專利名稱：投影型圖像顯示裝置的制作方法
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相對應(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)：
在歷來的投影儀的光學(xué)體系中，在為了使亮度最低而實施圖像顯 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)由在光閥以外對應(yīng)來自外部的信號而改 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，由此提高對比度。這種情況下所謂來自外部的信號，是指包含 圖像信號、測定外部環(huán)境的信號、使用者有意操作的信號等。作為該 機(jī)構(gòu)的一種，在照明光學(xué)體系中使用對應(yīng)于圖像信號而改變遮光量的 遮光機(jī)構(gòu)的技術(shù)，例如在WO2003-032080號公報、日本專利2005-17500 號公報、日本專利2005-31103號公報等中有公開記述。
這里，在使投影型圖像顯示裝置的動態(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照明光束遮擋時 的遮光區(qū)域即可。
但是，增加遮光量時，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題。而且，在遮光機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動或移 動遮光板而實施遮光的情況下，存在有遮光板的轉(zhuǎn)動或移動時的照度
分布的變化容易映射在畫面上的問題。
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 對于元件面的法線方向的角度越大，其對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比度，對來自有害于圖像顯示元件的對 比度性能的、對于圖像顯示元件的法線更大角度的光線進(jìn)行遮光時， 上述問題就更為顯著。

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，提供具有大的動態(tài)范圍、優(yōu)異的圖 像顯示能力、對環(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l (a)是光源側(cè)陣列透鏡的結(jié)構(gòu)例。 圖l (b)是表示遮光了的元件的重疊的一例的圖。 圖l (c)是表示遮光了的元件的重疊的另一例的圖。 圖2是以與光軸的交點為原點，相對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。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。還有，在各圖中，相 同的部分都賦予相同的符號。而且，對于已經(jīng)說明的部件，其后的說
明予以省略。在符號后面添加字母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。在符號后面添加a、 b、 c、 d而表示的構(gòu)成要素，是符號表示的構(gòu)成要素的一部分，或符號表示的 構(gòu)成要素的光軸、光學(xué)方向。
首先，使用圖1 圖5，對本發(fā)明的實施方式的概要進(jìn)行說明。
本發(fā)明的實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)順次配置的兩個陣列透 鏡；由為了使由兩個陣列透鏡所形成的多個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)來自光源的射 出光的光量的調(diào)光機(jī)構(gòu)。進(jìn)而，通過基于來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，在兩個陣列透 鏡中，至少配置在光源一側(cè)的陣列透鏡是多個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)配置于兩個陣列透鏡的入射側(cè)， 或兩個陣列透鏡之間，或兩個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)是通過使一個或兩個以上的遮光部件在規(guī)定的方 向上移動或轉(zhuǎn)動，對均勻照明機(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，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，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。 對于重疊照度分布的照度影響程度與各個陣列透鏡元件有關(guān)。這里， 在遮光部件對透過各元件的光束進(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于圖像顯示 元件上重疊的照度分布的影響大，所以在對該元件進(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 分布對在圖像顯示元件上重疊的照度分布的影響越大，對該元件進(jìn)行 部分遮光狀態(tài)時，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)遮光單元將來自光源的射出光的光量向減少的方向調(diào)節(jié) 時，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，即使是通過照度影響程 度最高的元件的光束，對于照度分布不均勻的影響也比較少。如果是 這種狀態(tài)，則即使是對照度影響程度高的元件進(jìn)行部分或完全地遮光， 對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是兩軸中的一個軸，403是兩軸中的另一個軸。在圖1 (a) 的陣列透鏡的結(jié)構(gòu)中，各元件是如圖l (a)中斜線404及405那樣， 關(guān)于光軸呈對稱配置的對而存在。
