JP2006113371A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空間変調素子パターンと、第２の光変調素子に設けられたパターンで生ずるモアレを軽減し、高コントラスト映像を表示することを可能とする。
【解決手段】 表示画像データに基づいて光源からの光を変調して画像を表示する画像表示装置であって、前記光源からの光を変調する規則配列された第１の光変調素子と、前記第１の光変調素子からの光を変調する規則配列された第２の光変調素子と、前記光変調素子で変調された光線を第２の光変調素子に導く照明光学系とを有し、前記照明光学系は、前記第１の光変調素子と第２の光変調素子の間に第１の光変調素子の光線を第２の光変調素子の所定位置に分光照明する光学素子を備え、前記光学素子は、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、前記屈折面は、前記入射光を所定方向へ屈折する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクタ等の画像表示装置に関する。

近年、映像表示装置の高コントラスト化が要求され、高コントラストプロジェクタヘの期待が高まっている。そこで、高画質高コントラストプロジェクタの実現が急務である。
第１の規則配列された空間変調素子と第２の規則配列された空間変調素子の２つの空間変調素子を有する画像表示装置において課題となる特性に、モアレの発生がある。モアレは、２つ以上の規則パターンの重ね合わせで発生する特徴があり、その一方の規則性を光学的に均一化することで、モアレを回避することができ、その解決手段としてローパスフィルタ（ＬＰＦ）を設けたものが提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）。
特許第３５０６１４４号公報 特許第３２３０２２５号公報 特開平８−１２２７０９号公報 特開平５−３０７１７４号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２には、直視型表示装置に関する発明であり、２つの空間光変調装置を用いる表示装置においては、第１の光線強度分布を均一にしつつも、第１の変調光線で変調された光線を第２の空間光変調素子の所定の場所に導くための照明光学系が定められる場合においては、照明光学系で定められるFナンバーにより効果がまばらになり、充分な効果が得られなかったり、プリズムエッジから発生する稜線による回折による影響で第２の空間変調素子に導いた光線がコントラストを低下させる原因となるという問題が有った。

また、特許文献３、特許文献４で定義されているLPFでは前記のような課題が発生することと、更に、回折型光学素子では２次回折、３次回折等の影響で所定の位置以外への照明光でコントラストが低下する。
また、複屈折方式では、偏光成分を伴う照明においては、位相板を組み合わせた後、偏光変換する必要があり、光線利用効率の低下と、構成が複雑となり高価になると共に、表面反射によるコントラストが低下し、問題となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、規則配列された空間光変調素子で変調された映像情報が、投影される第２の光変調素子に規則配置されたパターンが形成されている場合であっても、空間変調素子パターンと、第２の光変調素子に設けられたパターンで生ずるモアレを軽減し、高コントラスト映像が表示できる画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、表示画像データに基づいて光源からの光を変調して画像を表示する画像表示装置であって、前記光源からの光を変調する規則配列された第１の光変調素子と、前記第１の光変調素子からの光を変調する規則配列された第２の光変調素子と、前記光変調素子で変調された光線を第２の光変調素子に導く照明光学系とを有し、前記照明光学系は、前記第１の光変調素子と第２の光変調素子の間に第１の光変調素子の光線を第２の光変調素子の所定位置に分光照明する光学素子を備え、前記光学素子は、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、前記屈折面は、前記入射光を所定方向へ屈折することを特徴とする。

また、前記屈折面は、前記入射光が前記プリズム群を直進した場合の入射位置に隣接する領域へ、前記入射光を導くような向き、及び前記屈折面と光軸に対し略垂直方向に形成される基準面とのなす角度、を有することを特徴とする。
※請求項２と同様の修正となります。

また、前記プリズム群は、第１の方向における断面形状が略台形形状であり、前記第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する２組のプリズム素子からなり、前記２組のプリズム素子は、それぞれ前記長手方向どうしが略直交するように設けられ、前記台形形状の斜面は前記屈折面に対応することを特徴とする。

また、前記プリズム素子は、少なくとも４つの前記屈折面を有し、前記屈折面は、それぞれ異なる向きを有し、前記光学素子は、回折条件を満たさないことを特徴とする。

また、前記プリズム群を形成するプリズム素子の形状は、２以上の形状からなることを特徴とする。

また、前記光学素子の画素移動量は所定方向の画素ピッチに対し、１/２以下であることを特徴とする。

また、前記プリズム群上のプリズム素子数は、前記照明光学系のＦナンバーに基づいて決定されることを特徴とする。
※手段の欄には請求項を記載しないように修正しました。審査段階で請求項の補正を行った際の修正内容を増加させないためです。

以上説明したように、本発明によれば、規則配列された空間光変調素子で変調された映像情報が、投影される第２の光変調素子に規則配置されたパターンが形成されている場合であっても、空間変調素子で変調された光線を分割投影することで、空間変調素子パターンと、第２の光変調素子に設けられたパターンで生ずるモアレを軽減し、高コントラスト映像が表示できる映像表示システムを提供できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る画像表示装置に使用される、規則性を持って配置された変調素子である、光変調素子として、自発光型表示装置（例えば有機ＥＬ光変調素子、ＬＥＤ型光変調素子）の他、光源で発せられた光線を変調する透過型液晶ライトバルブ、反射型液晶ライトバルブ、ティルトミラーデバイスなどを使用することが可能であるが、本発明の実施形態に係る画像表示装置では、透過型液晶ライトバルブを第１の光変調素子および、第２の光変調素子に用いた場合を例として説明する。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成を図１に示す。画像表示装置として本実施形態では、投射型表示装置を例にとり、説明する。
〈第１実施形態〉
図１において、本実施形態に係る投射型表示装置は、光源１０と、光源１０から入射した光の輝度分布を均一化する均一照明手段２０と、均一照明手段２０から入射した光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部１４と、色変調部１４から入射した光をリレーするリレーレンズ１２００と、リレーレンズ１２００から入射した光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調液晶ライトバルブ１００と、輝度変調液晶ライトバルブ１００からから入射した光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ１１０とで構成されている。

光源１０は、高圧水銀ランプ等のランプ１１と、ランプ１１からの出射光を反射するリフレクタ１２とで構成されている。
均一照明手段２０は、２枚のフライアイレンズ２１、２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とで構成されている。そして、光源１０からの光の輝度分布を２枚のフライアイレンズ２１、２２により均一化し、均一化した光を偏光変換素子２３により色変調ライトバルブの入射可能偏光方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ２４により集光して色変調部１４に出射する。
偏光変換素子２３は、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されており、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換する機能を有している。

色変調部１４は、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した第１の光変調素子としての、３枚の透過型液晶ライトバルブ（色変調ライトバルブ）１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂと、８枚のフィールドレンズ４１、４２、５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ、１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂと、２枚のダイクロイックミラー３０、３５と、３枚のミラー３６、４５、４６と、クロスダイクロイックプリズム８０とで構成されている。

透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂは、画素電極およびこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にＴＮ型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリックス型の液晶表示素子である。
透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂは、電圧非印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。

クロスダイクロイックプリズム８０は、４つの直角プリズムを貼り合わせてなり、その内部には、青色光を反射する誘電体多層膜８１および赤色光を反射する誘電体多層膜８２が断面Ｘ字状に形成されている。これら誘電体多層膜８１、８２によってＲＧＢ３原色の光を合成することができる。

まず、均一照明手段２０からの光をダイクロイックミラー３０、３５により赤色、緑色および青色のＲＧＢ３原色に分光するとともに、フィールドレンズ４１、４２およびミラー３６、４５，４６を介して透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂに入射する。そして、分光したＲＧＢ３原色の光の輝度を各透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂにより変調し、変調したＲＧＢ３原色の光をクロスダイクロイックプリズム８０により合成してリレーレンズ１２００に出射する。

