JP2012155119A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト向上のために遮光状態を調整できる遮光装置を用いて良質な画像を得る場合において、照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、遮光装置が発熱することを抑制できるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】コントラスト向上のために調光機構３１で遮光状態を調整する場合に、当該遮光状態の変化に応じて、照明光学系２０のうち光源装置２１から均一化光学系である両レンズアレイ２４，２５及び重畳レンズ２７までに配置される光学的な構成部材であるコンデンサーレンズ２２をレンズ駆動装置８１ａによって光束光軸の方向に沿って移動させることで、調光機構３１を通過する光束の状態を調整している。これにより、照明光学系２０から射出される照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、調光機構３１が発熱することを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光の状態を調節するための遮光部を備えるプロジェクターに関する。

プロジェクターにおいて、例えば照明系に可変絞りを組み込むことで、外光の有無に応じて可変絞りによる遮光量を増減させ、輝度とコントラストの両立を図り、かつ、可変絞りの劣化を抑制するものが知られている（特許文献１参照）。また、回動によって開閉可能な一対の遮光部材を、照明装置内の一対のレンズアレイ間に照明光軸に対して対称に配置して、照明光の遮光量の調節を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このほか、光学素子を光路に対して出し入れ可能に配置するものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、上記いずれにおいても、遮光部によって光源からの光束の一部が遮蔽されることで、有効に利用できる光の量が減少し、画像が暗くなる。また、遮蔽した光に伴って遮光部が発熱する場合がある。

特開２００４−３６１８５６号公報 特開２００４−２６４８１９号公報 特開２００７−７８８１５号公報

本発明は、上記背景技術の問題に鑑みてなされたものであり、コントラスト向上等のために遮光状態を調整できる遮光装置を用いる場合において、光の利用効率を高め、かつ、遮光装置が発熱することを抑制できるプロジェクターを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、（ａ１）光源と、（ａ２）光源からの光の遮光状態を調整できる遮光装置と、（ａ３）光源からの光を均一化する均一化光学系と、（ａ４）を有する（ａ）照明光学系と、（ｂ）照明光学系からの照明光束によって照明される光変調装置と、（ｃ）光変調装置を経て変調された光を投射する投射光学系と、を備えるプロジェクターであって、（ｄ）照明光学系は、光源から均一化光学系までに配置される少なくとも１つの構成部材を、遮光状態の変化に対応して光束光軸の方向に沿って移動させる駆動装置を有し、上記少なくとも１つの構成部材の配置を変更することにより、遮光装置に入射する光束の状態を調整可能にする。

上記プロジェクターでは、遮光装置で遮光状態を調整する際に、当該遮光状態の変化に応じて、上記少なくとも１つの光学的な構成部材の配置を変更することで、遮光装置に入射させる光束の状態を調整している。これにより、例えばコントラスト向上のために遮光装置で遮光状態を調整する場合に、当該遮光状態の変化に応じて遮光装置に入射させる光束の径や密度等を変化させることができるので、照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、遮光装置が発熱することを抑制できる。

本発明の具体的な側面によれば、駆動装置により配置が変更される構成部材は、光源からの光を平行化するためのコンデンサーレンズであり、駆動装置は、当該コンデンサーレンズを光束光軸の方向に沿って移動させる。この場合、コンデンサーレンズの移動により、遮光装置に入射させる光束の径を遮光装置の状態に応じて変化させることができ、高効率な光の利用が図れる。

本発明の別の側面によれば、駆動装置は、光源を光束光軸の方向に沿って移動させる。この場合、光源の移動により、遮光装置に入射させる光束の径を遮光装置の状態に応じて変化させることができ、高効率な光の利用が図れる。

本発明のさらに別の側面によれば、遮光装置は、光路上に進退可能な板状の遮光部を有する。この場合、遮光部の配置に応じて上記構成部材の配置関係を変更することで、光源光からの光の無駄を抑えつつ所望の状態の光束を形成できる。

本発明のさらに別の側面によれば、遮光装置は、同期して回動する開閉動作によって光源からの光を部分的に遮蔽して遮光状態を調整する一対の遮光部を有する。この場合、一対の遮光部の開閉動作に応じて上記構成部材の配置関係を変更することで、光源光からの光の無駄を抑えつつ所望の状態の光束を形成できる。

本発明のさらに別の側面によれば、照明光学系は、一対の遮光部の開閉方向に対応して光束を収束させるシリンドリカルレンズを含む。この場合、シリンドリカルレンズと光源との配置関係を調整することにより、遮光装置に入射させる光束の径を特定方向に関して変化させて高効率な光の利用が図れる。

