JP2011095291A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】明るい画像を投射でき簡素な構造を有するプロジェクターを提供すること。
【解決手段】このプロジェクター１００では、主制御部９９に制御された光束調整部８０がランプ部２１ａと凹レンズ２１ｂとの相対位置を変化させることにより、凹レンズ２１ｂから射出させる光束幅を変化させる。これにより、例えば液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに入射させる照明光束ＩＢの入射角度範囲を狭めることにより、投射画像のコントラストを向上させることができ、或いは投射光学系７０による遮光を低減してコントラストを向上させることができる。本プロジェクター１００によれば、凹レンズ２１ｂを移動させるだけの簡素な構造によってコントラストを向上させることができ、遮光による光量ロスを少なくして明るい画像投射することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置を照明することによって形成した画像をスクリーン上に投射するプロジェクターに関する。

プロジェクターとして、照明装置から射出され偏光ビームスプリッタを介して反射型のライトバルブに入射させる光束の幅を照明装置の出口に設けた光学絞りによって調節することにより、明るい画像とコントラスト比の高い画像とを切り換えて表示するものがある（特許文献１参照）。別のプロジェクターとして、光源からの光束がインテグレータに入射する前に、インテグレータのレンズセルに対応した開口形状を有する光束制御手段によって遮光することで、迷光による投射画像の色ムラを防止するものがある（特許文献２参照）。

特開平１０−３３９８５２号公報 特開２００２−１９６３０２号公報

しかし、上記のようなプロジェクターでは、光学絞りや光束制御手段によって照明光が遮断されるので、コントラストや色ムラ特性が向上しても、極端に明るさが低下する。また、光学絞り等を用いる限り、遮光によって光学絞り等に温度上昇が生じるので、安定した動作を確保するためには光学絞り等を冷却する必要があり、照明系やその周辺構造が複雑となる。

そこで、本発明は、明るい画像を投射でき簡素な構造によってコントラストを向上させることが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、照明用の光束を射出する光源と、光源からの光束を収束させる集光素子と、集光素子からの光束を平行化する平行化素子とを有する照明装置と、照明装置から射出された光束を変調する光変調装置と、光源と集光素子と平行化素子とのうち少なくとも２つの相対位置を変化させることにより、平行化素子から射出させる光束幅を変化させる光束調整部とを備える。

上記プロジェクターによれば、光束調整部が光源と集光素子と平行化素子とのうち少なくとも２つの相対位置を変化させることにより、平行化素子から射出させる光束幅を変化させるので、結果的に、光変調装置に入射させる照明光束の入射角度範囲を狭めてコントラストを向上させることができる。つまり、本プロジェクターによれば、照明装置の構成要素を移動させるだけの簡素な構造によってコントラストを向上させることができ、遮光による光量ロスや熱の発生を少なくして明るい画像投射することができる。

本発明の具体的な側面によれば、上記プロジェクターにおいて、光束調整部が、照明装置内で平行化素子をシステム光軸方向に移動させる。この場合、平行化レンズの移動のみで足り、光束幅の調整が簡易になる。

本発明の別の側面によれば、光束調整部が、照明装置内で光源及び集光素子をシステム光軸方向に移動させる。この場合、光束調整部の移動機構を組み込みやすく、光束調整部をより簡易なものとできる。

本発明のさらに別の側面によれば、光束調整部が、照明装置内で光源をシステム光軸方向に移動させる。この場合、光源の移動のみで足り、比較的少ない移動量で光束幅の調整が可能になる。

