JP2004219983A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コントラストを維持したままカラーバランスを調整する。
【解決手段】 光源１１と、光源から形成した複数の２次または３次光源像で重畳照明する第１のレンズアレイ１３、第２のレンズアレイ１４及び重ね合わせレンズ１６と、前記重畳照明する光束の内、光軸Ｌ０から遠い光束についてレベルを落とす波長域を透過させ、残りの光束についてそのまま透過させる液晶ライトバルブ１８と、前記液晶ライトバルブ１８で変調された光を投射する投射レンズと、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射型または透過型の液晶ライトバルブなどの空間光変調素子を用いて変調した画像を投射して画像表示を行う画像表示装置に関する。

従来、空間光変調素子である液晶ライトバルブで照明光を変調し、画像をスクリーンに投射する画像表示装置が提供されている。このような画像表示装置は、反射型または透過型の液晶ライトバルブを用い、液晶ライトバルブのピクセルごとに照明光を制御することにより画像の変調を行っている。

図１１は、画像表示装置の概略的な構成を示す図である。

図１１（ａ）はレンズアレイ方式の画像表示装置を示す。

レンズアレイ方式の画像表示装置は、液晶ライトバルブを重畳照明する重畳照明手段としてレンズアレイを用いるものである。

この画像表示装置は、光源１１１と、光源１１１から発せらた光を光軸Ｌ０方向に反射するリフレクタ１１２と、第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）１１３と、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）１１４と、重ね合わせレンズ１１６と、コンデンサレンズ１１７と、液晶ライトバルブ１１８と、を有している。

第１及び第２のレンズアレイ１１３，１１４上には、液晶ライトバルブ１１８とほぽ相似形状の開口を持つレンズセルが複数個２次元配列されており、リフレクタ１１２の射出開口面を空間的に分割している。

第１のレンズアレイ１１３の各レンズセルは、各レンズセルに対応した第２のレンズアレイ１１４のレンズセルに光束を集光させるようになっており、第２のレンズアレイ１１４上には第１のレンズアレイ１１３のレンズセルと同数の２次光源像が形成される。一方で、第２のレンズアレイ１１４上の各レンズセルは、対応する第１のレンズアレイ１１３の各レンズセル開口の像を液晶ライトバルブ１１８面上に結像させる。重ね合わせレンズ１１６は、各レンズセルの中心を液晶ライトバルブ１１８の中心に一致させ、第１のレンズアレイ１１３の各レンズセルの像が液晶ライトバルブ１１８面上で重なり合うようにする。

このようにして、第２のレンズアレイ１１４において複数の２次光源像が形成され、さらに、重ね合わせレンズ１１６において複数の３次光源像が形成される。

この結果、リフレクタ１１２からの反射光束はその強度を積分され、液晶ライトバルブ１１８は、これら複数の２次または３次光源像により均一な強度分布で重畳照明される。このように第１及び第２のレンズアレイ１１３，１１４及び重ね合わせレンズ１１６は、重畳照明手段を構成している。

コンデンサレンズ１１７は液晶ライトバルブ１１８の照明光が投射レンズ（図示していない）の入射瞳方向に入射するように配置されている。

液晶ライトバルブ１１８は、複数の液晶セルを２次元配列した透過型または反射型の液晶板と、所定方向の偏光のみを透過させるアナライザ（偏光板）とを有している。そして、前記液晶板を電気信号で制御して透過または反射する光を変調する。

図１１（ｂ）は、ロッドインテグレータ方式の画像表示装置を示す。

ロッドインテグレータ方式の画像表示装置は、液晶ライトバルブを重畳照明する重畳照明手段に、前述のレンズアレイに代わってロッドインテグレータ（ガラスロッド）を用いるものである。

この画像表示装置は、光源１１１と、光源１１１から発せられた光を光軸Ｌ０方向に反射するリフレクタ１１２と、ロッドインテグレータとしてのガラスロッド１２１と、出射レンズ１２２と、重ねあわせレンズ１１６と、コンデンサレンズ１１７と、液晶ライトバルブ１１８と、を有している。

この画像表示装置においては、リフレクタ１１２は光源１１１からの光を光軸Ｌ０方向にガラスロッド１２１の入射面に集光して照射する。ガラスロッド１２１の入射面に入射した光束は、ガラスロッド１２１内で全反射を繰り返し重畳され、出射光では均一な強度分布となる。ガラスロッド１２１の出射光が入射される出射レンズ１２２は、ガラスロッド１２１からの出射光を重ね合わせレンズ１１６に集光する。重ね合わせレンズ１２２において、ガラスロッド１２１内での反射回数に対応した複数の３次光源像が形成される。

