專利名稱：投影顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及由圖像顯示元件形成與圖像信號(hào)相對(duì)應(yīng)的光學(xué)像，將該光學(xué)像投影到屏幕等的投影型圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
在歷來(lái)的投影儀的光學(xué)體系中，在為了使亮度最低而實(shí)施圖像顯示元件的光調(diào)制的情況下，在聚齊由圖像顯示元件調(diào)制的光束的偏向的射出偏光板上所吸收的光不充分，會(huì)發(fā)生屏幕上亮度不下降，即稱為黑浮現(xiàn)象的發(fā)生。
因此，具有如下的機(jī)構(gòu)由在光閥以外對(duì)應(yīng)來(lái)自外部的信號(hào)而改變畫面整體的光量的調(diào)光機(jī)構(gòu)，而使投影型圖像顯示裝置的最小亮度減小，由此提高對(duì)比度。這種情況下所謂來(lái)自外部的信號(hào)，是指包含圖像信號(hào)、測(cè)定外部環(huán)境的信號(hào)、使用者有意操作的信號(hào)等。作為該機(jī)構(gòu)的一種，在照明光學(xué)體系中使用對(duì)應(yīng)于圖像信號(hào)而改變遮光量的遮光機(jī)構(gòu)的技術(shù)，例如在WO2003-032080號(hào)公報(bào)、日本專利2005-17500號(hào)公報(bào)、日本專利2005-31103號(hào)公報(bào)等中有公開記述。
這里，在使投影型圖像顯示裝置的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)一步增大的情況下，在照明光學(xué)體系中配置的遮光機(jī)構(gòu)的遮光量也必須增大。為了增大遮光機(jī)構(gòu)的遮光量，增加遮光機(jī)構(gòu)中所含的遮光部件對(duì)照明光束遮擋時(shí)的遮光區(qū)域即可。
但是，增加遮光量時(shí)，由于陣列透鏡所形成的照明光學(xué)體系的被照明區(qū)域上所重疊的二次光源像的次數(shù)減少，所以容易產(chǎn)生照明光在被照明區(qū)域上的照度分布不均勻的問(wèn)題。而且，在遮光機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)遮光板而實(shí)施遮光的情況下，存在有遮光板的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)時(shí)的照度分布的變化容易映射在畫面上的問(wèn)題。
特別是，由于圖像顯示元件象液晶顯示元件那樣，具有入射光線對(duì)于元件面的法線方向的角度越大，其對(duì)比度性能越差的性質(zhì)，為了提高投影型圖像顯示裝置的對(duì)比度，對(duì)來(lái)自有害于圖像顯示元件的對(duì)比度性能的、對(duì)于圖像顯示元件的法線更大角度的光線進(jìn)行遮光時(shí)，上述問(wèn)題就更為顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在維持照明光的在被照明區(qū)域上的照度更均勻的狀態(tài)下，能夠大幅度地控制遮光機(jī)構(gòu)的遮光量。
或者是，本發(fā)明的目的在于，提供具有大的動(dòng)態(tài)范圍、優(yōu)異的圖像顯示能力、對(duì)環(huán)境及使用者的意圖的適應(yīng)能力的投影型圖像顯示裝置。
在使用透鏡元件(lens cell)配置為矩陣狀的兩個(gè)陣列透鏡，使光源的光均勻化的投影型圖像顯示裝置中，調(diào)整從光源射出的光的光量的遮光單元對(duì)于光源側(cè)配置的陣列透鏡的遮光面積，與光軸最近的透鏡元件相鄰接的透鏡元件的遮光面積，比其它元件的遮光面積小。


圖1(a)是光源側(cè)陣列透鏡的結(jié)構(gòu)例。
圖1(b)是表示遮光了的元件的重疊的一例的圖。
圖1(c)是表示遮光了的元件的重疊的另一例的圖。
圖2是以與光軸的交點(diǎn)為原點(diǎn)，相對(duì)于從光軸離開方向的距離，記錄光源側(cè)陣列透鏡面上透過(guò)的光束的照度的曲線圖。
圖3是表示從光源射出的射出光的分布的圖。
圖4是表示陣列透鏡的各元件的照度影響程度的一例的圖。
圖5是表示陣列透鏡的配置及遮光面的一例的圖。
圖6是光學(xué)體系的一例的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是表示遮光單元的配置的示例的圖。
圖8是表示陣列透鏡的遮光板的移動(dòng)方法的示例的圖。
圖9是表示陣列透鏡的遮光區(qū)域的另一示例的圖。
