JP2009003038A - 画像投射光学ユニット及び画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を抑えつつ、画像形成素子の非表示部からの余分光を効果的に遮断する。
【解決手段】
画像投射光学ユニットは、光源１ａから射出されてリフレクタ１ｂによって反射された光束を複数に分割する第１のレンズアレイ１１と、第１のレンズアレイを構成する複数のレンズセル１１ａにそれぞれ対応する複数のレンズセル１２ａを有し、第１のレンズアレイからの複数の光束が入射する第２のレンズアレイ１２と、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間で光束通過領域を変化させる光束制御手段１５と、光束通過領域を通過した光束により照明される画像形成素子７と、該画像形成素子からの光束を投射する光学系３〜１０とを有する。光束制御手段が配置される位置は、Ｚ≦Ｌ／２の範囲である。Ｚは第１のレンズアレイから光束制御手段までの光軸方向距離、Ｌは第１及び第２のレンズアレイ間の光軸方向距離である。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像投射装置に用いられる画像投射光学ユニットに関する。

プロジェクタ等の画像投射装置には、投射画像のアスペクト比や解像度の選択に応じて、液晶パネル等の画像形成素子の表示可能領域のサイズを切り替える機能が設けられている場合がある。この場合、画像形成素子における表示可能領域外の領域（非表示部）から射出される余分な光がスクリーン等の被投射面に到達しないようにすることが必要である。

このような余分光を低減する方法としては、特許文献１にて開示されているように、画像形成素子の近傍に遮光部材を設けることが一般的である。

特許文献１にて開示された画像投射装置では、画像形成素子の近傍に、開閉動作可能な遮光板を設け、これを表示可能領域のサイズに応じてモータで駆動することで、非表示部からの余分光が被投射面に投射されることを防止する。
特開２００２−３６５７２０号公報

特許文献１にて開示された遮光部材を設けると、遮光部材の開閉スペースやこれを駆動するモータ等の機構の配置スペースが必要となる。

しかしながら、画像形成素子の近傍には他の多くの光学素子も含めて部品が密集しており、ここに上記スペースを確保するのはきわめて困難である。上記スペースを作るとしても、装置の大型化につながる。特に、画像形成素子を複数用いる、いわゆる３板式プロジェクタ等の画像投射装置では、遮光部材やこれを駆動する機構が複数必要となり、益々装置の大型化やコスト上昇を招く。

本発明は、大型化を抑えつつ、画像形成素子の非表示部からの余分光を効果的に遮断できるようにした画像投射光学ユニット及び画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射光学ユニットは、光源から射出されてリフレクタによって反射された光束を複数に分割する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイを構成する複数のレンズセルにそれぞれ対応する複数のレンズセルを有し、第１のレンズアレイからの複数の光束が入射する第２のレンズアレイと、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間で光束通過領域を変化させる光束制御手段と、光束通過領域を通過した光束により照明される画像形成素子と、該画像形成素子からの光束を投射する光学系とを有する。そして、光束制御手段が配置される位置は、光束制御手段が配置される位置は、以下の条件を満足することを特徴とする。

Ｚ≦Ｌ／２
ただし、Ｚは第１のレンズアレイにおける第１のレンズセルのレンズ面頂点から光束制御手段までの光軸方向距離、Ｌは第１のレンズセルのレンズ面頂点と第２のレンズアレイにおける第１のレンズセルに対応する第２のレンズセルのレンズ面頂点との光軸方向距離である。

また、本発明の他の一側面としての画像投射光学ユニットは、光源から射出されてリフレクタによって反射された光束を複数に分割する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイを構成する複数のレンズセルにそれぞれ対応する複数のレンズセルを有し、第１のレンズアレイからの複数の光束が入射する第２のレンズアレイと、リフレクタと第１のレンズアレイとの間で光束通過領域を変化させる光束制御手段と、光束通過領域を通過した光束により照明される画像形成素子と、該画像形成素子からの光束を投射する光学系とを有する。そして、光束制御手段が配置される位置は、以下の条件を満足することを特徴とする。

Ｚ≦Ｌ１／２
ただし、Ｚは第１のレンズアレイにおける第１のレンズセルのレンズ面頂点から光束制御手段までの光軸方向距離、Ｌ１はリフレクタの焦点位置から第１のレンズセルのレンズ面頂点との光軸方向距離である。