このように、ガラスロッド１２１、出射レンズ１２２、及び重ね合わせレンズ１１６は、液晶ライトバルブ１１８を重畳照明する重畳照明手段を構成している。

図１１に示した画像表示装置は、モノクロ表示を行うものである。カラー表示を行う画像表示装置の場合は、前記重畳照明手段からの光をＲＧＢの３原色に分解し、ＲＧＢ光をそれぞれに対応する液晶ライトバルブで変調した後、ＲＧＢ光を合成して投射する。

このようなカラー表示を行う画像表示装置においては、ＲＧＢ光の割合を調整するカラーバランス（ホワイトバランス）調整を行う必要がある。このようなカラーバランス調整は、ＲＧＢの各液晶ライトバルブを制御する電気信号の大きさによって調整することで行う。ここで、液晶ライトバルブに印加する電気信号の大きさに応じて、透過（または反射）光量が増加するものとする。

例えば、色温度を高く設定する場合には、Ｂに対してＲＧの光量が相対的に少なくなるように、液晶ライトバルブに印加するＲＧの電気信号を小さくしてＲＧの液晶の変調量を抑制する。

色温度を低く設定する場合には、Ｒに対してＢＧの光量が相対的に少なくなるように、液晶ライトバルブに印加するＢＧの電気信号を小さくしてＢＧの液晶の変調量を抑制する。

一方、従来の画像表示装置においては、装置の小型化及び投射される像の高輝度化が求められている。このため、画像表示装置においては、より広範囲の光を短い光路によって液晶ライトバルブに入射させる必要があり、液晶ライトバルブを照明する光束の径を大きくして（照明光学系のＦ値を小さくし）、十分な照明輝度を確保する必要がある。
特開平７−４９４９４号公報 特開２０００−１３７２８９号公報

ところで、前述のような重畳照明手段により液晶ライトバルブを照明し、この液晶ライトバルブが表示する情報を拡大投射する画像表示装置において、ＲＧＢのカラーバランスを電気信号で調整すると、減らした信号の色のコントラストが低下するという問題が発生する。

また、明るさ調整により、ＲＧＢ信号を減少させ、液晶の変調量を抑制すると、システムのコントラストが低下するという問題が発生する。

さらに照明光学系の低Ｆ値化によっても、黒情報表示時における液晶ライトバルブの漏れ光が増加し、コントラストが低下するという問題が発生する。

図１２は、画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示す図である。

図中Ｃは、入力信号Ｓが所定値より小さい黒情報表示時の光出力Ｌである。本来、光出力Ｌはゼロレベルが理想であるが、色分解合成光学系の諸性能及び液晶ライトバルブ１１８に用いられている液晶の諸性能により、漏れ光としてＣレベルの光が出力される。一方、入力信号Ｓがピークになったとき、光出力ＬはＡレベルになる。このとき、この画像表示装置のコントラスト比ＣＲは、Ａ／Ｃで定められる。

ところで、カラーバランスを取るために、光出力Ｌを抑制してＡ´レベルの光出力に信号調整すると、コントラスト比ＣＲ´＝Ａ´／Ｃとなり、著しいコントラスト低下を招く。

また、照明光学系の低Ｆ値化によって漏れ光によりＣレベルが増加することによっても、コントラスト比ＣＲは低下する。

図１３は、黒情報入力時において、垂直配向の液晶を照明光が透過する時の偏光方向の様子を示す断面図であり、Ｆ値と液晶ライトバルブの漏れ光との関係を示すものである。

この液晶ライトバルブは、液晶ライトバルブを模式的に示すもので、液晶板４１及びアナライザ（偏光板）４２を有している。図においては、液晶板４１への信号の印加がなく、液晶分子は長軸方向が液晶板４１に垂直になるように整列している。

ここでは、反射型の液晶板４１を用いるものとして説明するが、Ｆ値や入射角と漏れ光との関係は透過型の液晶板を用いる場合にも同様である。

図１３（ａ）は、液晶板４１に対する垂直または角度が小さい成分の光（高Ｆ値）光Ｌ１が透過（反射）する時の様子を示しており、液晶を透過（反射）した光Ｌ２は、液晶分子の長軸方向が光Ｌ１方向に整列しているため、何の変調も受けず、アナライザ４２において吸収遮断される。

一方、図１３（ｂ）は、液晶板４１に対して角度が大きい（低Ｆ値）光Ｌ１´が透過（反射）する時の様子を示しており、この光束は、液晶が反応しておらず液晶の長軸が液晶板４１に垂直な方向に整列していても、液晶分子に対して角度を持って入射するため、若干の変調を受ける。したがって、アナライザ４２では、変調を受けた分の光が透過してしまい、漏れ光になる。すなわち、図１２におけるＣレベルを増やす（黒情報表示時の光出力を底上げする）ことになる。