リレーレンズ１２００は、クロスダイクロイックプリズム８０で合成された光を第２の光変調素子としての透過型液晶ライトバルブ（輝度変調液晶ライトバルブ）１００の方向へ投写する。図１に示すリレーレンズ１２００中には、絞りの共役位置である瞳位置にローパスフィルタであるプリズム群２５が配置されている。プリズム群２５は、第１の光変調素子（色変調液晶ライトバルブ）１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂと第２の光変調素子（輝度変調液晶ライトバルブ）１００との間の光路中に設けられている。プリズム群２５の構成の詳細については、後述する。
輝度変調液晶ライトバルブ１００は、上述した色変調液晶ライトバルブ１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂと同等のもので、入射した光の全波長領域の輝度を変調して投射レンズ１１０に出射する。

図２は、第１の光変調素子である透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒにおける周期構造を示している。透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒの液晶パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入している。液晶層の光入射側には、遮光のためのブラックマトリックス部６２が設けられている。ブラックマトリックス部６２は、図１における超高圧水銀ランプ等のランプ１１から入射したＲ光を遮光することにより、第２の光変調素子３０側へ射出しない。また、ブラックマトリックス部６２に囲まれている矩形状の領域は開口部６１を形成する。

開口部６１は、ランプ１１からのＲ光を通過させる。開口部６１を透過するＲ光は、基板及び液晶層を透過する。透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒに入射したＲ光は、液晶層において偏光成分が変調される。このように、投写された画像における画素を形成するのは、液晶層で変調されて開口部６１を透過した光である。開口部６１は、画素を形成する光を透過する画素部である。空間光変調装置として機能する透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒには、画素部である開口部６１が複数、行列状に配列されている。

透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒは、開口部６１と、開口部６１の周辺のブラックマトリックス部６２とからなる矩形の周期領域が配列されているとみなすことができる。隣接する周期領域は、隙間なく周期的に繰り返して配列している。
このように、空間光変調装置として機能する透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒは、変調光の射出側に、規則性を持ったパターンの周期構造を有する。なお、透過型液晶ライトバルブ１６０Ｇ、１６０Ｂの構成は、いずれも透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒと同様である。

透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂは、いずれも同様の構成を有することから、各透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂの開口部６１からの光は、ちょうど重なり合うようにして投写される。そのため、プリズム群２５を設けない場合、各透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂからの光により、周期領域が繰り返し配列するパターンの像がそのまま第２の光変調素子１００に形成される。以下、本発明の構成は、適宜第２の光変調素子１００に投写された投写像を用いて説明を行う。

図３は、プリズム群２５の斜視構成を示している。複数のプリズム素子７１からなるプリズム群２５は、硝子又は透明樹脂からなる透明プレート７０の射出側表面に形成されている。透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒとリレーレンズ１２００内のプリズム群２５とは、図４に示す関係で配置される。理解を容易にするため、図４では、透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒとプリズム群２５とを除く他の構成部の図示を省略している。

一の画素部である開口部６１を透過したＲ光は、円錐形状の発散光となって進行する。そして、このＲ光は、プリズム群２５のうち、少なくとも一部のプリズム群２５に入射する。プリズム群２５は、少なくとも屈折面７２と、平坦部７３とを備えるプリズム素子７１から構成されている。平坦部７３は、開口部６１が形成されている面８０ａに略平行な面である。プリズム素子７１は、いずれも、幅ＰＴ、屈折面７２どうしの稜線から平坦面７３までの深さＨが略同一である。従って、プリズム群２５は、複数のプリズム素子７１が一定周期で規則的に配列されて構成されている。

平坦部７３は、開口部６１からのＲ光をそのまま透過させる。また、屈折面７２は、開口部６１からのＲ光を屈折させて透過させる。屈折面７２は、第２の光変調素子３０において、開口部６１像をブラックマトリックス部６２像上へ導くような屈折面７２の向き、及び傾斜角度を有する。屈折面７２は、一の開口部６１からの光をブラックマトリックス部６２像上へ導くような所定方向へ屈折する。この結果、第２の光変調素子３０において、ブラックマトリックス部６２像の領域に重畳的に開口部６１像が形成される。

図５、図６、図７は、開口部６１とプリズム群２５との位置関係を示す平面図である。これらの図において、各プリズム素子７１は、図７に示すように、略正方形形状をしている。そして、図５に示す帯状のブラックマトリックス部６２の中心線ＣＬの方向に対して、図６に示すように各プリズム素子７１の辺部７１ａに沿った方向とが略４５°をなすように構成されている。上述したように、一の開口部６１を透過した光は、複数のプリズム素子７１からなる一部のプリズム群２５へ入射する。

図８は、プリズム群２５を拡大して示した図である。プリズム群２５と第２の光変調素子１００との間の媒質（例えば空気）は屈折率ｎ１、プリズム群２５を構成する部材は屈折率ｎ２を有する場合を考える。また、屈折面７２は、平坦部７３を延長した基準面７３ａに対して角度θとなるように形成されている。以下、角度θを傾斜角度という。リレーレンズ１２００を透過する光のうち、光軸方向の光は、平坦部７３に対して略垂直に入射する。平坦部７３に対して垂直に入射した光は、平坦部７３で屈折作用を受けることなく、そのまま直進して第２の光変調素子１００上に投写像を形成する。

これに対して、屈折面７２に入射した光は、以下に示す条件式を満足するように屈折される。
n1・ｓｉｎβ＝ｎ２・sinα
ここで、角度αは屈折面７２の法線Ｎを基準とする入射角度、角度βは射出角度である。また、プリズム群２５と距離Ｌだけ離れた第２の光変調素子１００において、直進した光の位置と屈折された光の位置との間の距離Ｓは、次式で表される。

Ｓ＝Ｌ×△β
△β＝β−α
このように、屈折面７２のプリズム傾斜角度θを制御することで、第２の光変調素子１００における開口部像６１Ｐの移動量である距離Ｓを任意に設定することができる。また、図８から明らかなように、光線ＬＬ２が屈折される方向は屈折面７２の向きに依存している。換言すると、開口部６１に対して屈折面７２の向きを制御することで、第２の光変調素子１００において開口部像６１Ｐを形成する方向を任意に設定できる。

上述した構成の空間光変調装置（第１の光変調素子）として機能する透過型液晶ライトバルブ１６０Ｒを用いた場合に、第２の光変調素子１００に投写されるＲ光による投写像について図９（Ａ）〜図９（Ｄ）を参照して説明する。図９（Ａ）は、第２の光変調素子１００における一つの周期領域像６３Ｐを示す。プリズム素子７１の平坦部７３に略垂直に入射した光は、平坦部７３で屈折作用を受けずに直進する。直進した光は、第２の光変調素子１００で、周期領域像６３Ｐの中央部に開口部像（直接透過像）６１Ｐを形成する。

次に、プリズム素子７１の屈折面７２ａに入射した光を考える。屈折面７２ａに入射した光は、屈折面７２ａの向き、傾斜角度θ、面積Ｐ１にそれぞれ対応した屈折方向、屈折量、屈折光量による屈折作用を受ける。上述のように、プリズム素子７１は、ブラックマトリックス部６２の中心線ＣＬに対して辺部７１ａが略４５°をなすように構成されている。このため、例えば、屈折面７２ａで屈折された光は、図９（Ａ）で示すように、開口部像（直接透過像）６１Ｐから矢印方向に上述した距離Ｓだけ離れた位置に開口部像６１Ｐａを形成する。なお、以下全ての説明において、リレーレンズ１２００の結像作用による像の上下左右の反転は無いものとする。