本発明のさらに別の側面によれば、一対の遮光部は、光変調装置で変調される光の明るさの平均値に応じて開閉状態が変動し、上記平均値に応じて照明光学系の上記構成部材の配置関係を変更する。この場合、一対の遮光部の開閉度合を、光変調装置での変調度合と関連付けて、明るくコントラストの高い画像を形成することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１に示すプロジェクターの照明光学系の動作の一例を説明するための図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、遮光部の状態と照明光束の状態との関係を説明するための図である。 第２実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図１に示すプロジェクターの照明光学系の動作の他の一例を説明するための図である。 第３実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す平面図である。 第４実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す平面図である。 図６に示すプロジェクターの照明光学系の動作を説明するための側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、第５実施形態に係るプロジェクターのうち照明光学系を概念的に示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図９に示すプロジェクターの照明光学系の動作の一例を説明するための図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、図９に示すプロジェクターの照明光学系の動作の他の一例を説明するための図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１等を参照して、本発明の第１実施形態に係るプロジェクターについて説明する。図示のプロジェクター１００は、画像の形成及び投射用の光学系部分１０と、光学系部分１０の動作を制御する制御装置９０とを備える。

〔１．プロジェクターの光学系〕
図１に示す光学系部分１０は、照明光を射出する照明光学系２０と、照明光学系２０からの照明光を青緑赤の３つの色光に分離する色分離導光光学系４０と、色分離導光光学系４０から射出された３つの色光を画像情報に応じてそれぞれ変調する光変調部５０と、光変調部５０から射出された各色の画像光を合成する光合成光学系６０と、光合成光学系６０によって合成された画像光をスクリーン（不図示）上に投射する投射光学系７０とを備える。これらのうち、照明光学系２０から光合成光学系６０までの光学部分は、光学部品用筐体１１の内部に収納されている。

照明光学系２０は、光学的な構成部材として、光源装置２１と、コンデンサーレンズ２２と、第１及び第２のレンズアレイ２４，２５と、偏光変換装置２６と、重畳レンズ２７と、調光機構３１とを備える。さらに、照明光学系２０は、機械機構的な構成部材として、レンズ駆動装置８１ａと、遮光部駆動機構８３ａとを備える。

光源装置２１は、照明用の光束を射出する光源であり、例えば高圧水銀ランプ等である放電型の発光管２１ａと、発光管２１ａから射出された光束を回収し折り返して前方に射出させる楕円面型の凹面鏡であるリフレクター２１ｂとを備える。コンデンサーレンズ２２は、光源装置２１からの光束を平行化する役割を有する凹レンズである。第１及び第２のレンズアレイ２４，２５は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなるフライアイレンズである。このうち、第１のレンズアレイ２４を構成する要素レンズによって、光源装置２１から射出された光束が複数の部分光束に分割される。また、第２のレンズアレイ２５を構成する要素レンズによって、第１のレンズアレイ２４からの各部分光束が適当な発散角で射出される。偏光変換装置２６は、ＰＢＳや波長板を組み込んだプリズムアレイで構成され、レンズアレイ２５から射出された分割光束を特定方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する偏光変換部である。重畳レンズ２７は、偏光変換装置２６を経た直線偏光としての照明光を全体として適宜収束させることにより、被照明領域すなわち光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂに対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ２４，２５と重畳レンズ２７とを通過した照明光は、以下に詳述する色分離導光光学系４０を通って、光変調部５０に設けられた各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを均一に重畳照明する。言い換えると、両レンズアレイ２４，２５と重畳レンズ２７とは、均一化光学系として機能している。

レンズ駆動装置８１ａは、コンデンサーレンズ２２を移動させるための駆動機構である。具体的に説明すると、レンズ駆動装置８１ａは、不図示のモーター及びガイドを有し、コンデンサーレンズ２２を取り付けた取付部８１ｂを光束光軸ＳＡに沿った方向すなわちＸ方向に移動させる。この結果、図中において矢印Ａ１で示すように、コンデンサーレンズ２２が光束光軸ＳＡに沿って往復移動可能となっている。以上のように、レンズ駆動装置８１ａが照明光学系２０を構成する光学的な構成部材の１つであるコンデンサーレンズ２２を光束光軸ＳＡに沿って移動させることで、照明光学系２０における光源装置２１とコンデンサーレンズ２２との相対的配置関係が変更可能となっている。

調光機構３１は、照明光学系２０の内部、例えば第１及び第２のレンズアレイ２４，２５の間に配設され、光束光軸ＳＡを横切るように延びる一枚の板状の遮光部３３を有する。遮光部３３は、不図示のモーター等を有する遮光部駆動機構８３ａに接続されることで、Ｙ方向に移動する。遮光部３３を光路上に進退可能とすることで照明光学系２０から射出される照明光の断面形状や射出強度が調整される。なお、遮光部３３は、図３（Ｂ）に示すように、矩形状の中心部分に矩形の開口部ＯＰを有しており、オン状態においては、開口部ＯＰの部分に対応する中心側の光束成分のみを通過させ、他の光束成分を遮蔽する。遮光部３３は、例えば耐熱性の比較的高い金属板で構成されている。