本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、コントラスト低下を招くことなくカラーバランスを調整することができ、また、調整対象の色についての照明光学系のＦ値を高くして、よりコントラストが改善されるようになされた画像表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る画像表示装置は、所定の断面積を有する光束よりなる白色光を出射する白色光源と、３原色光をそれぞれ変調する第１〜第３の空間光変調素子と、前記白色光源から出射された前記光束を集光する集光レンズと、前記集光レンズに入射するか、又は出射する前記白色光のカラーバランスを調整する第１の調整手段と、前記第１の調整手段でカラーバランスを調整された光を３原色に分解して３原色の光を前記第１〜第３の空間光変調素子に入射させ、前記第１〜第３の空間光変調素子で変調された３原色の光を合成する分解合成手段と、前記分解合成手段により合成された光を投射する投射手段と、を有する。

前記第１の調整手段は、前記空間光変調素子に入射させる光束のうち、光軸から遠い光束についてレベルを落とすべき波長域を遮断するように３原色を調整することが好ましい。

この画像表示装置では、空間光変調素子の黒情報表示時の光量も相対的に低下するため、カラーバランス（ホワイトバランス）を調整してもコントラストが低下することはない。これは、前記空間光変調素子を透過（または反射）する光量を電気的に制御するのではなく、前記空間光変調素子に入射する光量を光学的に制御しているためである。

また、本発明に係る画像表示装置は、前記集光レンズに入射するか、又は出射する少なくとも一部の光束における白色光の全波長域を遮断する遮光部材と、前記遮光部材によって全波長域を遮断する前記白色光の光束の量を調整する第２の調整手段とをさらに設けて構成したことが好ましい。

この画像表示装置においては、光軸から遠い光束について、前記遮光部材により、レベルを落とすべき波長域を遮断している。したがって、照明光束の実質的な径を小さくして、Ｆ値を大きくすることができる。すなわち、光を変調する空間光変調素子に入射する光の角度を小さくするので、黒情報表示時に空間光変調素子を透過（または反射）する漏れ光を少なくすることができる。したがって、黒情報表示時の出力光のレベルを低下させ、コントラストを向上させることができる。

さらに、本発明に係る画像表示装置は、前記白色光源と前記集光レンズの間に、一組のレンズアレイ、ガラスロッド、または、内面反射の角柱ミラーのいずれか一つを設けて構成したことが好ましい。

前記色分解光学系から共有されたＲＧＢの波長域の光を変調するＲＧＢに対応した空間光変調素子をそれぞれ有することが好ましい。

前記ＲＧＢに対応した空間光変調素子液晶でそれぞれ変調されたＲＧＢの波長域の光を合成する色合成光学系を有することが好ましい。

前記投射レンズは、前記色合成光学系で合成された光を投射することが好ましい。

前述のように、本発明によると、画像表示装置のカラーバランスをコントラストを低下させることなく調整することができ、また、調整対象の色についての照明光学系のＦ値を高くして、よりコントラストを改善することができる。

以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態の画像表示装置の構成を示す図である。

図１においては、簡単のために光源１１から発せられた光が単一の液晶ライトバルブ１８を照射するモノクロ表示の画像表示装置を示す。この図は、本発明の原理を説明するために示すもので、カラーバランス（ホワイトバランス）の調整が必要になるカラー表示の画像表示装置には、光をＲＧＢに分解／合成する色分解光学系及び色合成光学系が備えられている。

図１（ａ）は、レンズアレイ方式の画像表示装置を示す図である。

この画像表示装置は、光源１１と、光源から出射された光を光軸Ｌ０方向に反射するリフレクタ１２を有している。

光源１１は、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の白色光を出射するものを用いる。リフレクタ１２は、光軸Ｌ０を軸とした回転楕円面の反射面を有し、光源１１から出射された光を反射面で反射して光軸Ｌ０に平行な光束として出射する。

また、この画像表示装置は、第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）１３と、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）１４と、フィルタ１５と、重ね合わせレンズ１６と、コンデンサレンズ１７と、液晶ライトバルブ１８と、を有している。

第１及び第２のレンズアレイ１３，１４は、リフレクタ１２が所定の断面積の光束を出射する開口を空間的に分割するように、液晶ライトバルブ１８に相似した形状の複数のレンズセルを２次元配列している。

第１のレンズアレイ１３の各レンズセルは、そのレンズセルにそれぞれ対応した第２のレンズアレイ１４のレンズセルに光束を集光し、第２のレンズアレイ１４上に第１のレンズアレイ１３のレンズセルと同数の２次光源像を形成する。

第２のレンズアレイ１４は、各レンズセルごとに、対応する第１のレンズアレイ１３のレンズセル開口の像を液晶ライトバルブ１８面上に結像させる。重ね合わせレンズ１６は、各レンズセルの中心を液晶ライトバルブ１８の中心に一致させ、第１のレンズアレイ１３の各レンズセルの像が液晶ライトバルブ１８面上で重なり合うようにする。

