JP4400550B2 - 画像表示装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置及びプロジェクタに関する。

近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚しく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能を有する装置が実現されつつある。しかし、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は１〜１０２［nit］程度の範囲であり、また階調数は８ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲が１０−２〜１０４［nit］程度あり、また輝度弁別能力は０．２［nit］でこれを階調数に換算すると１２ビット相当といわれている。このような視覚特性を経由して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。

また、映画やゲーム等で使用されるＣＧ（Computer Graphics）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性を表示データ（以下、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示データという。）に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。しかしそれを表示するディスプレイ装置の性能が不足しているために、ＣＧコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮できないという課題がある。

さらに、次期ＯＳ（Operating System）においては、１６ビット色空間の採用が予定されており、現在の８ビット色空間と比較してダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、１６ビット色空間を生かすことができる高ダイナミックレンジ・高階調の電子ディスプレイ装置実現への要求が高まると予想される。

ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ（Digital Light Processing、商標）プロジェクタといった投写型表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている。

プロジェクタにおける輝度ダイナミックレンジ拡大のための基本的な構成は、例えば特許文献１〜特許文献３に開示されているように、光源からの射出光束を赤色、緑色及び青色の各色光に分離し、分離した色光を第１の光変調素子で変調して所望の照明光量分布を形成し、ダイクロイックプリズムによって合成した後、リレー光学系によって第２の光変調素子上に伝達し、第２の光変調素子によって輝度を調節した上で照明するというものである。第１の光変調素子と第２の光変調素子とは同じ寸法になっていることが多いため、リレー光学系の倍率を１倍にしておく必要がある。

光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造又はセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過型変調素子が用いられている。その代表例としては、液晶ライトバルブがあげられる。また、透過型変調素子の代わりに反射型変調素子を用いてもよく、その代表例としては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子があげられる。

いま、暗表示の透過率が０．２％、明表示の透過率が６０％の光変調素子を使用する場合を考える。光変調素子単体では、輝度ダイナミックレンジは、６０／０．２＝３００となる。上記ディスプレイ装置は、輝度ダイナミックレンジが３００の光変調素子を光学的に直列に配置することに相当するので、理論上は３００×３００＝９００００の輝度ダイナミックレンジを実現することができる。また、階調数についてもこれと同等の考えが成り立ち、８ビット階調の光変調素子を光学的に直列に配置することにより、８ビットを超える階調数を得ることができる。
なお、第１の光変調素子及び第２の光変調素子は、映像信号からつくられた変調信号によってそれぞれ別個に駆動される。
特開２００１−１００６８９号公報 特表２００４−５２３００１号公報 特開平６−１６７６９０号公報

特許文献１〜３に記載のプロジェクタでは、リレー光学系を挟んだ光路上の一方側にのみダイクロイックプリズムが設けられている。また、ダイクロイックプリズムがあるためリレー光学系から第１の光変調素子までの距離とリレー光学系から第２の光変調素子までの距離とが異なっている。このようにリレー光学系の両側で光路条件が異なった構成になっている。したがって、リレー光学系の設計が困難になり、多大なコストを要することとなる。

また、設計が困難なため、リレー光学系の色収差が目立ったり結像性能が低下する等の不具合が生じやすくなり、表示する画像のコントラスト向上・ダイナミックレンジの拡大に支障をきたしてしまう。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、コストを抑え、表示する画像のコントラスト向上、ダイナミックレンジの拡大に寄与することが可能な画像表示装置及びプロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像表示装置は、光源と、前記光源からの複数の色光をそれぞれ変調する第１光変調素子と、前記第１光変調素子からの前記複数の色光を合成する色合成部材と、前記色合成部材からの光を変調する第２光変調素子と、前記色合成部材と前記第２光変調素子との間に設けられ、前記色合成部材からの光を前記第２光変調素子へ導光するリレー光学系と、前記リレー光学系と前記第２光変調素子との間に設けられ、前記第１光変調素子から前記色合成部材を経て前記リレー光学系までの光路条件と前記リレー光学系から前記第２光変調素子までの光路条件とをほぼ同一にする機能を有し前記リレー光学系からの光を透過する光透過部材とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、第１光変調素子からリレー光学系までの光路条件とリレー光学系から第２光変調素子までの光路条件とをほぼ同一にするようにリレー光学系からの光を透過する光透過部材がリレー光学系と第２光変調素子との間に設けられており、リレー光学系の両側で光路条件をほぼ同一にすることができるので、当該リレー光学系の設計が容易になる。これにより、リレー光学系の設計に要するコストを抑えることが可能となる。また、設計が容易になるため、色収差が目立ったり結像性能が低下する等の不具合が生じにくくなり、リレー光学系の性能が向上するため、表示する画像のコントラストの向上、ダイナミックレンジの拡大に寄与することが可能となる。