色分離導光光学系４０は、第１及び第２のダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、３つのフィールドレンズ４３ｒ，４３ｇ，４３ｂとを備え、光源装置２１から射出された照明光を赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、及び青（Ｂ）色の３色に分離するとともに、分離された各色光を後段の液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１のダイクロイックミラー４１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ色の照明光ＬＲを反射しＧ色及びＢ色の照明光ＬＧ，ＬＢを透過させる。また、第２のダイクロイックミラー４１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ色の照明光ＬＧを反射しＢ色の照明光ＬＢを透過させる。つまり、第１のダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ｒのある第１光路ＯＰ１に導かれ、第１のダイクロイックミラー４１ａを透過して第２のダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｇのある第２光路ＯＰ２に導かれ、第２のダイクロイックミラー４１ｂを通過した青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｂのある第３光路ＯＰ３に導かれる。各色用のフィールドレンズ４３ｒ，４３ｇ，４３ｂは、第２レンズアレイ２５から射出された各部分光束が、各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの被照射領域上において適度な入射角度となるように調節している。一対のリレーレンズ４４ａ，４４ｂは、第１光路ＯＰ１や第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い第３光路ＯＰ３上に配置され、入射側の第１のリレーレンズ４４ａの直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のフィールドレンズ４３ｂに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

光変調部５０は、３色の照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢがそれぞれ入射する３つの液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを備える。各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂは、入射した照明光の強度の空間分布を変調する非発光型の光変調装置である。

各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂは、中央に配置される液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂと、これを挟むように一方の光入射側に配置される入射側偏光フィルター５２ｒ，５２ｇ，５２ｂと、他方の光射出側に配置される射出側偏光フィルター５３ｒ，５３ｇ，５３ｂとをそれぞれ備えている。各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂは、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性基板と、画素電極等を有する光透過型の駆動基板と、光透過性基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂに入射した各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で強度変調される。

光合成光学系６０は、クロスダイクロイックプリズムであり、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対のダイクロイックミラー６１，６２が形成されている。両ダイクロイックミラー６１，６２は、特性が異なる誘電体多層膜で形成されている。すなわち、一方の第１ダイクロイックミラー６１は赤色光ＬＲを反射し、他方の第１ダイクロイックミラー６２は青色光ＬＢを反射する。この光合成光学系６０は、液晶ライトバルブ５０ｒからの変調後の赤色光ＬＲを第１ダイクロイックミラー６１で反射して光路を折り曲げることによりＺ方向に射出させ、液晶ライトバルブ５０ｇからの変調後の緑色光ＬＧを第１及び第２ダイクロイックミラー６１，６２を透過させることによってＺ方向に直進させ、液晶ライトバルブ５０ｂからの変調後の青色光ＬＢを第２ダイクロイックミラー６２で反射して光路を折り曲げることによりＺ方向に射出させる。光合成光学系６０の光射出側では、各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが重ね合わされて色合成が行われる。

投射光学系７０は、光合成光学系６０で合成されたカラーの画像光を拡大投射する投射レンズである。投射レンズ７１は、液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ上の画像を所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射するズームレンズである。投射光学系７０により、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに入力された駆動信号又は表示信号に対応する各色の画像を合成したカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に所望の倍率で投射される。

〔２．プロジェクターの制御系〕
図１に示すように、制御装置９０は、ビデオ信号等の外部画像信号が入力される画像処理部９１と、画像処理部９１の出力に基づいて各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを駆動するパネル駆動部９２と、画像処理部９１の出力に基づいて調光機構３１を動作させる調光機構駆動部９３と、調光機構３１の動作状態に応じてレンズ駆動装置８１ａを駆動する光学素子駆動部９４と、これらの回路部分９１，９４等の動作を統括的に制御する主制御部９９とを備える。

制御装置９０において、画像処理部９１は、入力された外部画像信号に対して色補正、歪補正等を含む各種画像処理を行うことができ、付加的な機能として、外部画像信号に対応する画像に代えて或いは重畳して文字情報等を表示することができる。

パネル駆動部９２は、画像処理部９１から出力された画像処理後の画像信号に基づいて各液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂの状態を調節する駆動信号を発生する。これにより、画像処理部９１から入力された画像信号に対応して、液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂにおいて、透過率分布としての画像を形成することができる。

