JP2006251357A

JP2006251357A - 投射型画像表示装置

Info

Publication number: JP2006251357A
Application number: JP2005067717A
Authority: JP
Inventors: Masato Furuya; 正人古屋
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】観察者の目線の高さやスクリーンを見込む角度により表示画像の色ムラが生ずることがなく、また、各色光の画像を画素レベルで合致させることが高精度に行え、さらに、表示画像のコントラスト比を低下させることなく良好な色再現性を実現できる投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】第１、第２のライトバルブが表示する緑色光画像を空間的にサンプリング点をずらした状態で画像を補間させて結像させる第１の結像光学系と、第３のライトバルブが表示する赤色光画像及び第４のライトバルブが表示する青色光画像を合成して投射しこれらを結像させる第２の結像光学系と、第１、第２の結像光学系からの投射光を合成し各画像をスクリーン上において重ね合わせこれら結像光学系からの投射光をスクリーンに対して互いに等しい入射角度で入射させる色合成手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間光変調素子に対する照明光をこの空間光変調素子によって変調し、この変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させて画像を表示する投射型画像表示装置に関する。

近年、コンピュータ、通信、放送、情報記録メディア等に関する技術進展と並行して、これらにおいて扱われる画像情報を、大画面、かつ、高精細に表示する表示装置（ディスプレイ）ヘの要望が高まっている。このような表示装置としては、投射型画像表示装置が提案されている。この投射型画像表示装置は、例えば、反射型液晶ライトバルブ（ＬＣＯＳ）の如き空間光変調素子に対する照明光をこの空間光変調素子によって変調し、この変調光を投射レンズ等の結像光学系を介してスクリーン上に拡大して結像させて、画像を表示するものである。このような投射型画像表示装置においては、空間光変調素子のピクセルごとに照明光が制御されることにより、照明光の光量や偏光状態についての変調が行われ、画像表示が行われる。このような投射型画像表示装置において、空間光変調素子を照明する照明光を発する光源としては、キセノンランプや超高圧水銀ランプ等の発光管が使用されている。

そして、いわゆる「ハイビジョン」規格を超える超高精細画像を表示する表示装置として、非特許文献１及び非特許文献２には、「デュアルグリーン方式」による投射型画像表示装置が記載されている。この投射型画像表示は、図１３に示すように、「デュアルグリーン方式」の緑色光表示用画像表示部１０１と、赤色光及び青色光表示用画像表示部１０２とを備えている。

緑色光表示用画像表示部１０１は、２枚の空間光変調素子を有しており、これら各空間光変調素子により、緑色光用画像を表示する。これら２枚の空間光変調素子により表示された緑色光用画像は、投射レンズ１０３により、スクリーン１０４上に投射されて結像される。この緑色光表示用画像表示部１０１により表示される画像は、２枚の空間光変調素子が表示する画像を合成したものであるが、各空間光変調素子の画素位置が空間的に水平及び垂直方向に画素ピッチの１／２だけずれた位置となって合成されている。これら各空間光変調素子には、空間サンプリング位置が水平方向及び垂直方向ともに、互いに０．５画素ピッチ分ずれてサンプリングされた画像信号が供給される。その結果、画像のサンプリング点は、水平方向及び垂直方向ともに、１枚の空間光変調素子に対して２倍に倍化され、１枚の空間光変調素子を用いた表示画像に比較して、実質的に水平方向及び垂直方向の解像度が２倍近く向上された画像が表示される。

一方、赤色光及び青色光表示用画像表示部１０２は、２枚の空間光変調素子を有しており、これら各空間光変調素子により、赤色光用画像及び青緑色光用画像をそれぞれ表示する。これら２枚の空間光変調素子により表示された赤色光用画像及び青緑色光用画像は、合成され、投射レンズ１０５により、スクリーン１０４上に投射されて結像される。

この投射型画像表示においては、スクリーン１０４上において、緑色光用画像と、赤色光用画像及び青緑色光用画像とが合成され、カラー画像の表示が行われる。そして、この投射型画像表示においては、緑色光表示用画像表示部１０１が２枚の空間光変調素子によって「画素ずらし」を行って緑色光用画像を表示することにより、人間の視覚特性上、解像度は輝度情報ヘの寄与の大きい緑色光が支配的であることから、表示画像の高解像度化が実現される。

このように、緑色光表示用画像表示部１０１と赤色光及び青色光表示用画像表示部１０２とが別筐体で構成された投射型画像表示において、各表示部１０１，１０２からの投射画像をスクリーン１０４上で重ね合わせて合成する方式としては、一般的に「スタック投影」が採用されている。すなわち、各表示部１０１，１０２は、上下スタックで配置され、スクリーン１０４上において、緑色光用画像と、赤色光用画像及び青緑色光用画像とが重なり合うように、各画像を投射する。