光源からの光は、所定の光路で、色分離手段、第１光変調素子、色合成部材、リレー光学系、第２変調素子と各光学部材を経由して画像として表示される。この過程で、各光学部材を透過する際の光の損失、光学部材間の光の分散等が生じる。上記「光路条件」とは、所定の区間における光路長及び分散光量の条件をいうものとする。屈折率ｎの空間を距離ｄだけ光が進む場合、光路長はｎ／ｄである。また、例えば空気中とガラス中とでは光の分散の程度が異なっている。

また、前記光透過部材が、前記色合成部材の材料と同一の材料からなり、前記光透過部材の光軸方向の寸法が、前記色合成部材の光軸方向の寸法とほぼ同一に設けられた光透過プリズムであることが好ましい。
本発明によれば、光透過部材としての光透過プリズムが、色合成部材の材料と同一の材料からなり、光透過部材の光軸方向の寸法が、色合成部材の光軸方向の寸法とほぼ同一に設けられているので、色合成部材と屈折率が等しいことに加えて色合成部材と同一の光路条件を確保することができる。よって、リレー光学系の両側の光路条件を同一にすることができる。

また、前記光透過部材には、前記リレー光学系からの光を反射する反射面が設けられていることが好ましい。
本発明では、光透過部材に、リレー光学系からの光を反射する反射面が設けられているので、当該光の光路を折り曲げることが可能となる。これにより、光学系をコンパクトにすることができ、画像表示装置の小型化が可能となる。なお、反射面は、例えば上記の光透過プリズムの内部、例えば平面視した状態の対角線に重なる位置に形成しても良いし、また、光透過部材として例えば直角二等辺三角形を底面とする三角プリズムを用い、斜辺に相当する面に当該反射面を設けるようにしても良い。

また、前記色合成部材から前記リレー光学系までの距離と、前記リレー光学系から前記光透過部材までの距離とがほぼ等しくなるように設けられていることが好ましい。
本発明では、色合成部材からリレー光学系までの距離と、リレー光学系から光透過部材までの距離とがほぼ等しいので、リレー光学系から第１光変調素子までの光路条件とリレー光学系から第２光変調素子までの光路条件とがほぼ同一になり、リレー光学系を中心とした両側の光路条件が対称になる。これにより、リレー光学系の設計がきわめて容易になる。

また、前記光透過部材に偏光板が設けられていることが好ましい。
例えば第１光変調素子及び第２光変調素子として液晶装置が用いられる場合、光を所定の方向に偏光する偏光板などの光学部材が必要になる。本発明では、光透過部材に偏光板が設けられているため、偏光板を別部材として設ける必要が無く、その分画像表示装置内のスペースを節約することができる。また、偏光板において吸収された光によって生じる熱が当該光透過部材に吸収されることになるため、偏光板の放熱性が向上する。

また、前記光透過部材に、前記光を狭帯域化する光学フィルタが設けられていることが好ましい。
本発明では、光を狭帯域化する光学フィルタが設けられており、当該光学フィルタによって色光の輝度を調節することができる。例えば色光の輝度を抑える際に、全波長域で均一に輝度を抑えた場合に比べて色光の色純度が向上し、色域が拡大するという利点もある。なお、本発明では、光透過部材に光学フィルタが設けられているので、当該光学フィルタを別部材として設ける必要が無く、その分画像表示装置内のスペースを節約することができる。これにより、画像表示装置の小型化が可能となる。