同様に、屈折面７２ｂで屈折された光は、図９（Ｂ）で示す位置に開口部像６１Ｐｂを形成する。屈折面７２ｃで屈折された光は、図９（Ｃ）で示す位置に開口部像６１Ｐｃを形成する。屈折面７２ｄで屈折された光は、図９（Ｄ）で示す位置に開口部像６１Ｐｄを形成する。図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、同一の周期領域像６３Ｐについて、各開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄを分けて説明したものである。

実際は、これら４つの開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄが重なって、図１０に示すように投写される。このように、プリズム素子７１は、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを備えることにより、開口部６１の開口部像６１Ｐを４つの開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄに分割して第２の光度調素子１００に投影する。開口部像６１Ｐを複数に分割することで、行列状に開口部６１を配列することによる投写光の周期性を弱めることとなる。また、開口部像６１Ｐを複数に分割することにより、画像における規則的な模様等の周期性を弱めることも可能である。第２の光変調素子１００に入射する投写光の周期性を弱めることにより、周期構造を有する第２の光変調素子１００を用いる場合であっても光の干渉効果が低減される。

このようにして、ローパスフィルタであるプリズム群２５を設けることによって、モアレの発生を低減することができる。第１の光変調素子である透過型液晶ライトバルブ（色変調ライトバルブ）１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂと第２の光変調素子（輝度変調液晶ライトバルブ）１００との間の光路中にプリズム群２５を設ける構成とすることにより、第２の光変調素子１００の構成によらず、光の干渉を低減可能であることから、第２の光変調素子１００は、光の干渉を低減するための構成とする必要が無くなる。

第２の光変調素子１００は、光の干渉を防止可能とするための構造上の制約を受けること無く、精細な画像の表示や、コストの削減が可能な構成とすることができる。これにより、モアレの発生を低減して精細な画像を表示できるという効果を奏する。

特に、本実施形態では、周期領域像６３Ｐ内を隙間なく開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄで埋めている。このように、プリズム素子７１は、プラックマトリックス部像６２Ｐの中心線像ＣＬＰの交点ＣＰａ、ＣＰｂ、ＣＰｃ、ＣＰｄと、開口部像（直接透過像） ６１Ｐの一の角部とが略一致するように、屈折面７２の向き及び傾斜角度θを設定する。このため、第２の光変調素子１００への投写光のムラを低減し、投写光の周期性を低減することができる。

図７に戻って、正方形のプリズム素子７１の一辺は長さＬａ、平坦部７３の一辺は長さＬｂを有するものとする。プリズム群２５のうち一のプリズム素子７１が占める面積Ｌａ×Ｌａを単位面積とする。平坦部７３は面積ＦＳ＝Ｌｂ×Ｌｂを有する。
また、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは各々面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を有する。ここで、平坦部７３を透過して直進した光の光量は、単位面積に占める平坦部７３の面積ＦＳに対応する。

同様に、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄで屈折される光の総光量は、単位面積に占める屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４に対応する。
ここで、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ略同一の大きさとすると、総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＝４×Ｐ１となる。換言すると、平坦部７３又は屈折面７２の面積を制御することで、直進させる光の光量と、屈折させる光の光量を任意に設定できる。

モアレを効果的に低減するためには、平坦部７３を透過して直進した投写像（直接透過像）の光量と、屈折面７２で屈折された投写像の光量とが同等であることが望ましい。例えば、長さＬａ＝１．０、長さＬｂ＝０．７０７とすると、プリズム素子７１の単位面積は１．０（＝１．０×１．０）、平坦部７３の面積ＦＳは０．５＝（０．７０７×０．７０７）となる。また、それぞれ等しい面積を有する４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを合計した総面積（４×Ｐ１）は０．５（＝１．０−０．５）である。このようにプリズム素子７１を設計すると、平坦部７３を透過して直進した光の光量と、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄで屈折した光の総光量とを等しくすることができる。
このように、プリズム面の面積比を所望の比に設計することで光線強度比を自由に設計できる。

ローパスフィルタであるプリズム群２５は、第１の光変調素子（色変調液晶ライトバルブ）１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂと第２の光変調素子（輝度変調液晶ライトバルブ）１００との間の光路中に配置する構成であれば良い。例えば、図１１に示す投射型表示装置のように、クロスダイクロイックプリズム８０の射出面にプリズム群２５を設ける構成としても良い。クロスダイクロイックプリズム８０で合成した各色光をプリズム群２５に入射する構成とすることにより、プリズム群２５を１つにでき、投射型表示装置を簡易な構成にできる。

なお、各第１の光変調素子１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂとクロスダイクロイックプリズム１８との間に、それぞれプリズム群２５を設ける構成としても良い。色光ごとにプリズム群２５を設ける構成とすると、各波長に対応した屈折角度設定を行うことができる。
さらに好ましい実施の形態としては、図１１に示す通り、光路の瞳位置に挿入することで投写光が高密度に集光する位置にローパスフィルタであるプリズム群２５を挿入することでローパスフィルタの小型化と光強度の均一化とを両立できる。

また、光変調素子としては透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。液晶表示装置としては、反射型液晶表示装置を用いても良い。また、他のマイクロデバイスである例えばティルトミラーデバイスであるＤＭＤは、マイクロミラーを行列状に配置する構造を有する。このため、空間光変調装置としてＤＭＤを用いる場合であっても、液晶表示装置を用いる場合と同様にもモアレを低減することができる。また、自発光素子、例えば有機ＥＬ素子を用いる場合も、画素の周期構造に起因するモアレの発生を低減することができる。

図１２は、プリズム群２５を設けることによる投写光の強度分布の変化を説明するものである。図１２に示すグラフは、いずれも縦軸を投写光の強度Ｉ、横軸をＸ方向における距離ｘ（Ｉ、ｘはいずれも任意単位）としている。開口部像６１Ｐの移動量である距離Ｓ（図８参照）は、プリズム群２５の屈折面７２の傾斜角度θにより複数の開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離である。ここで、複数の開口部６１のピッチとは、隣り合う開口部６１の中心位置間の距離をいう。

第２の光変調素子１００においてｘ＝０、２０、４０のそれぞれの位置を中心として画素部である開口部６１の像が３つ配列しているとする。プリズム群２５を設けない場合、投写光Ａ１は、開口部６１像の中心をピークとする強度分布を示す。また、開口部６１像がそのまま第２の光変調素子１００に投影されるため、ブラックマトリックス部６２の像が形成されるｘ＝１０、３０の位置は、投写光の強度Ｉが略ゼロになる。投射光の強度Ｉの最大値と最小値と差△Ｉが大きいほど投写光の周期性が強められ、モアレが発生し易い状態になる。

開口部６１のピッチの略２分の１の距離の位置に開口部６１像を形成するプリズム群２５を設ける場合、開口部６１からの光は、屈折する光と直進する光とに分離される。開口部６１から直進する光Ｂ２の強度は、光Ａ１と比較して、一部の光を分離した分弱められる。プリズム群２５で屈折した光は、半ピッチずれた位置であるｘ＝１０、３０の位置をピークとする強度の光Ｃ２となる。プリズム群２５を直進する光Ｂ２と屈折する光Ｃ２を合わせた光Ａ２は、光Ａ１と比較して強度差△Ｉを小さくすることができる。

開口部６１のピッチの略４分の１の距離の位置に開口部像を形成するプリズム群２５を設ける場合、開口部６１からの光は、直進する光Ｂ３と、４分の１ピッチずれた位置をピークとする光Ｃ３、Ｄ３とに分離される。光Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３を合わせた光Ａ３は、光Ａ１と比較して強度差△Ｉを小さくすることができる。強度差△Ｉを小さくすると、画素構造に起因する投写光の規則性を弱め、第２の光変調素子１００の周期構造における光の干渉を低減できる。
また、投射型表示装置における周期構造と、画像の模様との重なり合いによる光の干渉も低減できる。このように、画素部である開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ開口部６１の投影像を導くようなプリズム群２５を設けることにより、モアレの発生を低減することができる。