なお、上記画像投射光学ユニットを備えた画像投射装置及び画像投射装置の画像供給装置を有する画像表示ユニットも本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、第１及び第２のレンズアレイとの間の範囲又はリフレクタと第１のレンズアレイとの間の範囲であって、第１のレンズアレイと画像形成素子との間の光学系に関して画像形成素子と共役な位置の近くに光束制御部材を配置する。このため、従来のように画像形成素子の近傍に遮光部材を配置することなく、画像形成素子の非表示部からの余分光を効果的に遮断することができる。また、上記範囲は、画像形成素子の周辺に比べて光束制御部材を配置するためのスペースが確保し易い。したがって、画像投射光学ユニット及び画像投射装置の大型化を抑えつつ、上記余分光の遮断効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例１である画像投射光学ユニットの構成を示している。この画像投射光学ユニットは、プロジェクタ（画像投射装置）の光学ユニットとして用いられる。

図１において、１は画像投射光学ユニットに対して白色光（照明光）を供給する光源ランプである。光源ランプ１は、超高圧水銀放電管等の光源１ａと、該光源１ａから発せられた光束を反射して、その光束に対して平行化作用を与えるリフレクタ１ｂとにより構成されている。

ここにいう光束の平行化作用とは、基本的には放物鏡や楕円鏡によって構成されるリフレクタ１ｂの反射によって、該リフレクタ１ｂの焦点の位置に配置された光源１ａからの拡散光束を平行光束又は該拡散光束よりも平行光束に近い光束に変換する作用である。つまり、平行化作用を受けた光束には、完全に平行な光束だけでなく、光学的に平行とみなせる程度に拡がりを持った光束も含まれる。また、ここではリフレクタで反射した光束を平行光束としているが、その限りでは無く、収束光束としても、発散光束としても構わない。

なお、光源ランプ１は、画像投射光学ユニットに対して交換可能であり、それ自体は画像投射光学ユニットを構成しない。

２は照明光学系であり、その具体的構成については後述する。照明光学系２は、光源ランプ１からの無偏光光を、１つの偏光方向（第１の偏光方向）を有する直線偏光に変換して射出する。

３はダイクロイックミラーであり、照明光学系２からの白色光を第１の色光（例えば、緑色光）と第２及び第３の色光（例えば、赤色光及び青色光）とに分離する。

７、８、９は有効画素領域（有効表示領域）のアスペクト比が４：３である第１〜第３の反射型画像形成素子であり、液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等が用いられる。

４は第１の偏光ビームスプリッタであり、ダイクロイックミラー３で反射した（分離された）第１の偏光方向を有する（例えば、Ｐ偏光としての）第１の色光を透過して第１の画像形成素子７に導く。

ここで、本実施例で用いられている第１〜第３の反射型画像形成素子７〜９は、液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等が用いられ、有効画素領域（有効表示領域）のアスペクト比は４：３である。

第１〜第３の画像形成素子７〜９は、駆動回路２０に接続されている。駆動回路２０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置２５が接続されている。画像供給装置２５からの画像信号が入力された駆動回路２０は、該画像信号に応じて各画像形成素子を駆動し、各色用の原画を形成させる。画像供給装置２５とプロジェクタとにより画像表示システムが構成される。

第１の画像形成素子７にて原画に応じて変調及び反射された第１の色光は、第１の偏光方向に直交する第２の偏光方向を有する光（例えば、Ｓ偏光）として、第１の偏光ビームスプリッタ４で反射され、合成プリズム（第３の偏光ビームスプリッタ）６に導かれる。

また、ダイクロイックミラー３を透過した第１の偏光方向を有する第２の色光は、色選択性位相板３０によってその偏光方向を上記第２の偏光方向に回転させられ、第２の偏光ビームスプリッタ５に入射する。また、ダイクロイックミラー３を透過した第１の偏光方向を有する第３の色光は、色選択性位相板３０をそのまま透過して、第２の偏光ビームスプリッタ５に入射する。