また、前記光透過部材は、偏光分離部を有することが好ましい。
本発明によれば、第１光変調素子とリレー光学系との間の光路条件と、第２光変調素子とリレー光学系との間の光学条件とをほぼそろえることができると同時に、第２光変調素子の光入射側偏光板としての役割を持たせることが可能となる。例えば偏光分離部としてビームスプリッタを用いた場合、当該ビームスプリッタは偏光板よりも光の透過効率が高いので、通常の偏光板を設けた場合よりも投射画像が明るくなる。また、光吸収による発熱に対しても放熱効果を増大させることができる。

また、前記光透過部材に、位相差板が設けられていることが好ましい。
本発明では、光透過部材に位相差板が設けられているので、当該位相差板を別部材として設ける必要が無く、その分のスペースを節約することができる。これにより、画像表示装置の小型化が可能となる。

本発明に係るプロジェクタは、上記の画像表示装置を備えたことを特徴とする。
本発明では、コストを抑え、表示する画像のコントラスト向上、ダイナミックレンジの拡大に寄与することが可能な画像表示装置を備えているので、低価格で表示特性が高い表示部を有するプロジェクタを得ることができる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、プロジェクタとしてのプロジェクタ１の内部の構成を概略的に示す図である。
プロジェクタ１は、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式のカラー液晶プロジェクタであり、画像表示装置２と、投射レンズ３とを主体として構成されている。

画像表示装置２は、大別すると、光源部４と、均一照明部５と、色変調部６と有している。
光源部４は、ランプ１１と、リフレクタ１２とを主体として構成されている。ランプ１１は、画像表示装置２、ひいてはプロジェクタ１の光源であり、例えば白色光を射出する高圧水銀ランプ等が用いられている。リフレクタ１２は、当該白色光を反射する反射部材であり、当該ランプ１１からの白色光がスクリーン７の投射面７ａに対してほぼ直交に入射する方向に進むよう、設けられている。

均一照明部５は、フライアイレンズ１３、１４と、偏光変換素子１５と、集光レンズ１６とを主体として構成されている。フライアイレンズ１３は、複数の２次光源像を形成する。集光レンズ１６は、で形成された２次光源像を重畳する。

色変調部６は、ダイクロイックミラー１７、１８と、反射ミラー１９、２０、２１と、液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５と、ダイクロイックプリズム２６と、リレー光学系２７と、光透過プリズム２８とを主体として構成されている。
ダイクロイックミラー（色分離手段）１７、１８は、光源からの光を複数の色光に分離する色分離手段である。ダイクロイックミラー１７は、ランプ１１から射出される白色光のうち、青色光Ｌ_Ｂを透過させると共に、赤色光Ｌ_Ｒ及び緑色光Ｌ_Ｇを反射する。ダイクロイックミラー１８は、緑色光Ｌ_Ｇを反射し、赤色光Ｌ_Ｒを透過する。
反射ミラー１９は、青色光Ｌ_Ｂをダイクロイックプリズム２６側へ反射する。反射ミラー２０、２１は、赤色光Ｌ_Ｒをそれぞれ直角に反射し、ダイクロイックプリズム２６へ導光する。

液晶ライトバルブ２２は、色信号に基づいて赤色光Ｌ_Ｒを画像光に変調する色変調ライトバルブである。液晶ライトバルブ２３は、色信号に基づいて緑色光Ｌ_Ｇを画像光に変調する色変調ライトバルブである。液晶ライトバルブ２４は、色信号に基づいて青色光Ｌ_Ｂを画像光に変調する色変調ライトバルブである。また、液晶ライトバルブ２５は、輝度信号に基づいて、赤色光Ｌ_Ｒ、緑色光Ｌ_Ｇ及び青色光Ｌ_Ｂの合成光の輝度を変調する輝度変調ライトバルブである。以下の説明では、上記液晶ライトバルブ２２〜２４（第１光変調素子）を色変調ライトバルブ２２〜２４とし、上記液晶ライトバルブ２５（第２光変調素子）を輝度変調ライトバルブ２５と称呼することがある。

各液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５は、同一の寸法、例えば４．６平方センチメートル（約０．７平方インチ）程度の寸法を有しており、マトリクス状に画素が形成された液晶装置によって構成されている。また、液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５に形成された画素数は同一になっており、また、画素の配列やピッチも同一になっている。