本発明のさらに別の側面によれば、集光素子が、楕円面型の反射鏡であり、平行化素子が、平行化レンズである。この場合、反射鏡によって収束光束を形成し、例えば凹レンズである平行化レンズによって収束光束を平行化することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、照明装置が、平行化素子から射出された光束を複数の光束に分割する第１レンズアレイと、第１レンズアレイから射出された複数の光束の状態を調節する第２レンズアレイと、第２レンズアレイを通過した複数の光束を重畳させる重畳レンズとを有する。この場合、照明装置から射出され光変調装置の被照明領域上に入射する光束を分割及び重畳によって均一化することができる。この際、光束調整部によって平行化素子から射出され第１レンズアレイに入射する光束幅を変化させることで、光変調装置の被照明領域上の各位置に入射させる照明光束の入射角度範囲を適宜変化させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、光束調整部によって光束幅を相対的に減少させた第１モードと、光束調整部によって光束幅を相対的に増加させた第２モードとの間で照明状態を切り換えて表示動作を行わせる制御部を有する。この場合、コントラストを優先した第１モードと、照明光の明るさ（照明効率）等を優先した第２モードとの間で切り換えて動作させることができるので、例えば投射画像の設置環境やシーンに応じて動作するプロジェクターを提供することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターを概念的に示す図である。 （Ａ）は、プロジェクターが第２モードの場合の光線の状態を説明する図であり、（Ｂ）は、プロジェクターが第１モードの場合の光線の状態を説明する図である。 プロジェクターの動作を説明するフローチャートである。 （Ａ）は、第２実施形態に係るプロジェクターが第２モードの場合の光線の状態を説明する図であり、（Ｂ）は、このプロジェクターが第１モードの場合の光線の状態を説明する図である。 （Ａ）は、第３実施形態に係るプロジェクターが第２モードの場合の光線の状態を説明する図であり、（Ｂ）は、このプロジェクターが第１モードの場合の光線の状態を説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、光源ランプユニット等の変形例を説明する図である。

〔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１に示すように、本実施形態に係るプロジェクター１００は、照明装置１０、光束調整部８０、色分離導光光学系４０、光変調部５０、クロスダイクロイックプリズム６０、投射光学系７０、及び制御装置９０を備える。

プロジェクター１００を構成する光学要素、即ち照明装置１０、色分離導光光学系４０、光変調部５０、クロスダイクロイックプリズム６０、及び投射光学系７０は、遮光性を有するライトガイドであるケース部材１１中に略全体が収納されている。また、これらの光学要素は、ケース部材１１の内面等に設けられた保持部（不図示）に組付けられている。

照明装置１０は、光源ランプユニット２０と、均一化光学系３０とを備える。これらのうち、光源ランプユニット２０は、ランプ部２１ａと、凹レンズ２１ｂとを備える。ランプ部２１ａは、光源としての発光管２２ａと、集光素子としての凹面鏡２２ｂとを有する。発光管２２ａは、例えば高圧水銀ランプ等で構成され、照明用の光束を発散するように射出する。凹面鏡２２ｂは、楕円面型の反射鏡であり、その第１焦点に配置された発光管２２ａからの光束を反射することにより第２焦点に向けて収束させる。凹レンズ２１ｂは、平行化素子又は平行化レンズであり、ランプ部２１ａから収束されつつ射出された光源光束をシステム光軸ＳＡに略平行な光束に平行化する役割を有する。このため、凹レンズ２１ｂの焦点は、凹面鏡２２ｂの第２焦点と略一致する位置に配置されている。均一化光学系３０は、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換部材３４と、重畳レンズ３５とを備える。このうち、第１レンズアレイ３１は、マトリクス状に配置された複数の要素レンズ３１ａからなり、光源ランプユニット２０から射出された光束を、要素レンズ３１ａの区画に対応して複数の部分光束に分割する。また、第２レンズアレイ３２は、複数の要素レンズ３１ａにそれぞれ対応して配置された複数の要素レンズ３２ａからなり、第１レンズアレイ３１からの各部分光束の発散状態を調整する。偏光変換部材３４は、ＰＢＳプリズム及びミラーを組み込んだ構造を有する複数のプリズム素子３４ａを有し、第２レンズアレイ３２から射出した光源光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。重畳レンズ３５は、第２レンズアレイ３２から射出し偏光変換部材３４を経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部５０に設けた各色の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに対する重畳照明を可能にする。

光束調整部８０は、本実施形態の場合、光源ランプユニット２０の凹レンズ２１ｂに対して設けられており、凹レンズ２１ｂをＺ方向に平行なシステム光軸ＳＡに沿って滑らかに往復移動させることができる。この光束調整部８０は、１軸のスライド移動機構であり、手動で動作させることもできるが、この場合、スライド移動機構に付随してモータ等を組み込んであり、後述する光束調整駆動部９４によって電気的に動作させるようになっている。このように、光束調整部８０によって凹レンズ２１ｂをシステム光軸ＳＡに沿って適当な位置に移動させることにより、ランプ部２１ａに対する凹レンズ２１ｂの相対位置又は両者の間隔を調整することができ、光源ランプユニット２０から射出される照明光束の幅を所望のタイミングで増減させることができる。このように光源ランプユニット２０から射出される光束幅を増減させることにより、照明装置１０の重畳レンズ３５を通過する照明光の光束幅を増減させることができるので、結果的に、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束の入射角度範囲を随時増減することができる。つまり、光束調整部８０による凹レンズ２１ｂの位置調整によって、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃへ入射する照明光の入射角を投射前又は投射中に増減変更することができるので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストを随時調整することができる。