第２の偏光ビームスプリッタ５は、第２の偏光方向を有する第２の色光を反射して第２の画像形成素子８に導く。第２の画像形成素子８にて原画に応じて変調及び反射された第２の色光は、第１の偏光方向を有し、第２の偏光ビームスプリッタ５を透過し、さらに色選択性位相板３１をそのまま透過して合成プリズム６に入射する。

また、第２の偏光ビームスプリッタ５は、第１の偏光方向を有する第３の色光を透過して第３の画像形成素子９に導く。第３の画像形成素子９にて原画に応じて変調及び反射された第３の色光は、第２の偏光方向を有し、第２の偏光ビームスプリッタ５で反射される。該第３の色光は、色選択性位相板３１でその偏光方向を第１の偏光方向に回転させられ、合成プリズム６に導かれる。

合成プリズム６は、第２の偏光方向を有する第１の色光を反射し、第１の偏光方向を有する第２及び第３の色光を透過して、それぞれ投射レンズ１０に導く。

投射レンズ１０は、これら第１〜第３の色光を不図示のスクリーン等の被投射面に投射する。

第１及び第２の偏光ビームスプリッタ４，５から投射レンズ１０により、画像形成素子７〜９からの光束を被投射面に投射する光学系が構成される。

次に、照明光学系２について説明する。照明光学系２は、光源側から順に、第１のフライアイレンズ（第１のレンズアレイ）１１と、光束制御手段としての遮光マスク１５と、第２のフライアイレンズ（第２のレンズアレイ）１２とを有する。第１のフライアイレンズ１１は、複数の小レンズ（以下、レンズセルという）をマトリクス状に配置されて構成され、光源ランプ１からの光束を複数に分割する。第２のフライアイレンズ１２は、第１のフライアイレンズ１１における複数のレンズセルのそれぞれに対応する複数のレンズセルを有する。第１のフライアイレンズ１１は、第１のフライアイレンズ１１と画像形成素子７〜８との間の光学系に関して画像形成素子７〜９と共役な位置又はその近傍に配置されている。

１３は偏光変換素子であり、第２のフライアイレンズ１２からの無偏光光である複数の光束を、第１の偏光方向の直線偏光に変換する。こうして、照明光学系２から第１の偏光方向の直線偏光が、コンデンサーレンズ１４を介して複数の光束として射出される。コンデンサーレンズ１４は、第２のフライアイレンズ１２からの複数の光束を、３つの画像形成素子７、８、９上にて重ね合わせる役割を有する。

遮光マスク１５は、第１のフライアレンズ（第１のレンズアレイ）１１の各レンズセルから射出した複数の光束が通過する領域（光束通過領域）を変化させるための部材である。この光束通過領域は、実際に光束が通過するか否かがでは無く、光束が通過することが可能な領域を意味している。言い換えると、本実施例では、遮光マスク１５によって光束非通過領域（光束通過不可能領域）の大きさを変化させることにより、この光束通過領域（光束通過可能領域）を変化させている（光束制御を行っている）。該遮光マスク１５は、マスク駆動機構１６によって、第１のフライアレンズ１１と第２のフライアイレンズ１２との間の光路に対して出し入れされる。

マスク駆動機構１６は、不図示のアクチュエータを含み、駆動回路（電気回路）２０からの制御信号に基づいて動作する。駆動回路２０は、画像供給装置２５から入力された画像信号からアスペクト比（又は表示解像度）を検出し、該検出結果に応じて、後述する「４：３投影モード」や「１６：９投射モード」に切り替えるためにマスク駆動機構１６に制御信号を出力する。

本実施例のプロジェクタは、一般的なプレゼンテーション等で使用される、画像形成素子７〜９の表示可能領域のアスペクト比と同じ４：３のアスペクト比で画像を投射する「４：３投射モード」を有する。この場合、画像形成素子７〜９の表示可能領域の全体に原画が形成される。また、ハイビジョン画像等の鑑賞に使用される「１６：９投射モード」も有する。この「１６：９投射モード」では、画像形成素子７〜９の表示可能領域の一部である１６：９の領域に原画を形成することで、１６：９のアスペクト比を有する画像が投射される。

なお、本実施例では、遮光マスク１５を第１及び第２のフライアレンズ１１，１２の間の光路に対して出し入れされる場合について説明する。ただし、遮光マスク１５の配置位置は、リフレクタ１ｂの焦点と第２のフライアイレンズ１２との間のうち後述する条件を満足する位置であれば、任意でよい。