這些元件404、 405成為元件對。在元件對的遮光區(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，使元件對的未遮光的部分重合，形成相當(dāng)于一個元件的照度分布。 在圖1 (b)的元件對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，即使是元件對的非遮光 區(qū)域重合，也不會形成相當(dāng)于一個元件的照度分布，而發(fā)生照度非常 低的部分。在圖l (c)的元件對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中，各元件的光束重疊后對照度分布的影響較 小。但是，在照度影響程度高的元件對中，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 實現(xiàn)關(guān)于光軸的對稱。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，特別希望是對于二軸的線對稱，即關(guān)于光 軸通過的陣列透鏡的中心為點對稱的遮光。
接著，圖2是以與光軸的交點為原點，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，是該元件對于在將來自光源的光 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)體系評價*設(shè)計軟 件"ODIS"，或美國的ORA (OPTICAL RESEARCH ASSOCIATES) 公司開發(fā)制造的光學(xué)設(shè)計評價程序"CODEV"而進(jìn)行模擬。作為方法， 可以是對于使用的全部元件評價整體的光束量A，殘留下一個元件而 對元件遮光(假定透過率為0%)，或者是縮小孔徑，對于殘留的一個 元件測定光束量B。照度影響程度表示為B/AX100。對于陣列透鏡的 全部元件各自實行該操作。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，特別必要。以下對其進(jìn)行說明。
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 于元件面的法線方向的角度越大，其對比度性能越差的性質(zhì)的情況下， 使用遮光單元，從對對比度有害的對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，使來自光源的射出光量
最少時，僅中心附近的數(shù)個元件成為透過光束的狀態(tài)。在圖4所示的 例中，與中心元件相鄰接的元件中，與兩個軸呈軸(線)對稱的4個 元件所形成的區(qū)域422的照度影響程度的合計量，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量，相對 為40~50%。所以，在對與中心的元件區(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，對于照度不均勻的影響，比對與中心 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為25%左右。由此，對中 心元件進(jìn)行部分遮光的情況下對于照度不均勻的影響，比對與中心元 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，在遮光單元將來自光源的射出光量調(diào)節(jié)為最少時，如圖5 所示，在光源側(cè)陣列透鏡的各元件中，通過使透過全部元件的光束成 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被部分遮光。由于這些部分遮光的照度分布對 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 能夠同時達(dá)到照度分布的均勻性與遮光量兩方面都成立的情況。
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 件相對應(yīng)的區(qū)域。這里所謂對應(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中所包含的一個元 件相對應(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 應(yīng)于區(qū)域421中包含的一個元件的區(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，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，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，對投影型圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)加以說明。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
一個反射鏡2。從光源1射出的光通過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，第一陣列透鏡3設(shè)計為光源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，由偏光變換元件5將來自 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，能夠得到實用上沒有問題的水準(zhǔn)的均勻性高的照度 分布。
在該過程中，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，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光透過分色鏡 12。可以考慮多種光的分離方法，也可以是由分色鏡11反射R光，使 G光及B光透過，也可以是由分色鏡11反射G光，使R光及B光透 過。
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，通過聚光鏡13B，透過B光用的光閥14B，入射到光合成棱鏡21。
18
這里將透過聚光鏡13B，入射到光閥14B的B光稱為LB。透過分色鏡 ll的G光與R光中，G光被分色鏡12反射，通過聚光鏡13G，入射 到G光用的光閥14G，透過該光閥14G，入射到光合成棱鏡21。這里 將透過聚光鏡13G,入射到光闊14G的G光稱為LG。 R光透過分色 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。透過光閥14R的R光入射到光合成棱鏡 21。這里將透過中繼透鏡17，入射到光閥14R的R光稱為LR。