フィルタ１５は、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４を透過した光束の内、光軸Ｌ０から遠い光束についてレベルを落とす波長域を遮断し、残りの光束についてそのまま透過させる。

コンデンサレンズ１７は、液晶ライトバルブ１８の照明光が投射レンズ（図示していない）入射瞳方向に入射するようにする。

液晶ライトバルブ１８は、複数の液晶セルを２次元配列してなる液晶板と所定方向の偏光のみを透過させるアナライザ（偏光板）を有し、各液晶セルごとに透過する光量を制御することによって画像を変調する。

この画像表示装置においては、第１のレンズアレイ１３によって集光された光によって複数の２次光源像が第２のレンズアレイ１４に形成される。また、第２のレンズアレイ１４によって集光された光によって３次光源像が重ね合わせレンズ１６に形成される。そして、この３次光源像を用いて液晶バルブ１８を光束の強度を積分した均一の強度分布で重畳照明している。画像表示装置において、この重畳照明を行う重畳照明手段は、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４と、重ね合わせレンズ１６とが構成している。

前記フィルタ１５は、２次光源像が形成される第２のレンズアレイ１４と３次光源像が形成される重ね合わせレンズ１６との間に設置される。そして、落とすレベルに相当した面積の光束に適用して所望の波長域を遮断し、残りの光束をそのまま透過させる。

ここで、フィルタ１５は、光軸から遠い光束から順に前記所望の波長域を遮断する。これによって、フィルタ１５を透過した光束の径は、実質的に小さくなる。すなわち、フィルタ１５によって光束の径は前記所望の波長域についてのみ狭くなるが、各波長域を含む光束全体としても、光束の外側の光量が減少するため、光束の径が実質的に小さくなったということができる。換言すると、実質的にＦ値が大きくなったということができる。

このようにフィルタ１５によって光束の径が実質的に小さくなったので、光軸Ｌ０から遠く、液晶ライトバルブ１８に大きな角度で入射する光も少なくなる。したがって、後述するように液晶ライトバルブ１８の黒情報表示時における漏れ光も少なくなる。

例えば、落とすレベルに相当した面積の光束にＲ透過フィルタを適用する場合、フィルタ１５が適用された光線ａ，ｂ，ｅ，ｆはＲ光のみ、フィルタ１５が適用されていない光線ｃ，ｄはＲ＋Ｇ＋Ｂの白色光である。したがって、液晶ライトバルブ１８上に重畳された光は、ＧとＢの成分が削減され色温度の低い光となる。

なお、図においては第２のレンズアレイ１４と重ね合わせレンズ１６の間にフィルタ１５を設けた例を示したが、フィルタ１５は第１及び第２のレンズアレイ１３，１４間に設置することもできる。

図１（ｂ）は、ガラスロッド方式の画像表示装置を示す図である。

この画像表示装置は、図１（ａ）に示したレンズアレイ方式の画像表示装置と、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４に代わってガラスロッド２１及び出射レンズ２２を採用して、フィルタ１５が重ね合わせレンズ１６の後ろに設置された点が異なっている。図１（ａ）に示したレンズアレイ方式と同様な部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

リフレクタ１２は、光源１１から出射された光を回転楕円面の反射面で反射してガラスロッド２１の入射面に集光して入射する。

ガラスロッド２１は、リフレクタ１２から入射された光を内面で多重回にわたって全反射する。出射レンズ２２は、ガラスロッド２１から出射された光をリレーレンズ１６に入射させる。

このとき、ガラスロッド２１の出射面には複数の２次光源像が形成される。また、重ね合わせレンズ１６には、複数の３次光源像が形成される。これら２次光源像及び３次光源像の数は、ガラスロッド２１内において光が全反射する回数に対応している。

前記フィルタ１５は、３次光源像が形成される重ね合わせレンズ１６の後段に設置される。そして、落とすレベルに相当した面積の光束に適用して所望の波長域を遮断し、残りの光束をそのまま透過させる。この図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したレンズアレイ方式の場合と同様に、Ｒ透過フィルタを示すもので、光線ａ，ｂ，ｅ，ｆについてはＲ光のみ、光線ｃ，ｄについてはＲ＋Ｇ＋Ｂの白色光である。

前述したように、図１に示した画像表示装置においては、簡単のために色分解光学系及び色合成光学系に関連する部分を省略している。実際には、ＲＧＢ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブが設けられる。また、これらの液晶ライトバルブの前段には光をＲＧＢに分解する色分解光学系が設置され、液晶ライトバルブの後段にはＲＧＢ光を合成する色合成光学系が設置される。投射レンズは、この色合成光学系で合成された光を投射する。