次に、遮光マスク１５が光路中に出し入れされた場合の効果について説明する。図２には、遮光マスク１５の構成とその駆動方法を示す。遮光マスク１５は、マスク駆動機構１６によって照明光学系２の光軸であるｚ軸の方向に対して直交するｙ軸方向にスライド（平行移動）されて光路に対して出入りする。

駆動回路２０にアスペクト比４：３の画像信号が入力された場合は、遮光マスク１５は光路外（図中に点線１７で示す退避位置）に退避し、アスペクト比１６：９の画像信号が入力された場合は、遮光マスク１５は光路内（図中に実線で示す挿入位置）に挿入される。

図３には、遮光マスク１５が退避位置に配置された状態を、第１のフライアイレンズ１１側（ｚ方向）から見た様子を示す。第１のフライアイレンズ１１のレンズセル１１ａは、横４個×縦５個の計２０個である。また、各レンズセル１１ａのレンズ面のアスペクト比は４：３である。

図４には、遮光マスク１５の形状を示す。遮光マスク１５は、上下方向（ｙ軸方向）に、それぞれｘ軸方向に延びる６つの遮光部１５ａと５つの光束通過開口１５ｂとが交互に形成された形状を有する。

図５には、遮光マスク１５が挿入位置に配置された状態での遮光マスク１５と第１のフライアイレンズ１１との関係をｚ軸方向から見て示す。この挿入位置では、６つの遮光部１５ａによって第１のフライアイレンズ１１の各レンズセル１１ａの４：３のレンズ面のうち上下部分からの光束が遮断される。これにより、各レンズセル１１ａのレンズ面のうちアスペクト比１６：９に対応する領域からの光束のみが開口部１５ｂを通過して第２のフライアイレンズ１２に向かう。このため、画像形成素子７〜９の４：３の表示可能領域のうち１６：９の領域（表示部）のみが照明光学系２からの光によって照明され、該１６：９の領域外の領域である上下の非表示部には光は照射されない。したがって、被投射面でも、非表示部に対応する投射領域は、漏れ光がほとんど存在しない黒領域となる。

一方、退避位置（図４参照）では、各レンズセル１１ａの４：３のレンズ面全体からの光束が第２のフライアイレンズ１２に向かう。このため、画像形成素子７〜９の４：３の表示可能領域の全体が照明光学系２からの光によって照明され、被投射面にも４：３の画像が投射される。

このように、遮光マスク１５は、投射モードに応じて挿入位置と退避位置とに移動し、第１のフライアイレンズ１１の各レンズセル１１ａからの光束が通過する領域（光束通過領域）を変化させる。

次に、光軸方向（ｚ軸方向）における遮光マスク１５が挿入される位置と被投射面における表示部と非表示部に対応する領域の境界での照度変化のシャープさ（鮮鋭度、急峻度）との関係について説明する。

遮光マスク１５が第１のフライアイレンズ１１の近傍に挿入される場合には、各レンズセル１１ａの開口像が形成される位置は、画像形成素子７〜９とほぼ一致する。このため、画像形成素子７〜９の非表示部に向かう余分光のほとんど全てを遮断することができ、被投射面における上記境界での照度変化もシャープになる。

これに対して、遮光マスク１５が第１のフライアイレンズ１１からｚ軸方向に離れた位置に挿入されると、画像形成素子７〜９の非表示部にもある程度の余分光が入射し、被投射面における上記境界での照度変化のシャープさが低下する。

図６には、第１のフライアイレンズ１１と遮光マスク１５間の距離と、被投射面上での表示部と非表示部の境界の照度変化との関係の計算（シミュレーション）結果を示す。

ここでは、第１のフライアイレンズ１１と第２のフライアイレンズ１２との間の距離をＬと定義する。ここにいう「距離」は、図２に示すように、第１のフライアイレンズ１１の代表レンズセル（第１のレンズセル）１１ａのレンズ面頂点と第２のフライアイレンズ１２の代表レンズセル（第２のレンズセル）１２ａのレンズ面頂点との間の光軸方向距離を意味する。代表レンズセルは、例えば、そのフライアイレンズのうち照明光学系２の光軸に最も近いレンズセルであり、第２のフライアイレンズ１２の代表レンズセル１２ａは、第１のフライアイレンズ１１の代表レンズセル１１ａに対応するレンズセルである。