圖10是表示陣列透鏡的結(jié)構(gòu)例的圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。還有，在各圖中，相同的部分都賦予相同的符號(hào)。而且，對(duì)于已經(jīng)說(shuō)明的部件，其后的說(shuō)明予以省略。在符號(hào)后面添加字母R、G、B而表示的構(gòu)成要素，是為了在根據(jù)顏色所分離的光路中進(jìn)行區(qū)別所必須的。在說(shuō)明上不引起障礙(混淆)的情況下，該添加字母可以省略。在符號(hào)后面添加a、b、c、d而表示的構(gòu)成要素，是符號(hào)表示的構(gòu)成要素的一部分，或符號(hào)表示的構(gòu)成要素的光軸、光學(xué)方向。
首先，使用圖1～圖5，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的概要進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明的實(shí)施方式的投影型圖像顯示裝置，設(shè)置有光源；沿著從光源射出的光的光軸、從距離光源近的一側(cè)順次配置的兩個(gè)陣列透鏡；由為了使由兩個(gè)陣列透鏡所形成的多個(gè)二次光源像在照明面上重合的重疊透鏡所構(gòu)成、使得從光源入射的光的照度分布均勻化的均勻照明機(jī)構(gòu)；以及設(shè)置在從光源射出的光的光軸上，調(diào)節(jié)來(lái)自光源的射出光的光量的調(diào)光機(jī)構(gòu)。進(jìn)而，通過(guò)基于來(lái)自外部的信息而控制調(diào)光機(jī)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)從均勻照明機(jī)構(gòu)所射出的光量。而且，在兩個(gè)陣列透鏡中，至少配置在光源一側(cè)的陣列透鏡是多個(gè)大致矩形的透鏡按照規(guī)定的排列而配置的陣列透鏡。調(diào)光機(jī)構(gòu)配置于兩個(gè)陣列透鏡的入射側(cè)，或兩個(gè)陣列透鏡之間，或兩個(gè)陣列透鏡與重疊透鏡之間，或重疊透鏡的射出側(cè)，調(diào)光機(jī)構(gòu)是通過(guò)使一個(gè)或兩個(gè)以上的遮光部件在規(guī)定的方向上移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)均勻照明機(jī)構(gòu)內(nèi)或均勻照明機(jī)構(gòu)前后的照明光束進(jìn)行遮擋，由此成為調(diào)節(jié)照明光量的遮光單元。遮光單元將從光源射出的光調(diào)節(jié)到最小光量時(shí)，在光源側(cè)陣列透鏡的各元件(cell)上將遮光部件投影的情況下，遮光部件的形狀是具有規(guī)定元件的面積比其它元件的面積小的關(guān)系的形狀。
對(duì)規(guī)定的元件僅遮光規(guī)定的面積的目的，是為了在使遮光單元的遮光量增大的同時(shí)，維持照明光在被照明區(qū)域的照度分布更加均勻。這里所謂對(duì)規(guī)定的元件僅遮光規(guī)定的面積的做法，具體如下。
所謂使用陣列透鏡的集成照明體系，一般是通過(guò)各元件的照度分布的二次光源像在被照明區(qū)域重疊，由此而得到更均勻的照度分布。對(duì)于重疊照度分布的照度影響程度與各個(gè)陣列透鏡元件有關(guān)。這里，在遮光部件對(duì)透過(guò)各元件的光束進(jìn)行部分遮光的情況下，由于該元件的照度分布是因遮光部件而不均勻地遮光，所以照度分布也不均勻。因此，例如，由于照度影響程度最高的元件的照度分布對(duì)于圖像顯示元件上重疊的照度分布的影響大，所以在對(duì)該元件進(jìn)行部分遮光的狀態(tài)下，圖像顯示元件上重疊的照度分布最不均勻。由遮光部件對(duì)更多的元件遮光，光束未遮光的元件越少，照度影響程度高的元件的照度分布對(duì)在圖像顯示元件上重疊的照度分布的影響越大，對(duì)該元件進(jìn)行部分遮光狀態(tài)時(shí)，圖像顯示元件上重疊的照度分布的不均勻也增大。
這樣，當(dāng)遮光單元將來(lái)自光源的射出光的光量向減少的方向調(diào)節(jié)時(shí)，按照與照度影響程度高的元件中遮光區(qū)域的面積相比，其它元件遮光區(qū)域的遮光面積增大的方式遮光。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠保證圖像顯示元件上重疊的照度分布更均勻，同時(shí)能夠得到更大的遮光量。
或者是，當(dāng)遮光單元將光量向最少量方向調(diào)節(jié)的過(guò)程中，如果是多數(shù)的元件的光束不能遮光而呈殘留狀態(tài)時(shí)，即使是通過(guò)照度影響程度最高的元件的光束，對(duì)于照度分布不均勻的影響也比較少。如果是這種狀態(tài)，則即使是對(duì)照度影響程度高的元件進(jìn)行部分或完全地遮光，對(duì)于圖像顯示元件上重疊的照度分布不均勻的影響也比較少。但是在照度影響程度高的元件被完全遮光后，對(duì)光束完全未遮光的元件中照度影響程度最高的元件進(jìn)行部分遮光的情況，對(duì)照度分布不均勻有最大的影響。這樣，在遮光單元將從光源射出的光的光量調(diào)節(jié)到最少的情況下，進(jìn)行遮光控制，使光束完全被遮光的元件以外的元件，或光束透過(guò)至少元件的一部分的元件中，照度影響程度最高的元件的遮光區(qū)域的面積，比其它元件中遮光區(qū)域的面積小。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠保證圖像顯示元件上重疊的照度分布更均勻，同時(shí)能夠得到更大的遮光量。
