮光
領域の面積を大きくすることが効果的である。

また、遮光ユニットが光源からの射出光の光量を最少まで調節するとき、図５のように
光源側アレイレンズの各セルの中で、すべてのセルを透過する光束が部分的もしくは完全
に遮光された状態とすることで遮光ユニットによる効果をより大きくすることが可能とな
る。図５において、遮光ユニット５０１の遮光板５０２および５０３を第１のアレイレン
ズ３に投影した状態を光源側から示す。図５は、光源からの射出光の光量を最少に調節し
た状態を示している。斜線で示される領域４２５が遮光した領域、４２６が遮光していい
ない領域である。また、遮光領域４２５のうち、領域５０４が第１の遮光板５０２によっ
て遮光される領域、領域５０５が第２の遮光板５０３によって遮光される領域である。

この場合、前述したような照度寄与率が最も高いセル、光束が完全に遮光されたセル以
外のセルのうち照度寄与率が最も高いセル、中心のセルに隣接するセルのいずれかは部分
的に遮光されている。これらを部分的に遮光した照度分布は映像表示素子上に重畳される
照度分布に対する影響が大きいため、これらのセルを通過したセルにおける遮光領域の面
積より他のセル、もしくは中心のセルにおける遮光領域の面積を大きくすることにより、
照度分布の均一性と遮光量を両立することが可能である。

図５の例においては、照度寄与率が最も高いセル、または、光束が完全に遮光されたセ
ル以外のセルのうち照度寄与率が最も高いセル、または、中心、すなわち光軸に接するセ
ルの領域４２１に隣接するセルであるセルの領域４２２をなすセルより、その他のセルの
方が遮光領域の面積が大きい。ここで、隣接するとは、セルの一辺を共有することとする
。このように、遮光量が最大、すなわち、透過する光量が最小の場合に第１の遮光板５０
２と５０３によって形成される遮光面は、光源側アレイレンズの各セルに対応する領域を
有している。ここで対応するとは、遮光面を光源アレイレンズに投影した像をセルと同様
のマトリックス状に分割した場合に、同じ行と列で指定される位置関係を有するセルと領
域の関係をいう。さらに、領域４２２に含まれる一つのセルに対応する領域の非遮光領域
の面積（開口面積）は、領域４２１に含まれる一つのセルに対応する領域の非遮光領域の
面積よりも大きい。また、セルの領域４２２をなすセルにおける遮光領域の面積は２分の
１以下となっている。なお、領域４２１、４２２に限らず、各セルに対応する領域におけ
る非遮光領域の面積は、照度寄与率の高さによって決めることができる。すなわち、照度
寄与率が高いほど、非遮光領域の面積を大きくすることが望ましい。従って、図４の例で
は、軸402方向において、領域４２２から外側にいくにつれ照度寄与率が低くなっている
ため、非遮光領域の面積も段階的に小さくすることが好適である。

次に、投射型液晶表示装置の構成について説明する。図６は投射型液晶表示装置の構成
例を示す図である。図６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、又は、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、G、B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のアレイレンズ３に入射される。

第１のアレイレンズ３は、入射した光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を通過するよう
に導く。即ち、第１のアレイレンズ３は光源１と第２のアレイレンズ４の各レンズセルと
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、構成す
る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からの光は所定の偏光方向に揃えられる。

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のアレイレンズ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光を透過させてもよい。

図６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２
１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１
５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Ｌ
Ｒ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６の例では、遮光ユニット５０１は、図４および図５で説明した遮光ユニットを用い
る。また、図６の遮光ユニット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、光束群を遮光板の回動により遮光するが、図７(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７(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７(c)に示すように偏光変換素子５の光線の出射側、図７(
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。従って、第１のアレイレンズ
３と光源１の間に配置した場合は、第１のアレイレンズ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のアレイレンズ３の下流に遮光ユニット５０１が配
置される場合は、第１のアレイレンズ３から出射される光が遮光されることになる。なお
図７は重畳レンズ６以降の光学要素の表記を省略した。