ここでは、開口部６１の投影像をＸ方向にシフトする例を用いて説明したが、Ｘ方向に限らず、Ｙ方向についても、開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ開口部６１の投影像を導くこととしても良い。さらに、開口部６１の投影像を斜め方向の位置にシフトする場合において、複数の開口部６１の斜め方向のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ投写像を導くこととしても良い。

プリズム群２５は、プリズム素子７１の屈折面７２の向きや傾斜角度に応じて開口部６１像の位置を適宜設定することができる。例えば、図１３に示すように、開口部像１５１Ｐを矢印で示す斜め４５°方向に距離Ｓだけ離れた位置に分離する。そして、４つの開口部像１５１Ｐａ、１５１Ｐｂ、１５１Ｐｃ、１５１Ｐｄにより新たな開口部像１５０Ｐを形成しても良い。
また、図１４に示すように、開口部像１５２Ｐを距離Ｓだけ離れた位置に分離し、２つの開口部像１５２Ｐａ、１５２Ｐｄを重ね合わせることで新たな開口部像１５３Ｐを形成しても良い。

図１５（Ａ）〜１５（Ｆ）は、プリズム素子の形状の様々なバリエーションの例を示す。例えば、図１５（Ａ）は、屈折面１６１ａと平坦部１６１ｂとを有する台形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１６１を示している。
図１５（Ｂ）は、屈折面１６２ａと平坦部１６２ｂとを有し、台形形状のプリズム素子が隙間無く設けられたプリズム群１６２を示している。
図１５（Ｃ）は、屈折面１６３ａと平坦部１６３ｂとを有し、三角形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１６３を示している。

図１５（Ｄ）は、屈折面１６４ａのみからなるブレーズ型のプリズム群１６４を示している。
図１５（Ｅ）は、平坦部の高さおよびプリズムピッチがランダムであり、プリズムエッジによる回折を発生させる周期性が略無い状態のプリズム群１６５を示している。
また、図１５（Ｆ）は、平坦部は共通の高さであるが、プリズムピッチがランダムであり、回折発生条件である周期性を抑制し回折の影響を低減できるプリズム群１６６を示している。
このように、屈折面の向き、傾斜角度、面積をパラメータとして様々なバリエーションをとることができる。

図１６は、プリズム群の他の形態の一部を拡大した概略構成を示す。プリズム群２１０は、四角錐形状の第１のプリズム素子２１１と、四角錐形状の第２のプリズム素子２１２とから構成されている。第１のプリズム素子２１１は、その一辺が中心線ＣＬに略４５°をなすように形成されている。第２のプリズム素子２１２は、その一辺が中心線ＣＬに略平行となるように形成されている。さらに、第１のプリズム素子２１１と、第２のプリズム素子２１２との周囲には平坦部２１５が設けられている。

図１７に示すように、平坦部２１５を透過した光により、開口部像（直接透過像）２２０Ｐが形成される。そして、第１のプリズム素子２１１の屈折面２１３により、中心線像ＣＬＰに対して４５°方向へ開口部像２１３Ｐが形成される。第２のプリズム素子２１２の屈折面２１４により、中心線像ＣＬＰに平行な方向へ開口部像２１４Ｐが形成される。そして、これらの投写像がブラックマトリックス部６２像を隙間なく埋めるように屈折面の向き、傾斜角度を設定する。
これにより、投写像の強度ムラを少なくすることができる。

また、プリズム群２１０と同様の屈折作用を生じさせるプリズム群の形状は様々な変形をとることができる。例えば、図１８に示すような屈折面２３１と平坦部２３２とを有するプリズム群２３０を用いることもできる。このように、プリズム屈折面と平坦面を所望の面積比で任意の形状で形成することが可能である。

〈第２実施形態〉
次に、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置について説明する。画像表示装置の概略構成は基本的に第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
また、記述した図１９は、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置における、ローパスフィルタとして機能するプリズム群２４０の要部斜視構成を示す。
プリズム群２４０は、２組のプリズム素子２４１ａ、２４１ｂとから構成されている。プリズム素子２４１ａは、第１の方向であるｙ軸方向における断面形状が略台形形状である。また、プリズム素子２４１ａは、第１の方向であるｙ軸方向に略直交する第２の方向であるｘ軸方向に長手方向を有している。

プリズム素子２４１ａのｙ軸方向における断面形状の台形形状のうち、２つの斜面Ｙ１、Ｙ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子２４１ａのｙ軸方向における断面形状のうち、上面Ｙ０は平坦部として機能する。このため、斜面Ｙ１又は斜面Ｙ２に入射した光は、斜面の角度に対応する方向へ屈折する。屈折した光により屈折透過像が形成される。また、上面Ｙ０に入射した光は、そのまま透過する。そのまま透過した光により直接透過像が形成される。

プリズム素子２４１ｂは、プリズム素子２４１ａと同様の構成である。プリズム素子２４１ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、２つの斜面Ｘ１、Ｘ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子２４１ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、上面Ｘ０は平坦部として機能する。そして、２組のプリズム素子２４１ａ、２４１ｂは、それぞれの長手方向どうしが略直交するように設けられている。

本実施形態に係る画像表示装置におけるプリズム群２４０は、プリズム素子２４１ａの平面側と、プリズム素子２４１ｂの平面側とを向かい合わせて固着している。しかし、これに限られず、以下の（１）〜（３）のいずれの構成でも良い。
（１）プリズム素子２４１ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子２４１ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
（２）プリズム素子２４１ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子２４１ｂの平面側とを向かい合わせて固着する構成。
（３）プリズム素子２４１ａの平面側と、プリズム素子２４１ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
なお、図１９ではプリズム面が接する構成で説明しているが、両面が空気と接する構成でもよい。

図２０は、プリズム群２４０による入射光の分岐を示す。図２０において、向かって左側から方側へ向かって入射光ＸＹが進行する。なお、図２０の一部では、説明の便宜上、斜面Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２の符号を用いて光線を特定する。入射光ＸＹは、点線で示すプリズム素子２４１ａにより、斜面で屈折する光線Ｙ１、Ｙ２と、上面をそのまま透過する光線Ｙ０との３つの光線に分岐される。分岐された３つの光線Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２は、さらにプリズム素子２４１ｂにより、それぞれ３つの光線に分岐される。この結果、入射光ＸＹは、９つの光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ０、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２に分岐される。

次に、分岐された９つの光線の投影面における位置を、図２１を用いて説明する。光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像の領域を太い枠で囲って示す。屈折した光による画素部の投影像は、プリズム素子２４１ａ、２４１ｂの長手方向に対してそれぞれ直交する方向へ形成することができる。プリズム群２４０は、２組のプリズム素子２４１ａ、２４１ｂの長手方向どうしが略直交するように構成されている。これにより、光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像の領域の周辺に、８つの光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２による屈折透過像の領域が形成される。図２６では、それぞれの領域に光線の符号を付して示す。また、光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像は、第１の光変調素子（図２、図４、図５）における複数の開口部６１の位置に対応して周期的に隣接して形成される。プリズム群２４０は、プリズム素子２４１ａ、２４１ｂにより、光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像どうしの間の領域に屈折透過像を形成する。これにより、投写光の周期性を低減することができる。