透過各圖像顯示元件18的B光、G光與R光，由光合成棱鏡21 合成為彩色圖像后，例如通過變焦透鏡那樣的投影透鏡200，到達(dá)屏幕 100。對應(yīng)于光閥14內(nèi)的圖像顯示元件18中未圖示的圖像信號，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)動而對光束群進(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)動而對光束群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，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，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)動的結(jié)構(gòu)也可以。
接著，對第二實施方式加以說明。第二實施方式是在第一實施方 式的基礎(chǔ)上改變了基于遮光板的遮光方法的實施方式。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)為來自光源的射出光的最多光量的狀態(tài)。圖 9 (b)是表示將來自光源的射出光調(diào)節(jié)為最少光量的狀態(tài)。在該實施 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，同時能夠進(jìn)一步增大遮光量。
而且，在圖9的實施方式中，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。其理由己經(jīng)使 用圖1進(jìn)行了說明。
在圖5、圖9的實施方式中，能夠在增大遮光量的同時，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)為最少光量時的射出光的光量，為來 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個到大約16個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用上沒有問題的水準(zhǔn)。
而且，由于能夠在增大遮光量的同時，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)的實施方 式那樣，在將來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用上沒有問題的水準(zhǔn)。
進(jìn)而，在這些實施方式中，第一陣列透鏡3是，矩形的元件對于 通過光軸并垂直的兩軸呈軸對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IO (a) 、 (b) 、 (c)所示的3個種類。圖 10 (a)是圖5、圖9的實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，是對通過光軸垂直的兩軸呈軸對 稱的矩形元件在一個軸上呈偶數(shù)列，在另一個軸上呈奇數(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)動卯度。
第四實施方式，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，是對通過光軸垂直的兩軸呈軸對 稱的矩形元件在一個軸上呈奇數(shù)列，在另一個軸上呈奇數(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IO所示的任一例子中，將與通過第一陣列透鏡3的光軸相接 的元件、圖10 (a)中區(qū)域421的4個元件、圖10 (b)中區(qū)域545的 2個元件、圖10 (c)中區(qū)域546的一個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，同時能夠得到 大的動態(tài)范圍的圖像。
而且，這些遮光量的大小，可以從未圖示的計算部所輸入的圖像 信號而計算出應(yīng)該遮光的量，變換為驅(qū)動未圖示的馬達(dá)等驅(qū)動裝置的 信號，由上述驅(qū)動裝置的驅(qū)動而變換遮光板的移動量、轉(zhuǎn)動量，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；來自光源的光透射的多個陣列透鏡；調(diào)制透過了所述多個陣列透鏡的光的光閥；投影所述光閥調(diào)制的光的投影透鏡；以及遮光從所述光源到所述光閥間的光的遮光單元，所述多個陣列透鏡分別具有排列在正交的兩軸方向上的多個透鏡元件，所述遮光單元具有如下的遮光狀態(tài)所述多個陣列透鏡的一方的陣列透鏡的多個透鏡元件，使相對于與光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡元件的開口面積，比與該光軸相接的透鏡元件的開口面積大。
2、 如權(quán)利要求l所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下進(jìn)行遮光，將相對于與所述光軸相接的透鏡元件而與所述一個軸方向相鄰接 的透鏡元件的開口面積設(shè)為該透鏡元件面積的1/2以上。
3、 如權(quán)利要求1所述的投影型顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下進(jìn)行遮光，使與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡元件的開口面積 比其他任意一個透鏡元件的開口面積都大。
4、 如權(quán)利要求l所述的投影型顯示裝置，其特征在于-所述遮光單元的所述遮光狀態(tài)是，使除相對于與光軸相接的透鏡元件而在所述一個軸方向上排列的 多個透鏡以外的其他透鏡元件都是完全地遮光。
5、 如權(quán)利要求l所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使 遮光狀態(tài)變化。
6、如權(quán)利要求5所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使 遮光狀態(tài)變化；當(dāng)?shù)竭_(dá)所述光閥的光量為最大時，照度影響程度最大的透鏡元件是相對于與所述光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中 的一個軸方向相鄰接的透鏡元件。