進(jìn)而，為了進(jìn)一步增大遮光量，希望至少在元件的一部分透過(guò)光束的元件中，在照度影響程度最高的元件被部分遮光的狀態(tài)下，其元件的遮光區(qū)域的面積是該元件的面積的1/2以下。其理由在圖1中加以說(shuō)明。
圖1(a)是從光軸方向看到的在與陣列透鏡的平面內(nèi)任意垂直的兩軸相平行的方向上分別配置有矩形元件的陣列透鏡的圖，401是元件的棱線，402是兩軸中的一個(gè)軸，403是兩軸中的另一個(gè)軸。在圖1(a)的陣列透鏡的結(jié)構(gòu)中，各元件是如圖1(a)中斜線404及405那樣，關(guān)于光軸呈對(duì)稱配置的對(duì)而存在。
這些元件404、405成為元件對(duì)。在元件對(duì)的遮光區(qū)域的面積為各元件的面積的1/2以下的情況下，可以由例如圖1(b)所示的遮光方法，使元件對(duì)的未遮光的部分重合，形成相當(dāng)于一個(gè)元件的照度分布。在圖1(b)的元件對(duì)404、405中，非遮光部分別是404a、405a，遮光部分別是404b、405b。在遮光部404b、405b是一個(gè)元件的面積的1/2以下的情況下，換言之，在非遮光部(孔徑部)是一個(gè)元件的面積的1/2以上的情況下，重疊后的照度分布406中就沒有照度非常少的部分，能夠得到均勻的照度。
另一方面，在元件對(duì)的遮光區(qū)域的面積大于是各元件的面積的1/2的情況下，換言之，在非遮光區(qū)域(孔徑區(qū)域、開口區(qū)域)比各元件的面積的1/2小的情況下，如圖1(c)所示，即使是元件對(duì)的非遮光區(qū)域重合，也不會(huì)形成相當(dāng)于一個(gè)元件的照度分布，而發(fā)生照度非常低的部分。在圖1(c)的元件對(duì)404、405中，非遮光部分別為404c、405c，遮光部分別為404d、405d。在非遮光部404d、405d大于元件的大小的1/2的情況下，重疊后的照度分布406中就存在照度非常高的區(qū)域406c與照度非常低的部分406d，成為非常不均勻的照度分布。在照度影響程度低的元件對(duì)中，各元件的光束重疊后對(duì)照度分布的影響較小。但是，在照度影響程度高的元件對(duì)中，該影響非常大，在重疊了全部元件的照度分布的圖像顯示元件上的照度分布不均勻。由此，在照度影響程度最高的元件或光束被完全遮光的元件以外的元件中，希望具有最高照度影響程度的元件的遮光區(qū)域的面積，是其元件面積的二分之一以下。
還有，陣列透鏡的元件一般是在與光源的光軸垂直的平面內(nèi)，關(guān)于光軸對(duì)稱配置。所以，考慮到各元件的照度分布在圖像顯示元件上重疊，為了防止照度分布的偏差，希望遮光單元的遮光板的遮光區(qū)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)于光軸的對(duì)稱。例如在具有圖1(a)所示陣列透鏡的結(jié)構(gòu)中，為了防止照度分布的偏差，特別希望是對(duì)于二軸的線對(duì)稱，即關(guān)于光軸通過(guò)的陣列透鏡的中心為點(diǎn)對(duì)稱的遮光。
接著，圖2是以與光軸的交點(diǎn)為原點(diǎn)，以光源側(cè)陣列透鏡面的光束的照度411為縱坐標(biāo)，以從光軸向外側(cè)方向的距離為橫坐標(biāo)而作的曲線圖。如圖2所示，光軸附近并不是照度最大的峰值，而是在少許離開光軸的位置上有照度最大的峰值。其理由在圖3中給予說(shuō)明。
圖3表示光源1、反射鏡的反射面2000與從光源射出的射出光的分布412。這里，為了易于說(shuō)明，假設(shè)將射出光的分布412標(biāo)記為不被反射鏡的反射面2000所反射。如圖3所示可知，同與光軸方向呈一定角度的方向上射出的光413相比，在光軸方向414上射出的射出光的量少。因此，具有這樣照度分布的光束在反射鏡的反射面2000反射，向與光軸方向平行地射出，由此得到圖2所示的照度分布。
