JP2009186567A

JP2009186567A - 画像投射装置

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Publication number: JP2009186567A
Application number: JP2008023846A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yamauchi; 悠山内; Atsushi Okuyama; 奥山　　敦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2028-02-04
Also published as: JP5153371B2

Abstract

【課題】色分解合成だけでは達成できない色再現領域を拡大することができ、しかも投射画像に色ムラの発生が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置を得ること。
【解決手段】画像信号に基づいて制御される第１、２、３の画像表示素子と、光源手段から出射した光束を第１、第２、第３の画像表示素子に入射させる色分解光学系を含む照明光学系と、該第１、第２、第３の画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系とを有する画像投射装置において、該照明光学系は、前記光源手段と前記色分解光学系との間の光路中に色補正フィルターを有し、該色補正フィルターは、ある波長の光に対する透過率が６０％未満であり、かつ前記ある波長の補色成分を含む波長帯の平均透過率が７０％以上９０％以下の範囲内であり、白色表示を行う際、前記第１、第２、第３の画像表示素子を照明する光の光量の比率を適切に設定したこと。
【選択図】図１

Description

本発明は画像投射装置に関し、例えば液晶パネル（画像表示素子）やＤＭＤ等に基づく投射像原画をスクリーン面上に拡大投影するカラープロジェクターに好適なものである。

従来、液晶パネルやＤＭＤ等の画像表示素子に基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした画像投射装置（プロジェクター）が種々と提案されている。

これらのプロジェクターでは、大画面の映像（投射画像）を得るために、ライトバルブ（画像表示素子）に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写している。

このうち赤，緑，青光の３原色光に対応してライトバルブを３つ用いて高輝度，高解像度でかつ色再現性の良好な画像投射装置がよく知られている。

図２３はライトバルブ（液晶パネル）を３つ用いた画像投射装置の構成概略図である。この画像投射装置においては、光源１０１から射出した光束を、放物面リフレクター１０２、第１、２のフライアイレンズ１０３、１０４を用いて被照明面である液晶パネル１０８，１０９，１１０を照明している。この光源からの光で被照明面を照明する照明光学系中には、照明光の偏光方向をＳ偏光に揃える偏光変換素子１０５、コンデンサーレンズ１０６、そして色分解光学系１０７等が配置されている。そして、この照明光学系によって照明された液晶パネル１０８，１０９，１１０によって形成される像は、投射レンズに１１１よりスクリーンＳ上に投射拡大される。

ここで色分解光学系１０７における光学作用を説明する。コンデンサーレンズ１０６から集光した白色光は、ダイクロミラー１１２でＧ光とＲＢ光の２色に分解される。

ここではＧ光がダイクロミラー１１２を透過し、ＲＢ光がダイクロミラー１１２を反射する。ダイクロミラー１１２を透過したＧ光は、偏光板１１３で検光され、第１の偏向分離プリズム１１４を反射し、Ｇ用位相板１１５を透過しＧ用の反射型の画像表示素子１０８を照明する。

Ｇ用の反射型の液晶表示素子１０８で偏光状態をＧ用の画像に基づいて変調された光は、第１の偏光分離プリズム１１４を透過して、第２の偏向分離プリズム１１６を透過して投射レンズ１１１へ至る。

一方、ダイクロイックミラー１１２で反射したＳ偏光のＲＢ光は偏光板１１７で検光され、波長選択性位相板１１８によりＢ光のみＰ偏光に偏光方向を回転することで、Ｒ光とＢ光を互いに異なる偏光方向にしている。Ｒ光は第３の偏光分離プリズム１１９で反射し、Ｒ用位相板１２０を透過しＲ用の反射型の画像表示素子１１０を照明する。

Ｒ用の反射型の液晶表示素子１１０で偏光状態をＲ用の画像に基づいて変調された光は、第３の偏光分離プリズム１１９を透過して、波長選択性位相板１２１で偏光を回転し、第２の偏光分離プリズム１１６を反射し、投射レンズ１１１へ至る。

Ｂ光は第３の偏光分離プリズム１１９を透過し、Ｂ用位相板１２２を透過しＢ用の反射型の画像表示素子を照明する。

Ｂ用の反射型の液晶表示素子で偏光状態をＢ用の画像に基づいて変調された光は、第３の偏光分離プリズム１１９を反射して、第２の偏光分離プリズム１１６を反射し、投射レンズ１１１へ至る。

一般に、画像投射装置において、色分解合成だけでは達成できない色再現領域を実現する場合がある。このとき図２４に示すように、光源１からダイクロイックミラー１１２の間に色補正フィルター１２３を投入して、色再現領域を拡大した画像投射装置が知られている（特許文献１）。