色分離導光光学系４０は、第１及び第２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４３ａ，４３ｂ，４３ｃと、リレーレンズ４４ａ，４４ｂとを備え、光源ランプユニット２０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、各色光を後段の液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１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４３ａのある第１光路ＯＰ１に導かれ、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２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４３ｂのある第２光路ＯＰ２に導かれ、第２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４３ｃ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４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、第２レンズアレイ３２から射出され光変調部５０に入射する各部分光束が、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの被照射領域上において、システム光軸ＳＡに対して適当な収束度又は発散度となるように入射角を調節している。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４３ｃ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５０ａ，５０ｂ，５０ｃを備える。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、光変調装置として機能し、中央に配置される液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これを挟むように一方の光路上流側に配置される入射側偏光フィルター５２ａ，５２ｂ，５２ｃと、他方の光路下流側に配置される射出側偏光フィルター５３ａ，５３ｂ，５３ｃとをそれぞれ備えている。各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃにそれぞれ入射した各照明光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢは、各液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で強度変調される。なお、液晶パネル５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、透過型の液晶パネルであり、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の入射側基板と、画素電極等を有する光透過性の駆動基板と、入射側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。

クロスダイクロイックプリズム６０は、カラー画像を合成するための光合成光学系であり、その内部には、Ｒ光反射用の第１ダイクロイック膜６１と、Ｂ光反射用の第２ダイクロイック膜６２とが、平面視Ｘ字状に配置されている。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶ライトバルブ５０ａからの赤色光ＬＲを第１ダイクロイック膜６１での反射によって折り曲げて−Ｘ方向に射出させ、液晶ライトバルブ５０ｂからの緑色光ＬＧを両ダイクロイック膜６１，６２を介して−Ｘ方向に直進・射出させ、液晶ライトバルブ５０ｃからの青色光ＬＢを第２ダイクロイック膜６２での反射によって折り曲げて−Ｘ方向に射出させる。

投射光学系７０は、光変調部５０によって形成されクロスダイクロイックプリズム６０で合成された変調光すなわち画像光をスクリーン（不図示）上に所望の倍率のカラー画像として投射する。

図２（Ａ）及び２（Ｂ）は、光束調整部８０による凹レンズ２１ｂの移動の効果を説明する図である。図２（Ａ）の場合、凹レンズ２１ｂは、標準的な位置に配置されており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束の幅は、比較的広くなっている。図２（Ａ）の状態は、照明光の明るさや均一性、熱的負荷の低減等に関する要求、特に照明効率に関する要求を優先した標準的な状態、すなわち第２モードに相当する。一方、図２（Ｂ）の場合、凹レンズ２１ｂは、均一化光学系３０側にシフトさせた位置に配置されており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束の幅は、比較的狭くなっている。図２（Ｂ）の状態は、コントラストを優先した特別な状態、すなわち第１モードに相当する。なお、図２（Ａ）及び２（Ｂ）は、図示の都合上、システム光軸ＳＡ方向に圧縮するように変形して表示されている。また、点線で示す照明光束ＩＢ'は、偏光変換部材３４で外側すなわち＋Ｘ側に拡張される光束を意味するものとする。

図２（Ａ）に示す第２モードの場合、凹レンズ２１ｂがランプ部２１ａから標準的に離れた状態となっており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢは、第１及び第２レンズアレイ３１，３２や偏光変換部材３４に比較的大きな光束幅Ｗ２で入射する。結果的に、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲±θ２が比較的大きくなって、斜め入射光が比較的増加するので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストは標準的なものとなる。ただし、照明光の明るさや均一性、熱的負荷の低減等に関する要求、特に照明効率に関する要求を優先する。なお、Ｘ軸方向に関する入射角度範囲±θ２は、偏光変換部材３４の通過に際して光路の折り曲げによって外側に広げられた点線で示されている照明光束ＩＢ'によって定まり、Ｙ軸方向に関する入射角度範囲±θ２（不図示）は、偏光変換部材３４の通過に際して光路の折り曲げがなく元のまま実線で示されている照明光束ＩＢによって定まる。