また、以下の説明において、フライアイレンズとの間の距離とは、そのフライアイレンズの代表レンズセルのレンズ面頂点との間の光軸方向距離を意味する。また、遮光マスク１５との間の距離は、該遮光マスク１５の光軸方向の厚み中心との間の光軸方向距離を意味する。ただし、遮光マスク１５は実際には非常に薄い部材であるので、遮光マスク１５の光軸方向の端面（第１又は第２のフライアイレンズ側の端面）までの距離としても実質的には問題ない。

図６において、遮光マスク１５の挿入位置と第１のフライアイレンズ１１からの距離Ｘ（図２参照）が０である場合の照明強度曲線をＯとする。また、該距離がＬ／２の場合の照明強度曲線をＬ／２とし、該距離がＬの場合の照明強度曲線をＬとする。

照度変化は、被投射面のうち画像形成素子７〜９の表示部に対応する画像投射領域（図には、照明エリアと記す）の上下方向の幅をＡとし、明から暗への照度低下が生ずる領域（以下、照度低下領域という）の幅をＢとして、Ｂ／Ａで表す。図６中で各曲線Ｏ、Ｌ／２、Ｌの照度低下領域の幅Ｂをそれぞれ、Ｏ’、Ｌ／２’、Ｌ’として示す。

図６から分かるように、Ｏ→Ｌ／２→Ｌへと遮光マスク１５が第１のフライアイレンズ１１から遠ざかるにつれて、照度低下領域の幅Ｂが増加する。画像投射領域（照明エリア）の幅Ａに対する幅Ｂの割合はそれぞれ、Ｏ’→５％、Ｌ／２’→１９％、Ｌ’→４３％となる。このことから、第１のフライアイレンズ１１と遮光マスク１５との間の距離が、Ｌ／２以内であると、照度低下領域の幅Ｂの幅Ａに対する割合が２０％以下と少なくなり、画像投射領域外に到達する余分光をシャープにカットすることができると言える。

つまり、遮光マスク１５の配置位置（挿入位置）は、以下の条件を満足するとよい。

Ｚ≦Ｌ／２ …（１）
この範囲は、上述した画像形成素子７〜９と共役な位置の近くの範囲であると言うことができる。にこれにより、「１６：９投射モード」において画像形成素子７〜９の非表示部に向かう余分光を効果的に遮断することができる。この結果、非表示部から被投射面に向かう余分な漏れ光をほとんど無くすることができる。したがって、投射画像の品質を向上させることができる。

なお、さらに余分光を低減させるためには、以下の条件を満足することが好ましい。

Ｚ≦Ｌ／５ …（２）
これにより、照度低下領域の幅Ｂの幅Ａに対する割合が（１）式を満足する場合に比べてさらに少なくなり、画像投射領域外に到達する余分光をよりシャープにカットすることができる。

また、図１からも分かるように、画像形成素子７〜９の近傍には偏光ビームスプリッタ４，５や合成プリズム６、色選択性位相板３０，３１等、多数の部品が互いに近接して配置されており、スペース的な余裕がほとんどない。これに対し、照明光学系２内における第１のフライアイレンズ１１の周辺は、スペース的な余裕が大きい。このため、照明光学系２内に遮光マスク１５を設けることで、画像投射光学ユニット及びこれを搭載しているプロジェクタの大型化を回避することができる。

しかも、本実施例のような３板式プロジェクタにおいて、光源ランプ１から３つの画像形成素子７〜９を通る３つの光路の共通部分である照明光学系２内に遮光マスク１５を配置することで、該３つの画像形成素子に対して遮光マスク１５を１つ設ければよい。したがって、１つの遮光マスク１５と１つのマスク駆動機構１６とを設けるだけの安価な構成で余分光の低減を可能にする。