図２は、フィルタを示す斜視図である。

図中のフィルタ３１は、図１に示したフィルタ１５の具体例を示すものである。このフィルタ３１は、縦横６×６の要素を有し、それぞれの要素ごとに光の透過を制御することができる。すなわち、各要素について、レベルを落とす波長域の光を遮断する状態と、光をそのまま透過させる状態を切り替えることができる。

例えば、図２（ａ）に示すように、最右列及び最左列からそれぞれ２列の要素３１ａについてレベルを落とす波長域について遮断する状態に、残りの中央２列の要素３１ｂについて光をそのまま透過させる状態に制御することができる。

このように、フィルタ３１の中央を貫く光軸に直交する一つの直線について対称になるように、レンズの光軸Ｌ０から離れた要素から順に、レベルを落とす波長域の光を遮断させ、残りの要素についてはそのまま光を透過させるように制御することができる。

また、例えば、図２（ｂ）に示すように、光軸から離れた配列の周囲の要素３１ｃについてレベルを落とす波長域の光を遮断し、残りの中央の４個の要素３１ｄについての光をそのまま透過させる状態に制御することができる。

このように、フィルタ３１を構成する要素について、光軸から離れた周囲の要素から順にレベルを落とす波長域の光を遮断し、残りの要素についてはそのまま光透過させるように制御することができる。

本実施の形態では、図２（ａ）及び図２（ｂ）のいずれについても光軸Ｌ０近くの中央の要素について光をそのまま透過させるように制御している。したがって、液晶ライトバルブ１８を照明する光束の実質的な径が小さくなるので、Ｆ値が大きくなる。また、液晶ライバルブ１８に大きな角度で入射する光を抑制することができる。

ここで、図１（ａ）に示したようにレンズアレイを用いる場合には、フィルタ３１を構成する要素をレンズアレイを構成するレンズセルの配列に対応するように配列することができる。このようにフィルタ３１の要素とレンズアレイをレンズセルの配置を対応させることで、これらの配列の不一致に由来する色むらを抑制することができる。

図３は、レンズアレイ方式の照明系を用いた実施形態において、さらに、遮光部材を備えた実施形態を示す平面図及び側面図である。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は側面図である。

図３において、２次光源像が形成される第２レンズアレイ１４の後には、前記図１（ａ）により示した実施形態と同様に、光量レベルを落としたい波長域を遮断するフィルタ１５が、光量を落とすレベルに相当したレンズアレイ１４のレンズ開口を覆って設置されている。すなわち、このフィルタ１５は、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４を透過した光束の内、光軸Ｌ０から遠い光束についてレベルを落とす波長域を遮断し、残りの光束についてそのまま透過させる。例えば、Ｒ透過フィルタを配置すると、光線ａ、ｂ、ｅ、ｆ、はＲ光のみ、ｃ、ｄはＲ＋Ｇ＋Ｂのホワイト光であり、ライトバルブ１８上に重畳される光は、ＧとＢの成分が削減され色温度の低い光となる。

さらに、この実施形態においては、遮光部材（遮光板）１９が、前記フィルタ１５が配置されている方向とは直交する位置に、落としたい光量レベルに相当したレンズアレイの開口部数を覆って配置されている。この遮光部材１９は、例えば、反射ミラーからなり、全波長域の光束を反射するか、または、黒色の遮光部材からなり、全波長域の光を吸収するものである。

この実施形態における他の構成は、前記図１（ａ）に示したものと同様である。

図４は、ロッドインテグレータ方式の照明系を用いた実施形態において、さらに、遮光部材を備えた実施形態を示す平面図及び側面図である。図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は側面図である。

図４において、３次光源像が形成される重ね合わせレンズ１６の後には、前記図１（ｂ）により示した実施形態と同様に、光量レベルを落としたい波長域を遮断するフィルタ１５が、光量を落とす断面積に相当して設置されている。すなわち、このフィルタ１５は、ロッドインテグレータ２１を透過した光束の内、光軸Ｌ０から遠い光束についてレベルを落とす波長域を遮断し、残りの光束についてそのまま透過させる。例えば、Ｒ透過フィルタを配置すると、光線ａ、ｂ、ｅ、ｆ、はＲ光のみ、ｃ、ｄはＲ＋Ｇ＋Ｂのホワイト光であり、ライトバルブ１８上に重畳される光は、ＧとＢの成分が削減され色温度の低い光となる。

さらに、この実施形態においては、遮光部材１９が、前記フィルタ１５が配置されている方向とは直交する位置に、落としたい光量レベルに相当したレンズアレイの開口部数を覆って配置されている。この遮光部材１９は、例えば、反射ミラーからなり、全波長域の光束を反射するか、または、黒色の遮光部材からなり、全波長域の光を吸収するものである。