図２（Ｂ）に示す第１モードの場合、凹レンズ２１ｂが第１レンズアレイ３１に近づく側に距離Ｓだけ移動してランプ部２１ａから標準よりも離れた特別な状態となっており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢは、第１及び第２レンズアレイ３１，３２や偏光変換部材３４に比較的小さな光束幅Ｗ１で入射する。結果的に、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲±θ１が比較的小さくなって、斜め入射光が比較的減少するので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストは比較的高くなる。以上において、照明光束ＩＢを遮蔽しないで光束幅Ｗ１を小さくするので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上における照度の低下を抑えることができる。なお、凹レンズ２１ｂの移動距離Ｓが比較的少ないので、照明光束ＩＢは、略平行化された状態に保たれる。

図１に戻って、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５０ａ，５０ｂ，５０ｃを駆動するパネル駆動部９２と、発光管２２ａに給電して発光管２２ａの点灯状態を調整する点灯駆動部９３と、光束調整部８０を電気的に駆動する光束調整駆動部９４と、これらの回路部分９１，９３，９４等の動作を制御する主制御部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補正を行うことや、外部画像信号に代えて或いは重畳して文字情報等を表示する画像信号を形成することができる。

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５０ａ，５０ｂ，５０ｃ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５０ａ，５０ｂ，５０ｃ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。

点灯駆動部９３は、発光管２２ａに供給する電圧や電流の振幅や周期等を調節することによって、発光管２２ａの発光状態を調節する。

光束調整駆動部９４は、光束調整部８０を適宜動作させることにより、凹レンズ２１ｂの位置を監視しつつ凹レンズ２１ｂをシステム光軸ＳＡ上の所望位置に移動させることができる。具体的な例では、凹レンズ２１ｂを、図２（Ａ）に示す標準的な第２モードの位置と、図２（Ｂ）に示す特別な第１モードの位置とに切り替えて移動させる。図２（Ａ）に示すように凹レンズ２１ｂが第２モードの位置にあるとき、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲を広げることになり、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストを標準的なものとできる。図２（Ｂ）に示すように凹レンズ２１ｂが第１モードの位置にあるとき、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲を狭めることになり、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストを向上させることができる。なお、凹レンズ２１ｂが第１モードの位置と第２モードの位置との間に配置する場合、表示のコントラストを中間的に向上させることができる。

主制御部９９は、マイクロコンピューターからなり、画像処理部９１、点灯駆動部９３、光束調整駆動部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。主制御部９９は、制御部として、第１モードと第２モードといずれで動作させるかのモード情報を記憶部に保管しており、このモード情報に基づいて光束調整駆動部９４を駆動する。モード情報の設定は、ユーザが主制御部９９にキー入力等で指示することもできるが、画像処理部９１に入力された画像信号の状態に応じて変化させることもできる。ユーザが主制御部９９に設定を行う場合、例えばシアターのような暗室環境では、高コントラストであること望ましく、ユーザ指定の固定的モード情報として第１モードを設定する。また、一般的な使用環境では、照明光の明るさや均一性、熱的負荷の低減等を優先し、ユーザ指定の固定的モード情報として第２モードを設定する。一方、ユーザの指定によって入力画像信号に応じて随時モード設定を切り換えて動作させる場合、例えばシーンが暗いときには、画像に適合させた個別モード情報として第１モードを設定してコントラストを高め、シーンが明るいときには、画像に適合させた個別モード情報として第２モードを設定して照明光の明るさや均一性、熱的負荷の低減等を図る。

以下、図３のフローチャートを用いてプロジェクター１００の調光動作について説明する。

まず、プロジェクター１００に画像信号入力端子を介してビデオ信号が入力されると、画像処理部９１は、パネル駆動部９２に処理後の信号を出力する（ステップＳ１１）。この際、画像処理部９１は、ビデオ信号から画像における輝度ピーク値等を検出して主制御部９９に出力するとともに、ビデオ信号の解像度を適当に変換して液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃの画素数に適合させる。