図２４の例では偏光変換素子１０５とコンデンサーレンズ１０６の間に色補正フィルター１２３を配置している。

色補正フィルター１２３は例えば図２５に示す分光透過特性を有するようなものを用いている。この色補正フィルター１２３の分光特性は波長５８０ｎｍ近傍のオレンジ領域をカットしたノッチ部ＮＭと、オレンジ領域の補色に相当するＢＧ帯域のハーフミラー特性部を呈する。

オレンジ部をカットすることで、緑の純度を高めることができ、色再現領域が広がる。しかしオレンジ部をカットすることで白色光の色度座標は、大きくシアン側にずれてしまう、そこでオレンジ領域の補色に相当するＢＧ帯域をハーフミラーにすることで白色光の色度座標の調整を行っている。色補正フィルターのみで、色再現領域の拡大と白色の色度座標調整を行うため、コントラストの低下が少ない。
特開２００４−２１９７２７

従来の色補正フィルターを用いた画像投射装置では、スクリーン面内において色ムラが発生する傾向がある。

一般的に色補正フィルターを投入するモードには、色優先モードやＤ６５モードなどがある。これらのモードは、色補正フィルターを投入しないモードに対して白色の色度座標のｙ値が低い。

図２６にｘｙ色度図におけるマッカダム楕円（１０倍拡大）を示す。図中の楕円内の色は人間にとって同じ色に見えることを意味する。したがって楕円形状の大きい緑部は色度座標が多少変わっても同じ色に見え、逆に緑部に対して楕円形状の小さい赤部、青部は少し色度座標が変わるだけで見える色味も異なる。

色補正フィルターを入れることで、入れる前に対して白色の色度座標が赤青よりになることでスクリーン面内における白色の色度座標ズレが許容できないレベルになってくる場合がある。色補正フィルターを入れることで、白色の色度座標も調整する為に色ムラを補正することができず、画面内にムラが残ってしまう場合がある。

本発明は、色分解合成だけでは達成できない色再現領域を拡大することができ、しかも投射画像に色ムラの発生が少なく、良好なる画質の投射画像が得られる画像投射装置の提供を目的とする。

本発明の画像投射装置は、画像信号に基づいて制御される第１、２、３の画像表示素子と、光源手段から出射した光束を第１、第２、第３の画像表示素子に入射させる色分解光学系を含む照明光学系と、該第１、第２、第３の画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系とを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、前記光源手段と前記色分解光学系との間の光路中に色補正フィルターを有し、
該色補正フィルターは、ある波長の光に対する透過率が６０％未満であり、かつ前記ある波長の補色成分を含む波長帯の平均透過率が７０％以上９０％以下の範囲内であり、
白色表示を行う際、前記第１の画像表示素子が、前記第１の画像表示素子から前記投射光学系に導かれる第１の画像光の光量を、前記第１の画像表示素子を照明する第１の照明光の光量の５０％以上９５％以下になるように調整しており、
白色表示を行う際、前記第２の画像表示素子が、前記第２の画像表示素子から前記投射光学系に導かれる第２の画像光の光量を、前記第２の画像表示素子を照明する第２の照明光の光量の７０％以上９５％以下になるように調整しており、
白色表示を行う際、前記第３の画像表示素子が、前記第３の画像表示素子から前記投射光学系に導かれる第３の画像光の光量を、前記第３の画像表示素子を照明する第３の照明光の光量の９０％以上１００％以下になるように調整していることを特徴としている。

本発明によれば、色ムラの発生が少なく、良好なる画質の画像を投射する画像投射装置を提供することができる。

本発明の画像投射装置は、光源手段１と第１，第２，第３の液晶表示素子（画像表示素子）と、それらの液晶表示素子を照明する照明光学系（照明装置）と、それらの液晶表示素子からの画像光を投射する投射光学系（投射レンズ）とを有している。尚、前述の第１、２、３の液晶表示素子は、外部からの入力された、或いは記憶媒体に記憶された画像信号に基づいて（不図示の制御回路によって）制御（駆動）されている。

照明装置は、光路中から挿脱可能な色補正フィルターと色分解合成光学系を有している。色補正フィルターは１つの波長（例えば５５０ｎｍ〜６００ｎｍ、好ましくは５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの範囲内の１つの波長、好ましくは５ｎｍ以上の波長領域の光）での透過率が６０％未満である。尚、この色補正フィルターは、透過率が６０％未満であればどのような特性でも良く、例えば反射率を４０％以上としても、吸収率を４０％以上としても、反射率と吸収率を足し合わせた値を４０％以上としても良い。