調光機構駆動部９３は、調光機構３１の開閉状態を制御する。すなわち、調光機構駆動部９３は、遮光部３３を光路上に配置するオン状態と、遮光部３３を光路外へ退避させるオフ状態とに切り替える動作を調光機構３１に行わせる。

光学素子駆動部９４は、上記調光機構駆動部９３による調光機構３１の制御状態すなわち遮光状態に連動して、レンズ駆動装置８１ａを制御している。つまり、光学素子駆動部９４は、コンデンサーレンズ２２を光束光軸ＳＡに沿って変位させることにより光束光軸ＳＡに沿ったＸ方向について光源装置２１からコンデンサーレンズ２２までの間隔を調整している。

主制御部９９は、マイクロコンピューター、メモリー等からなり、画像処理部９１、光学素子駆動部９４等を制御するために適宜用意されたプログラムに基づいて動作する。これにより、プロジェクター１００の動作状態が適宜維持される。

〔３．照明光学系の調光の動作〕
以下、図２（Ａ）及び２（Ｂ）等により、照明光学系２０での調光の動作の一例について説明する。ここでは、既述のように、レンズ駆動装置８１ａが動作して、コンデンサーレンズ２２がＸ方向に移動可能であるものとなっている。つまり、コンデンサーレンズ２２が矢印Ａ１の方向に移動することで、光源装置２１からコンデンサーレンズ２２までの距離が変わる。

まず、図２（Ａ）に示すように、遮光部３３が光路上から退避したオフ状態にある場合を基準となる第１の状態とする。この場合、コンデンサーレンズ２２は、光源装置２１の配置される位置Ｐ０に対して距離Ｘ１である第１の位置Ｑ１に配置されている。これに対して、図２（Ｂ）に示すように、遮光部３３が光路上に配置されるオン状態にある場合を第２の状態とする。この場合、コンデンサーレンズ２２は、距離Ｄだけ光源装置２１から離れる側に移動している。つまり、基準となる第１の状態から距離Ｄだけ光路下流側（＋Ｘ側）にずれている。結果として、コンデンサーレンズ２２は、位置Ｐ０に対して距離Ｘ２（Ｘ２＞Ｘ１）である第２の位置Ｑ２に配置される。この第２の状態の場合、第１の状態に比べて、光源装置２１からコンデンサーレンズ２２までの間隔が距離Ｄの分だけ長くなる。これにより、コンデンサーレンズ２２から遮光部３３に入射する際の光束の断面が小さくなる。つまり、照明光学系２０の光学部分が第１の状態から第２の状態へ変化すると、遮光部３３に入射する照明光のビーム径が相対的に細くなる。

以下、図３（Ａ）及び３（Ｂ）により、第１の状態及び第２の状態における照明光の光束断面について具体的に説明する。

まず、図３（Ａ）に示すように、遮光部３３が退避したオフ状態の場合、すなわち図２（Ａ）の第１の状態の場合には、最大限の光束通過範囲、すなわち遮光部３３によって遮られる可能性のある外周部分まで含めた全てが照明系の有効領域ＥＦとなっている。従って、このように広い有効領域ＥＦを覆うべく、レンズ駆動装置８１ａを動作させ、コンデンサーレンズ２２を位置Ｑ１に配置することにより、光束の遮光部３３への入射時の光束断面ＬＦ１は比較的大きな状態になる。

一方、図３（Ｂ）に示すように、遮光部３３が配置されているオン状態の場合、すなわち図２（Ｂ）の第２の状態の場合には、中央に制限された光束通過範囲、すなわち遮光部３３によって遮られずに残った部分である開口部ＯＰに対応する部分が照明系の有効領域ＥＦ'となっている。従って、このように狭い有効領域ＥＦ'を無駄なく覆うべく、レンズ駆動装置８１ａを動作させ、コンデンサーレンズ２２を位置Ｑ２に配置することにより、光束の遮光部３３への入射時の光束断面ＬＦ２は比較的小さな状態になる。なお、この場合、有効領域ＥＦ'は、図３（Ａ）の有効領域ＥＦより狭い範囲である中央部分の範囲のみであるため、例えば高コントラストを優先した画像形成が可能となる。

以上の説明では、調光機構３１の開閉状態に応じてコンデンサーレンズ２２をＸ方向について距離Ｄだけ移動させることで、上記第１及び第２の状態に合わせて光束の径や密度等が調整されている。これにより、光源装置２１からの光を高効率に利用でき、また、遮光部３３で遮光される光を低減でき、遮光に伴う発熱も抑制される。