この「スタック投影」においては、各表示部１０１，１０２からの投射画像のスクリーン１０４上における歪や色ずれを抑えるため、各表示部１０１，１０２は、空間光変調素子の法線及び投射レンズの光軸を互いに平行な状態に保つようになされている。そして、各表示部１０１，１０２の少なくともいずれか一方において、空間光変調素子の中心における法線と投射レンズの光軸とを平行のままで相対位置をずらすこと、いわゆる「レンズシフト」によるあおり調整を行うことによって、スクリーン１０４上において、各表示部１０１，１０２からの投射画像が精度良く重なり合うようにしている。
２００２年画像情報メディア学会年次大会（ITE Annual Convention 2002）３−１「走査線４０００本級超高精細画像システム用表示装置の開発」２００２年SID Digest ４６．３「A Wide Projector of ４K×８K pixels」

ところで、前述した従来の投射型液晶表示においては、以下のような問題があった。すなわち、図１３に示したように、「スタック投射」で２台の画像表示装置の画像を合成する場合には、各画像表示部１０１，１０２からの射出光（主光線）のスクリーン１０４に対する入射角度に差が生じるため、例えば、上下スタックの場合、画面の上下において観察者から見た緑色光画像と赤色光及び青色光画像との強度のバランスが崩れ、表示画像において色ムラが発生するという問題がある。特に、表示画像の明るさを向上する目的で、ゲインの高いスクリーンを用いた場合には、指向性が高い（視野角が狭い）ことの影響により、このような色ムラの影響は顕著となる。

図１４は、指向性が高いスクリーンに対して、画像表示部からの出射光（主光線）が異なる入射角度で照射された場合の表示画像の輝度特性の例を示している。この図１４において、曲線Ａは、主光線がスクリーンに対して垂直に入射した場合の視野角特性を示し、曲線Ｂは、主光線がスクリーンに対して垂直からずれた角度で入射した場合の視野角特性を示している。

スクリーン上における表示画像の輝度分布特性は、図１４に示すように、各画像表示部のレンズシフト量に対応した出射光のスクリーンに対する入射角度及び観察者がスクリーンを見込む角度に応じて変化することがわかる。したがって、緑色光表示用画像表示部１０１と赤色光及び青色光表示用画像表示部１０２とが表示する画像は、スクリーン１０４の上下方向に強度分布の不一致が生じるので、これが色むらの原因となる。

このような色ムラは、投射比（投影距離と水平面像サイズの比）の小さい広角投影においては、スタックした２台の画像表示部からの出射光の入射角度差が大きくなるため、より顕著に発生することとなる。さらに、色ムラの見え方は、観察者の目線の高さ（観察位置）やスクリーンを見込む角度にも依存するため、例えば、電気的なシェーディング補正処理での改善にも限界がある。

また、この投射型画像表示においては、レンズシフトした２台の画像表示部が表示する画像の合成を行うため、少なくとも一方の画像表示部は、レンズの光軸から外れた位置において、スクリーンに対する画像の照射を行うこととなる。したがって、スクリーン上における画像の合成においては、このようなレンズシフト量及び方向が、２台の画像表示部で異なることとなる。図１５は、レンズシフト量と表示画像の歪の関係を示している。図１５中の（ｂ）は、レンズシフトがない場合の表示画像を示しており、歪の小さい表示画像が得られる。一方、図１５中の（ａ）は、スクリーンの上下方向にレンズシフトがある場合の表示画像を示しており、上下の画像サイズ（倍率）について歪が発生している。

したがって、この投射型画像表示においては、２台の画像表示部によりスクリーン上に表示される画像の歪が異なった方向性を有しており、画素レベルでの画像合わせ（レジストレーション調整）を高精度で行うのが困難であった。

また、この投射型液晶表示においては、赤色光及び青色光表示用画像表示部１０２における光源からの光の利用効率は、照明系の偏光変化（ＰＳ合成）を適用して向上を図っても、１．５倍程度とすることが限界であった。すなわち、赤色光及び青色光表示用画像表示部１０２における光の利用効率は、２枚の空間光変調素子を備えていることにより光源からの光を高効率で利用できる緑色光表示用画像表示部１０１に比較して、どうしても低いものとなってしまう。

したがって、緑色光表示用画像表示部１０１と赤色光及び青色光表示用画像表示部１０２とで、同一の光源を使用した場合には、白表示のバランス（色度）が緑側にシフトしてしまい、総じて緑色成分が過剰な緑がかった色再現性となってしまうという問題があった。図１６は、ＲＧＢ色座標（ｘ、ｙ）とホワイトバランス調整による白色度点の変位との関係を表した模式図である。この投射型画像表示における光学的な白バランス点は、上述したように、緑色成分が過剰である点Ｗ１となる。

従来、このような色再現性の問題を回避する手段としては、表示対象となる画像信号のうち、緑色光に対応する信号についてピークレべルを絞って駆動する方法が採用されていた。すなわち、緑色光に対応する信号のレべルを下げることにより、図１６に示すように、適正なホワイトバランスＷ２に調整することができる。