又、１つの波長の補色成分（例えば４２０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲内の１つの波長）を含む波長帯での平均透過率が７０％〜９０％の範囲内で略均一な透過率（ハーフミラー特性）特性を有している。

この他の可視光領域における波長域（波長６００ｎｍ〜７００ｎｍ）では透過率が１００％近いフィルター（透過用のダイクロイックミラー）となっている。

また、更に、第１、２、３の液晶表示素子においては、以下のような電気調整を行っている。

第１の画像表示素子を照明する第１の波長帯（青色光、Ｂ光、波長４２０ｎｍ〜５００ｎｍ、少なくとも４５０ｎｍ〜４８０ｎｍを含む）の光の出力強度（第１の照明光に対する第１の画像光の割合）を５０％以上９５％以下のレベルに電気調整している。

第２の画像表示素子を照明する第２の波長帯（緑色光、Ｇ光、波長５００ｎｍ〜５８０ｎｍ少なくとも５１０ｎｍ〜５４０ｎｍを含む）の光の出力強度（第２の照明光に対する第２の画像光の割合）を７０％以上９５％以下のレベルに電気調整している。

第３の画像表示素子を照明する第３の波長帯（赤色光、Ｒ光、波長５８０ｎｍ〜６５０ｎｍ少なくとも６１０ｎｍ〜６４０ｎｍを含む）の光の出力強度（第３の照明光に対する第３の画像光の割合）を９０％以上１００％以下のレベルに電気調整している。

尚、本実施例は、主に可視光領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ、好ましくは４２０ｎｍ〜６５０ｎｍ）の光に対して機能する色補正フィルターで光量を調節したり、電気調整を行ったりしている。

ここで電気調整とは、例えば第１〜第３の画像表示素子が液晶表示素子（液晶パネル）のときは次のことをいう。

液晶パネルの場合、一般的に電圧のＯＮ−ＯＦＦにより偏光状態を回転あるいは非回転させる事で白黒表示を行っている。例えば黒表示時は電圧０Ｖ、白表示時は電圧１０Ｖとした場合、中間調（灰色）は０Ｖと１０Ｖの間で表すことができる。ここで電気調整とは白表示時に１０Ｖでは無く０〜１０Ｖの間の電圧（例えば８Ｖの電圧）を加え偏光方向を完全に（９０度）回転させず、一部の光のみの偏光方向を回転させる事によって光量を落とすことである。

例えば、第１の画像表示素子が白を表示する場合、通常、第１の画像表示素子は、第１の画像表示素子を照明する光（第１の照明光）の全てを第１の画像光として投射光学系に導くように照明光に対して位相差を付与する。しかしながら、ここでは、第１の画像表示素子を照明する全ての光のうち５０％以上９５％以下の光を投射光学系に導くように、第１の画像表示素子が照明光に対して位相差を付与している。これは、白を表示する場合、全照明光を投射光学系に導くように画像表示素子を制御した場合に投射光学系に導かれる光（全照明光、と考えても良い）の光量の５０％以上９５％を投射光学系に導くようにしている、とも言える。更に以下のようにも言える。第１の画像表示素子を第１直線偏光で照明しており、白を表示したい場合に、通常は全ての照明光を第２直線偏光（画像光）に変換するが、本発明においては照明光の５０％以上９５％以下の光だけを第２直線偏光に変換する。勿論、第１直線偏光を画像光とする（投射光学系に導くように構成する）場合は、この逆であり、照明光の５０％以上９５％以下の光だけを第１直線偏光のまま画像表示素子から出射させる。この電気調整についての説明は、以下の、第２、３の画像表示素子も同じであり、以下に記載する各実施例においても勿論同じである。

尚、本実施例において更に好ましくは、第１の画像表示素子において第１の波長帯の画像光を５０％以上８５％以下のレベルに電気調整すると良い。また、第２の画像表示素子において第２の波長帯に画像光を７０％以上８５％以下のレベルに電気調整すると尚好ましい。更に、第３の画像表示素子において第３の波長帯の画像光を９０％以上１００％以下のレベルに電気調整すると好ましい。

ＤＭＤパネルにおける白黒は、ＤＭＤパネルの表面のミラーの角度によって表現している。白表示ではミラーに入射した光が投射レンズに入射する向き１にチルトさせ、黒表示ではミラーに入射した光が投射レンズに入射しない向き２にチルトさせる。