また、プリズム群２４０は、平坦面であるプリズム素子２４１ａの上面Ｙ０、プリズム素子２４１ｂの上面Ｘ０を経由した光強度の総和をＰＷ０、屈折面である斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２を経由した光強度の総和をＰＷ１とそれぞれしたとき、
ＰＷ０≧ＰＷ１
を満足している。なお、ＰＷ０、ＰＷ１は、いずれも第２の光変調素子１００における光強度である。

光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像の光強度の総和は、平坦部である上面Ｙ０、Ｘ０の面積に対応する。また、光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２による屈折透過像の光強度の総和は、屈折面である斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２の面積に対応する。ここで、光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２による屈折透過像の光強度の総和ＰＷ１が、直接透過像の光強度の総和ＰＷ０よりも大きくなってしまうと、観察者は、例えばゴーストのような二重の画像を認識する場合がある。

本実施形態では、ＰＷ０≧ＰＷ１を満足するように構成されている。このため、上記第１実施形態と同様にモアレの発生を低減することができる。
また、好ましくは、ＰＷ０＞ＰＷ１を満足することが望ましい。さらに好ましくは、ＰＷ０＞０．９×ＰＷ１を満足することが望ましい。これにより、画素配列による光強度分布を均一化しつつ元の画素情報を維持できることで、モアレを低減でき、さらに高精細な投写像が得られる。

図２２（Ａ）は、第２の光変調素子１００における投写像の光強度分布を示している。図２２（Ａ）の横幅は第２の光変調素子１００上の位置座標、縦軸は任意の強度単位をそれぞれ示す。説明の簡単のため、図２１に示す直接透過像の領域Ｉと、隣接する直接透過像の領域Ｋと、これらの領域の間の領域Ｊとの３つの領域の略中心を通るＢＢ断面について説明する。即ち、図２２（Ａ）の横軸の符号Ｉで示す部分は図２１の領域Ｉに相当し、符号Ｊで示す部分は図２１の領域Ｊに相当し、符号Ｋで示す部分は図２６の領域Ｋに相当する。

図２２（Ａ）に示すように、第２の光変調素子１００において、平坦部である上面Ｙ０、Ｘ０からの光により形成される第１の光変調素子１６０Ｒにおける開口部６１の投影像の領域Ｉ、領域Ｋの強度分布の第１のピーク値Ｐａは、屈折面である斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２を経由した光により形成される開口部６１の投影像の領域Ｊの強度分布の第２のピーク値Ｐｂよりも大きい。

例えば、第２のピーク値Ｐｂは、第１のピーク値Ｐａの略半分のパワー配分に設定する。この光強度のパワー配分は、プリズム素子２４１ａ、２４１ｂの上面Ｙ０、Ｘ０と、斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２との面積比に応じて制御できる。
さらに、第１のピーク値Ｐａと第２のピーク値Ｐｂとの間の領域については、所定の強度分布曲線ＣＶに応じた光強度となる。これにより、投写光の周期性を低減し、モアレの発生を低減することができる。

光強度分布の変形例を図２２（Ｂ）、２２（Ｃ）、２２（Ｄ）にそれぞれ示す。図２２（Ｂ）において、領域Ｉ、領域Ｋの光強度分布のそれぞれ２つの第１のピーク値Ｐｃは、領域Ｊの第２のピーク値Ｐｄよりも大きい。図２２（Ｃ）において、領域Ｉ、領域Ｋの光強度分布の第１のピーク値Ｐｅは、領域Ｊの２つの第２のピーク値Ｐｆよりも大きい。図２２（Ｄ）において、領域Ｉ、領域Ｋの光強度分布のそれぞれの第１のピーク値Ｐｇは、領域Ｊの第２のピーク値Ｐｇと略同じ大きさである。これらのパワー配分のとき、投写光の周期性を低減し、モアレの発生を低減することができる。

〈第３実施形態〉
次に、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置について説明する。本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の概略構成は、第１実施形態と基本的には同様であるので、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図２３は、本発明の第３実施形態に係る画像表示装置における、ローパスフィルタとして機能するプリズム群２８０の要部断面構成を示す。

プリズム群２８０は、２つの屈折面２８０ａが周期的なＶ字形状の溝を形成している。屈折面２８０ａと光軸ＡＸとの交点で平坦部２８０ｂから最も離れた位置において光軸ＡＸに略垂直方向に形成される基準面２８１と、平坦部２８０ｂとは距離ｄだけ離れている。距離ｄはＶ字形状の溝の深さに対応する。以下、適宜、距離ｄのことを深さｄと呼ぶ。そして、距離ｄは、条件式（１）又は（２）を満足している。
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝ （１）
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝ （２）

ここで、プリズム群２８０を構成する部材の屈折率をｎ、プリズム群２８０へ入射する光の波長をλとそれぞれする。本実施形態では、距離ｄ（深さ）を１１００ｎｍとしている。
Ｖ字形状の溝の深さが条件式（Ａ）、
ｄ＝λ／｛２×（ｎ−１）｝ （Ａ）
の条件を満足すると、プリズム群２８０による回折効果が向上してしまう。

本実施形態では、入射光として超高圧水銀ランプ等のランプ１１からの光のうち可視光領域の光を用いる。例えば、入射光の波長λ＝４８０ｎｍ、プリズム群２８０の屈折率ｎ＝１．４６の場合、条件式（Ａ）より、
ｄ＝４８０／｛２×（１．４６−１）｝
＝５２２ｎｍ
となる。

同様に、入射光の波長λ＝６５０ｎｍ、プリズム群２８０の屈折率ｎ＝１．４６の場合、条件式（Ａ）より、
ｄ＝６５０／｛２×（１．４６−１）｝
＝７０７ｎｍ
となる。

このように、入射光の波長λが４８０ｎｍの場合、Ｖ字形状の溝の深さｄが５２２ｎｍの時に回折光が有効に生じてしまう。また、入射光の波長λが６５０ｎｍの場合、Ｖ字形状の溝の深さｄが７０７ｎｍの時に回折光が有効に生じてしまう。回折光は、周期構造を有する第２の光変調素子１００で光が干渉することにより、モアレを引き起こす場合がある。
本実施形態では、Ｖ字溝の深さｄが回折光を生じさせないこと、又は回折光が生じても観察者が認識しない程度であることが望ましい。

このため、本実施形態では、条件式（１）又は（２）を満足することで、条件式（Ａ）で規定される距離ｄ（深さ）と異ならせることができる。例えば、本実施形態において、波長λ＝４８０ｎｍの場合、条件式（１）より、
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝０．９５×４８０／｛２×（１．４６−１）｝
＝４９６ｎｍ
条件式（２）より、
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝１．０５×４８０／｛２×（１．４６−１）｝
＝５４８ｎｍ
となる。

さらに、波長λ＝６５０ｎｍで、同様の計算を行うと、条件式（１）より、
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝０．９５×６５０／｛２×（１. ４６−１）｝
＝６７１ｎｍ
条件式（２）より、
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝１．０５×６５０／｛２×（１．４６−１）｝
＝７４２ｎｍ
となる。

本実施形態では、上述のように深さｄ＝１１００ｎｍとしている。これにより、何れの波長λにおいても条件式（２）を満足するため、プリズム群における回折光の発生を低減することができる。これにより、モアレの発生を低減することができるという効果を奏する。

本実施形態において、好ましくは、以下の条件式（３）又は（４）を満足することが望ましい。
ｄ＜０．９×λ／｛２×（ｎ−１）｝ （３）
ｄ＞１．１×λ／｛２×（ｎ−１）｝ （４）
さらに好ましくは、以下の条件式（５）又は（６）を満足することが望ましい。
ｄ＜０．７×λ／｛２×（ｎ−１）｝ （５）
ｄ＞１．３×λ／｛２×（ｎ−１）｝ （６）
上記条件式（３）〜（６）のいずれかを満足することで、プリズム群２８０からの回折光の強度をさらに小さくすることができる。これにより、さらにモアレの発生を低減することができる。