7、如權(quán)利要求l所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元的所述遮光狀態(tài)是，在所述多個透鏡元件中，除2個以上16個以下的透鏡元件之外的其他透鏡元件都是完全地遮光。
8、 如權(quán)利要求l所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于基于所述遮光單元的所述多個透鏡元件的遮光區(qū)域的形狀在所述 兩軸的至少一方上呈軸對稱，或者關(guān)于光軸呈點對稱。
9、 如權(quán)利要求l所述投影圖像顯示裝置，其特征在于-所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下，將相對于所述遮光單元不遮光時的光量的80%以上的光量遮光。
10、 一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括 光源；來自光源的光透過的多個陣列透鏡； 調(diào)制透過了所述多個陣列透鏡的光的光閥； 投影所述光閥調(diào)制的光的投影透鏡；以及 遮光從所述光源到所述光閥間的光的遮光單元， 所述多個陣列透鏡分別具有排列在正交的兩軸方向上的多個透鏡 元件，所述遮光單元具有如下的遮光狀態(tài)所述多個陣列透鏡的一方的陣列透鏡的多個透鏡元件，將相對于 與該光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的 透鏡元件的開口面積設(shè)為該透鏡元件的面積的1/2以上，將相對于與該 光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡 元件以外的透鏡元件任一個部分地或完全地遮光。
11、 如權(quán)利要求10所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下進(jìn)行遮光，和與所述光軸相接的透鏡元件的開口面積相比，使相對于與該光 軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡元 件的開口面積大。
12、 如權(quán)利要求10所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下進(jìn)行遮光，使與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡元件的開口面積 比其他任意一個透鏡元件的開口面積都大。
13、 如權(quán)利要求10所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元的所述遮光狀態(tài)是，除相對于與光軸相接的透鏡元件而在所述一個軸方向上排列的多 個透鏡之外的其他透鏡元件都完全地遮光。
14、 如權(quán)利要求IO所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使遮光狀態(tài)變化。
15、 如權(quán)利要求10所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使遮光狀態(tài)變化，當(dāng)?shù)竭_(dá)所述光閥的光量最大時，照度影響程度最高的 透鏡元件是相對于與所述光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的 一個軸方向相鄰接的透鏡元件。
16、 如權(quán)利要求10所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元的所述遮光狀態(tài)是，在所述多個透鏡元件中，除2個以上16個以下的透鏡元件之外的 任意一個透鏡元件都完全地遮光。
17、 如權(quán)利要求10所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于基于所述遮光單元的所述多個透鏡元件的遮光區(qū)域的形狀是在所 述兩軸的至少一方上呈軸對稱，或者關(guān)于光軸呈點對稱。
18、 如權(quán)利要求10所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下，將相對于所述遮光單元不遮光時的光量的80°/。以上的光量遮光。
19、 一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括 光源；來自光源的光依次透過的多個陣列透鏡； 調(diào)制透過了所述多個陣列透鏡的光的光閥； 投影所述光閥調(diào)制的光的投影透鏡；以及 遮光從所述光源到所述光閥間的光的遮光單元， 所述多個陣列透鏡具有多個透鏡元件， 所述遮光單元具有如下的遮光狀態(tài)在所述多個陣列透鏡的一方的陣列透鏡的多個透鏡元件中，使所 有透鏡元件部分地或完全地遮光；在所述多個透鏡元件被部分地遮光 的透鏡元件中，開口面積最大的元件的開口面積是該透鏡元件面積的 1/2以上。
20、 如權(quán)利要求19所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述多個透鏡元件，分別排列在正交的兩軸方向上， 在所述遮光狀態(tài)下，所述多個透鏡元件被部分地遮光的透鏡元件中開口面積最大的元件是相對于與光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸 方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡元件。
21、 如權(quán)利要求19所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使遮光狀態(tài)變化。
22、 如權(quán)利要求21所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號改變遮光狀態(tài)，當(dāng)?shù)竭_(dá)所述光閥的光量最大時，照度影響程度最大的元 件是相對于與所述光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸 方向相鄰接的透鏡元件。