次に、主制御部９９は、制御部として、ユーザ指定の基本モード情報が第１指定モードと第２指定モードとのいずれに設定されているかを確認する（ステップＳ１２）。さらに、主制御部９９は、ユーザ指定の基本モード情報が第２指定モードに設定されている場合、画像処理部９１で画像処理したビデオ信号のシーンが暗いときには、画像に適合させた個別モード情報を第１モードに設定し、画像処理部９１で画像処理したビデオ信号のシーンが明るいときには、画像に適合させた個別モード情報を第２モードに設定する（ステップＳ１２）。この際、ビデオ信号の輝度ピーク値が極端に高くも低くもなく中間程度である場合には、輝度ピーク値に応じて凹レンズ２１ｂを極端な第１モードの位置と第２モードの位置との間で連続的又は段階的に変化させて配置することもできる。この場合、中間的なモード（ここでは、第１モードの一種と考える）での画像投射が可能になり、シーンに応じてコントラストを連続的に変化させることができる。なお、主制御部９９は、ユーザ指定の基本モード情報が第２指定モードに設定されている場合、ビデオ信号に関わらずモード情報を第２モードに設定する。

次に、主制御部９９は、画像に適合させた個別モード情報が切り換えられたか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、前回のシーンの設定が第１モードで今回のシーンで第２モードに切り替わった場合や、逆に、前回のシーンの設定が第２モードで今回のシーンで第１モードに切り替わった場合、主制御部９９は、個別モード情報の切り換えがあったものと判定する。なお、上記のような中間的なモードで投射を行っている場合、中間的なモード内で凹レンズ２１ｂの移動に相当するモードの状態変化があったか否かが判断される。

次に、主制御部９９は、個別モード情報が切り換えられた場合（ステップＳ１３のＹ）、光束調整駆動部９４を介して光束調整部８０を動作させ、照明状態を切り替える（ステップＳ１４）。具体的には、凹レンズ２１ｂを、例えば図２（Ａ）の状態から図２（Ｂ）の位置に移動させ、或いは図２（Ｂ）の状態から図２（Ａ）の位置に移動させる。凹レンズ２１ｂの位置は、光束調整部８０に設定された個別モード情報として主制御部９９記憶部に保管される。個別モード情報が第１モードとなるように切り替えられた場合、凹レンズ２１ｂが図２（Ｂ）の状態となって、投射画像のコントラストを向上させることができる。逆に、個別モード情報が第２モードとなるように切り替えられた場合、凹レンズ２１ｂが図２（Ａ）の状態となって、投射画像のコントラストを通常に戻すことができる。なお、中間的なモードで投射を行っている場合、第１モードの位置と極端な第２モードの位置との間で対応する位置に凹レンズ２１ｂを移動させることになる。

主制御部９９は、電源のオフ等によって動作の終了が指示させるまでは（ステップＳ１５のＹ）、ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１４等の動作の後、ステップＳ１１に戻る（ステップＳ１５のＮ）。

なお、以上の動作例では、ユーザ指定の基本モード情報と、画像に適合させた個別モード情報とに基づいて、凹レンズ２１ｂの位置を切り替えているが、ユーザ指定の基本モード情報のみに基づいて凹レンズ２１ｂの位置を切り替えることもできる。この場合、画像のシーンに関係なくユーザの指示（固定的モード情報）に基づいて第１モード又は第２モードが設定される。また、画像に適合させた個別モード情報のみに基づいて凹レンズ２１ｂの位置を切り替えることもできる。この場合、ユーザの指示に関係なく画像のシーンに基づいて第１モード又は第２モードが設定される。

上記説明したプロジェクター１００によれば、主制御部９９に制御された光束調整部８０がランプ部２１ａと凹レンズ２１ｂとの相対位置を変化させることにより、凹レンズ２１ｂから射出させる光束幅を変化させる。例えば液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃに入射させる照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲を狭めることにより、投射画像のコントラストを向上させることができる。本プロジェクター１００によれば、凹レンズ２１ｂを移動させるだけの簡素な構造によってコントラストを向上させることができ、遮光による光量ロスや熱の発生を少なくして明るい画像投射することができる。

〔第２実施形態〕
以下、図４を参照して、第２実施形態のプロジェクターについて説明する。なお、本実施形態のプロジェクター２００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ものとする。

このプロジェクター２００では、光束調整部８０が、光源ランプユニット２０のうちランプ部２１ａすなわち発光管２２ａ及び凹面鏡２２ｂを一体的にシステム光軸ＳＡに沿って滑らかに移動させる。このように、ランプ部２１ａをシステム光軸ＳＡに沿って適当な位置に移動させることにより、凹レンズ２１ｂに対するランプ部２１ａの相対位置又は両者の間隔を調整することができ、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢの光束幅を随時増減させることができる。