中間調は上記の向き１と向き２の間にチルトさせることで表せる。

電気調整とは白表示時に向き１と向き２の間にチルトさせ完全に投射レンズに光を入射させず一部投射レンズ外に光を反射させることで光量を落とすことである。この原理を用いて、ＤＭＤパネルを用いる画像投射装置においても、一部の色光の表示において白表示時の光量を故意に落とすことによって、色（白色）のバランスを調整している（色ムラを低減している）。

次に本発明の画像投射装置を各図とともに説明する。

図１は本発明の実施例１の要部概略図である。図中、１は連続スペクトルで白色光を発光する光源（光源手段）である。２は光源１からの光を所定の方向に集光するリフレクターである。

３は第１光束分割部材である。４は第２光束分割部材である。第１光束分割部材３、第２光束分割部材４は、それぞれが複数の微細な光学素子を有するフライアイレンズアレイ（微細な光学素子が２次元的に配列されている）より成っており、光源手段１からの光を複数の光束に分割している。

第１光束分割部材３を第１レンズアレイ、第２光束分割部材４を第２レンズアレイともいう。２３はＵＶＩＲカットフィルターであり、紫外光及び赤外光をカット（遮光）している。２４は光路中から挿脱可能な色補正フィルターである。

５は入射した無偏光光を所定の偏光光に揃えて出射させている偏光変換素子である。６は集光光学系であり、コンデンサーレンズより成っている。各部材２〜６は照明光学系を構成している。

７はダイクロイックミラーであり、Ｇ光を透過し、Ｂ光とＲ光を反射している。２５はトリミングフィルターである。８，９，１０は互いに異なった被照射面に設けた第１，第２，第３の画像表示素子（ライトバルブ）である。

画像表示素子８〜１０は光を反射し、画像変調して画像を表示する順に緑用（Ｇ用）の反射型の液晶表示素子（液晶パネル）、赤用（Ｒ用）の反射型の液晶表示素子（液晶パネル）、青用（Ｂ用）の反射型の液晶表示素子（液晶パネル）である。

１１，１２，１３はそれぞれＧ用、Ｒ用，Ｂ用の位相板（１／４波長板）である。１４は第１の偏光ビームスプリッターである。１５は第２の偏光ビームスプリッターである。１６は第１の偏光板で、１７は第２の偏光板である。１８はＲ光の偏光状態を９０度変換させ、Ｂ光の偏光状態を変換しない色選択性位相板である。１９は第３の偏光板で、２０は第４の偏光板である。２１はＧ用の投射光を反射し、Ｂ用とＲ用の投射光を透過する色合成プリズムである。２２は投射レンズ（投射光学系）である。

各部材７，１１〜２１は色分解光学系を構成している。

次に光学的な作用を説明する。光源手段１から発した光はリフレクター２により所定の方向に反射集光される。

ここでリフレクター２の反射面は放物面形状をなしており、放物面の焦点位置に設けた光源手段１の発光点からの光は放物面形状の反射面で反射した後、対称軸に平行な光束となる。

リフレクター２からの集光光束は、第１レンズアレイ３に入射する。その後、ＵＶＩＲカットフィルター２３、色補正フィルター２４を介し第２レンズアレイ４に入射する。

第１レンズアレイ３は外形状が矩形の正の屈折力を有する微小レンズを複数個マトリックス状に組み合わせて構成されている。そして入射した光束はそれぞれの微小レンズに応じた複数の光束に分割され、かつ集光され、第２レンズアレイ４を経て、マトリックス状に複数の光源像（第１の発光点像）を偏光変換素子５の近傍に形成する。

偏光変換素子５は図２７に示すように偏光分離素子５ａと反射面４ｂと１／２波長板５ｃからなる複数の偏光変換部５ｄをマトリックス状に配列した構成より成っている。

図２７では偏光変換部５ｄを１つだけ示している。マトリックス状に集光する複数の光束はその列に対応した偏光分離面５ａに入射し、透過するＰ偏光成分の光ＬＰと反射するＳ偏光成分の光ＬＳに分割される。

反射されたＳ偏光成分の光は反射面５ｂで反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射し、１／２波長板５ｃを透過し、Ｐ偏光成分と同じ偏光成分に変換され、偏光方向が揃った光として射出する。

偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子５の近傍で集光した後、発散光束として集光光学系（照明光レンズ）６に至る。照明光は偏光変換素子で所定の偏光状態に揃えられ、コンデンサーレンズ６から出射した照明光はダイクロミラー７でＧ光とＲＢ光に分割される。