23、 如權(quán)利要求19所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元的所述遮光狀態(tài)是，在所述多個透鏡元件中，除2個以上16個以下的透鏡元件之外的任意一個透鏡元件都是完全地遮光。
24、 如權(quán)利要求19所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述多個透鏡元件分別排列在正交的兩軸方向上， 基于所述遮光單元的所述多個透鏡元件的遮光區(qū)域的形狀是在所 述兩軸的至少一方上呈軸對稱，或者關(guān)于光軸呈點對稱。
25、 如權(quán)利要求19所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下，將相對于所述遮光單元不遮光時的光量的80%以上的光量遮光。
26、 如權(quán)利要求19所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述一方的陣列透鏡是在所述多個陣列透鏡中來自所述光源的光先透過的陣列透鏡。
27、 一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括光源；來自光源的光依次透過的多個陣列透鏡； 調(diào)制透過了所述多個陣列透鏡的光的光閥；投影所述光閥調(diào)制的光的投影透鏡；以及 遮光從所述光源到所述光閥間的光的遮光單元，所述多個陣列透鏡分別具有排列在正交的兩軸方向上的多個透鏡 元件，所述遮光單元是，在所述多個陣列透鏡的一方的陣列透鏡的多個透鏡元件中，使所 有的透鏡元件部分地或完全地遮光；在所述多個透鏡元件被部分地遮 光的透鏡元件中，將由位于關(guān)于光軸呈點對稱或者關(guān)于所述兩軸方向 的一方的軸呈軸對稱的位置的2個或4個透鏡元件構(gòu)成的一組透鏡元 件的各自的開口面積設(shè)為1/2以上，并使該組透鏡元件以外的其他透鏡 元件的開口面積分別比所述一組透鏡元件的開口面積小。
28、 如權(quán)利要求27所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 在所述遮光狀態(tài)下，所述一組透鏡元件包含在相對于與光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的多個透鏡元件 之內(nèi)。
29、 如權(quán)利要求27所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使遮光狀態(tài)變化。
30、 如權(quán)利要求29所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使遮光狀態(tài)變化；當(dāng)?shù)竭_(dá)所述光閥的光量最大時，照度影響程度最高的 透鏡元件包含在所述一組透鏡元件中。
31、 如權(quán)利要求27所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光單元的所述遮光狀態(tài)是，在所述多個透鏡元件中，除2個以上16個以下的透鏡元件之外的 任意一個透鏡元件都是完全地遮光。
32、 如權(quán)利要求27所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于基于所述遮光單元的所述多個透鏡元件的遮光區(qū)域的形狀是在所 述兩軸的至少一方上呈軸對稱或者關(guān)于光軸呈點對稱。
33、 如權(quán)利要求27所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述一方的陣列透鏡是在所述多個陣列透鏡中被來自所述光源的光先透過的陣列透鏡。
34、 一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括光源；來自光源的光透過的陣列透鏡； 調(diào)制透過所述陣列透鏡的光的光閥； 投影所述光閥調(diào)制的光的投影透鏡；以及 遮光從所述光源到所述光閥間的光的遮光單元， 所述陣列透鏡，具有排列在正交的兩軸方向上的多個透鏡元件， 所述遮光單元按照如下方式進(jìn)行遮光，在所述陣列透鏡的多個透鏡元件中，2個以上16個以下的透鏡元 件按照部分地或完全地開口的方式進(jìn)行遮光，而其他的透鏡元件完全 地遮光，在所述2個以上16個以下的透鏡元件中，開口面積最大的透 鏡元件的開口面積是該透鏡元件面積的1/2以上。
35、 如權(quán)利要求34所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于 所述遮光狀態(tài)是，在所述2個以上16個以下的透鏡元件中包括相對于與光軸相接的 透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡元件。
36、 如權(quán)利要求34所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于-所述遮光單元根據(jù)輸入到所述投影型圖像顯示裝置的圖像信號使遮光狀態(tài)變化。
37、 如權(quán)利要求34所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于基于所述遮光單元的所述多個透鏡元件的遮光區(qū)域的形狀是在所 述兩軸的至少一方上呈軸對稱或者關(guān)于光軸呈點對稱。
38、如權(quán)利要求34所述的投影型圖像顯示裝置，其特征在于所述遮光單元在所述遮光狀態(tài)下，將相對于所述遮光單元不遮光時的光量的80%以上的光量遮光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種投影型圖像顯示裝置，其特征在于，包括光源；來自光源的光透射的多個陣列透鏡；調(diào)制透過了所述多個陣列透鏡的光的光閥；投影所述光閥調(diào)制的光的投影透鏡；以及遮光從所述光源到所述光閥間的光的遮光單元，所述多個陣列透鏡分別具有排列在正交的兩軸方向上的多個透鏡元件，所述遮光單元具有如下的遮光狀態(tài)所述多個陣列透鏡的一方的陣列透鏡的多個透鏡元件，使相對于與光軸相接的透鏡元件而與所述兩軸方向中的一個軸方向相鄰接的透鏡元件的開口面積，比與該光軸相接的透鏡元件的開口面積大。
文檔編號H04N5/74GK101387818SQ200810168368
公開日2009年3月18日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日
發(fā)明者加藤健太郎, 清水拓也 申請人:株式會社日立制作所