圖4表示將來(lái)自光源的射出光的光量調(diào)節(jié)為最大狀態(tài)的照度影響程度。圖4的各元件中所示的數(shù)值，是該元件對(duì)于在將來(lái)自光源的光量調(diào)節(jié)為最多的狀態(tài)下的圖像顯示元件18上的照度分布的照度影響程度。可知，照度影響程度最高的元件，包含在與通過(guò)光軸的陣列透鏡的中心的元件的區(qū)域421相鄰接的元件的區(qū)域422中。照度影響程度的計(jì)算，例如可以由吉田光學(xué)研究所開發(fā)制造的光學(xué)體系評(píng)價(jià)·設(shè)計(jì)軟件“ODIS”，或美國(guó)的ORA(OPTICAL RESEARCH ASSOCIATES)公司開發(fā)制造的光學(xué)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)程序“CODE V”而進(jìn)行模擬。作為方法，可以是對(duì)于使用的全部元件評(píng)價(jià)整體的光束量A，殘留下一個(gè)元件而對(duì)元件遮光(假定透過(guò)率為0％)，或者是縮小孔徑，對(duì)于殘留的一個(gè)元件測(cè)定光束量B。照度影響程度表示為B/A×100。對(duì)于陣列透鏡的全部元件各自實(shí)行該操作。根據(jù)圖3所示的照度分布特性，在圖4中，照度影響程度最高的元件，是與中心的元件相鄰接的元件區(qū)域422中所包含的元件，并不是中心元件的區(qū)域421中所包含的元件。
由此，使得與中心的元件相鄰接的元件中的遮光區(qū)域的面積相比，其它元件的遮光面積大而遮光，由此能夠保證圖像顯示元件上重疊的照度分布更加均勻，同時(shí)能夠得到更大的遮光量。而且，由于中心元件的照度影響程度比鄰接于中心元件的元件的照度影響程度低，所以，即使是控制遮光，使中心的元件的遮光區(qū)域的面積大于鄰接于中心元件的元件的遮光區(qū)域的面積，也能夠保證圖像顯示元件上重疊的照度分布更加均勻，同時(shí)能夠得到更大的遮光量。
上述遮光控制，在遮光單元欲從最少的射出光量到射出光量最大值的20％而遮光時(shí)，特別必要。以下對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。
一般地，在圖像顯示元件象液晶顯示元件那樣，具有入射光線對(duì)于元件面的法線方向的角度越大，其對(duì)比度性能越差的性質(zhì)的情況下，使用遮光單元，從對(duì)對(duì)比度有害的對(duì)于圖像顯示元件的法線角度更大的光線，進(jìn)行遮光。最終是，調(diào)節(jié)遮光單元，使來(lái)自光源的射出光量最少時(shí)，僅中心附近的數(shù)個(gè)元件成為透過(guò)光束的狀態(tài)。在圖4所示的例中，與中心元件相鄰接的元件中，與兩個(gè)軸呈軸(線)對(duì)稱的4個(gè)元件所形成的區(qū)域422的照度影響程度的合計(jì)量，約占整體的9～10％。在調(diào)節(jié)遮光單元，使調(diào)節(jié)后的射出光量在最大射出光量的20％以下的狀態(tài)下，區(qū)域422中所包含的各元件的照度影響程度的合計(jì)量，相對(duì)為40～50％。所以，在對(duì)與中心的元件區(qū)域421相鄰接的元件所構(gòu)成的區(qū)域422進(jìn)行部分遮光的情況下，對(duì)照度不均勻的影響很大。
另一方面，其它元件的照度影響程度，至少是在區(qū)域422所包含的元件的照度影響程度以下。由此，在對(duì)與中心元件鄰接的元件以外的元件進(jìn)行部分遮光的情況下，對(duì)于照度不均勻的影響，比對(duì)與中心元件鄰接的元件進(jìn)行部分遮光的情況的影響要小。特別是，在圖4的例中，中心元件的照度影響程度是全部射出光量的4～5％。所以，即使是在調(diào)節(jié)遮光單元，使調(diào)節(jié)后的射出光量在最大射出光量的20％以下的狀態(tài)下，中心的元件的照度影響程度相對(duì)為25％左右。由此，對(duì)中心元件進(jìn)行部分遮光的情況下對(duì)于照度不均勻的影響，比對(duì)與中心元件相鄰接的元件進(jìn)行部分遮光的情況要少。
由以上的敘述可知，從最小射出光量到最大射出光量的20％而遮光，與光束完全被遮光的元件以外的元件中具有最高照度影響程度的元件，或者是，鄰接于中心元件的元件中的遮光區(qū)域的面積相比，使包含中心元件的其它元件中遮光區(qū)域的面積增大，是有效的。
而且，在遮光單元將來(lái)自光源的射出光量調(diào)節(jié)為最少時(shí)，如圖5所示，在光源側(cè)陣列透鏡的各元件中，通過(guò)使透過(guò)全部元件的光束成為部分或全部遮光的狀態(tài)，能夠進(jìn)一步增大遮光單元的效果。在圖5中，是從光源側(cè)表示將遮光單元501的遮光板502及503投影于第一陣列透鏡3的狀態(tài)。圖5是表示將來(lái)自光源的射出光量調(diào)節(jié)到最少的狀態(tài)。斜線所表示的區(qū)域425是遮光區(qū)域，426是未遮光區(qū)域。而且，在遮光區(qū)域425中，區(qū)域504是由第一遮光板502所遮光的區(qū)域，區(qū)域505是由第二遮光板503所遮光的區(qū)域。
在這種情況下，上述照度影響程度最高的元件，光束被完全遮光的元件以外的元件中照度影響程度最高的元件，以及與中心元件相鄰接的元件中的任意一個(gè)被部分遮光。由于這些部分遮光的照度分布對(duì)于圖像顯示元件上的照度分布的影響大，所以，相比于這些元件中遮光區(qū)域的面積，通過(guò)增大其它元件或中心元件中遮光區(qū)域的面積，就能夠同時(shí)達(dá)到照度分布的均勻性與遮光量?jī)煞矫娑汲闪⒌那闆r。