図２４は、本実施形態の変形例１に係る画像表示装置において、ローパスフィルタとして機能するプリズム群２９０の要部断面構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例では、基準面２９１から平坦部２９０ｂまでの距離ｄ１、ｄ３、ｄ５と、基準面２９１から屈折面２９０ａ上の所定位置までの距離ｄ２、ｄ４、ｄ６と、がそれぞれ非周期的となるように形成されている。基準面２９１は、光軸ＡＸに対し略垂直でありプリズム群２９０が形成されている基板の一方の面である。ここで、屈折面２９０ａ上の所定位置とは、屈折面２９０ａのうち最も基準面２９１に近い位置をいう。

プリズム群２９０により回折光が生ずる構造の一つとして、プリズム素子の周期的な構造を挙げることができる。本実施形態では上述の非周期的な構成により、プリズム素子の周期的構造に起因する回折光の発生を低減することができる。プリズム群における回折光の発生を低減することにより、モアレの発生を低減することができる。また、図１５Ｆに示すような屈折面が形成される溝深さと平坦部のピッチをランダム化する事でも、モアレの原因となる回折光を低減できる。

図２５は、本実施形態の変形例２に係る画像表示装置において、ローパスフィルタとして機能するプリズム群３００の要部斜視構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例では、プリズム群３００のプリズム素子３０１は、略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５の形状に沿って、透明プレート３０２上に配列されている。そして、略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５の数が単位面積ａφあたりに５本である。なお、略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５の数は、単位面積あたり１５本以下であれば良い。プリズム素子３０１は、単位面積あたり１５周回以下の周期で設けられている。単位面積ａφの説明は、後述する。

図２６は、単位面積ａφ近傍の正面図である。略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５に略直交して、略直線Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４、Ｌｂ５、Ｌｂ６の６つの直線が形成されている。直線Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４、Ｌｂ５、Ｌｂ６についても、単位面積あたり１５本以下であれば良い。このように、プリズム群３００のプリズム素子３０１は、略直交する格子状に形成されている。

図２７は、単位面積ａφを説明するための超高圧水銀ランプ等のランプ１１から第２の光変調素子１００までの光路を示す。図２７では、説明の簡便のため、光学系としては、照明系ＩＬＬを構成するランプ１１とインテグレータ１３、及びリレー系ＰＬを構成するリレーレンズ１２００のみを示し、他の色分解光学系などの図示を省略する。また、便宜上、リレーレンズ１２００は、両凸形状の単レンズとして示している。図２７において、リレーレンズ１２００とリレー系ＰＬとは一致している。また、便宜上、第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒを透過する光について示している。

ランプ１１からの照明光はインテグレータ１３に入射する。インテグレータ１３は、ランプ１１からの照明光を重畳させて第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒを照明する。インテグレータ１３からの照明光は、所定の角度分布をもって第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒに入射する。第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒ上の位置ＯＢＪは、様々な入射角度の光により重畳的に照明される。そして、位置ＯＢＪからの光は、照明系ＩＬＬのＦナンバーで空間的に拡がりながらプリズム群３００に入射する。第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒを射出した光は、プリズム群３００を透過してリレーレンズ１２００へ入射する。

第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒの変調面と第２の光変調素子１００とは共役関係にある。このため、第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒ上の位置ＯＢＪは、第２の光変調素子１００上の位置ＩＭＧに結像する。このとき、第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒ上の位置ＯＢＪからの光は、リレーレンズ１２００のＦナンバーと同一、又は小さいＦナンバーの光が、投写レンズ２０により第２の光変調素子１００に投写される。照明系ＩＬＬのＦナンバーとリレー系ＰＬのＦナンバーとは、以下の３通りの関係（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）が考えられる。
（Ｂ） 照明系ＩＬＬのＦナンバー＞リレー系ＰＬのＦナンバー
（Ｃ） 照明系ＩＬＬのＦナンバー＝リレー系ＰＬのＦナンバー
（Ｄ） 照明系ＩＬＬのＦナンバー＜リレー系ＰＬのＦナンバー
※ここの「投写系」という文言は見過ごせなかったため、「リレー系」のように修正いたしました。

何れの関係においても、第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒ上で、照明系ＩＬＬ又はリレー系ＰＬの小さいほうのＦナンバーで規定される角度範囲の光だけが有効に第２の光変調素子１００に投写される。例えば、関係（Ｂ）又は（Ｃ）の場合、次式が成立する。
１／（２ＦＩＬＬ）＝ｓｉｎθａ
ここで、ＦＩＬＬはリレー系ＰＬのＦナンバー、θａは位置ＯＢＪから射出した光の光軸とのなす角度である。

第１の光変調素子（空間光変調装置）１６０Ｒから空間的な拡がり角度θａで射出した光は、プリズム群３００上の円形領域である単位面積ａφを照射する。このように、プリズム群３００上の単位面積ａφからの光は、全てリレーレンズ１２００で第２の光変調素子１００に投写される。また、これに対して、上記関係条件式（Ｄ）の場合、照明系ＩＬＬのＦナンバーで第２の光変調素子１００に有効に投写されるプリズム群３００上の単位面積ａφが規定される。

従って、何れの関係（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）においても、プリズム群３００上の単位面積ａφからの光は、リレーレンズ１２００により有効に第２の光変調素子１００に投写される。上述したように、プリズム群３００により回折光が生ずる構造の一つとして、プリズム素子の配列の周期的な構造を挙げることができる。本変形例では、プリズム群３００が単位面積ａφあたりに略直線Ｌａ１〜Ｌａ５、Ｌｂ１〜Ｌｂ６の形状に沿って配列されている。このため、略直線の数が単位面積ａφあたりに１５本以下である。これにより、プリズム素子の配列の周期的構造に起因する回折光の発生を低減し、モアレの発生を低減することができる。
また、プリズム素子は、単位面積ａφ内に少なくとも１周期以上好ましくは、３周期以上の周期で設けることで、略均一な画像を得ることができる。

さらに、単位面積ａφあたりの、所定の方向に屈折させる屈折面７２の面積の総和、及び平坦部７３の面積の総和は、何れの単位面積においても同一の値としても良い。これにより、投写される画像は回折光が低減され、かつ、プリズム群３００から所定距離だけ離れた第２の光変調素子１００において、ブラックマトリックス部６２の投影像の領域に重畳的に開口部６１の投影像が形成される。従って、第２の光変調素子１００への投写光のムラを低減し、投写光の周期性を低減することができる。

図３２を参照してローパスフィルタとして機能するプリズム群を構成するプリズム群の形態を更に説明すると、照明光学系で規定される直径φで規定される領域を単位面積φＳとした場合、図３２に示す領域φＳ内には、上、下、左、右、に屈折させるプリズム素子２３１０と右上、右下、左上、左下の四方向に屈折させるプリズム素子２３１１が配置され、領域ＭＳ内に所定の割合で配置されている。このように異なったプリズム素子を、複数個配列することで透過光線の回折を回避しつつ、領域ＭＳ内で光線を所定の方向に所定の比率で所定の方向に屈折させることができる。
このとき図３２に示す任意の直線の１つである、直径φに接するプリズム素子は２個であり、この直径直線（矢印線）上での回折の原因となりうる矢印線に垂直なプリズム素子の境界のエッジ数は４である。

次に、図３３を参照して別のプリズム群を構成するプリズム群の形態を更に説明すると、照明光学系で規定される直径φで規定される領域を単位面積φＳとした場合、図３３に示す領域φＳ内の矢印方向のプリズム素子の周期数は４であり、回折の原因となりうる矢印線に垂直なプリズム素子の境界のエッジ数は１１である。
このように単位面積内の任意の直径直線上にプリズム素子が少なくとも１個（周期）以上配置されることが望ましい。これにより、第２の光変調素子１００に入射する光線の均一化が図れ、モアレを有効に低減することができる。