また、本実施例の遮光マスク（遮光部材）１５の遮光部１５ａは、第１及び第２のフライアイレンズを構成するレンズセルの端部同士を結んだ直線上に配置される。すなわち、遮光部１５ａは、第１フライアイレンズから出射する光束のうち、第１フライアイレンズの各レンズセルの周辺部から出射する光束を遮光する機能を持つ。尚、後述する第２実施例においては、遮光部１５ａは、第１フライアイレンズに入射する光束のうち、第１フライアイレンズの各レンズセルの周辺部に入射する光束を遮光する機能を持つ。

次に、本発明の実施例２の画像投射光学ユニットについて説明する。遮光マスクを除く画像投射光学ユニットの構成は、実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

実施例１では、図４に示した遮光マスク１５が挿入される位置を、第１のフライアイレンズ１１と第２のフライアイレンズ１２との間とした。これに対し、本実施例では、同様の構成の遮光マスク１５を、図２中に点線１８で示すように、光源ランプ１のリフレクタ１ｂと第１のフライアイレンズ１１との間に挿入する。

この場合における遮光マスク１５の第１のフライアイレンズ１１からの距離と被投射面上での表示部と非表示部の境界の照度変化との関係は、実施例１にて図６を用いて説明したものと同様である。

このため、遮光マスク１５の配置位置（挿入位置）は、以下の条件を満足するとよい。

Ｚ≦Ｌ１／２ …（３）
ただし、Ｌ１はリフレクタ１ｂの焦点位置１ｃと第１のフライアイレンズ１１の代表レンズセル１１ａのレンズ面頂点との間の光軸方向距離である。この範囲は、実施例１で説明した画像形成素子７〜９と共役な位置の近くの範囲であると言うことができる。

これにより、実施例１と同様に、「１６：９投射モード」において画像形成素子７〜９の非表示部に向かう余分光を効果的に遮断することができる。この結果、非表示部から被投射面に向かう余分な漏れ光をほとんど無くすることができる。したがって、投射画像の品質を向上させることができる。

なお、さらに余分光を低減させるためには、以下の条件を満足することが好ましい。

Ｚ≦Ｌ１／５ …（４）
これにより、画像投射領域外に到達する余分光をよりシャープにカットすることができる。

以上説明した遮光マスク１５の配置位置の条件（１）〜（４）は、後述する他の実施例でも同様に適用される。

なお、実施例１，２では、遮光マスク１５が出入りする方向はｙ軸方向としたが、ｘ軸方向でもよい。

また、第１及び第２のフライアイレンズ１１，１２のレンズセル数は実施例１で述べた２０個に限られず、任意でよい。また、上述した投射画像のアスペクト比は、画像形成素子のアスペクト比に合わせて任意に設定することができ、余裕照明領域を考えて画像形成素子のアスペクト比と異なる投射画像のアスペクト比を設定してもよい。

図７には、本発明の実施例３である画像投射光学ユニットにおいて用いられる遮光マスクを示している。遮光マスクを除く画像投射光学ユニットの構成は、実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。このことは後述する他の実施例でも同じである。

本実施例の遮光マスク１１５は、第１のフライアイレンズ１１のうち周辺部のレンズセル１１ａからの光束のみを遮断するように、上下の遮光部１１５ａとこれらの間に形成された光束通過開口１１５ｂとを有する。

一般に、画像形成素子は、画像形成面に、これに垂直な光軸方向に対して角度の大きい光が入射した場合に、角度の小さい光が入射した場合と比べて黒表示時の漏れ光が多くなり、コントラストが低下する特性を有する。

また、偏光ビームスプリッタ４，５の偏光分離膜も、膜設計上の入射角度からの角度のずれが大きい光が入射すると、偏光分離膜の特性によって漏れ光が大きくなり、コントラストが低下する特性を有する。

第１のフライアイレンズ１１の周辺部のレンズセル１１ａを透過してくる光は、画像形成素子に対し、光軸方向に対する角度が大きい光として入射し、また、偏光ビームスプリッタ４，５に対しても、膜設計上の入射角度から大きくずれた角度で入射する。したがって、漏れ光が大きくなる。

そこで、本実施例では、図７に示すように、第１のフライアイレンズ１１の周辺部のレンズセル１１ａを透過してくる光のみを遮断する、すなわち周辺部の遮光率を中央部に対して上げるように遮光マスク１１５を形成している。これにより、黒表示時の漏れ光及びこれによるコントラストの低下を効果的に低減することができる。