しかし、緑色光に対応する信号のレべル調整によって白バランスを最適化する方法においては、緑色光の明るさが下がる一方で、黒表示時の明るさは不変であるため、明暗の明るさ比率であるコントラスト比を低下させる結果となる。特に、視感度の高い緑色光でのコントラストが相対的に低下することは、表示画像の品位に大きく影響することとなる。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、観察者の目線の高さ（観察位置）やスクリーンを見込む角度により表示画像の色ムラが生ずることがなく、また、各色光の画像を画素レベルで合致させること（レジストレーション調整）が高精度に行え、さらに、表示画像のコントラスト比を低下させることなく良好な色再現性を実現できる投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る投射型画像表示装置は、以下の構成のいずれか一を備えるものである。

〔構成１〕
光源から発せられる照明光により照明光学系を介して複数の空間光変調素子を照明しこれら照明光を空間光変調素子によって変調しこれら変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させてカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、緑色光用の画像を表示する第１及び第２の空間光変調素子と、第１及び第２の空間光変調素子により変調された緑色光を合成して投射しこれら各空間光変調素子が表示する画像を空間的にサンプリング点をずらした状態で画像を補間させて結像させる第１の結像光学系と、赤色光用の画像を表示する第３の空間光変調素子と、青色光用の画像を表示する第４の空間光変調素子と、第３の空間光変調素子により変調された赤色光及び第４の空間光変調素子により変調された青色光を合成して投射しこれら空間光変調素子が表示する画像を結像させる第２の結像光学系と、第１の結像光学系からの投射光及び第２の結像光学系からの投射光を合成し第１の結像光学系により結像される画像と第２の結像光学系により結像される画像とをスクリーン上において重ね合わせる色合成手段とを備え、第１の結像光学系からの投射光と、第２の結像光学系からの投射光とは、スクリーンに対する入射角度が互いに等しくなっていることを特徴とするものである。

この投射型画像表示装置においては、第１の結像光学系からの投射光と、第２の結像光学系からの投射光とが、スクリーンに対する入射角度が互いに等しくなっているので、観察者の目線の高さ（観察位置）やスクリーンを見込む角度により表示画像の色ムラが生ずることがない。

また、この投射型画像表示装置においては、各色光の画像を画素レベルで合致させること（レジストレーション調整）が高精度に行える。

〔構成２〕
光源から発せられる照明光により照明光学系を介して複数の空間光変調素子を照明しこれら照明光を空間光変調素子によって変調しこれら変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させてカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、緑色光用の画像を表示する第１及び第２の空間光変調素子と、第１及び第２の空間光変調素子により変調された緑色光を合成して投射しこれら各空間光変調素子が表示する画像を空間的にサンプリング点をずらした状態で画像を補間させて結像させる第１の結像光学系と、第１の結像光学系からの投射光の光量を調整する光量調整手段と、赤色光用の画像を表示する第３の空間光変調素子と、青色光用の画像を表示する第４の空間光変調素子と、第３の空間光変調素子により変調された赤色光及び第４の空間光変調素子により変調された青色光を合成して投射しこれら空間光変調素子が表示する画像を結像させる第２の結像光学系とを備え、光量調整手段により、第１の結像光学系からの投射光の光量を調整することによって、第１の結像光学系により投射される緑色光の光量と第２の結像光学系により投射される赤色光及び青色光の光量との比率によって決まる表示画像におけるホワイトバランスを所定の色度点に調整することを特徴とするものである。

この投射型画像表示装置においては、第１の結像光学系からの投射光の光量が光量調整手段により調整され、緑色光の光量と赤色光及び青色光の光量との比率によって決まる表示画像におけるホワイトバランスが所定の色度点に調整されるので、投射光に比例して黒レベルも低下し、表示画像のコントラスト比を低下させることなく、良好な色再現性を実現できる。

〔構成３〕
構成２を有する投射型画像表示装置において、光量調整手段は、第１の結像光学系からの投射光の光量を減衰させることにより、投射光の光量を調整することを特徴とするものである。

この投射型画像表示装置においては、光量調整手段は、第１の結像光学系からの投射光の光量を減衰させることにより、投射光の光量を調整するので、投射光に比例して黒レベルも低下し、表示画像のコントラスト比を低下させることなく、良好な色再現性を実現できる。

〔構成４〕
構成２を有する投射型画像表示装置において、光量調整手段は、照明光学系を構成するインテグレータの周辺部をトリミングしてＦ値制限を行い、第１の結像光学系からの投射光の光量を減衰させることにより、投射光の光量を調整することを特徴とするものである。

この投射型画像表示装置においては、光量調整手段は、照明光学系を構成するインテグレータの周辺部をトリミングしてＦ値制限を行って投射光の光量を調整するので、投射光に比例して黒レベルも低下し、表示画像のコントラスト比を低下させることなく、良好な色再現性を実現できる。

本発明に係る投射型画像表示装置においては、第１の結像光学系からの緑色の投射光と、第２の結像光学系からの赤色及び青色の投射光とが、スクリーンに対する入射角度が互いに等しくなっているので、観察者の目線の高さ（観察位置）やスクリーンを見込む角度により表示画像の色ムラが生ずることがない。