また、単位面積内の直径直線に垂直なプリズム素子の境界のエッジ数は５０以下であることが望ましい。照明光学系で定められる単位面積内の直径直線に垂直なプリズム素子の境界のエッジ数が５０以下であることにより、プリズム群のエッジ部で発生する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。
更に、照明光学系で定められる単位面積内の直径直線に略垂直なプリズム素子の境界のエッジ数は３０以下であることが望ましい。
これにより、さらにプリズム群のエッジ部で発生する回折の影響を抑制し、回折光によるコントラストの低下を低減することができる。

更に好ましくは、照明光学系で定められる単位面積内の直径直線に垂直なプリズム素子の境界のエッジ数は１５以下であることが望ましい。
これにより、更に高品質な画像を記録可能な画像表示装置を得られる。更に好ましくは、エッジ数は１０以下である。また、図３２に示すような、異なった方向に導く屈折面を備えるプリズム２３１０およびプリズム２３１１をφＳ内に織り交ぜて配置することにより、φＳ内の任意の直径の線上で交わる略垂直なプリズムエッジの数が抑制できることから、プリズムエッジに起因する回折を抑制し高コントラストの映像表示が可能となる。

図２８（Ａ）は、プリズム群３３０を硝子で構成する場合の要部断面構成を示す。この場合、深さｄ１＝約３０ｎｍ、基準面３３１に対する角度θ１＝約０．０６°である。また、図２８（Ｂ）は、プリズム群３３０をアクリル又はゼオネックス（商品名）で構成する場合の要部断面構成を示す。プリズム群３３０上には、さらに光学的に透明な樹脂基板３３２と硝子基板３３３とを形成する。この場合、深さｄ２＝約１μｍ、角度θ２＝約０．９７°である。このように、図２８（Ａ）の構成に比較して、深さ、角度ともに大きくなるため、プリズム群３３０の製造が容易となる。

図２９は、本実施形態の変形例３に係る画像表示装置において、ローパスフィルタとして機能するプリズム群３４０の要部断面構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例のプリズム群３４０は、３つのプリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを交互に配列して光学的接着剤で固着して構成されている。図３０に示すように、プリズム素子３４１ａ、３４１ｃは、互いに屈折面３５１ａ、３５２ｃの傾斜する方向が反対に形成されている帯状のプリズム素子である。また、プリズム素子３４１ｂは、平坦部３５１ｂが形成されている平行平板である。そして、プリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを一組として、複数の組を配列してプリズム群３４０を構成する。さらに、プリズム群３４０を略直交する２方向に重ねて設ける。これにより、平坦部３５１ｂと、略直交する２方向に屈折させる屈折面３５１ａ、３５１ｃとを有するプリズム群と同様の機能を有する。

本変形例では、略平板状のプリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを製造すれば良い。このため、極めて簡便にプリズム群３４０を製造することができる。また、単位面積ａφあたりに、プリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを１５本以下配列することで、回折光を低減できる。

図３１は、本実施形態の変形例４に係る画像表示装置における、ローパスフィルタとして機能するプリズム群３６０の要部上面構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例のプリズム群３６０は、プリズム素子３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃの位置、深さ、がそれぞれ非周期（ランダム）に単位面積ａφ内に配列されている。これにより、回折光を低減できる。

また、単位面積ａφあたりの、所定の方向に屈折させる屈折面３６２の面積の総和、及び平坦部３６３の面積の総和は、何れの単位面積ａφにおいても同一の値としても良い。
なお、本発明は、本発明の各実施形態で述べた各構成に限られない。プリズム群が、回折光を生じさせない構成、又は回折光を生じていても観察者が認識しない構成は、本発明の各実施形態の構成を任意に組み合わせる構成でも良い。

（プリズム群の製造方法）
次に、図３に戻ってプリズム群７１の製造方法を説明する。プリズム群７１は、射出側防塵透明プレート７０の射出面に一体的に形成されている。射出側防塵透明プレート７０は、透明な平行平板硝子である。平行平板硝子の一方の面にプリズム群７１をフォトリソグラフィ技術により形成する。具体的には、フォトレジスト層を平行平板硝子上に、グレースケール法を用いて所望のプリズム形状、例えば四角錐形状となるようにパターニングしてマスクを形成する。そして、ＣＨＦ３等のフッ素系ガスを用いたＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）法によりプリズム群７１を形成する。

また、プリズム群７１は、フッ酸を用いるウェットエッチング法によっても形成することができる。このように、一方の面にプリズム群７１が形成された平行平板硝子である射出側防塵透明プレート７０は、液晶パネルの製造工程において、最も射出側に組み込まれる。

さらに、プリズム群７１の他の製造方法を説明する。平行平板硝子の一方の面に光学エポキシ樹脂を塗布する。次に、所望のプリズム形状とは凹凸が反転しているパターンを有する金型を準備する。そして、この金型をエポキシ樹脂に押圧することで型転写する。最後に、紫外線を光学エポキシ樹脂に照射して硬化させて、プリズム群７１を形成する。

また、型転写する場合に他の方法を採用することもできる。平行平板硝子を加熱して型転写に必要な程度に軟化させる。そして、軟化した平行平板硝子の一方の表面に、上述の金型を押圧させて型転写する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群７１を形成できる。

なお、プリズム群７１は、射出側防塵透明プレート７０に一体的に形成する場合に限られない。例えば、所望のプリズム形状のプリズム群７１をホットプレス法で別途パターンシートとして製造しておく。そして、パターンシートを必要な大きさに裁断する。次に、裁断されたパターンシートを平行平板硝子の射出面側に光学的に透明な接着剤を用いて貼付する。これによっても、平行平板硝子にプリズム群７１を形成できる。

さらに好ましくは、プリズム群７１の表面に塵等が付着することを防止することが望ましい。このために、プリズム群７１の射出側面に対して低屈折率の透明樹脂等からなるコーティング層を形成する。例えば、プリズム群７１は屈折率ｎ＝１．５６の光学エポキシ高屈折率樹脂で形成する。コーティング層は、例えば屈折率ｎ＝１．３８の光学エポキシ低屈折率樹脂で形成する。また、プリズム群７１を構成する部材の屈折率と、コーティング層の屈折率とを略一致させることもできる。これにより、屈折面２５の製造誤差のばらつき等に起因する屈折された光の第２の光変調素子１００上での位置ずれを低減できる。

（波長とプリズム素子形状との関係）
上記説明では、Ｒ光を代表例に説明しているが、Ｇ光に関する第２色光用空間光変調装置の液晶パネル、Ｂ光に関する第３色光用空間光変調装置の液晶パネルについても基本的な構成は、Ｒ光の場合と同一である。具体的には、第１の光変調素子である第１色光用空間光変調装置と、第２色光用空間光変調装置と、第３色光用空間光変調装置とが、それぞれ屈折部であるプリズム群を有している。

ここで、屈折面で屈折する角度は、光の波長により異なる。このため、第２の光変調素子において、屈折して投写される像の位置を正確に制御する場合は、屈折される光の波長を考慮することが望ましい。例えば、光源部である超高圧水銀ランプは、発光スペクトル分布を有する。の横軸は波長、縦軸は任意の強度で示した場合。そして、輝線スペクトルのピーク波長が略４４０ｎｍ近傍の光をＢ光、略５５０ｎｍ近傍の光をＧ光として用いる。また、光量積分値の中央波長である略６５０ｎｍ近傍の光をＲ光として用いる。これらの波長の光が、屈折面で屈折されたときに、第２の光変調素子上で所定の投写像を形成するように、屈折面の傾斜角度θ等を制御する。これにより、第２の光変調素子上で、色ずれの少ない高品質な画像を得ることができる。