在圖5的例中，與照度影響程度最高的元件，或者是光束被完全遮光的元件以外的元件中照度影響程度最高的元件，或者是成為作為與中心、即連接于光軸的元件的區(qū)域421鄰接的元件的元件區(qū)域422的元件相比，其它元件的遮光區(qū)域的面積大。這里，所謂鄰接，是指共有元件的一邊。這樣，由遮光量最大、即透光量最小的情況下的第一遮光板502與503所形成的遮光面，具有與光源側(cè)陣列透鏡的各元件相對(duì)應(yīng)的區(qū)域。這里所謂對(duì)應(yīng)，是指在將遮光面投影于光源陣列透鏡的像分割為與元件同樣的矩陣狀的情況下，具有由同行同列指定的位置關(guān)系的元件與區(qū)域的關(guān)系。進(jìn)而，與區(qū)域422中所包含的一個(gè)元件相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的非遮光區(qū)域的面積(孔徑面積，開口面積)，比對(duì)應(yīng)于區(qū)域421中包含的一個(gè)元件的區(qū)域的非遮光區(qū)域的面積大。而且，成為元件的區(qū)域422的元件中的遮光區(qū)域的面積是二分之一以下。還有，并不限于區(qū)域421、422，與各元件相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中非遮光區(qū)域的面積，都可以由照度影響程度的大小(高低)所決定。就是說(shuō)，希望照度影響程度越高，非遮光區(qū)域的面積越大。所以，在圖4的例中，在軸402方向上，由于隨著從區(qū)域422向外側(cè)移動(dòng)，照度影響程度降低，所以非遮光區(qū)域的面積也階段性地減少，這是適當(dāng)?shù)摹?br> 接著，對(duì)投影型圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)加以說(shuō)明。圖6是表示投影型圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。在圖6的3板式投影型圖像顯示裝置中，1是光源，是超高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、氙氣燈、水銀氙氣燈、鹵族燈等白色的燈。光源1設(shè)置有具有圓形或多邊形射出開口的至少一個(gè)反射鏡2。從光源1射出的光通過(guò)包含圖像顯示元件的光閥14R、G、B，射向投影透鏡200，投影向屏幕100。從光源1的燈所發(fā)射的光，例如由拋物面的反射鏡2所反射，成為與光軸平行的光，入射到第一陣列透鏡3。
第一陣列透鏡3由配置為矩陣狀的多枚透鏡元件將入射的光分割為多束光，并按照使其有效地通過(guò)第二陣列透鏡4與偏光變換元件5的方式進(jìn)行導(dǎo)向。就是說(shuō)，第一陣列透鏡3設(shè)計(jì)為光源1與第二陣列透鏡4的各透鏡元件呈相互為物體與像的關(guān)系(共軛關(guān)系)。與第一陣列透鏡3同樣，具有配置為矩陣狀的多枚透鏡元件的第二陣列透鏡4，將構(gòu)成的透鏡元件分別所對(duì)應(yīng)的第一陣列透鏡3的透鏡元件的形狀投影于光閥14內(nèi)的圖像顯示元件18。此時(shí)，由偏光變換元件5將來(lái)自第二陣列透鏡4的光聚齊到規(guī)定的偏光方向。
而且，第一陣列透鏡3的各透鏡元件的投影像，分別由聚光透鏡6、及聚光鏡13、第一中繼透鏡15、第二中繼透鏡16、第三中繼透鏡17而重疊于光閥14內(nèi)的圖像顯示元件18。還有，聚光透鏡6具有光軸300。
由于第一陣列透鏡3與圖像顯示元件18是設(shè)計(jì)得相互為物體與像的關(guān)系(共軛關(guān)系)，所以由第一陣列透鏡3所分割的多束光束，由第二陣列透鏡4及其附近配置的聚光透鏡6，重疊投影于光閥14內(nèi)的圖像顯示元件18，能夠得到實(shí)用上沒有問(wèn)題的水準(zhǔn)的均勻性高的照度分布。
在該過(guò)程中，反射鏡7所反射的光被分色鏡(dichroic mirror)11分離為二色光，例如B光(藍(lán)色頻帶的光)被反射，G光(綠色頻帶的光)及R光(紅色頻帶的光)光透過(guò)，進(jìn)而G光與R光被分色鏡12分離為G光與R光。例如，G光被分色鏡12反射，R光透過(guò)分色鏡12?？梢钥紤]多種光的分離方法，也可以是由分色鏡11反射R光，使G光及B光透過(guò)，也可以是由分色鏡11反射G光，使R光及B光透過(guò)。
在圖6的結(jié)構(gòu)中，B光是由分色鏡11反射，并由反射鏡10所反射，通過(guò)聚光鏡13B，透過(guò)B光用的光閥14B，入射到光合成棱鏡21。這里將透過(guò)聚光鏡13B，入射到光閥14B的B光稱為L(zhǎng)B。透過(guò)分色鏡11的G光與R光中，G光被分色鏡12反射，通過(guò)聚光鏡13G，入射到G光用的光閥14G，透過(guò)該光閥14G，入射到光合成棱鏡21。這里將透過(guò)聚光鏡13G，入射到光閥14G的G光稱為L(zhǎng)G。R光透過(guò)分色鏡12，在第一中繼透鏡15聚光，進(jìn)而被反射鏡8所反射，于第二中繼透鏡16進(jìn)一步聚光，由反射鏡9反射后，進(jìn)而于第三中繼透鏡17聚光，入射到R光用光閥14R。透過(guò)光閥14R的R光入射到光合成棱鏡21。這里將透過(guò)中繼透鏡17，入射到光閥14R的R光稱為L(zhǎng)R。