図４（Ａ）に示す第２モードの場合、ランプ部２１ａが第１モードの場合よりも＋Ｚ側にあって凹レンズ２１ｂから標準的に離れた状態となっており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢは、第１及び第２レンズアレイ３１，３２や偏光変換部材３４に対して比較的大きな光束幅Ｗ２で入射する。結果的に、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲±θ２が比較的大きくなって、斜め入射光が比較的増加するので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストは標準的なものとなる。

図４（Ｂ）に示す第１モードの場合、ランプ部２１ａが−Ｚ側に距離Ｓだけ移動して凹レンズ２１ｂから標準よりも離れた特別な状態となっており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢは、第１及び第２レンズアレイ３１，３２や偏光変換部材３４に対して比較的小さな光束幅Ｗ１で入射する。結果的に、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲±θ１が比較的小さくなって、斜め入射光が比較的減少するので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストは比較的高くなる。また、斜め入射光の減少により投射光学系７０による遮光が低減されるので、この面でもコントラスト向上を図ることができる。なお、凹レンズ２１ｂの移動距離Ｓが比較的少ないので、照明光束ＩＢは、略平行化された状態に保たれる。

第２実施形態のプロジェクター２００では、光学系の端部のランプ部２１ａを移動させるので、光束調整部８０を組み込みやすく、光束調整部８０をより簡易なものとできる。

〔第３実施形態〕
以下、図５を参照して、第３実施形態のプロジェクターについて説明する。なお、本実施形態のプロジェクター３００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ものとする。

このプロジェクター３００では、光束調整部８０が、ランプ部２１ａの発光管２２ａを単独でシステム光軸ＳＡに沿って滑らかに移動させる。このように、光源としての発光管２２ａをシステム光軸ＳＡに沿って適当な位置に移動させることにより、凹面鏡２２ｂや凹レンズ２１ｂに対する発光管２２ａの相対位置や間隔を調整することができ、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢの光束幅を随時増減させることができる。

図５（Ａ）に示す第２モードの場合、発光管２２ａが第１モードの場合よりも−Ｚ側にあって標準的な状態となっており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢは、第１及び第２レンズアレイ３１，３２や偏光変換部材３４に対して比較的大きな光束幅Ｗ２で入射する。結果的に、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲±θ２が比較的大きくなって、斜め入射光が比較的増加するので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストは標準的なものとなる。

図５（Ｂ）に示す第１モードの場合、発光管２２ａが＋Ｚ側に距離Ｓだけ移動して特別な状態となっており、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢは、第１及び第２レンズアレイ３１，３２や偏光変換部材３４に対して比較的小さな光束幅Ｗ１で入射する。結果的に、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ上の被照明領域に入射する照明光束ＩＢ，ＩＢ'の入射角度範囲±θ１が比較的小さくなって、斜め入射光が比較的減少するので、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストは比較的高くなる。また、斜め入射光の減少により投射光学系７０による遮光が低減されるので、この面でもコントラスト向上を図ることができる。なお、凹レンズ２１ｂの移動距離Ｓが比較的少ないので、照明光束ＩＢは、略平行化された状態に保たれる。

〔光源ランプユニットの変形例〕
図６（Ａ）に示す変形例の場合、光源ランプユニット２０のランプ部２１ａが、発光管２２ａと、凹面鏡４２２ｂと、凸レンズ４２２ｃとを備える。ここで、発光管２２ａは、光源であり、凹面鏡４２２ｂと凸レンズ４２２ｃとは、集光素子として機能する。凹面鏡４２２ｂは、放物面型の反射鏡であり、発光管２２ａからの光束を反射することにより平行化する。凸レンズ４２２ｃは、集光レンズであり、凹面鏡２２ｂで反射され平行化されて射出された光束を凹レンズ２１ｂの光路下流側に向けて収束させる。この場合、凹レンズ２１ｂを通過した照明光束ＩＢは平行光束とされる。

図６（Ａ）に示す光源ランプユニット２０においては、発光管２２ａと、凹面鏡４２２ｂと、凸レンズ４２２ｃと、凹レンズ２１ｂとのいずれを移動させても、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢの幅を増減させることができ、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストを増減させることができる。