（数値例）
具体的には、図８で示すプリズム素子のピッチＰＴを１ｍｍとした場合最適高さ（深さ）Ｈは、略１．７μｍである。

さらに、液晶パネルの射出側面、例えば石英基板面上にそれぞれプリズム群を形成した場合、プリズム素子の傾斜角度θについて数値例を掲げる。例えば、第２の光変調素子上における移動量である距離Ｓ＝８．５μｍとする。この時、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光における各プリズム素子の傾斜角度θは、それぞれ０．３１°、０．３１°、０．３０°である。各色で傾斜角度が異なるのは、上述したように、プリズム群を構成する部材の屈折率は、波長に依存して異なるためである。
また、各色用のプリズム群を、クロスダイクロイックプリズムの各色光の入射面に設ける場合は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光における各プリズム素子の傾斜角度θは、それぞれ０．１０°、０．１０°、０．０９９°である。

このように、傾斜角度θは小さい値であるため、例えば、切削加工でプリズム群を形成する場合は困難なことがある。そこで、プリズム群の界面にプリズム群を構成する部材の屈折率と近い屈折率を有する材料をモールドで形成する。
これにより、傾斜角度θを大きくして、プリズム群を製造容易にすることができる。

例えば、プリズム群を構成する部材とモールドする材料との屈折率差を０．３とする。この時、液晶パネルの射出側面上にそれぞれプリズム群を形成した場合、第２の光変調素子上における移動量が距離Ｓ＝８．５μｍとして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光におけるその傾斜角度θは、それぞれ１．１６°、１．１７°、１．１８°である。
また、この場合に、各色用のプリズム群を、クロスダイクロイックプリズムの各色光の入射面に設ける場合は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光における各プリズム素子の傾斜角度θは、それぞれ０．３１°、０．３１°、０．３１°である。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の概略構成図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置における第１の光変調素子における周期構造を示す説明図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置におけるプリズム群の斜視構成を示す図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置における第１の光変調素子とリレーレンズに含まれるプリズム群との位置関係を示す説明図。 第１の光変調素子における開口部とリレーレンズに含まれるプリズム群との位置関係を示す平面図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置の第１の光変調素子における開口部とリレーレンズに含まれるプリズム群との位置関係を示す平面図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置の第１の光変調素子における開口部とリレーレンズに含まれるプリズム群との位置関係を示す平面図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置におけるリレーレンズに含まれるプリズム群の拡大図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置における第２の光変調素子に投写される投写像の位置をプリズム素子の屈折面への入射光に応じて分けて示す説明図。 図１に示した本発明の実施形態に係る画像表示装置における第２の光変調素子に投写される投写像がプリズム素子により分割投影された状態を示す説明図。 本発明の第１実施形態の変形例に係る画像表示装置の概略構成図。 第２の光変調素子表面における投写光の強度分布を示す図。 第１の変調素子と第２の変調素子との間の光路中に設けられるプリズム素子の屈折面の向きや傾斜角を変更することにより第２の変調素子上における第１の光変調素子の開口部像位置を適宜、設定できる状態を示す説明図。 第１の変調素子と第２の変調素子との間の光路中に設けられるプリズム素子の屈折面の向きや傾斜角を変更することにより第２の変調素子上における第１の光変調素子の開口部像位置を適宜、設定できる状態を示す説明図。 第１の変調素子と第２の変調素子との間の光路中に設けられるプリズム群のプリズム素子の形状を示す断面概略図。 プリズム群の他の形態を示す概略構成図。 図１６に示すプリズム群のプリズムにより第２の光変調素子上に形成される投写像の位置関係を示す説明図。 プリズム群のさらに他の形態を示す概略構成図。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置におけるプリズム群の要部の斜視構成を示す図。 図１９に示したプリズム群による入射光の分岐状態を示す説明図。 図２０において、分岐された光線の投影面における位置関係を示す説明図。 第２の光変調素子上における投写像の光強度分布の一例を示す図。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置におけるプリズム群の要部断面構成を示す図。 本発明の第３実施形態の変形例１に係る画像表示装置におけるプリズム群の要部断面構成を示す図。 本発明の第３実施形態の変形例２に係る画像表示装置におけるプリズム群の要部斜視構成を示す図。 図２５に示したプリズム群上における単位面積ａφ近傍を示す正面図。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の光源から第２の光変調素子までの光路を示す説明図。 プリズム群を硝子で構成する場合の要部断面構成、及びプリズム群をアクリルまたはゼオネックス（商品名）で構成する場合の要部断面構成を示す図。 本発明の第３実施形態の変形例３に係る画像表示装置におけるプリズム群の要部断面構成を示す図。 図２９に示したプリズム群を構成する各プリズム素子の形状を示す説明図。 本発明の第３実施形態の変形例４に係る画像表示装置におけるプリズム群の要部上面構成を示す図。 ローパスフィルタとして機能するプリズム群を構成するプリズム素子の配列状態の一例を示す説明図。 ローパスフィルタとして機能する他のプリズム群を構成するプリズム素子の配列状態の一例を示す説明図。

符号の説明

１０…光源、１１…ランプ、１２…リフレクタ、１４…色変調部、２０…均一照明手段、２１、２２…フライアイレンズ、２３…偏光変換素子、２４…集光レンズ、２５…プリズム群、３０、３５…ダイクロイックミラー、３６、４５、４６…ミラー、４１、４２、５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ、１７０Ｒ、１７０Ｇ、１７０Ｂ…フィールドレンズ、７１…プリズム素子、８０…クロスダイクロイックプリズム、１００…輝度変調液晶ライトバルブ（第２の光変調素子）、１１０…投射レンズ、１６０Ｒ、１６０Ｇ、１６０Ｂ…透過型液晶ライトバルブ（第１の光変調素子）、１２００…リレーレンズ

Claims (7)

1. 表示画像データに基づいて光源からの光を変調して画像を表示する画像表示装置であって、
   前記光源からの光を変調する規則配列された第１の光変調素子と、
   前記第１の光変調素子からの光を変調する規則配列された第２の光変調素子と、
   前記光変調素子で変調された光線を第２の光変調素子に導く照明光学系とを有し、
   前記照明光学系は、前記第１の光変調素子と第２の光変調素子の間に第１の光変調素子の光線を第２の光変調素子の所定位置に分光照明する光学素子を備え、
   前記光学素子は、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、前記屈折面は、前記入射光を所定方向へ屈折することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記屈折面は、前記入射光が前記プリズム群を直進した場合の入射位置に隣接する領域へ、前記入射光を導くような向き、及び前記屈折面と光軸に対し略垂直方向に形成される基準面とのなす角度、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記プリズム群は、第１の方向における断面形状が略台形形状であり、前記第１の方向に略直交する第２の方向に長手方向を有する２組のプリズム素子からなり、
   前記２組のプリズム素子は、それぞれ前記長手方向どうしが略直交するように設けられ、前記台形形状の斜面は前記屈折面に対応することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の画像表示装置。
4. 前記プリズム素子は、少なくとも４つの前記屈折面を有し、前記屈折面は、それぞれ異なる向きを有し、
   前記光学素子は、回折条件を満たさないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記プリズム群を形成するプリズム素子の形状は、２以上の形状からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記光学素子の画素移動量は所定方向の画素ピッチに対し、１/２以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記プリズム群上のプリズム素子数は、前記照明光学系のＦナンバーに基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像表示装置。
   
   

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