透過(guò)各圖像顯示元件18的B光、G光與R光，由光合成棱鏡21合成為彩色圖像后，例如通過(guò)變焦透鏡那樣的投影透鏡200，到達(dá)屏幕100。對(duì)應(yīng)于光閥14內(nèi)的圖像顯示元件18中未圖示的圖像信號(hào)，調(diào)制光強(qiáng)度而生成的光學(xué)像，由投影透鏡200放大投影于屏幕100而顯示。
在圖6的例中，遮光單元501使用圖4及圖5中說(shuō)明的遮光單元。而且，圖6的遮光單元501配置于第一陣列透鏡3與第二陣列透鏡4之間，由遮光板的轉(zhuǎn)動(dòng)而對(duì)光束群進(jìn)行遮光，但也可以是如圖7(a)所示，配置于光源1與第一陣列透鏡3之間，或如圖7(b)所示，配置于第二陣列透鏡4與偏光變換元件5之間，或如圖7(c)所示，配置于偏光變換元件5的光線射出側(cè)，或如圖7(d)所示，配置于重疊透鏡6的射出側(cè)。所以，在配置于第一陣列透鏡3與光源1之間的情況下，透過(guò)第一陣列透鏡3的光是已經(jīng)是遮光后的光。在從光源1看，在第一陣列透鏡3的下游配置有遮光單元501的情況下，成為從第一陣列透鏡3射出的光被遮光。還有，圖7省略了重疊透鏡6以后的光學(xué)元件。
而且，在第一實(shí)施方式中，在遮光單元使射出光量最多的情況下，如圖8(a)所示，是遮光板502、503是配置于光束以外，在調(diào)節(jié)遮光量的情況下，向箭頭601、602的方向轉(zhuǎn)動(dòng)而對(duì)光束群700遮光的結(jié)構(gòu)。但是，如圖8(b)所示，在遮光單元使射出光量最多時(shí)，遮光板502、503是配置于光束以外，在將遮光量向增加方向調(diào)節(jié)的情況下，向箭頭603、604的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)也可以。進(jìn)而，也可以是如圖8(c)所示，在遮光單元使射出光量最多時(shí)，與光束中的光軸平行配置，在將遮光量向增加方向調(diào)節(jié)的情況下，向箭頭605、606的方向轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)也可以。
接著，對(duì)第二實(shí)施方式加以說(shuō)明。第二實(shí)施方式是在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上改變了基于遮光板的遮光方法的實(shí)施方式。圖9是從光源側(cè)所表示的將遮光板506、507投影于第一陣列透鏡3的狀態(tài)。斜線所表示的區(qū)域508是基于遮光板506的投影的遮光區(qū)域，斜線所表示的區(qū)域509是基于遮光板507的投影的遮光區(qū)域。
圖9(a)是表示調(diào)節(jié)為來(lái)自光源的射出光的最多光量的狀態(tài)。圖9(b)是表示將來(lái)自光源的射出光調(diào)節(jié)為最少光量的狀態(tài)。在該實(shí)施方式中，在圖9(b)所示的調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，區(qū)域422中包含的照度影響程度最高的元件，全部被遮光。因此，完全未被遮光的元件，在至少一部分使光源光束透過(guò)的元件中，作為包含照度影響程度最高的元件的區(qū)域555。通過(guò)與該區(qū)域555中包含的元件的遮光區(qū)域的面積相比，使其它元件中遮光區(qū)域的面積增多，由此能夠更均勻地保持圖像顯示元件上重疊的照度分布，同時(shí)能夠進(jìn)一步增大遮光量。
而且，在圖9的實(shí)施方式中，在將從光源射出的光的光量調(diào)節(jié)為最少光量的狀態(tài)下，與區(qū)域555中包含的元件相比，使照度影響程度低的中心區(qū)域421的元件中遮光區(qū)域的面積加大，由此能夠更均勻地保持圖像顯示元件上重疊的照度分布，同時(shí)能夠進(jìn)一步增大遮光量。
而且，在完全未遮光的元件中，優(yōu)選區(qū)域555的元件中遮光區(qū)域的面積如圖9(b)所示是元件的面積的二分之一以下。其理由已經(jīng)使用圖1進(jìn)行了說(shuō)明。
在圖5、圖9的實(shí)施方式中，能夠在增大遮光量的同時(shí)，能夠更均勻地保證圖像顯示元件上重疊的照度分布。所以，使得在將來(lái)自光源的射出光的光量從最大光量調(diào)節(jié)為最少光量時(shí)的射出光的光量，為來(lái)自光源的射出光的最大光量的20％以下，由此，在調(diào)節(jié)為最少光量的狀態(tài)下，例如即使是在從2個(gè)到大約16個(gè)的元件以外全部是遮光狀態(tài)，照度分布的均勻性也能夠成為實(shí)用上沒有問(wèn)題的水準(zhǔn)。