また第１の実施の形態では、遮光ユニットは射出光量を最多とした場合に、図８(a)に
示すように、遮光板５０２、５０３は光束の外に配置され、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群７００を遮光する構成としている。しかしながら
、遮光板５０２、５０３は、図８(b)のように遮光ユニットは射出光量を最多とするとき
に、光束の外に配置され、遮光量を増加方向に調節する場合は、矢印６０３、６０４の方
向に移動する構成としてもよい。さらに、図８(c)のように、遮光ユニットは射出光量を
最多としたときに光束の中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の方向に回動する構成としてもよい。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態か
らから遮光板による遮光方法を変更したものである。図９に、遮光板５０６および５０７
を第１のアレイレンズ３に投影した状態を光源側から示す。斜線で示される領域５０８が
遮光板５０６の投影による遮光領域、斜線で示される領域５０９が遮光板５０７の投影に
よる遮光領域である。

図９(a)は光源からの射出光の最多光量に調節した状態を示してある。図９(b)は光源か
らの射出光を最少光量に調節した状態を示してある。この実施の形態では、図９(b)に示
されるように調節した状態では、領域４２２に含まれる照度寄与率が最も高いセルは、全
て遮光されている。そこで、完全に遮光されていないセル、少なくとも一部においては光
源の光束を透過させているセルの中で照度寄与率の最も高いセルが含まれる領域５５５と
する。この領域５５５に含まれるセルの遮光領域の面積より、その他のセルにおける遮光
領域の面積を多くすることにより、映像表示素子上で重畳される照度分布をより均一に保
ちながら、遮光量をより大きくすることが可能となる。

また、図９の実施の形態においては、光源からの射出光の光量を最少光量に調節した状
態において、領域５５５に含まれるセルよりも、照度寄与率の低い中心領域４２１のセル
における遮光領域の面積を大きくすることにより、映像表示素子上で重畳される照度分布
をより均一に保ちながら、遮光量をより大きくすることが可能となる。

また、完全に遮光されていないセルのうち、領域５５５のセルにおける遮光領域の面積
は、図９(b)に示されるようにセルの面積の２分の１以下であることが望ましい。理由は
図１を用いて説明したとおりである。

図５、図９の実施の形態においては、遮光量を大きくしながら、映像表示素子上で重畳
される照度分布をより均一に保つことが可能となる。従って、光源からの射出光の光量を
最大光量から最少光量に調節する際の射出光の光量が、光源からの射出光の最大光量の２
０%以下としようとすることにより、最少光量に調節した状態において、例えば２個から
約１６個程度のセル以外すべて遮光された状態となったとしても、照度分布の均一性を実
用上問題ないレベルとすることが可能となる。

また、遮光量を大きくしながら、映像表示素子上で重畳される照度分布をより均一に保
つことが可能となるため、例えば、図５および図９(b)の実施の形態のように、光源から
の射出光の光量を最少に調節した状態において、アレイレンズの全てのセルが、一部もし
くは完全に遮光された状態、すなわち、少なくとも一部が遮光された状態となったとして
も、照度分布の均一性を実用上問題ないレベルとすることが可能となる。

さらに、これらの実施の形態において、第１のアレイレンズ３を、光軸を通過し直交す
る二軸に線対称に矩形のセルがそれぞれ偶数列に配列する構成としている。アレイレンズ
のセルの配置は、一般的な光軸に直交する任意の２軸に対して矩形のセルが平行に配置さ
れるものでは、図１０(a)(b)(c)のように３種類存在する。図１０(a)は図５、図９の実施
の形態で用いたアレイレンズの構成である。これらの形態において説明した、領域４２２
に含まれる照度寄与率の最高のセルが、図１０(a)に示すセルの領域５５２であっても構
わない。ただしこれは領域４２２を光軸中心に９０°回転させただけなので、４２２と示
す内容は同じである。