Ｇ光は偏光板１６で偏光され，偏光ビームスプリッター１４、位相板１１を通過してＧ用の反射型の液晶表示素子８に至る。

Ｒ光とＢ光はトリミングフィルター２５を介し、偏光板１７で偏光され、色選択性位相板１８でＢ光のみ入射状態とは直交する偏光状態に変換される。

Ｒ光は偏光ビームスプリッター１５で反射し、位相板１２を介してＲ用の反射型の液晶表示素子９に至る。

Ｂ光は偏光ビームスプリッター１５を通過して位相板１３を介してＲ用の反射型の液晶表示素子９とは異なる位置のＢ用の反射型の液晶表示素子１０に至る。

Ｇ用反射型の液晶表示素子８で光変調された反射した光は、位相板１１を介し偏光ビームスプリッター１４で反射し、偏光板１９で検光され、色合成プリズム２１で反射して投射レンズ２２に至る。

Ｒ用の反射型の液晶表示素子９で光変調され反射した光は、位相板１２を介し偏光ビームスプリッター１５を通過し、位相板２０を介し色合成プリズム２１を通過して投射レンズ２２に至る。

Ｂ用の反射型の液晶表示素子１０で光変調され反射した光は、位相板１３を介し偏光ビームスプリッター１５で反射し、偏光板２０で検光され、色合成プリズム２１を通過して投射レンズ２２に至る。

色合成プリズム２１で合成された各色の光は投射レンズ２２によって所定面上に設けたスクリーン（被投射面）Ｓに画像として投影される。

本実施例では、照明光の色へ変換する色フィルタータ２４は第１のレンズアレイ３と第２のレンズアレイ４の間に設けている。

図２は、ＵＶＩＲカットフィルター２３の分光特性の説明図である。ＵＶＩＲカットフィルタ２３は、波長４２５ｎｍ以下の光と波長６８０ｎｍ以上の光を照明光からカットしている。

図３はダイクロミラー７の分光特性の説明図である。ダイクロミラー７は、波長５５０ｎｍ〜５８５ｎｍの光を透過し、それ以外の波長の光を反射している。

図４はトリミングフィルター２５の分光特性の説明図である。トリミングフィルター２５は、波長５５０ｎｍ〜５９０ｎｍの光を反射し、それ以外の波長の光を透過している。

これらの光学素子を用いた結果、スクリーンＳに投射される光のＷ（白色光）のスペクトル分布（分光強度、分光分布）は図５に示すような分布となる。又、ＲＧＢ光のスペクトル分布（分光強度、分光分布）は、図６に示すような分布となる。

図５，図６のスペクトル分布による色度座標はｘｙ色度系で
Ｗ＝（０．３０，０．３６）
Ｂ＝（０．１５，０．０４）
Ｇ＝（０．３６，０．６３）
Ｒ＝（０．６５，０．３５）
となる。

図７は本実施例における色補正フィルター２４の分光特性図である。縦軸は透過率Ｔ（割合で表示）である。

実施例の色補正フィルター２４は、光源手段と色分解合成系との間の光路中に配置されている。色補正フィルターは、ひとつの波長の反射率が４０％以上、かつひとつの波長の補色成分を含む波長帯の平均透過率が７０％以上９０％以下の範囲内でハーフミラー特性を有している。

具体的には、本実施例の色補正フィルター２４は光入出射面の両面がコーティングがされている。そして片面がノッチ形状ＮＭの透過部になっている。又逆面が可視光のある波長帯が略均一の透過率より成るハーフミラー部ＨＭになっている。そして、それ以外の波長帯域は透過率が１００％に近い透過帯ＴＭとなるダイクロミラー面である。

ここでノッチ部ＮＭの中心波長は５８０ｎｍであり、この色補正フィルター２４はこの５８０ｎｍを中心とする波長領域の光（オレンジ色の光）に対する透過率が４０％以下（図７においては２０％）である。つまりこの５８０ｎｍを中心とする波長領域の光（オレンジ色の光、１０ｎｍ以上の幅を持つ波長領域の光）の６０％以上（図７においては８０％）を遮光（カット）している。

又、この色補正フィルター２４は、Ｂ光とＧ光（４００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下、前述のオレンジ色の光よりも短波長側の光）に対する透過率（光量）が７０％〜９０％の範囲内（図７においては７５％）である。つまり、Ｂ光とＧ光の１０％以上３０％以下（図７においては２５％）の光を遮光している。

また、この色補正フィルター２４のＲ光、つまり６００ｍ以上６７０ｎｍ以下の波長領域の光（可視光領域のうち前述のオレンジ色の光の波長領域よりも長波長側の光）に対する透過率はほぼ１００％（９８％以上）であり、Ｒ光は実質的に全て透過する。