而且，由于能夠在增大遮光量的同時(shí)，能夠更均勻地保證圖像顯示元件上重疊的照度分布，所以，例如，如圖5及圖9(b)的實(shí)施方式那樣，在將來(lái)自光源的射出光量調(diào)節(jié)為最少的狀態(tài)下，即使是陣列透鏡的全部元件是一部分或全部被遮光的狀態(tài)下，即至少一部分為遮光的狀態(tài)下，照度分布的均勻性也能夠成為實(shí)用上沒有問(wèn)題的水準(zhǔn)。
進(jìn)而，在這些實(shí)施方式中，第一陣列透鏡3是，矩形的元件對(duì)于通過(guò)光軸并垂直的兩軸呈軸對(duì)稱而分別配置為偶數(shù)列的結(jié)構(gòu)。陣列透鏡的元件的配置，一般是對(duì)于與光軸垂直的任意2軸平行配置有矩形元件的配置中，存在有圖10(a)、(b)、(c)所示的3個(gè)種類。圖10(a)是圖5、圖9的實(shí)施方式中所使用的陣列透鏡的結(jié)構(gòu)。在這些形式中已經(jīng)進(jìn)行了說(shuō)明的，區(qū)域422中所包含的照度影響程度最高的元件，也可以是圖10(a)所示元件的區(qū)域552。但是，由于區(qū)域422僅對(duì)光軸中心旋轉(zhuǎn)90度，所以它與422所示的內(nèi)容相同。
第三實(shí)施方式，是圖10(a)的第一陣列透鏡3為圖10(b)所示的陣列透鏡的結(jié)構(gòu)的形式。就是說(shuō)，是對(duì)通過(guò)光軸垂直的兩軸呈軸對(duì)稱的矩形元件在一個(gè)軸上呈偶數(shù)列，在另一個(gè)軸上呈奇數(shù)列配置的陣列透鏡。包含圖10(a)的陣列透鏡中心的元件的區(qū)域421，在圖10(b)的陣列透鏡中成為元件的區(qū)域545。而且，圖10(a)的陣列透鏡元件的區(qū)域422，在圖10(b)的陣列透鏡中，成為元件的區(qū)域563或元件的區(qū)域567。除此之外，與圖5、圖9的實(shí)施方式相同。而且，偶數(shù)列、奇數(shù)列的配置也可以相反，也可以是圖10(b)所示的陣列透鏡的配置轉(zhuǎn)動(dòng)90度。
第四實(shí)施方式，是圖10(a)的第一陣列透鏡3為圖10(c)所示的陣列透鏡的結(jié)構(gòu)的形式。就是說(shuō)，是對(duì)通過(guò)光軸垂直的兩軸呈軸對(duì)稱的矩形元件在一個(gè)軸上呈奇數(shù)列，在另一個(gè)軸上呈奇數(shù)列配置的陣列透鏡。圖10(a)的包含第一陣列透鏡3中的中心元件的區(qū)域421，在圖10(c)的陣列透鏡中成為中心元件546。圖10(a)的第一陣列透鏡3的區(qū)域422，在圖10(c)的陣列透鏡中，成為元件的區(qū)域569或元件的區(qū)域571。
在圖10所示的任一例子中，將與通過(guò)第一陣列透鏡3的光軸相接的元件、圖10(a)中區(qū)域421的4個(gè)元件、圖10(b)中區(qū)域545的2個(gè)元件、圖10(c)中區(qū)域546的一個(gè)元件一邊相接的元件，都視為照度影響程度最高的元件，這些元件中非遮光區(qū)域的面積大于其它元件中非遮光區(qū)域的面積。
如上所述，根據(jù)上述實(shí)施方式在使用基于遮光板的遮光單元的投影型圖像顯示裝置中，能夠更均勻地保證照度的分布，同時(shí)能夠得到大的動(dòng)態(tài)范圍的圖像。
而且，這些遮光量的大小，可以從未圖示的計(jì)算部所輸入的圖像信號(hào)而計(jì)算出應(yīng)該遮光的量，變換為驅(qū)動(dòng)未圖示的馬達(dá)等驅(qū)動(dòng)裝置的信號(hào)，由上述驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)而變換遮光板的移動(dòng)量、轉(zhuǎn)動(dòng)量，進(jìn)行調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括光源；調(diào)制來(lái)自所述光源的光束的光閥；投影所述光閥調(diào)制的光束的投影透鏡；將所述光源射出的光束分割為多條光束、并具有排列為矩陣狀的第一多個(gè)透鏡元件的第一陣列透鏡；具有利用所述第一多個(gè)透鏡元件的各個(gè)與光源為共軛關(guān)系的第二多個(gè)透鏡元件的第二陣列透鏡；將所述第二多個(gè)透鏡元件射出的多條光束重疊于所述光閥上的聚光透鏡；以及配置于所述光源與所述投影透鏡之間，具有多枚遮光板的遮光單元，所述遮光單元是，在由所述多枚遮光板形成的遮光面，所述第一多個(gè)透鏡元件中與跟所述第一陣列透鏡上的所述光軸相接的第三透鏡元件所鄰接的第四透鏡元件相對(duì)應(yīng)的第一區(qū)域的開口面積，比與所述第四透鏡元件以外的第一多個(gè)透鏡元件對(duì)應(yīng)的第二區(qū)域的開