さらに、本発明に係る投射型画像表示装置においては、第１の結像光学系からの投射光の光量が光量調整手段により調整され、緑色光の光量と赤色光及び青色光の光量との比率によって決まる表示画像におけるホワイトバランスが所定の色度点に調整されるので、投射光に比例して黒レベルも低下し、表示画像のコントラスト比を低下させることなく、良好な色再現性を実現できる。

すなわち、本発明は、観察者の目線の高さ（観察位置）やスクリーンを見込む角度により表示画像の色ムラが生ずることがなく、また、各色光の画像を画素レベルで合致させること（レジストレーション調整）が高精度に行え、さらに、表示画像のコントラスト比を低下させることなく良好な色再現性を実現できる投射型画像表示装置を提供することができるものである。

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

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る投射型画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。

この投射型画像表示装置は、図１に示すように、「デュアルグリーン方式」により緑色光用の画像光を投射する第１の結像光学系である第１の画像表示部１と、赤色光及び青色光用の画像光を投射する第２の結像光学系である第２の画像表示部２とを備えて構成される。

第１の画像表示部１は、空間光変調素子となる第１及び第２の反射型液晶表示パネル（ＬＣＯＳ）Ｇ１，Ｇ２を備え、空間的にサンプリング点のずれた画像を互いに補間させて合成し、緑色光により、図示しないスクリーンに向けて投射するように構成されている。なお、この実施の形態において空間光変調素子として用いている反射型液晶ライトバルブは、高解像化に適している。

図２は、第１の画像表示部１における光学系の構成を示す側面図である。

第１の画像表示部１においては、図２に示すように、光源より発せられ照明光学系を経て、図示しない光学フイルター等により緑色の単色色に波長域制限された円偏光の照明光が、第１の偏光ビームスプリッタ３に入射される。光源としては、例えば、キセノンランプや超高圧水銀ランプ等の発光管が使用される。そして、この照明光は、第１の偏光ビームスプリッタ３の偏光分離面において、互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光Ｌ１，Ｌ３に分離される。

一方の直線偏光光Ｌ１は、第２の偏光ビームスプリッタ４に入射し、この第２の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面により反射され、第１の反射型液晶表示パネルＧ１に入射する。この第１の反射型液晶表示パネルＧ１においては、表示画像の緑色成分に応じて液晶の配向が制御され、入射光を表示画像に応じて変調して反射する。この第１の反射型液晶表示パネルＧ１により光変調された反射光Ｌ２は、第２及び第４の偏光ビームスプリッタ４，５の偏光分離面を透過し、投射レンズ９側に射出される。

一方、第１の偏光ビームスプリッタ３を透過した他方の直線偏光光Ｌ３は、第１の偏光ビームスプリッタ３と第３の偏光ビームスプリッタ６との間に配置された１／２波長板（二分の一波長板）７により偏光方向を９０°回転され、直線偏光光Ｌ４として、第３の偏光ビームスプリッタ６に入射する。この直線偏光光Ｌ４は、第３の偏光ビームスプリッタ６の偏光分離面により反射され、第２の反射型液晶表示パネルＧ２に入射する。この第２の反射型液晶表示パネルＧ２においては、第１の反射型液晶表示パネルＧ１におけると同様に、表示画像の緑色成分に応じて液晶の配向が制御され、入射光を表示画像に応じて変調して反射する。この第２の反射型液晶表示パネルＧ２により光変調された反射光Ｌ５は、第３の偏光ビームスプリッタ６の偏光分離面を透過し、この第３の偏光ビームスプリッタ６と第４の偏光ビームスプリッタ５との間に配置された１／２波長板（二分の一波長板）８により偏光方向を９０°回転される。そして、反射光Ｌ５は、第４の偏光ビームスプリッタ５の偏光分離面により反射され、投射レンズ９側に射出される。すなわち、第１の反射型液晶表示パネルＧ１からの反射光Ｌ２と、第２の反射型液晶表示パネルＧ２からの反射光Ｌ５とは、第４の偏光ビームスプリッタ５の偏光分離面において合成され、投射レンズ９側に射出される。

図３は、第１の画像表示部１において、第１及び第２の反射型液晶表示パネルＧ１，Ｇ２によって表示される画像のそれぞれの画素の位置関係を示す正面図である。

第１及び第２の反射型液晶表示パネルＧ１，Ｇ２により表示される画像は、図３に示すように、それぞれの画素位置が、水平及び垂直方向に画素ピッチの１／２だけずれた位置関係となって合成される。そして、これら各反射型液晶表示パネルＧ１，Ｇ２には、空間サンプリング位置が、水平及び垂直方向とも互いに画素ピッチの１／２だけずれてサンプリングされた画像信号が供給される。そのため、これら各反射型液晶表示パネルＧ１，Ｇ２により合成されて表示される画像のサンプリング点は、水平及び垂直方向に、一の反射型液晶表示パネルにおけるサンプリング数の２倍に倍化され、一の反射型液晶表示パネルによる表示と比較して、実質的に水平及び垂直方向の解像度が２倍近くに向上されている。