ダイクロイックプリズム（色合成部材）２６は、例えばガラスや樹脂などの透明材料からなる４つの直角プリズムが貼り合わされた立方体の光学部材である。内面には、赤色光Ｌ_Ｒを反射する誘電体多層膜２５ａと青色光Ｌ_Ｂを反射する誘電体多層膜２５ｂとがダイクロイックプリズム２６の中心でほぼ直交するように、十字状に形成されている。また、この誘電体多層膜２５ａ、２５ｂは、共に緑色光Ｌ_Ｇを透過するようになっている。各誘電体多層膜２５ａ、２５ｂによって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光（映像光）が形成されるようになっている。

ダイクロイックプリズム２６内を透過する赤色光Ｌ_Ｒの光路長は、入射面２６ａから誘電体多層膜２５ａまでの長さｄ_１と、当該誘電体多層膜２５ａから射出面２６ｂまでの長さｄ_２との和である。同様に、ダイクロイックプリズム２６内を透過する青色光Ｌ_Ｂの光路長は、入射面２６ｃから誘電体多層膜２５ｂまでの長さｄ_３と、当該誘電体多層膜２５ｂから射出面２６ｂまでの長さｄ_２との和である。

上述したように、誘電体多層膜２５ａと誘電体多層膜２５ｂとがダイクロイックプリズム２６の中心でほぼ直交しているため、入射面２６ａから誘電体多層膜２５ａまでの長さｄ_１と当該誘電体多層膜２５ａから射出面２６ｂまでの長さｄ_２との和、及び、入射面２６ｃから誘電体多層膜２５ｂまでの長さｄ_３と当該誘電体多層膜２５ｂから射出面２６ｂまでの長さｄ_２との和は、ダイクロイックプリズム２６の一辺の長さｄに等しい。また、ダイクロイックプリズム２６内を透過する緑色光ＬＧは、ダイクロイックプリズム２６を通過するため、その光路長はｄとなる。

リレー光学系２７は、ダイクロイックプリズム２６によって合成された合成光を導光する光学系であり、ダイクロイックプリズム２６と液晶ライトバルブ２５との間に設けられている。当該リレー光学系２７は、ダイクロイックプリズム２６に対して間隔ｔ_１をあけて配置されている。
図２は、リレー光学系２７の構成を簡略的に示した図である。説明の簡単のため、図２においては、ダイクロイックプリズム２６及び光透過プリズム２８を省略している。

同図に示すように、リレー光学系２７は、絞り部２７ａを中心に前段（色変調ライトバルブ側）２７Ｐと後段（輝度変調ライトバルブ側）２７Ｑに複数のレンズ２７ｂを組み合わせた構成になっている。色変調ライトバルブ２２、２３、２４とリレー光学系２７との間及び輝度変調ライトバルブ２５とリレー光学系２７との間で、光がテレセントリックになるように（リレー光学系２７が両側テレセントリックの特性をもつように）レンズ２７ｂが組み合わされている。

図１に戻って、光透過プリズム２８は、ダイクロイックプリズム２６の光軸方向の寸法（長さ）ｄと同一の寸法（長さ）ｄを光軸方向に有するプリズムであり、リレー光学系２７によって導光された合成光を透過する。また、当該光透過プリズム２８は、ダイクロイックプリズム２６と同一の材料、例えばガラスや樹脂などの透明材料によって形成されている。したがって、ダイクロイックプリズム２６内と光透過プリズム２８内とでは、屈折率及び光路長が等しくなっている。光透過プリズム２８は、リレー光学系に対して上記間隔ｔ_１と等しい間隔ｔ_２をあけて配置されている。また、光透過プリズム２８には、例えば輝度変調ライトバルブ２５の入射面側に偏光板２８ａが貼り付けられている。

投射レンズ３は、映像光をスクリーン７に向けて投射する。
ランプ１１からの光は、平行光（直線偏光）に変換され、液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５により変調され、変調された各色光は投射レンズ３によりスクリーン７上に投射される。

次に、本実施形態に係る液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５の画像処理について説明する。スクリーン７に投影される画像は、それぞれの液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５について画素単位で変調行うことで生成される。以下説明する画像処理装置３０は、当該画素単位の変調を制御するものである。