口面積要大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第一區(qū)域的開口面積，比對(duì)應(yīng)于所述第三透鏡元件的第三區(qū)域的開口面積要大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第一區(qū)域的開口面積，是所述第一區(qū)域的面積的1/2以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元由第一及第二遮光板形成，所述第一及第二遮光板轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元將通過(guò)所述第一多個(gè)透鏡元件的各個(gè)的光束中的全部光束的至少一部分遮擋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元將從所述光源射出并到達(dá)所述光閥的光的光量的80％以上遮擋。
7.一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括光源；將所述光源射出的光束分割、使與從所述光源射出的光的光軸相接的第一透鏡元件、與所述第一透鏡元件鄰接的第二透鏡元件、以及其它的第三透鏡元件排列為矩陣狀的第一陣列透鏡；使來(lái)自所述第一陣列透鏡的光束成像的第二陣列透鏡；使所述第二透鏡元件的遮光面積小于所述第一透鏡元件的遮光面積及所述第三透鏡元件的遮光面積而遮光的遮光單元；對(duì)所述第二陣列透鏡成像的光束進(jìn)行調(diào)制的圖像顯示元件；以及投影所述圖像顯示元件所調(diào)制的光束的投影透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元由第一及第二遮光板形成，所述第一及第二遮光板關(guān)于所述光軸呈軸對(duì)稱而配置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第一透鏡元件的遮光面積，是所述第一透鏡元件的面積的1/2以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元將通過(guò)所述第一透鏡元件、所述第二透鏡元件、所述第三透鏡元件的各個(gè)的光束中的至少一部分遮擋。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元將從所述光源射出并到達(dá)所述光閥的光的光量的80％以上遮擋。
12.一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括光源；調(diào)制所述光源射出的光的光閥；投影所述光閥調(diào)制的光的投影透鏡；具有第一多個(gè)透鏡元件，并將從所述光源射出的光束分割的第一陣列透鏡；具有利用所述第一多個(gè)透鏡元件的各個(gè)與光源為共軛關(guān)系的第二多個(gè)透鏡元件的第二陣列透鏡；以及配置于所述第一陣列透鏡和所述光閥之間的遮光單元，所述第一多個(gè)透鏡元件中透過(guò)的光束的至少一部分通過(guò)所述遮光單元的元件是第三多個(gè)透鏡元件，所述第三多個(gè)透鏡元件中，所述遮光單元使遮光量最小的情況下的照度影響程度最大的透鏡元件是第四透鏡元件，在基于所述遮光單元的透鏡元件的遮光面積中，第四透鏡元件的遮光面積，是除去第四透鏡元件后的所述第三多個(gè)透鏡元件的各個(gè)的遮光面積以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第三多個(gè)透鏡元件的各透鏡元件，所述照度影響程度越大，遮光面積越小。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述第四透鏡元件的遮光面積，是所述第四透鏡元件的面積的1/2以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元是由多枚遮光板所形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元將從所述光源射出并到達(dá)所述光閥的光的光量的80％以上遮擋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用透鏡元件配置為矩陣狀的陣列透鏡、使光源的光均勻化的投影型圖像顯示裝置，其中調(diào)整來(lái)自光源的射出光的光量的遮光單元對(duì)在光源側(cè)配置的陣列透鏡進(jìn)行遮光的面積是，與最接近光軸的透鏡元件相鄰接的透鏡元件(422)的遮光面積，小于其它元件的遮光面積。
文檔編號(hào)G03B21/00GK1912680SQ20061011543
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者清水拓也, 加藤健太郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所