本実施例において、投射モード（１６：９や、４：３等の投射モード）に応じて、遮光マスク１１５を光路に対して出し入れすることができる。このように構成することによって、複数の投射モードを持つ画像投射光学ユニットにおいて、両方の投射モード（特に１６：９の投射モード）においてコントラストを向上させることができる。

また、マスクの出し入れなしでも16：9表示時の非表示部の漏れ光を低減させる事ができる。

図８には、本発明の実施例４である画像投射光学ユニットにおいて用いられる遮光マスクを示している。

実施例１，２では、遮光マスク１５を光軸方向（ｚ軸方向）に対して直交する方向にスライドさせることで光路に対する出し入れを行った。これに対し、本実施例では、図８に示すように、ｘ軸方向に延びる軸２１４を中心として遮光マスク１５が回動することで、光路に対して出し入れされる。なお、本実施例の遮光マスク２１５は、実施例１で説明したものと同じものでもよいし、実施例３で説明したものでもよい。

２１６は遮光マスク１５を軸２１４を中心として９０度回動させるマスク駆動機構であり、実施例１で説明した駆動回路２０からの制御信号に応じて動作する。

本実施例では、第１及び第２のフライレンズ１１，１２間の比較的大きなスペースを活用して遮光マスク２１５の光路に対する出し入れを行う。したがって、実施例１，２に比べて画像投射ユニット及びプロジェクタのより小型化を図ることができる。

図９には、本発明の実施例５である画像投射光学ユニットにおいて用いられる遮光マスクを示している。

本実施例では、第１のフライアイレンズ１１におけるレンズセル１１ａのｘ軸方向の列ごとに、ｘ軸方向の軸３１５ａ回りで上下方向（ｙ軸方向）に開閉する、すなわち光路に対して出入りする２枚１組の遮光マスク３１５を設けている。遮光マスク３１５を開閉駆動する駆動機構は、図示を省略している。

また、変形例として、図１０に示すように、レンズセル１１ａのｘ軸方向の１列とその上側又は下側の１列との間に、ｘ軸方向の軸４１５ａ回りで回動する、すなわち光路に対して出入りする１枚の遮光マスク４１５を設けてもよい。

これら図９及び図１０に示す構成では、遮光マスクの小型化が可能であることに加えて、遮光マスクの開閉又は回転角度を調整することにより、レンズセル１１ａの列ごとに遮光する領域（逆に言えば光束通過領域）を変化させることができる。このため、複数の異なるアスペクト比を持つ画像信号が入力される場合等において、余分光をカットする領域をアスペクト比の変化に対応して変更することができる。

なお、実施例３にて説明した角度の大きい光を遮光するために、第１のフライアイレンズ１１のレンズセル１１ａのうち周辺部に配置されたレンズセルに対してのみ本実施例と同様な構成の遮光マスクを設けてもよい。

図１１には、本発明の実施例６である画像投射光学ユニットにおいて用いられる遮光マスクを示している。

５１５は実施例１にて説明した遮光マスク１５と同様な構成を有する遮光マスクである。ただし、実施例３で説明した遮光マスク１１５を用いてもよい。

本実施例では、遮光マスク５１５を、マスク駆動機構５１６によって、光軸方向（ｚ軸方向）に移動させることで、第１のフライアイレンズ１１における各レンズセル１１ａからの光束に対する光束通過領域を変化させる。

図中に実線で示す位置では、各レンズセル１１ａからの光束の上下の部分が遮光マスク５１５によって遮断される。この位置から遮光マスク５１５を第１のフライアイレンズ１１から離すように移動させることで、各レンズセル１１ａからの光束に対する遮光率を変更することができる。

一方、５１５′で示す第２のフライアイレンズ１２の近くの位置まで遮光マスク５１５を移動させると、各レンズセル１１ａからの光束は遮光マスク５１５によって遮断されずに第２のフライアイレンズ１２に入射する。このように、遮光マスク５１５の光軸方向への移動によっても、第１及び第２のフライアイレンズ１１，１２間の光路に対する遮光マスク５１５の実質的な出し入れが可能である。