この実施形態における他の構成は、前記図１（ｂ）に示したものと同様である。

図５は、前記各実施形態の画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示すグラフである。

この図は、液晶ライトバルブ１８に入力する入力信号Ｓと、この液晶ライトバルブ１８を透過する光出力Ｌとの関係を示すものである。

入力信号Ｓがピークになったとき、光出力ＬはＡレベルになる。一方、入力信号Ｓが所定値より小さい黒情報表示時の光出力Ｌは、Ｃレベルである。

黒情報表示時の光出力Ｌは本来ゼロレベルが理想であるが、色分解合成光学系の諸性能及び液晶ライトバルブ１８に用いられている液晶の諸性能により、漏れ光としてＣレベルの光が出力される。前述したように、本実施形態における画像表示装置においては、Ｆ値が大きく、液晶ライトバルブ１８に対する照明光の入射角が小さいので、液晶ライトバルブ１８における漏れ光は少ない。

このとき、画像表示装置のコントラスト比ＣＲは、Ａ／Ｃで定められる。本実施の形態では、漏れ光が少なく黒情報表示時のレベルＣが低いため、コントラスト比ＣＲは大きい。

ここで、カラーバランス（ホワイトバランス）を調整するために、入力信号Ｓがピークになったときの光出力Ｌを抑制してＡ´レベルとなるようにすると、黒情報表示時の漏れ光もＣ´レベルに低下する。これは、本実施形態においては、カラーバランスの調整を、フィルタ１５によって所定の波長帯域の光量を制限することによって行っているためである。このため、黒情報表示時の漏れ光Ｃ´は、カラーバランス調整のためにフィルタ１５によって遮断する光量に応じて低下する。

したがって、本実施形態においては、光出力をＡレベルからＡ´レベルに低下させたとき、黒情報表示時の漏れ光もＣレベルから同じ比率で減少してＣ´レベルとなる。これによって、コントラスト比ＣＲ´＝Ａ´／Ｃ´＝ＣＲとなり、カラーバランス調整のためにピークレベルの光出力を調整してＡ´レベルに低下させても、コントラスト比は維持されることとなる。

図６及び図７は、レンズアレイ１４の後にフィルタ１５及び遮光部材１９を設置した状態を示す正面図及び側面図である。

図６及び図７においては、フィルタ１５をレンズアレイ１４の光軸に直交する一方向について光軸から離れた両側部分に（図中縦方向）配置するとともに、遮光部材１９をレンズアレイ１４の光軸及び前記一方向に直交する他の方向について光軸から離れた両側部分に（図中上側及び下側の部分）横方向に配列した状態を示している。図６（ａ）及び図７（ａ）においては、遮光部材１９はレンズアレイ１４からの出射光の光路外に退避されており、フィルタ１５により色温度の設定がなされるが、遮光部材１９による遮光は行われず、照明光の光度が高い（明るい）状態となっている。

そして、図６（ｂ）及び図７（ｂ）においては、遮光部材１９がレンズアレイ１４からの出射光の光路内に進入されており、フィルタ１５により色温度の設定がなされるとともに、遮光部材１９による遮光が行われ、照明光の光度が低い（暗い）状態となっている。

なお、この図６に示した実施形態においては、遮光部材１９として、光路に対して傾けて配置した遮光板を用いている。この場合において、遮光部材１９を、全波長域の光束を反射するミラーにより構成すれば、遮断した光束が光源側に戻ることがなく、光源及び光源側部品の温度上昇を防ぐことができる。

なお、フィルタ１５や遮光部材１９は、レンズアレイ１４のレンズセグメント単位で減光及び遮光を行うように設置すると、投射画像における色むらが発生しないので好ましい。また、フィルタ１５及び遮光部材１９の挿入位置は、図３においては、第２のレンズアレイ１４の後に限定されず、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４の間に配置しても良い。

これらの実施形態においては、前述のように、フィルタ１５によって、または、フィルタ１５及び遮光部材１９によって、光束の実質的な径が小さくなされ、Ｆ値が大きくなされる。したがって、これら実施形態の画像表示装置においては、図１３（ａ）に示したように、液晶板に対する照明光の入射角度が垂直または小さい状態に対応している。すなわち、これら実施形態においては、前記構成によって、漏れ光が少なく、黒情報表示時の光出力が小さくなされる。

図８は、本実施形態の画像表示装置の構成をより具体的に示す側面図である。

この画像表示装置は、図１（ａ）に示したレンズアレイ方式の画像表示装置について、色分解合成光学系を含めより詳細に示すものである。

この画像表示装置は、光源５１と、この光源５１からの光を一方向に反射するリフレクタ５２と、コリメータレンズ５３と、赤色光及び紫外光カットフィルタ５４と、第１のレンズアレイ５５と、フィルタ５６と、第２のレンズアレイ５７と、コンバイナ５７と、重ね合わせレンズ５９と、コンデンサレンズ６９と、ポラライザ（偏光板）６１と、を有して構成されている。