以上のように、本実施形態のプロジェクター１００では、コントラスト向上のために調光機構３１で遮光状態を調整する場合に、当該遮光状態の変化に応じて、照明光学系２０のうち光源装置２１から均一化光学系である両レンズアレイ２４，２５及び重畳レンズ２７までに配置される光学的な構成部材であるコンデンサーレンズ２２をレンズ駆動装置８１ａによって光束光軸の方向に沿って移動させることで、調光機構３１に入射する光束の状態を調整している。これにより、照明光学系２０から射出される照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、調光機構３１が発熱することを抑制できる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、第２実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクター１００を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図４は、図１に対応するものであり、図示のプロジェクター２００は、画像の形成及び投射用の光学系部分２１０と、光学系部分２１０の動作を制御する制御装置９０とを備える。光学系部分２１０のうち、第１実施形態と部分的に異なる照明光学系２２０は、機械機構的な構成部材として、光源駆動装置８２ａを備える。つまり、図１のレンズ駆動装置８１ａに代えて光源駆動装置８２ａを備える点が異なっている。

光源駆動装置８２ａは、光源装置２１を移動させるための駆動機構である。具体的に説明すると、光源駆動装置８２ａは、不図示のモーター及びガイドを有し、発光管２１ａ及びリフレクター２１ｂを一体的に取り付けた取付部８２ｂを光束光軸ＳＡに沿った方向すなわちＸ方向に移動させる。この結果、図中において矢印Ａ２で示すように、光源装置２１が光束光軸ＳＡに沿って往復移動可能となっている。以上のように、光源駆動装置８２ａが照明光学系２０を構成する光学的な構成部材の１つである光源装置２１を光束光軸ＳＡに沿って移動させることで、照明光学系２０における光源装置２１とコンデンサーレンズ２２との相対的配置関係が変更可能となっている。

以下、図５（Ａ）及び５（Ｂ）により、照明光学系２２０での調光の動作の一例について説明する。

ここでは、既述のように、光源駆動装置８２ａが動作して、光源装置２１がＸ方向に移動可能であるものとなっている。つまり、光源装置２１が矢印Ａ２の方向に移動することで、光源装置２１からコンデンサーレンズ２２までの距離が変わる。具体的には、図５（Ａ）に示す基準となる第１の状態において、コンデンサーレンズ２２の配置される位置Ｑ０に対して距離Ｘ１である第１の位置Ｐ１に配置されている光源装置２１が、図５（Ｂ）に示す第２の状態において、距離Ｄだけコンデンサーレンズ２２から離れる側に移動している。つまり、基準となる第１の状態から距離Ｄだけ光路上流側（−Ｘ側）にずれている。結果として、光源装置２１は、位置Ｑ０に対して距離Ｘ２（Ｘ２＞Ｘ１）である第２の位置Ｐ２に配置される。これにより、コンデンサーレンズ２２から遮光部３３に入射する際の光束の断面が小さくなる。つまり、照明光学系２２０の光学部分が第１の状態から第２の状態へ変化すると、ビーム径が相対的に細くなる。

以上のように、本実施形態のプロジェクター２００においても、コントラスト向上のために調光機構３１で遮光状態を調整する場合に、当該遮光状態の変化に応じて、照明光学系２２０のうち光源装置２１を光束光軸の方向に沿って移動させることで、調光機構３１に入射する光束の状態を調整している。これにより、照明光学系２２０から射出される照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、調光機構３１が発熱することを抑制できる。

〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、第３実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクター１００等を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図６は、図１，図４に対応するものであり、図示のプロジェクター３００は、画像の形成及び投射用の光学系部分３１０と、光学系部分３１０の動作を制御する制御装置９０とを備える。光学系部分３１０のうち、第１実施形態と部分的に異なる照明光学系３２０は、機械機構的な構成部材として、レンズ駆動装置８１ａと、光源駆動装置８２ａとを備える。

つまり、プロジェクター３００は、第１実施形態のレンズ駆動装置８１ａと第２実施形態の光源駆動装置８２ａとの双方を備える。レンズ駆動装置８１ａ及び光源駆動装置８２ａをそれぞれ動作させることで、コンデンサーレンズ２２及び光源装置２１の双方を移動可能として光源装置２１からコンデンサーレンズ２２までの距離及びコンデンサーレンズ２２からレンズアレイ２４までの距離を変更できる。

以上のように、本実施形態のプロジェクター３００においても、コントラスト向上のために調光機構３１で遮光状態を調整する場合に、当該遮光状態の変化に応じて、照明光学系３２０のうち光源装置２１及びコンデンサーレンズ２２を光束光軸の方向に沿ってそれぞれ移動させることで、調光機構３１に入射する光束の状態を調整している。これにより、照明光学系３２０から射出される照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、調光機構３１が発熱することを抑制できる。

〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、第４実施形態のプロジェクターは、第３実施形態のプロジェクター３００等を変形したものであり、特に説明しない部分は、第３実施形態等と同様である。

図７は、図６等に対応するものであり、図示のプロジェクター４００は、画像の形成及び投射用の光学系部分４１０と、光学系部分４１０の動作を制御する制御装置９０とを備える。光学系部分４１０のうち、照明光学系４２０は、光学的な構成部材として、調光機構４３１を備える。つまり、図６の遮光部駆動機構８３ａによって動作される調光機構３１に代えて遮光部駆動機構４８３ａによって動作される調光機構４３１を備える点が第３実施形態と異なっている。なお、説明の都合上、プロジェクター４００が光源駆動装置８２ａとレンズ駆動装置８１ａとの双方を有することとしているが、いずれか一方のみを有し、もう一方を省略する構成としてもよい。

調光機構４３１は、照明光学系４２０の内部、例えば第１及び第２のレンズアレイ２４，２５の間に配設され、一対の遮光部４３３，４３４を開閉することで照明光学系４２０から射出される照明光の少なくとも一部を連続的又は段階的に遮光し照明状態すなわち照明光の開口角を調整する。図８は、照明光学系４２０の動作について説明するための側面図である。図示のように、一対の遮光部４３３，４３４は、光束光軸ＳＡを中心として対称に配置され、同期して回動することにより、開口形状を調整している。

本実施形態の場合も、調光機構４３１の動作による開口形状の変化に応じて、光源装置２１やコンデンサーレンズ２２を矢印Ａ１，Ａ２に示す方向に往復移動させることによってこれらの配置関係を調整している。これにより、照明光学系４２０から射出される照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、調光機構４３１が発熱することを抑制できる。また、この場合、調光機構４３１は、連続的又は段階的な遮光を可能とするものであり、これに応じて光源装置２１やコンデンサーレンズ２２の移動量を連続的又は段階的に変化させることもできる。また、例えば、光変調部５０で変調される光の明るさの平均値に応じて、一対の遮光部４３３，４３４の開閉状態及び光源装置２１からコンデンサーレンズ２２までの間隔を変動させてもよい。つまり、遮光部４３３，４３４の開閉度合及び駆動装置８２ａ，８１ａによる調整度合を、光変調部５０での変調度合と関連付けてもよい。これにより、プロジェクター４００は、必要に応じて、明るく、かつ、コントラストの高い画像を形成することができる。

〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、第５実施形態のプロジェクターは、第４実施形態のプロジェクター４００を変形したものであり、照明光学系の一部以外の部分は、第４実施形態の場合と同様であるので、他の部分については、図示及び説明を省略する。

図９（Ａ）及び９（Ｂ）は、第５実施形態に係るプロジェクター５００の構造を説明する図である。図示のように、本実施形態のプロジェクター５００の照明光学系５２０は、光学的な構成部材として、コンデンサーレンズ群５２２を備える。つまり、図７、図８のコンデンサーレンズ２２に代えてコンデンサーレンズ群５２２を備える点が異なっている。

コンデンサーレンズ群５２２は、レンズ面のうち一方向にのみ屈折力を有し他方向には屈折力を有さない第１及び第２のシリンドリカルレンズ５２２ａ，５２２ｂで構成される。図示のように、光路上流側に位置する第１のシリンドリカルレンズ５２２ａは、一対の遮光部４３３，４３４の開閉方向に対応する方向であるＹ方向については光束の収束度を変えず、Ｚ方向についてのみ光束を平行化する。これに対して、光路下流側に位置する第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂは、一対の遮光部４３３，４３４の開閉方向に対応する方向であるＹ方向について光束を平行化し、Ｚ方向については光束の収束度を変えない。この場合、光源装置２１からの収束に対して一対の遮光部４３３，４３４の開閉方向に対応するパワーを有する第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂと光源装置２１との間隔を変更することで、調光機構４３１の開口形状の変化に対応した光束の調整が可能となる。なお、第１のシリンドリカルレンズ５２２ａについては、光源装置２１との距離ＸＸを保つことで、Ｚ方向についての光束の幅を一定に確保することが可能となる。

以下、図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）により、照明光学系５２０での調光の動作の一例について説明する。

ここでは、第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂがＸ方向に移動可能であるものとし、光源装置２１及び第１のシリンドリカルレンズ５２２ａは固定された位置Ｐ０，Ｒ０にそれぞれあるものとする。つまり、この場合、第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂが矢印Ａ１の方向に移動することで、光源装置２１から第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂまでの距離が変わる。