図３に示すように、画像処理装置３０は、入力部３１と、信号処理部３２と、色制御信号出力部３３と、輝度制御信号出力部３４とを有している。本実施形態に係る画像処理装置３０では、入力部３１にｓＲＧＢ形式の画像入力信号Ｒ、Ｇ、Ｂが入力され、信号処理部３２で当該入力信号の処理が行われ、色制御信号出力部３３からは８ビットの色制御信号Ｒ８ｂｉｔ、Ｇ８ｂｉｔ、Ｂ８ｂｉｔが出力され、輝度制御信号出力部３４からは８ビットの輝度制御信号（Ｔ８ｂｉｔ）が出力される。色制御信号Ｒ８ｂｉｔ、Ｇ８ｂｉｔ、Ｂ８ｂｉｔは画素変調ライトバルブ２２、２３、２４を制御する信号であり、輝度制御信号Ｔ８ｂｉｔは輝度変調ライトバルブ２５を制御する信号である。

信号処理部３２には、テーブル３５と、最大値算出・選択部３６と、逆γ補正部３７と、マトリクス記憶部３８と、マトリクス演算・選択部３９と、γ補正部４０とが設けられている。
テーブル３５には、入力されるＲ、Ｇ、Ｂの信号について、輝度制御信号Ｔ_８ｂｉｔに対応した値Ｒ−ＴＲ−１ＤＬＵＴ、Ｇ−ＴＧ−１ＤＬＵＴ及びＢ−ＴＢ−１ＤＬＵＴが準備されている。ここでは、Ｒ−ＴＲ−１ＤＬＵＴが準備されているテーブルをテーブル３５Ｒとし、Ｇ−ＴＧ−１ＤＬＵＴが準備されているテーブルをテーブル３５Ｇとし、Ｂ−ＴＢ−１ＤＬＵＴが準備されているテーブルをテーブル３５Ｂとする。

最大値算出・選択部３６では、テーブル３５Ｒに準備されている値Ｒ−ＴＲ−１ＤＬＵＴを入力値Ｒから引いた値（Ｔ_Ｒ）と、テーブル３５Ｇに準備されている値Ｇ−ＴＧ−１ＤＬＵＴを入力値Ｇから引いた値（Ｔ_Ｇ）と、テーブル３５Ｂに準備されている値Ｂ−ＴＢ−１ＤＬＵＴを入力値Ｂから引いた値（Ｔ_Ｂ）とをそれぞれを算出し、Ｔ_Ｒ、Ｔ_Ｇ及びＴ_Ｂのうち最大値を選択する。さらに、選択された最大値を輝度制御信号Ｔ_８ｂｉｔとして、輝度制御信号出力部３４へと出力する。この輝度制御信号Ｔ_８ｂｉｔの値は、輝度に応じて２５６段階に設定されており、輝度がゼロの場合はＴ_０であり、輝度が最大の場合はＴ_２５５である。

逆γ補正部３７は、入力されたＲ、Ｇ、Ｂを逆γ補正し、入力リニアＲ’、Ｇ’、Ｂ’に変換する。
マトリクス記憶部３８には、入力リニアＲ’、Ｇ’、Ｂ’を出力リニアＲ”、Ｇ”、Ｂ”に変換するための３×３マトリクスが、輝度制御信号Ｔ_８ｂｉｔの値ごとに、すなわち、Ｔ_０（輝度がゼロの場合）〜Ｔ_２５５（輝度が最大の場合）まで２５６段階のＴ_８ｂｉｔについて記憶されている。

マトリクス演算・選択部３９は、マトリクス記憶部３８から、輝度制御信号Ｔ_８ｂｉｔに対応した３×３マトリクスを選択し、選択した３×３マトリクスを入力リニアＲ’、Ｇ’、Ｂ’に乗じて、出力リニアＲ”、Ｇ”、Ｂ”を算出する。
γ補正部４０では、出力リニアＲ”、Ｇ”、Ｂ”をγ補正し出力８ビットＲ_８ｂｉｔ、Ｇ_８ｂｉｔ、Ｂ_８ｂｉｔに変換して、当該出力８ビットＲ_８ｂｉｔ、Ｇ_８ｂｉｔ、Ｂ_８ｂｉｔを色制御信号として色制御信号出力部３３に出力する。