コリメータレンズ５３は、光の利用効率を高めるように、リフレクタ５２から供給された光を平行光に近づけている。

赤外光及び紫外光カットフィルタ５４は、画像の表示に不要な赤外光及び紫外光を遮断することで、後段の光学系の発熱を防止している。

第１及び第２のレンズアレイ５４，５７及び重ね合わせレンズ５９は、重ね合わせレンズ５９に形成される複数の３次光源像により液晶ライトバルブを重畳照明する重畳照明手段を構成している。

フィルタ５６は、第１及び第２のレンズアレイ５４，４７間に設置され、光軸から遠い光束についてレベルを落とす波長域について遮断し、光軸に近い光束についてはそのまま透過させるように制御する。そして、前記波長域に制限する光束の分量を制限することにより、この画像表示装置のカラーバランス（ホワイトバランス）を調整している。

コンバイナ５８は、後段の偏光光学系における光の利用効率を向上させるため、入射する光をＳ偏光に変換している。

コンデンサレンズ６０は、液晶ライトバルブの照明光が投射レンズの入射瞳方向に入射するようにしている。

ポラライザ６１は、Ｓ偏光のみが透過するように制限している。

また、この画像表示装置は、色分解合成光学系６５と、Ｂ色液晶ライトバルブ６２と、Ｒ色液晶ライトバルブ６３と、Ｂ色液晶ライトバルブ６４と、アナライザ６６と、投射レンズ６７と、を有している。

色分解合成光学系６５は、入射された光をＲＧＢ（３原色）に分解して各色に対応する液晶ライトバルブ６２，６３，６４にそれぞれ入射させるとともに、これら液晶ライトバルブ６２，６３，６４で変調されて反射されたＲＧＢ光を合成する。

色分解光学系６５は、プリズムやダイクロイックミラーを用いて種々の構成が可能であるので具体的な構成は図示を省略する。図の色分解光学系６５のブロックには、ＲＧＢ光が各色の液晶ライトバルブ６２，６３，６４に達するまでの光路のみを示している。

アナライザ（偏光板）６６は、Ｐ偏光のみを透過させる。したがって、液晶ライトバルブ６２，６３，６４で変調を受けていない光はこのアナライザ６６によって遮断される。

投射レンズ６７は、アナライザ６６を透過した光をスクリーンに向けて投射する。

本実施形態においては、光学系のＦナンバーを、例えば２．４として構成することができる。この場合、空間光変調素子（液晶ライトバルブ６２，６３，６４）への入射角は、最大１１．８度になる。ここで、例えば、この画像表示装置から出射されるＢ色の光を５０％減らしたいならば、Ｆナンバーを２．４から３．４にする。このときの空間光変調素子への入射角は、最大８．４度になる。

図９は、図８に示した画像表示装置に、さらに、遮光部材を設けた構成を示す側面図である。

この実施形態においては、前記図８に示した画像表示装置において、第１のレンズアレイ５５及びフィルタ５６の間に、遮光部材１９が設けられている。この遮光部材１９は、前記図６に示したように、光路に対して傾けて配置された遮光板であって、全波長域の光束を反射するミラーにより構成されている。したがって、この遮光部材１９が遮断した光束は、光源側に戻ることがなく、光源及び光源側部品の温度を上昇させることがない。

そして、この実施形態においては、フィルタ５６及び遮光部材１９によって、光束の実質的な径が小さくなされ、Ｆ値が大きくなされ、各液晶ライトバルブに対する照明光の入射角度が垂直または小さい状態となされる。したがって、この実施形態においては、各液晶ライトバルブにおける漏れ光が少なくなされ、黒情報表示時の光出力が小さくなされる。

図１０は、本実施形態の画像表示装置において、遮光部材１９を移動操作する機構を有する構成を示す側面図である。

この画像表示装置は、光源５１と、この光源５１からの光を一方向に反射するリフレクタ５２と、重畳照明手段となる照明光学系６８とを有している。この照明光学系６８は、前述した実施形態と同様に、コリメータレンズ、赤色光及び紫外光カットフィルタ、第１及び第２のレンズアレイ、カラーバランス（ホワイトバランス）調整のためのフィルタ、コンバイナ、重ね合わせレンズ、コンデンサレンズ及びポラライザ（偏光板）等を有して構成されている。

この照明光学系６８からの出射光は、一部を遮光部材１９によって遮断され、色分解光学系６９に入射される。遮光部材１９は、前記図７に示したように、光路に対して傾けて配置された遮光板であって、全波長域の光束を反射するミラーにより構成されている。したがって、この遮光部材１９が遮断した光束は、光源側に戻ることがなく、光源及び光源側部品の温度を上昇させることがない。