このような分光特性を持つ色補正フィルター２４と、図５、６に示すようなスペクトル分布を持つ光源を用いた場合に、スクリーンＳに投射される光のＷ（白色）光のスペクトル分布を図８に、ＲＧＢ光のスペクトル分布を図９に示す。

Ｂ光とＧ光の光量が減少するので図８，図９においては相対的にＲ光の光量が増えたようなグラフとなっている。このときの色度座標は
Ｗ＝（０．２９８，０．３１３）
Ｂ＝（０．１５，０．０４）
Ｇ＝（０．３２，０．６７）
Ｒ＝（０．６５，０．３５）
となる。

これによりＧ光の色座標は色域が拡大する方向に補正され、Ｂ光、Ｒ光はほぼ同じ状態が保たれる。

しかし白色座標はターゲットであるＤ６５（０．３１３，０．３２９）から離れている。

そこで本実施例では、第１の画像表示素子を照明する第１の波長帯を５０％以上９５％以下のレベルに電気調整している。又、第２の画像表示素子を照明する第２の波長帯を７０％以上９５％以下のレベルに電気調整している。又、第３の画像表示素子を照明する第３の波長帯を９０％以上１００％以下のレベルに電気調整している。

具体的に本実施例では、反射型液晶表示素子の反射率を前述した電気的方法（電気調整）によりＢ光を８０％、Ｇ光を９０％に調整することで白色座標（白色表示時の画像光の色座標）がＤ６５近傍に位置するように構成する。このときＲ光の反射率は電気的にほぼ１００％である。また、反射型液晶表示素子の反射率とは、液晶表示素子における反射率では無く、液晶表示素子に入射した光に対する、液晶表示素子で反射し、且つ偏光ビームスプリッタや偏光板によって検光（アナライズ）された光の割合を指す。以下に記載する液晶表示素子の透過率についても同様である。

ここでの反射率１００％とは、液晶表示素子の持つ最大の利用効率の値をしめす。

例えば液晶表示素子の最大の利用効率を７０％とすると、反射率５０％とは１の入射照明光に対して０．３５（１×０．７×０．５）の光がスクリーン上に向かうことを意味する。

前記色補正フィルター２４と前記電気調整の効果を合わせる（足し合わせる）と、図１０のような分光特性を持つ色補正フィルターを光路中に挿入したのと同じ効果が得られる。この図１０からもわかるようにＢ帯域とＧ帯域のレベルに段差がある。色補正フィルター２４のハーフミラー部（透過率が略均一（±５％以内）の領域）と電気調整の度合いに自由度を持たせることができるため、できるだけ明るさを損なわず白色の色味調整を行うことができる。

以下にスクリーンＳ上の投射像の色ムラ補正について記す。

一般的に、液晶表示素子の透過率、あるいは反射率の面内ムラがあるため、ＲＧＢ光が合成されてスクリーンＳ上に投影された映像に色ムラが発生する。

本実施例では、スクリーンＳ上に発生した色ムラを電気調整を行う際に補正している。詳しく説明すると、色補正フィルター２４を投入後のスクリーン中心の白色を構成するＲＧＢ光のバランスを基準にする。

例えば図１１のようにＲに対してＢ光が９０％、Ｇ光が１１０％とする点があるとする。その点をスクリーン中心と同様に電気調整で白色座標をＤ６５に調整するときに図１２のようにＢ光、Ｇ光の反射型液晶表示素子の反射率をそれぞれ約９０％、約８０％に調整すれば良い。この結果ムラの量と、電気調整量を合わせて図１３に示すとおりＢ光は８０％、Ｇ光は９０％になり、スクリーン中心値を電気的にＢ光を８０％、Ｇ光を９０％に調整した結果と一致する。

本実施例においては、色補正フィルター２４を光路中に挿入し、且つ電気調整を行うモードにおける白色光の色度座標が以下のような範囲に入るように調整している。

０．２８≦ｘ≦０．３４
０．２９≦ｙ≦０．３６
ここで、上記の範囲をＤ６５近傍と考えても良いし、Ｄ６５の座標を中心とした半径０．２の円、好ましくは半径０．１の円の内側であれば、Ｄ６５近傍（或いはＤ６５）に位置している、と考えても良い。

このように白色の座標を電気で調整する際に調整度合いを変えることでスクリーン上の色ムラも補正し、人間の目にとって色ズレの敏感度の高いＤ６５近傍においてムラが目立たない白色を実現することができる。

本実施例の色補正フィルター２４は反射タイプの光学フィルターより成り、発熱しない。色補正フィルター２４の位置は、図１に示す位置に限定されず、リフレクター１からダイクロミラー７までの白色光の光路であればよい。