図４は、第１の画像表示部１における照明光学系の構成を示す側面図である。

この第１の画像表示部１においては、照明光を偏光方向が互いに直交する方向である直線偏光光に分離し、これらを第１及び第２の反射型液晶表示パネルＧ１，Ｇ２に照射し、これらの反射光を再び合成させるため、照明光学系は、照明光を円偏光（ランダム偏光）の状態で透過させる必要がある。

そのため、この第１の画像表示部１の照明光学系は、図４に示すように、インテグレータとなる一対のフライアイレンズアレイ１０，１１のみによって構成され、照明光の偏光状態に影響しないようになされている。この第１の画像表示部１においては、照明光のうちのいずれの方向の直線偏光成分の光も、第１及び第２の反射型液晶表示パネルＧ１，Ｇ２のいずれかにおいて利用されるため、この照明光について高い利用効率が得られる。

そして、第２の画像表示部２は、図１に示すように、空間光変調素子となる第３及び第４の反射型液晶表示パネル（ＬＣＯＳ）Ｒ，Ｂを備えている。第３の反射型液晶表示パネルＲは、赤色光に対応した画像を赤色光により画像を表示する。また、第４の反射型液晶表示パネルＢは、青色光に対応した画像を青色光により画像を表示する。これら第３及び第４の反射型液晶表示パネルＲ，Ｂにより表示される画像は、合成されて、図示しないスクリーンに向けて投射される。

図５は、第２の画像表示部２における光学系の構成を示す側面図である。

この第２の画像表示部２においては、図５に示すように、光源より発せられ照明光学系において直線偏光に偏光変換された照明光が、クロスダイクロイックミラー１２に入射される。この照明光は、クロスダイクロイックミラー１２において、赤色光成分Ｌｒと青色光成分Ｌｂとが互いに反対方向に反射されて分離される。なお、このクロスダイクロミラー１２を透過する照明光は、遮光部材１３によってカットされる。

赤色光成分Ｌｒは、ミラー１４を経て、第５の偏光ビームスプリッタ１５に入射し、この第５の偏光ビームスプリッタ１５の偏光分離面により反射され、第３の反射型液晶表示パネルＲに入射する。この第３の反射型液晶表示パネルＲにおいては、表示画像の赤成分に応じて液晶の配向が制御され、入射光を表示画像に応じて変調して反射する。この第３の反射型液晶表示パネルＲにより光変調された反射光は、第５の偏光ビームスプリッタ１５の偏光分離面を透過し、クロスダイクロイックプリズム１６に入射する。このクロスダイクロイックプリズム１６は、三角プリズムに波長選択性誘電体多層膜を形成しこれらを貼り合わせた構造のプリズムである。

また、青色光成分Ｌｂは、ミラー１７を経て、第６の偏光ビームスプリッタ１８に入射し、この第６の偏光ビームスプリッタ１８の偏光分離面により反射され、第４の反射型液晶表示パネルＢに入射する。この第４の反射型液晶表示パネルＢにおいては、表示画像の青色成分に応じて液晶の配向が制御され、入射光を表示画像に応じて変調して反射する。この第４の反射型液晶表示パネルＢにより光変調された反射光は、第６の偏光ビームスプリッタ１８の偏光分離面を透過し、クロスダイクロイックプリズム１６に入射する。

ダイクロイックプリズム１６は、赤色光を反射する反射面と青色光を反射する反射面とが垂直に交差されて構成されたプリズムである。このダイクロイックプリズム１６においては、第３の反射型液晶表示パネルＲからの赤色の反射光と、第４の反射型液晶表示パネルＢからの青色の反射光とが合成され、投射レンズ１９側に射出される。

図６は、第２の画像表示部２における照明光学系の構成を示す側面図である。

この第２の画像表示部２においては、照明光学系において、照明光を一定方向の直線偏光光にしておき、この照明光を色分離して第３及び第４の反射型液晶表示パネルＲ，Ｂに照射し、これらの反射光を再び色合成させる。したがって、この第２の画像表示部２の照明光学系は、図６に示すように、インテグレータとなる一対のフライアイレンズアレイ１０，１１と、偏光ビームスプリッタ２０及び波長板２１を短冊状に貼り合わせてなる偏光変換部（ＰＳ合成素子）２２を備えて構成されている。偏光変換部２２は、ランダム偏光の照明光を一定の偏光方向の直線偏光に効率よく変換するので、照明光の光利用率を向上させることができる。この照明光学系における照明光の光利用効率は、偏光変換部２２を用いない場合に比較して、例えば、約１．４倍乃至１．５倍程度に向上される。

そして、この投射型画像表示装置においては、図１に示すように、第１及び第２の画像表示部１，２からの出射光を合成する色合成手段として、クロスダイクロイックプリズム２３を備えている。すなわち、第１の画像表示部１の投射レンズ９からの出射光は、折り返しミラー２５により折り返されて、クロスダイクロイックプリズム２３に入射される。また、第２の画像表示部２の投射レンズ１９からの出射光は、折り返しミラー２５により折り返されて、クロスダイクロイックプリズム２３に入射される。