図６（Ｂ）に示す別の変形例の場合、光源ランプユニット２０のランプ部２１ａが発光管２２ａと、凹面鏡２２ｂと、凸レンズ４２１ｂとを備える。ここで、発光管２２ａは、光源であり、凹面鏡２２ｂは、集光素子として機能し、凸レンズ４２１ｂは、凹面鏡２２ｂの第２焦点よりも光路下流側に配置され、平行化素子として機能する。凸レンズ４２１ｂは、凹面鏡２２ｂで反射され射出された照明光束ＩＢを、収束後に発散した状態となった段階で平行光束とする。

図６（Ｂ）に示す光源ランプユニット２０においては、発光管２２ａと、凹面鏡２２ｂと、凸レンズ４２１ｂとのいずれを移動させても、光源ランプユニット２０から射出される照明光束ＩＢの幅を増減させることができ、液晶ライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃによる表示のコントラストを増減させることができる。

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。

すなわち、上記実施形態では、光束調整部８０のみによって照明光の光束幅を調整しているが、照明装置１０内に遮光型の調光機構を追加的に組み込んで、照明光の光量調整を行うこともできる。この場合、照明光量の増減を併用したコントラスト向上が可能になる。

また、上記実施形態では、光源ランプユニット２０に用いる発光管２２ａとして、高圧水銀ランプを用いていたが、メタルハライドランプ等種々のものを用いることができる。また、発光管２２ａに球面の副鏡を設けて、凹レンズ２１ｂ側に直接射出される光束を発光管２２ａに戻すこともできる。

また、上記実施形態では、光源ランプユニット２０等からの光を特定方向の偏光とする偏光変換部材３４を用いていたが、この発明は、このような偏光変換部材３４を用いないプロジェクターにも適用可能である。

また、上記実施形態では、透過型のライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ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、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。

また、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１００，２００，３００の構成は、いずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、３つのライトバルブ５０ａ，５０ｂ，５０ｃを用いたプロジェクター１００，２００，３００の例のみを挙げたが、本発明は、１つ又は２つのライトバルブを用いたプロジェクター、４つ以上の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。

１０…照明装置、 ２０…光源ランプユニット、 ２１ａ…ランプ部、 ２１ｂ…凹レンズ、 ２２ａ…発光管、 ２２ｂ…凹面鏡、 ３０…均一化光学系、 ３１，３２…レンズアレイ、 ３１ａ，３２ａ…要素レンズ、 ３４…偏光変換部材、 ３５…重畳レンズ、 ４０…色分離導光光学系、 ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…フィールドレンズ、 ５０…光変調部、 ５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…液晶ライトバルブ、 ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…液晶パネル、 ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ…入射側偏光フィルター、 ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ…射出側偏光フィルター、 ６０…クロスダイクロイックプリズム、 ７０…投射光学系、 ８０…光束調整部、 ９０…制御装置、 ９１…画像処理部、 ９２…パネル駆動部、 ９３…点灯駆動部、 ９４…光束調整駆動部、 ９９…主制御部、 １００，２００，３００…プロジェクター、 ＩＢ…照明光束、 ＬＢ…青色光、 ＬＧ…照明光、 ＬＧ…緑色光、 ＯＰ１…第１光路、 ＯＰ２…第２光路、 ＯＰ３…第３光路、 ＳＡ…システム光軸

Claims (7)

1. 照明用の光束を射出する光源と、光源からの光束を収束させる集光素子と、前記集光素子からの光束を平行化する平行化素子とを有する照明装置と、
   前記照明装置から射出された光束を変調する光変調装置と、
   前記光源と前記集光素子と前記平行化素子とのうち少なくとも２つの相対位置を変化させることにより、前記平行化素子から射出させる光束幅を変化させる光束調整部と、
   を備えるプロジェクター。
2. 前記光束調整部は、前記照明装置内で前記平行化素子をシステム光軸方向に移動させる、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記光束調整部は、前記照明装置内で前記光源及び前記集光素子をシステム光軸方向に移動させる、請求項１に記載のプロジェクター。
4. 前記光束調整部は、前記照明装置内で前記光源をシステム光軸方向に移動させる、請求項１に記載のプロジェクター。
5. 前記集光素子は、楕円面型の反射鏡であり、前記平行化素子は、平行化レンズである、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記照明装置は、前記平行化素子から射出された光束を複数の光束に分割する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイから射出された前記複数の光束の状態を調節する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイを通過した前記複数の光束を重畳させる重畳レンズとを有する、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記光束調整部によって光束幅を相対的に減少させた第１モードと、前記光束調整部によって光束幅を相対的に増加させた第２モードとの間で照明状態を切り換えて表示動作を行わせる制御部を有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のプロジェクター。

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