色分解光学系６９においてＲＧＢ（３原色）に分解された照明光は、Ｂ色液晶ライトバルブ、Ｒ色液晶ライトバルブ及びＢ色液晶ライトバルブからなる空間光変調素子７０に入射し、この空間光変調素子７０を透過して、色合成光学系７１に入射される。

なお、色分解光学系６９及び色合成光学系７１は、プリズムやダイクロイックミラーを用いて種々の構成が可能であるので具体的な構成は図示を省略する。

色合成光学系７１において合成されたＲＧＢ（３原色）光は、投射レンズ６７に入射され、この投射レンズ６７により、図示しないスクリーンに向けて投射される。

そして、この画像表示装置においては、遮光部材１９を照明光の光軸に直交する方向に移動操作する駆動手段７７が設けられている。この駆動手段７７は、駆動回路７６を介して、制御マイコン（マイクロコンピュータ）７５によって駆動制御される。

また、この制御マイコン７５は、信号処理回路７３及びライトバルブ駆動回路７４を制御している。この信号処理回路７３は、外部より供給される画像信号に基づいて、ライトバルブ駆動回路７４を介して、空間光変調素子７０を制御する。

そして、制御マイコン７５には、リモートコントローラ７９からのリモートコントロール信号を受信するための受光素子７８が接続されている。

なお、これら各ブロック及び光源５１は、電源７２により電源供給されて動作する。

この実施形態の画像表示装置においては、リモートコントローラ７９を操作することにより、受光素子７８、制御マイコン７５及び駆動回路７６を介して、遮光部材１９を、照明光の光軸に直交する方向に移動操作することができる。この画像表示装置においては、遮光部材１９を移動操作することにより、照明光学系６８からの出射光の実質的な径を可変調節することができ、Ｆ値が可変となされ、各液晶ライトバルブに対する照明光の入射角度を調整することができる。このような調整により、各液晶ライトバルブにおける漏れ光を少なくし、黒情報表示時の光出力を小さくすることができる。

なお、前述の実施の形態は、本発明の一具体例を示すもので本発明はこれに限定されない。本発明を逸脱しない範囲で様々な変形等を行うことができることは、本技術分野の専門家には明らかであろう。

本発明の実施形態の画像表示装置の構成を示す図である。 前記画像表示装置のフィルタを示す斜視図である。 レンズアレイ方式の照明系を用いた実施形態において、さらに、遮光部材を備えた実施形態を示す平面図及び側面図である。 ロッドインテグレータ方式の照明系を用いた実施形態において、さらに、遮光部材を備えた実施形態を示す平面図及び側面図である。 各実施形態の画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示すグラフである。 レンズアレイの後にフィルタ及び遮光部材を設置した状態を示す正面図である。 レンズアレイの後にフィルタ及び遮光部材を設置した状態を示す側面図である。 本発明に係る画像表示装置の構成をより具体的に示す側面図である。 前記図８に示した画像表示装置に、さらに、遮光部材を設けた構成を示す側面図である。 本実施形態の画像表示装置において、遮光部材を移動操作する機構を有する構成を示す側面図である。 画像表示装置の概略的な構成を示す図である。 画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示す図である。 画像表示装置における黒情報入力時において、垂直配向の液晶を照明光が透過する時の偏光方向の様子を示す断面図である。

符号の説明

１１ 光源
１２ 反射鏡
１３ 第１のレンズアレイ
１４ 第２のレンズアレイ １５ フィルタ
１６ リレーレンズ
１７ コンデンサレンズ
１８ 液晶ライトバルブ
２１ ガラスロッド
２２ 出射レンズ

Claims (3)

1. 所定の断面積を有する光束よりなる白色光を出射する白色光源と、
   ３原色光をそれぞれ変調する第１〜第３の空間光変調素子と、
   前記白色光源から出射された前記光束を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズに入射するか、又は出射する前記白色光のカラーバランスを調整する第１の調整手段と、
   前記第１の調整手段でカラーバランスを調整された光を３原色に分解して３原色の光を前記第１〜第３の空間光変調素子に入射させ、前記第１〜第３の空間光変調素子で変調された３原色の光を合成する分解合成手段と、
   前記分解合成手段により合成された光を投射する投射手段と、
   を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記集光レンズに入射するか、又は出射する少なくとも一部の光束における白色光の全波長域を遮断する遮光部材と、
   前記遮光部材によって全波長域を遮断する前記白色光の光束の量を調整する第２の調整手段とをさらに設けて構成したことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記白色光源と前記集光レンズの間に、一組のレンズアレイ、ガラスロッド、または、内面反射の角柱ミラーのいずれか一つを設けて構成したことを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載の画像表示装置。

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