図７は、この投射型画像表示装置によるスクリーンヘの照射状態を示す側面図である。

クロスダイクロプリズム２３は、緑色光を反射する反射面と赤色光及び青色光を反射する反射面とが垂直に交差されて構成されたプリズムである。このダイクロイックプリズム２３においては、第１の画像表示部１からの緑色の出射光と、第２の画像表示部２からの赤色及び青色の出射光とが合成され、図７に示すように、スクリーン２６側に射出される。これら緑色の出射光と、赤色及び青色の出射光とは、光軸を一致させた状態で、スクリーン２６に対して、同一の入射角度にて照射される。すなわち、第１の画像表示部１から出射光と、第２の画像表示部２から出射光とは、それぞれの光軸がスクリーン２６に対してなす角度が互いに同一となされてスクリーン２６上に照射され、このスクリーン２６上において重ねられて合成される。そして、スクリーン２６上においては、カラー画像の表示が行われる。

この投射型画像表示装置においては、各画像表示部１，２の各投射レンズ９，１９からの出射光がクロスダイクロイックプリズム２３によって合成されてスクリーン２６に照射されるため、これら出射光のスクリーンに対する入射角度が等しい。そのため、この投射型画像表示装置は、スクリーン２６がゲイン（指向性）を有するものであったとしても、色ムラのない高品位な画像表示を行うことができる。

また、この投射型画像表示装置においては、各画像表示部１，２からの各出射光は、光軸が一致された状態でスクリーン２６に照射されるため、スクリーン２６に対するレンズシフトによって生じる画像歪の特性も互いに等しく、レジストレーション精度を高精度に維持することができるので、色ずれのない良好な画像を表示することができる。

なお、この投射型画像表示装置において、折り返しミラー２５，２４を各画像表示部１，２の投射レンズ９，１９にできるだけ近接させて配置するようにすれば、これら折り返しミラー２５，２４及びクロスダイクロプリズム２３の小型化を図ることができる。

また、この投射型画像表示装置における色合成手段は、この実施形態においては、三角プリズムに波長選択性誘電体多層膜を形成しこれらを貼り合わせた構造のクロスダイクロイックプリズム２３となっているが、これに限定されず、波長選択性誘電体多層膜を有する板ミラーを垂直に交差させて構成したクロスダイクロイックミラーとしてもよい。色合成手段としてクロスダイクロイックミラーを用いた場合には、スクリーンにおける水平及び垂直方向について、照射光が透過する部材の実効的な厚さに差が生ずるため、非点収差が発生し、表示画像の縦線成分と横線成分とについての結像点に差が生じる虞れがある。しかし、このクロスダイクロイックミラーは、焦点距離が十分に長い投射レンズの射出側に配置されるため、このクロスダイクロイックミラーをなす板ミラーの板厚を充分に薄くしておけば、このような非点収差の影響は無視できる程度となる。

さらに、これらクロスダイクロイックミラー、または、クロスダイクロイックプリズム２３の入射光側には、必要に応じて、不要反射を抑える反射防止コー卜を施しておいてもよい。

〔第２の実施の形態〕
図８は、本発明に係る投射型画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す側面図である。

この実施の形態においては、各画像表示部１，２の構成は、前述した第１の実施の形態と同様である。そして、この実施の形態においては、色合成手段の構成が、前述した第１の実施の形態とは異なっている。

すなわち、この実施の形態においては、第１の画像表示部１の投射レンズ９からの出射光は、折り返しミラー２４により折り返されて、ダイクロイックミラー２８に側方より入射される。一方、第２の画像表示部２の投射レンズ１９からの出射光は、折り返しミラー２５により折り返され、さらに、折り返しミラー２７により折り返されて、ダイクロイックミラー２８の背面側より入射される。

ダイクロイックミラー２８は、緑色光を反射させ、赤色光及び青色光を透過させる特性を有する波長選択性誘電体多層膜ミラーであり、各入射光に対して４５°の角度となされて配置されている。このダイクロイックミラー２８において、第１の画像表示部１から出射された緑色光が反射され、第２の画像表示部２から出射された赤色光及び青色光が透過されることにより、これら緑色光と、赤色光及び青色光とが合成される。そして、これら緑色光と赤色光及び青色光とは、図示しないスクリーン２６に向けて出射される。

この投射型画像表示装置においては、角度精度が厳しく製造が困難であるクロスダイクロイックプリズムを用いることなく、１つのダイクロイックミラー２８によって色合成が可能であるため、装置構成の簡素化が可能である。また、この投射型画像表示装置においては、表示画像の解像度に対する寄与度が大きい緑色光がダイクロイックミラー２８によって反射される構成となっているので、このダイクロイックミラー２８を透過することにより生ずる非点収差によって表示画像の解像度が劣化することが防止されている。

この投射型画像表示装置においても、各画像表示部１，２の各投射レンズ９，１９からの出射光がダイクロイックミラー２８によって合成されてスクリーン２６に照射されるため、これら出射光のスクリーンに対する入射角度が等しい。そのため、この投射型画像表示装置は、スクリーン２６がゲイン（指向性）を有するものであったとしても、色ムラのない高品位な画像表示を行うことができる。