次に、図４のフローチャートをもとにして、画像処理装置３０における処理の手順を説明する。
まず、入力部３１から入力された入力Ｒ、Ｇ、Ｂの信号を取得する（ステップ４０１）。続いて、最大値算出・選択部３６によって、この入力Ｒ、Ｇ、Ｂの信号からＴ_Ｒ、Ｔ_Ｇ、Ｔ_Ｂを決定し（ステップ４０２）、このＴ_Ｒ、Ｔ_Ｇ、Ｔ_Ｂのうち最大値を輝度制御信号Ｔ_８ｂｉｔとする（ステップ４０３）。

次に、逆γ補正部３７によって入力Ｒ、Ｇ、Ｂを逆γ補正し、入力リニアＲ’、Ｇ’、Ｂ’を取得する（ステップ４０４）。続いて、マトリクス演算・選択部３９によって輝度制御信号Ｔ_８ｂｉｔをもとにして３×３マトリクスを選択し（ステップ４０５）、選択した３×３マトリクスを入力リニアＲ’、Ｇ’、Ｂ’に乗じて出力リニアＲ”、Ｇ”、Ｂ”を算出する（ステップ４０６）。そして、γ補正部４０によって出力リニアＲ”、Ｇ”、Ｂ”をγ補正し、色制御信号Ｒ_８ｂｉｔ、Ｇ_８ｂｉｔ、Ｂ_８ｂｉｔを算出する（ステップ４０７）。
このようにして、色変調ライトバルブ２２、２３、２４及び輝度変調ライトバルブ２５を制御する。

本実施形態によれば、色変調ライトバルブ２２、２３、２４からリレー光学系２７までの光路条件とリレー光学系２７から輝度変調ライトバルブ２５までの光路条件とをほぼ同一にするようにリレー光学系２７からの光を透過する光透過プリズム２８が、リレー光学系２７と輝度変調ライトバルブ２５との間に設けられている。このようにリレー光学系２７の両側で光路条件をほぼ同一にすることができるので、非球面レンズ等の高度の設計技術を要するレンズを用いる必要も無く、当該リレー光学系２７の設計が容易になる。これにより、リレー光学系２７の設計に要するコストを抑えることが可能となる。また、設計が容易になるため、色収差が目立ったり結像性能が低下する等の不具合が生じにくくなり、リレー光学系２７の性能が向上するため、表示する画像のコントラストの向上、ダイナミックレンジの拡大に寄与することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。本実施形態では、光透過プリズムの構成が第１実施形態と異なっているため、この点を中心に説明する。

図５は、プロジェクタとしてのプロジェクタ１０１の内部の構成を概略的に示す図である。
プロジェクタ１０１は、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の間欠表示型カラー液晶プロジェクタであり、画像表示装置１０２と、投射レンズ１０３とを主体として構成されている。

画像表示装置１０２は、大別すると、光源部１０４と、均一照明部１０５と、色変調部１０６と有している。光源部１０４及び均一照明部１０５については、第１実施形態の光源部４及び均一照明部５と同様の構成であるため、説明を省略する。

色変調部１０６は、ダイクロイックミラー１１７、１１８と、反射ミラー１１９、１２０、１２１と、液晶ライトバルブ１２２、１２３、１２４、１２５と、ダイクロイックプリズム１２６と、リレー光学系１２７と、三角プリズム１２８とを主体として構成されている。ダイクロイックプリズム１２６は、第１実施形態と同様に、例えばガラスや樹脂などの透明材料からなる４つの直角プリズムが貼り合わされた立方体の光学部材である。内面には、赤色光Ｌ_Ｒを反射する誘電体多層膜１２５ａと青色光Ｌ_Ｂを反射する誘電体多層膜１２５ｂとがダイクロイックプリズム１２６の中心でほぼ直交するように、十字状に形成されている。

また、第１実施形態と同様に、ダイクロイックプリズム１２６内を透過する赤色光Ｌ_Ｒの光路長は、入射面１２６ａから誘電体多層膜１２５ａまでの長さｄ_１と、当該誘電体多層膜１２５ａから射出面１２６ｂまでの長さｄ_２との和であり、この和はダイクロイックプリズム１２６の一辺の長さｄに等しい。また、ダイクロイックプリズム１２６内を透過する青色光Ｌ_Ｂの光路長は、入射面１２６ｃから誘電体多層膜１２５ｂまでの長さｄ_３と、当該誘電体多層膜１２５ｂから射出面１２６ｂまでの長さｄ_２との和であり、この和はダイクロイックプリズム１２６の一辺の長さｄに等しい。