第３の実施の形態は、図１０（a）の第１のアレイレンズ３を図１０(b)に示されるアレ
イレンズの構成としたものである。すなわち、光軸を通り直交する二軸に線対称に矩形の
セルが一方の軸に偶数列、他方の軸に奇数列に配列しているアレイレンズとしたものであ
る。図１０（a）のアレイレンズでの中心のセルが含まれる領域４２１は、図１０（ｂ）
のアレイレンズではセルの領域５４５となる。また、図１０（a）のアレイレンズにおけ
るセルの領域４２２は、図１０（ｂ）のアレイレンズでは、セルの領域５６３もしくはセ
ルの領域５６７となる。それ以外は図５、図９の実施の形態と同様である。また偶数列、
奇数列の配列が、逆になっても、図１０(b)に示されるアレイレンズの配置を９０°回転
させればよい。

第４の実施の形態は、図１０（a）の第１のアレイレンズ３を、図１０(c)に示されるア
レイレンズとしたものである。すなわち、光軸を通り直交する二軸に線対称に矩形のセル
が一方の軸に奇数列、他方の軸に奇数列に配列しているアレイレンズとしたものである。
図１０（a）の第１のアレイレンズ３における中心のセルが含まれる領域４２１は、図１
０（c）のアレイレンズでは中心のセル５４６となる。図１０（a）の第１のアレイレンズ
３における領域４２２は、図１０（c）のアレイレンズではセルの領域５６９もしくはセ
ルの領域５７１となる。

図１０に示されるいずれの例においても、第１のアレイレンズ３を通過する光軸が接す
るセル、図１０(a)においては領域421の４つのセル、図１０(b)においては領域５４５の
２つのセル、図１０（c）においては領域５４６の１つのセルと１辺を接するセルを照度
寄与率が最も高いセルとみなし、これらのセルにおける非遮光領域を他のセルの非遮光領
域とする。

以上述べたように、上記実施の形態によれば、遮光板による遮光ユニットもちいた投射
型映像表示装置において、照度分布をより均一に保ちながら、大きなダイナミックレンジ
の映像を得ることができる。

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。

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…集光レンズ、７…反射ミラー、８…反射ミラー、９…反射ミラー、１０…反
射ミラー、１１…ダイクロイックミラー、１２…ダイクロイックミラー、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、１００…ス
クリーン、２００…投射レンズ、３００…光軸、４０１…セルの稜線、４０２…軸、４０
３…軸、４０４…セル、４０４a…非遮光領域、４０４b…遮光領域、４０４c…非遮光領域、
４０４d…遮光領域、４０５…セル、４０５a…非遮光領域、４０５b…遮光領域、４０５
…セル、４０５c…非遮光領域、４０５d…遮光領域、４０６…照度分布、４０６c…照度
分布、４０６d…照度分布、４１１…照度、４２１…セルの領域、４２２…セルの領域、
４２５…遮光領域、４２６…非遮光領域、５０１…遮光ユニット、５０２…遮光板、５０
３…遮光板、５０４…遮光領域、５０５…遮光領域、５４５…セルの領域、５４６…セル
、５５２…セルの領域、５５５…セルの領域、５６３…セルの領域、５６７…セルの領域
、５６９…セルの領域、５７１…セルの領域、６０１…方向、６０２…方向、６０３…方
向、６０４…方向、６０５…方向、６０６…方向、７００…光束群、２０００…反射鏡の
反射面、L…光線、LB…光線、LG…光線、LR…光線