〔第３の実施の形態〕
図９は、本発明に係る投射型画像表示装置の第３の実施の形態における構成を示す側面図である。

この実施の形態においては、前述した各実施の形態における投射型画像表示装置に対して、緑色光の画像を表示する第１の画像表示部１からの出射光の光量を加減する光量調整手段を設けたものである。そして、第１の画像表示部１からの出射光の光量を加減することにより、第１の画像表示部１からの出力光量と、第２の画像表示部２からの出力光量との比率によって決まる表示画像のホワイトバランスを、光学的に調整、設定することを可能としたものである。

この投射型画像表示装置においては、相対的に高出力である緑色光の光量を制限する手段として、図９中の（ａ）に示すように、第１の画像表示部１の光源ランプ２９は、投入電力が外部から調節可能な電源３０により、発光電力を供給されるようになっている。この電源３０には、投入電力を制御する制御手段（ＰＳ−ＣＴＬ）３１が接続されている。すなわち、この投射型画像表示装置においては、電力制御手段３１により、電源３０を介して、第１の画像表示部１の光源ランプ２９の発光出力を制御することができる。このように、投入電力によって発光出力を安定して制御できる光源ランプとしては、例えば、キセノンランプが好ましい。

なお、第２の画像表示部２の光源ランプ３２は、図９中の（ｂ）に示すように、一定の投入電力の電源３３によって定格電力駆動される。

この投射型画像表示装置においては、緑色が強い傾向となるホワイトバランスを、緑色表示を行う第１の画像表示部１の光源ランプに対する投入電力の制御により調整可能であり、投射光に比例して黒レベルも低下するので、表示画像のコントラスト比を低下させることなく、良好な色再現性を実現することができる。

なお、この実施の形態における光量調整手段は、第１及び第２の画像表示部１，２からの出射光を合成する色合成手段を有しない投射型画像表示装置において使用することとしてもよい。

〔第４の実施の形態〕
図１０は、本発明に係る投射型画像表示装置の第４の実施の形態における構成を示す側面図である。

この実施の形態においては、前述した第１及び第２の実施の形態における投射型画像表示装置に対して、緑色光の画像を表示する第１の画像表示部１からの出射光の光量を加減する光量調整手段を設けたものである。そして、第１の画像表示部１からの出射光の光量を加減することにより、第１の画像表示部１からの出力光量と、第２の画像表示部２からの出力光量との比率によって決まる表示画像のホワイトバランスを、光学的に調整、設定することを可能としたものである。

この投射型画像表示装置においては、相対的に高出力である緑色光の光量を制限する手段として、図１０に示すように、第１の画像表示部１の光源からの照明光の光路中に、緑色光の光量を制限する光減衰用フィルタ３４を配置している。

この投射型画像表示装置においては、各画像表示部１，２における光源ランプは、ともに定格電力駆動とし、光減衰用フィルタ３４により、ホワイトバランスを調整、設定できるようにしている。この投射型画像表示装置においては、光源ランプに対する投入電力の調整によって光量を調整する構成に比較して、経時変化の少ないホワイトバランス設定が可能である。

なお、光減衰用フィルタ３４は、光源と第１の偏光ビームスプリッタ３との間の位置の他に、第４の偏光ビームスプリッタ５と投射レンズ９との間の位置や、投射レンズ９の前方側位置に配置するようにしてもよい。

この投射型画像表示装置においても、緑色が強い傾向となるホワイトバランスを、緑色表示を行う第１の画像表示部１からの出射光量の制限により調整可能であり、出射光量に比例して黒レベルも低下するので、表示画像のコントラスト比を低下させることなく、良好な色再現性を実現することができる。

〔第５の実施の形態〕
図１１は、本発明に係る投射型画像表示装置の第５の実施の形態におけるフライアイレンズの構成を示す側面図である。

図１２は、本発明に係る投射型画像表示装置の第５の実施の形態におけるフライアイレンズの構成を示す正面図である。

この投射型画像表示装置においては、相対的に高出力である緑色光の光量を制限する手段として、図１１及び図１２に示すように、第１の画像表示部１において照明光学系を構成する第１のフライアイレンズアレイ１０に遮光マスク３５を施し、この第１のフライアイレンズアレイ１０の外周部分を透過する照明光をカットして光量調節をするようにしている。

このように、照明光学系においてフライアイレンズアレイ１０の外周部分を透過する照明光をカットすると、空間光変調素子に入射する照明光の入射角度分布が狭くなり、すなわち、照明Ｆ値が大きくなる。このように、照明光のＦ値を制限すると、空間光変調素子における液晶や偏光ビームスプリッタにおける入射光角度依存性が軽減され、照明光の入射角度特性を変えずに明るさを絞った場合に比較して、第１の画像表示部１によって表示される緑色光画像のコントラストをさらに向上させることができる。