本実施例では、遮光マスク５１５を光軸方向にスライドさせるだけの簡易なマスク駆動機構５１６を用いることができる。また、もともとの第１のフライアイレンズ１１と第２のフライアイレンズ１２との間に形成されているスペースを利用するので、実施例１，２に比べて画像投射光学ユニット及びプロジェクタの小型化が可能である。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１である画像投射光学ユニットの構成を示す図。 実施例１で用いられる遮光マスクを含む照明光学系の側面図。 実施例１における第１のフライアイレンズの光軸方向視図。 実施例１における遮光マスクの光軸方向視図。 実施例１における遮光マスクを光路内に挿入した状態での第１のフライアイレンズの光軸方向視図。 実施例１（及び実施例２）における遮光マスクの第１のフライアイレンズからの距離と被投射面上での表示部と非表示部の境界の照度変化との関係を示す図。 本発明の実施例３にて用いられる遮光マスクの光軸方向視図。 本発明の実施例４にて用いられる遮光マスクの側面図。 本発明の実施例５にて用いられる遮光マスクの側面図。 実施例５の変形例である遮光マスクの側面図。 本発明の実施例６にて用いられる遮光マスクの側面図。

符号の説明

１ 光源ランプ
１ａ 光源
１ｂ リフレクタ
１ｃ リフレクタの焦点位置
２ 照明光学系
３ ダイクロイックミラー
４，５ 偏光ビームスプリッタ
６ 合成プリズム
７，８，９ 画像形成素子
１０ 投射レンズ
１１ 第１のフライアイレンズ
１１ａ レンズセル
１２ 第２のフライアイレンズ
１２ａ レンズセル
１３ 偏光変換素子
１４ コンデンサーレンズ
１５，１１５，２１５，３１５，４１５，５１５ 遮光マスク
１６，２１６，５１６ マスク駆動機構

Claims (6)

1. 光源から射出されてリフレクタによって反射された光束を複数に分割する第１のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイを構成する複数のレンズセルにそれぞれ対応する複数のレンズセルを有し、前記第１のレンズアレイからの複数の光束が入射する第２のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとの間の光束通過領域を変化させる光束制御手段と、
   前記光束通過領域を通過した光束により照明される画像形成素子と、
   該画像形成素子からの光束を投射する光学系とを有し、
   前記光束制御手段が配置される位置は、以下の条件を満足することを特徴とする画像投射光学ユニット。
   Ｚ≦Ｌ／２
   ただし、Ｚは前記第１のレンズアレイにおける第１のレンズセルのレンズ面頂点から前記光束制御手段までの光軸方向距離、Ｌは前記第１のレンズセルのレンズ面頂点と前記第２のレンズアレイにおける前記第１のレンズセルに対応する第２のレンズセルのレンズ面頂点との光軸方向距離である。
2. 光源から射出されてリフレクタによって反射された光束を複数に分割する第１のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイを構成する複数のレンズセルにそれぞれ対応する複数のレンズセルを有し、前記第１のレンズアレイからの複数の光束が入射する第２のレンズアレイと、
   前記リフレクタと前記第１のレンズアレイとの間で光束通過領域を変化させる光束制御手段と、
   前記光束通過領域を通過した光束により照明される画像形成素子と、
   該画像形成素子からの光束を投射する光学系とを有し、
   前記光束制御手段が配置される位置は、以下の条件を満足することを特徴とする画像投射光学ユニット。
   Ｚ≦Ｌ１／２
   ただし、Ｚは前記第１のレンズアレイにおける第１のレンズセルのレンズ面頂点から前記光束制御手段までの光軸方向距離、Ｌ１は前記リフレクタの焦点位置から前記第１のレンズセルのレンズ面頂点との光軸方向距離である。
3. 前記光束制御手段を動作させて前記光束通過領域を変化させる駆動機構を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射光学ユニット。
4. 前記第１のレンズアレイ、前記第２のレンズアレイ及び前記光束制御手段を含む照明光学系と、
   該照明光学系からの光束を複数の色光に分離して複数の前記画像形成素子に導き、該複数の画像形成素子からの複数の色光を投射する光学系とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の画像投射装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の画像投射光学ユニットと、
   入力された信号に応じて前記光束制御手段を動作させる電気回路とを有することを特徴とする画像投射装置。
6. 請求項５に記載の画像投射装置と、
   前記画像投射装置に画像信号を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。