Claims

光源と、
前記光源が出射する光を変調するライトバルブと、
前記ライトバルブが変調する光を投射する投射レンズと、
前記光源が出射する光束を複数の光束に分割する第１のアレイレンズであって、マトリッ
クス状に配列される第１の複数のレンズセルを有する第１のアレイレンズと、
前記第１の複数のレンズセルの各々に共役な第２の複数のレンズセルを有する第２のアレ
イレンズと、
前記第２の複数のレンズセルが出射する複数の光束を前記ライトバルブ上に重畳するコン
デンサレンズと、
前記光源と前記レンズの間に設置される遮光ユニットであって、
前記遮光ユニットは、前記光源が出射する光の光軸に線対称な第１の遮光板と第２の遮光
板を有し、
前記第１の遮光板と前記第２の遮光板で形成される遮光面において、
前記第１の複数のレンズセルのうち前記第１のアレイレンズ上の前記光軸に接する第３の
レンズセルと隣接する第４のレンズセルに対応する第１の領域の開口面積が、前記第４の
レンズセル以外の第１の複数のレンズセルに対応する第２の領域の開口面積よりも大きい
ことを特徴とする投射型映像表示装置。
請求項１に記載の投射型映像表示装置において、
前記第１の領域の開口面積は、前記第3のレンズセルに対応する第3の領域の開口面積より
も大きいことを特徴とする投射型映像表示装置。
請求項１または２に記載の投射型映像表示装置において、
前記第1の領域の開口面積は、前記第1の領域の面積の１／2以上であることを特徴とする
投射型映像表示装置。
光源と、
前記光源が出射する光を変調するライトバルブと、
前記ライトバルブが変調する光を投射する投射レンズと、
前記光源から射出される光束を分割する第1のレンズアレイであって、前記光源から射出
される光の光軸に接する第1のレンズセルと、前記第1のレンズセルに隣接する第2のレン
ズセルと、その他の第3のレンズセルがマトリックス状に配置される第1のレンズアレイと
、
前記第１のレンズアレイからの光束を前記ライトバルブに結像させる前記第1のレンズア
レイに共役な第2のレンズアレイと、
前記光源と前記ライトバルブの間に配置される遮光ユニットであって、前記遮光ユニット
は、
前記第1のアレイレンズに投影される面積のうち、前記第２のレンズセルに投影される面
積が前記第１のレンズセルに投影される面積または前記第3のレンズセルに投影される面
積よりも小さい形状の遮光板を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
請求項４記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光板は、前記光軸に対して線対称に配置され、各々回動可能な第1の遮光板と第2の
遮光板を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
請求項４または５記載の投射型映像表示装置において、
前記第2のレンズセルに投影される面積は前記第2のレンズセルの面積の1／2以下であるこ
とを特徴とする投射型映像表示装置。
光源と、
前記光源から射出される光束を分割する第1のレンズアレイであって、前記光源から射出
される光の光軸に接する第1のレンズセルと、前記第1のレンズセルに隣接する第2のレン
ズセルと、その他の第3のレンズセルがマトリックス状に配置される第1のレンズアレイと
、
前記第１のレンズアレイからの光束を結像させる前記第1のレンズアレイに共役な第2のレ
ンズアレイと、
前記第2のレンズセルの遮光面積を前記第1のレンズセルの遮光面積および前記第3のレン
ズセルの遮光面積よりも小さく遮光する遮光ユニットと、
前記第2のアレイレンズが結像する光束を変調する映像表示素子と、
前記映像表示素子が変調した光束を投射する投射ユニットを有することを特徴とする投射
型映像表示装置。
請求項７記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光ユニットは、前記光軸に対して線対称に配置され、各々回動可能な第1の遮光板
と第2の遮光板を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
請求項７または８記載の投射型映像表示装置において、
前記第1のレンズセルの遮光面積は前記第1のレンズセルの面積の1／2以下であることを特
徴とする投射型映像表示装置。
請求項７乃至９いずれか一に記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光ユニットは、前記第1のレンズセル、前記第2のレンズセル、前記第3のレンズセ
ルの各々を通過する光束は、少なくとも一部を遮光することを特徴とする投射型映像表示
装置。
請求項７乃至１０いずれか一に記載の投射型映像表示装置において、
前記遮光ユニットは、前記光源から射出される光の光量の８０％以上を遮光することを特
徴とする投射型映像表示装置。