そして、この投射型画像表示装置においても、緑色が強い傾向となるホワイトバランスを、緑色表示を行う第１の画像表示部１からの出射光量の制限により調整可能であり、出射光量に比例して黒レベルも低下するので、表示画像のコントラスト比を低下させることなく、良好な色再現性を実現することができる。

本発明に係る投射型画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。前記投射型画像表示装置の第１の画像表示部における光学系の構成を示す側面図である。前記投射型画像表示装置の第１の画像表示部において、第１及び第２の反射型液晶表示パネルによって表示される画像のそれぞれの画素の位置関係を示す正面図である。前記投射型画像表示装置の第１の画像表示部における照明光学系の構成を示す側面図である。前記投射型画像表示装置の第２の画像表示部における光学系の構成を示す側面図である。前記投射型画像表示装置の第２の画像表示部における照明光学系の構成を示す側面図である。前記投射型画像表示装置によるスクリーンヘの照射状態を示す側面図である。本発明に係る投射型画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す側面図である。本発明に係る投射型画像表示装置の第３の実施の形態における構成を示す側面図である。本発明に係る投射型画像表示装置の第４の実施の形態における構成を示す側面図である。本発明に係る投射型画像表示装置の第５の実施の形態におけるフライアイレンズの構成を示す側面図である。本発明に係る投射型画像表示装置の第５の実施の形態におけるフライアイレンズの構成を示す正面図である。従来の投射型画像表示装置の構成を示す側面図である。従来の投射型画像表示装置におけるスクリーン視野角特性を説明するグラフである。従来の投射型画像表示装置における画像歪を説明する正面図である。従来の投射型画像表示装置における色再現性を示す色度図である。

符号の説明

１第１の画像表示部
２第２の画像表示部
９，１９投射レンズ
１０第１のフライアイレンズアレイ
１１第２のフライアイレンズアレイ
２３クロスダイクロイックプリズム
２６スクリーン
２８ダイクロイックミラー
２９，３２光源ランプ
３１電力制御手段
３４光減衰用フィルタ
３５遮光マスク
Ｇ１第１の空間光変調素子
Ｇ２第２の空間光変調素子
Ｒ第３の空間光変調素子
Ｂ第４の空間光変調素子

Claims

光源から発せられる照明光により照明光学系を介して複数の空間光変調素子を照明し、これら照明光を前記空間光変調素子によって変調し、これら変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させてカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、
緑色光用の画像を表示する第１及び第２の空間光変調素子と、
前記第１及び第２の空間光変調素子により変調された緑色光を合成して投射し、これら各空間光変調素子が表示する画像を、空間的にサンプリング点をずらした状態で、画像を補間させて結像させる第１の結像光学系と、
赤色光用の画像を表示する第３の空間光変調素子と、
青色光用の画像を表示する第４の空間光変調素子と、
前記第３の空間光変調素子により変調された赤色光及び第４の空間光変調素子により変調された青色光を合成して投射し、これら空間光変調素子が表示する画像を結像させる第２の結像光学系と、
前記第１の結像光学系からの投射光及び前記第２の結像光学系からの投射光を合成し、該第１の結像光学系により結像される画像と該第２の結像光学系により結像される画像とをスクリーン上において重ね合わせる色合成手段とを備え、
前記第１の結像光学系からの投射光と、前記第２の結像光学系からの投射光とは、前記スクリーンに対する入射角度が互いに等しくなっていることを特徴とする投射型画像表示装置。
光源から発せられる照明光により照明光学系を介して複数の空間光変調素子を照明し、これら照明光を前記空間光変調素子によって変調し、これら変調光を結像光学系を介してスクリーン上に結像させてカラー画像の表示を行う投射型画像表示装置において、
緑色光用の画像を表示する第１及び第２の空間光変調素子と、
前記第１及び第２の空間光変調素子により変調された緑色光を合成して投射し、これら各空間光変調素子が表示する画像を、空間的にサンプリング点をずらした状態で、画像を補間させて結像させる第１の結像光学系と、
前記第１の結像光学系からの投射光の光量を調整する光量調整手段と、
赤色光用の画像を表示する第３の空間光変調素子と、
青色光用の画像を表示する第４の空間光変調素子と、
前記第３の空間光変調素子により変調された赤色光及び第４の空間光変調素子により変調された青色光を合成して投射し、これら空間光変調素子が表示する画像を結像させる第２の結像光学系とを備え、
前記光量調整手段により、前記第１の結像光学系からの投射光の光量を調整することによって、該第１の結像光学系により投射される緑色光の光量と前記第２の結像光学系により投射される赤色光及び青色光の光量との比率によって決まる表示画像におけるホワイトバランスを所定の色度点に調整することを特徴とする投射型画像表示装置。
前記光量調整手段は、前記第１の結像光学系からの投射光の光量を減衰させることにより、該投射光の光量を調整することを特徴とする請求項２記載の投射型画像表示装置。
前記光量調整手段は、前記照明光学系を構成するインテグレータの周辺部をトリミングしてＦ値制限を行い、該第１の結像光学系からの投射光の光量を減衰させることにより、該投射光の光量を調整することを特徴とする請求項２記載の投射型画像表示装置。