まず、図１０（Ａ）に示すように、一対の遮光部４３３，４３４が完全に開いている場合を基準となる第１の状態とし、この場合に、第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂは、光源装置２１の配置される位置Ｐ０に対して距離Ｘ１である第１の位置Ｑ１に配置されているものとする。これに対して、図１０（Ｂ）に示すように、一対の遮光部４３３，４３４がある程度閉じた状態にある場合を第２の状態とし、この場合に、第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂは、距離Ｅだけ光源装置２１から離れる側に移動している。つまり、基準となる第１の状態から距離Ｅだけ光路下流側（＋Ｘ側）にずれている。結果として、コンデンサーレンズ２２は、位置Ｐ０に対して距離Ｘ２（Ｘ２＞Ｘ１）である第２の位置Ｑ２に配置される。これにより、コンデンサーレンズ２２から遮光部４３３、４３４への入射する際の光束の断面が小さくなる。つまり、照明光学系４２０の光学部分が第１の状態から第２の状態へ変化すると、ビーム径が相対的に細くなる。

以下、図１１（Ａ）及び１１（Ｂ）により、照明光学系５２０での調光の動作の他の一例について説明する。

ここでは、光源装置２１及び第１のシリンドリカルレンズ５２２ａがＸ方向に移動可能であるものとし、第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂは固定された位置Ｑ０にあるものとする。つまり、この場合、光源装置２１が矢印Ａ２の方向に移動することで、光源装置２１から第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂまでの距離が変わる。なお、第１のシリンドリカルレンズ５２２ａは、光源装置２１に同期して矢印Ａ２の方向に移動するものとする。

まず、図１１（Ａ）に示すように、一対の遮光部４３３，４３４が完全に開いている場合を基準となる第１の状態とし、この場合に、光源装置２１は、第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂの配置される位置Ｑ０に対して距離Ｘ１である第１の位置Ｐ１に配置されている。これに対して、図１１（Ｂ）に示すように、一対の遮光部４３３，４３４がある程度閉じた状態にある場合を第２の状態とし、この場合に、光源装置２１は、距離Ｅだけ第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂから離れる側に移動している。つまり、基準となる第１の状態から距離Ｅだけ光路上流側（−Ｘ側）にずれている。結果として、光源装置２１は、位置Ｑ０に対して距離Ｘ２（Ｘ２＞Ｘ１）である第２の位置Ｐ２に配置される。これにより、第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂから遮光部４３３、４３４に入射する際の光束の断面が小さくなる。つまり、照明光学系５２０の光学部分が第１の状態から第２の状態へ変化すると、ビーム径が相対的に細くなる。なお、光源装置２１の移動に伴い、第１のシリンドリカルレンズ５２２ａも第１の位置Ｒ１から第２の位置Ｒ２に移動することで、第１のシリンドリカルレンズ５２２ａから光源装置２１までの距離ＸＸは一定に保たれる。

本実施形態の場合も、調光機構４３１の動作による開口形状の変化に応じて、光源装置２１や第２のシリンドリカルレンズ５２２ｂを移動させることによって、これらの配置関係を調整している。これにより、照明光学系２２０から射出される照明光の利用効率の低下を抑制し、かつ、調光機構４３１が発熱することを抑制できる。

なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

まず、上記実施形態では、光源装置２１からレンズアレイ２４，２５等の均一化光学系までに配置される少なくとも１つの光学的な構成部材の例として、光源装置２１やコンデンサーレンズ２２を移動させるものとしているが、遮光装置に入射する光束の状態を調整できるものであれば、これ以外の光学的な構成部材を移動させるものとしてもよい。また、例えば発光管２１ａのように、光源装置２１のうちの一部品のみを移動させるといった態様としてもよい。

また、上記第４及び第５実施形態の一対の遮光部４３３，４３４を有する調光機構４３１について、説明の簡略化のため、例えば第５実施形態での動作の説明において、完全に開いた第１の状態とある程度閉じた第２の状態との２段階のみで動作を示しているが、一対の遮光部４３３，４３４の開閉度合は、多段階にできる。この場合、光源装置２１等の移動距離も多段階とすることで、遮光状態と連動させる。連動のさせ方については、例えば、一対の遮光部４３３，４３４の開閉状態がｎ段階（ｎ＞２）である場合、光源装置２１等の移動距離もｎ段階で変化するものとしてもよく、移動距離は開閉状態より少ないｍ段階（ｍ＜ｎ）で変化するものとしてもよい。

また、上記第５実施形態のコンデンサーレンズ群５２２を有する構造は、第１実施形態のプロジェクター１００のように調光機構３１を備えるものについて適用することも可能である。

また、上記第５実施形態のコンデンサーレンズ群５２２は、シリンドリカルレンズ同士を組み合わせたものに限らず、トーリックレンズとシリンドリカルレンズを組み合わせたものやトーリックレンズ同士を組み合わせたもの等種々の態様が可能である。