このように色補正フィルター２４を光路中より出し入れすることにより簡単に２つの色再現領域を実現できる。色補正フィルター２４がない場合は光量がたくさん投射されるので明るい画像を投射することができる。

さらにこの色補正フィルター２４の光路中からの出し入れと連動して、反射型液晶画像表示素子の駆動法を切り替えたり、照明光の光束を制限する絞りを制御するなどにより、より多くの映像状態を実現することも可能である。

図１４は本発明の実施例２に係る色補正フィルターの分光特性を表わす説明図である。この実施例２の色補正フィルターは、５８０ｎｍを中心とする波長領域の光（オレンジ色の光）に対する透過率が約５％であり、この波長領域の光の９５％を遮光（反射、又は吸収、又は散乱）している。また、Ｂ光とＧ光（４００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下に対する透過率（光量）が８０％であり、Ｒ光に対する透過率はほぼ１００％（９８％以上）である。

このような分光特性を持つ色補正フィルターと、図５、６に示すようなスペクトル分布を持つ光源を用いた場合に、スクリーンＳに投射される光のＷ（白色）光のスペクトル分布を図１６に、ＲＧＢ光のスペクトル分布を図１５に示す。

図１５，図１６のスペクトル分布による色度座標はｘｙ色度系で
Ｗ＝（０．２８８，０．２９６）
Ｂ＝（０．１５，０．０４）
Ｇ＝（０．２８，０．６９）
Ｒ＝（０．６５，０．３５）
となる。

この実施例２においては緑（Ｇ光）の領域をより広く設定する構成となっている。

白色座標は実施例１と同様にＤ６５（０．３１３，０．３２９）からずれていて、電気調整でＢ光を７０％、Ｇ光を９０％に調整することで白色座標をＤ６５に調整している。

なお実施例１と同様にＲ光の反射率は電気的に１００％である。

このような色補正フィルター２４と電気調整の効果を合わせる（足し合わせる）と、図１７のような分光特性を持つ色補正フィルターを光路中に挿入したのと同じ効果が得られる。

この図１７からもわかるようにＢ帯域とＧ帯域のレベルに段差がある。色補正フィルターのハーフミラー部と電気調整の度合いに自由度を持たせることができるため、明るさを出来るだけ損なわず白色の色味調整を行うことができる。

本実施例では、この際に色補正フィルターの投入前のスクリーン上の色ムラの補正も行っている。色むら補正の方法は実施例１と同じである。

色補正フィルターを設ける画像投射装置の照明系は実施例１と同じである。

実施例１，２では反射型の画像表示素子を用いた画像投射装置（プロジェクタ）である。これに対し、実施例３は図１８に示すような透過型の画像表示素子を用いた画像投射装置である。

図１８において、図１に示す部材と同一部材には同符番を付している。６８，６９，７０はそれぞれＧ，Ｂ，Ｒ光用の透過用の画像表示素子である。５７、５８、５９，６０、６１は照明光を各々対応する画像表示素子に導く照明系レンズである。

６２，６３，６４，６５は各々照明光を折り曲げる反射ミラーである。６６は第１のダイクロミラー，６７は第２のダイクロミラーである。７４はトリミングフィルターである。７１は色合成プリズムである。色補正フィルター２４は実施例１と同じ分光特性である。

ＵＶＩＲフィルター２３は図２と同じ分光特性である。

図１９，図２０，図２１は各々第１のダイクロミラー６６、第２のダイクロミラー６７、トリミングフィルター７４の分光特性の説明図である。

反射ミラー６２で反射した白色光のうち第１のダイクロミラー６６でＢ光が透過し、反射ミラー６３、照明光レンズ５８を介し画像表示素子６９へ導かれる。

一方第１のダクロミラー６６で反射したＲ光とＧ光のうち、第２のダイクロミラー６７でＧ光が反射され、照明光レンズ５７を介し画像表示素子６８へ導かれる。又、第２のダイクロミラー６７を透過したＲ光は、反射ミラー６４、照明光レンズ６０、反射ミラー６５、照明光レンズ６１を介し、トリミングフィルター７４で色調整された後、画像表示素子７０に導かれる。

これらの光学素子によりスクリーンＳに投射される光のＷＲＧＢのスペクトル分布は、それぞれ図２２に示すような分光分布となる。

結果として実施例１で示したスペクトル分布（図５）と同様となるので、実施例１，２で示した色補正フィルター２４の効果は変わらない。つまり透過型のプロジェクタにおいても反射型のプロジェクタ同様に本発明は適用できる。

以上のように各実施例によれば、明るい状態と色を重視した状態を切り替えて利用者が目的応じて画像を投影することが可能である。そしてどちらの投影状態においても明るく、コントラストが高く、また色ムラの目立たない画像を得ることができる。

実施例１の光学配置を説明する図図１のＵＶフィルターの特性図図１のダイクロミラーの特性図図１のダイクロミラーの特性図実施例１の色補正フィルターがない状態のスペクトル分布の図実施例１の色補正フィルターがない状態のＲＧＢ別のスペクトル分布の図実施例１の補正フィルターの特性図実施例１の色補正フィルターを投入した状態のスペクトル分布の図実施例１の色補正フィルターを投入した状態のＲＧＢ別のスペクトル分布の図実施例１の色補正フィルターと電気調整の効果を合わせた特性図実施例１のスクリーン上のある点の色ムラを示すモデル図実施例１の色ムラ部の電気調整量を示す図実施例１の色ムラ部の電気調整後のＲＧＢ比を示す図実施例２の補正フィルターの特性図実施例２の色補正フィルターを投入した状態のスペクトル分布の図実施例２の色補正フィルターを投入した状態のＲＧＢ別のスペクトル分布の図実施例２の色補正フィルターと電気調整の効果を合わせた特性図実施例３の光学配置を説明する図実施例３の光学配置における第１のダイクロミラーの特性図実施例３の光学配置における第２のダイクロミラーの特性図実施例３の光学配置におけるトリミングフィルターの特性図実施例３の色補正フィルターがない状態のスペクトル分布の図従来例の色補正フィルターを投入しない状態の光学配置図従来例の色補正フィルターを投入した状態の光学配置図従来の色補正フィルターの特性ｘｙ色度図におけるマッカダム楕円図１の一部分の説明図

符号の説明

１光源、２リフレクター、３第１のレンズアレイ、４第２のレンズアレイ、５偏光変換素子、６コンデンサーレンズで、７ダイクロミラー、２５トリミングフィルター、８，９，１０Ｇ、Ｒ，Ｂの反射型液晶表示素子、１１，１２，１３Ｇ、Ｒ，Ｂの位相板、１４第１の偏光ビームスプリッター、１５第２の偏光ビームスプリッター、１６第１の偏光板、１７第２の偏光板、１８色選択性位相板、１９第３の偏光板、２０第４の偏光板、２１色合成プリズム、２２投射レンズ、２３ＵＶＩＲカットフィルター、２４色補正フィルター

Claims

画像信号に基づいて制御される第１、２、３の画像表示素子と、光源手段から出射した光束を第１、第２、第３の画像表示素子に入射させる色分解光学系を含む照明光学系と、該第１、第２、第３の画像表示素子からの光束を被投射面に投射する投射光学系とを有する画像投射装置において、
該照明光学系は、前記光源手段と前記色分解光学系との間の光路中に色補正フィルターを有し、
該色補正フィルターは、ある波長の光に対する透過率が６０％未満であり、かつ前記ある波長の補色成分を含む波長帯の平均透過率が７０％以上９０％以下の範囲内であり、
白色表示を行う際、前記第１の画像表示素子が、前記第１の画像表示素子から前記投射光学系に導かれる第１の画像光の光量を、前記第１の画像表示素子を照明する第１の照明光の光量の５０％以上９５％以下になるように調整しており、
白色表示を行う際、前記第２の画像表示素子が、前記第２の画像表示素子から前記投射光学系に導かれる第２の画像光の光量を、前記第２の画像表示素子を照明する第２の照明光の光量の７０％以上９５％以下になるように調整しており、
白色表示を行う際、前記第３の画像表示素子が、前記第３の画像表示素子から前記投射光学系に導かれる第３の画像光の光量を、前記第３の画像表示素子を照明する第３の照明光の光量の９０％以上１００％以下になるように調整していることを特徴とする画像投射装置。
前記色補正フィルターは光入出射面の両面がコーティングがされており、片面がノッチ形状の透過部になっており、逆面が可視光のある波長帯がハーフミラー部になっていて、それ以外の波長帯域は透過帯となるダイクロミラー面であることを特徴とする請求項１の画像投射装置。
前記色補正フィルターを光路中に挿入した際の白色の色度座標が
０．２８≦ｘ≦０．３４
０．２９≦ｙ≦０．３６
の範囲であることを特徴とする請求項１又は２の画像投射装置。
前記ある波長は５５０ｎｍ〜６００ｎｍの間の波長であり、前記補色成分は４２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間の波長であることを特徴とする請求項１、２又は３の画像投射装置。