上記実施形態では、照明光学系２０等に設けた光源装置２１の発光管２１ａとして高圧水銀ランプを用いているが、発光管２１ａとして、メタルハライドランプ等の種々の光源を用いることができる。

上記実施形態では、光源装置２１等からの光を特定方向の偏光とする偏光変換装置２６を用いていたが、この発明は、このような偏光変換装置２６を用いないプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、透過型の液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを備えるプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型の液晶ライトバルブを備えるプロジェクターにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。

プロジェクターとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面投射型のプロジェクターと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面投射型のプロジェクターとがあるが、図１等に示すプロジェクター１００，２００の構成は、いずれにも適用可能である。

上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂを用いたプロジェクター１００，２００の例のみを挙げたが、本発明は、１つ又は２つの液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。なお、単一の液晶ライトバルブでプロジェクターを構成する場合、この液晶ライトバルブが表示部となる。

上記実施形態のプロジェクター１００，２００では、色分離導光光学系４０や液晶ライトバルブ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂ等を用いて各色の光変調を行っているが、これらに代えて、例えば光源装置２１によって照明されるカラーホイールと、マイクロミラーの画素によって構成されカラーホイールの透過光が照射されるデバイス（光変調装置としてのライトバルブ）とを組み合わせたものとを用いることにより、カラーの光変調及び合成を行うこともできる。

プロジェクターとしては、シート状の原稿を照明するとともに原稿の拡大像を投射レンズで拡大投射するタイプの装置（ＯＨＰ）も存在するが、本発明は、この種のプロジェクターにも適用可能である。この際、原稿の支持台が表示部となり、検出部は、支持台と投射レンズとの間に介在する連結部の温度等の情報を検出する。

１０…光学系部分、 １１…光学部品用筐体、 ２０…照明光学系、 ２１…光源装置、 ２２…凹レンズ、 ２４，２５…レンズアレイ、 ２６…偏光変換装置、 ２７…重畳レンズ、 ３１…調光機構、 ８１ａ…レンズ駆動装置、 ８２ａ…光源駆動装置、 ８３ａ，４８３ａ…遮光部駆動機構、 ８１ｂ，８２ｂ…取付部、 ４０…色分離導光光学系、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…反射ミラー、 ４３ｒ，４３ｇ，４３ｂ…フィールドレンズ、 ５０…光変調部、 ５０ｒ，５０ｇ，５０ｂ…液晶ライトバルブ、 ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…液晶パネル、 ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂ…入射側偏光フィルター、 ５３ｒ，５３ｇ，５３ｂ…射出側偏光フィルター、 ６０…光合成光学系、 ６１，６２…ダイクロイックミラー、 ７０…投射光学系、 ７１…投射レンズ、 ９０…制御装置、 ９１…画像処理部、 ９２…パネル駆動部、 ９３…調光機構駆動部、 ９４…光学素子駆動部、 ９５…レンズ駆動制御部、 ９９…主制御部、 １００，２００…プロジェクター、 ＬＢ…青色光、 ＬＧ…緑色光、 ＬＲ…赤色光、 ＯＡ…光軸、 ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路

Claims (7)

1. 光源と、前記光源からの光の遮光状態を調整できる遮光装置と、前記光源からの光を均一化する均一化光学系と、を有する照明光学系と、
   前記照明光学系からの照明光束によって照明される光変調装置と、
   前記光変調装置を経て変調された光を投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクターであって、
   前記照明光学系は、前記光源から前記均一化光学系までに配置される少なくとも１つの構成部材を、遮光状態の変化に対応して光束光軸の方向に沿って移動させる駆動装置を有し、前記少なくとも１つの構成部材の配置を変更することにより、前記遮光装置に入射する光束の状態を調整可能にすることを特徴とする、プロジェクター。
2. 前記駆動装置により配置が変更される構成部材は、前記光源からの光を平行化するためのコンデンサーレンズであることを特徴とする、
   請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記駆動装置により配置が変更される構成部材は、前記光源であることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
4. 前記遮光装置は、光路上に進退可能な板状の遮光部を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
5. 前記遮光装置は、同期して回動する開閉動作によって前記光源からの光を部分的に遮蔽して遮光状態を調整する一対の遮光部を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記照明光学系は、前記一対の遮光部の開閉方向に対応して光束を収束させるシリンドリカルレンズを含む、請求項５に記載のプロジェクター。
7. 前記一対の遮光部は、前記光変調装置で変調される光の明るさの平均値に応じて開閉状態が変動し、前記平均値に応じて、前記少なくとも１つの構成部材の配置が変更される請求項５及び請求項６のいずれか一項に記載のプロジェクター。

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