本実施形態では、光透過部材として、三角プリズム１２８が用いられている。三角プリズム１２８は、平面視した状態（図５の状態）で、直角二等辺三角形を成しており、斜辺に相当する面１２８ａが反射面になっている。また、合成光の入射面１２８ｂがリレー光学系１２７に正対しており、射出面１２８ｃが液晶ライトバルブ１２５に正対している。

三角プリズム１２８は、ダイクロイックプリズム１２６と同一の材料、例えばガラスや樹脂などの透明材料によって形成されている。三角プリズム１２８においては、リレーレンズ１２７からの光を反射する反射面１２８ａによって光軸が折り返されることになる。したがって、光軸方向の長さは、三角プリズム１２８の入射面１２８ｂから反射面１２８ａまでの光路長Ｌ_１と当該反射面１２８ａから射出面１２８ｃまでの光路長Ｌ_２との和になる。当該入射面１２８ｂから反射面１２８ａまでの光路長Ｌ_１と当該反射面１２８ａから射出面１２８ｃまでの光路長Ｌ_２との和は、ダイクロイックプリズム１２６の一辺の長さｄに等しくなっている。

このように、本実施形態によれば、三角プリズム１２８に、リレー光学系１２７からの光を反射する反射面１２８ａが設けられているので、当該光の光路を折り曲げることが可能となる。これにより、光学系をコンパクトにすることができ、画像表示装置１０２の小型化が可能となる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第１実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。本実施形態では、光透過プリズムの構成が第１実施形態と異なっているため、この点を中心に説明する。

図６は、プロジェクタとしてのプロジェクタ２０１の内部の構成を概略的に示す図である。
プロジェクタ２０１は、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の異なる色毎に透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の間欠表示型カラー液晶プロジェクタであり、画像表示装置２０２と、投射レンズ２０３とを主体として構成されている。
画像表示装置２０２は、大別すると、光源部２０４と、均一照明部２０５と、色変調部２０６と有している。光源部２０４及び均一照明部２０５については、第１実施形態の光源部４及び均一照明部５と同様の構成であるため、説明を省略する。

色変調部２０６は、ダイクロイックミラー２１７、２１８と、反射ミラー２１９、２２０、２２１と、液晶ライトバルブ２２２、２２３、２２４、２２５と、ダイクロイックプリズム２２６と、リレー光学系２２７と、偏光ビームスプリッタ２２８とを主体として構成されている。ダイクロイックプリズム２２６は、第１実施形態と同様に、例えばガラスや樹脂などの透明材料からなる４つの直角プリズムが貼り合わされた立方体の光学部材である。内面には、赤色光Ｌ_Ｒを反射する誘電体多層膜２２５ａと青色光Ｌ_Ｂを反射する誘電体多層膜２２５ｂとがダイクロイックプリズム２２６の中心でほぼ直交するように、十字状に形成されている。

また、第１実施形態と同様に、ダイクロイックプリズム２２６内を透過する赤色光Ｌ_Ｒの光路長は、入射面２２６ａから誘電体多層膜２２５ａまでの長さｄ_１と、当該誘電体多層膜２２５ａから射出面２２６ｂまでの長さｄ_２との和であり、この和はダイクロイックプリズム２２６の一辺の長さｄに等しい。また、ダイクロイックプリズム２２６内を透過する青色光Ｌ_Ｂの光路長は、入射面２２６ｃから誘電体多層膜２２５ｂまでの長さｄ_３と、当該誘電体多層膜２２５ｂから射出面２２６ｂまでの長さｄ_２との和であり、この和はダイクロイックプリズム２２６の一辺の長さｄに等しい。

本実施形態では、光透過部材として、光路上に偏光分離層２２８ａを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２８が設けられている。偏光ビームスプリッタ２２８は、ダイクロイックプリズム２２６の光軸方向の寸法（長さ）ｄと同一の寸法（長さ）ｄを光軸方向に有するプリズムであり、リレー光学系２２７によって導光された合成光を透過する。また、当該光透過プリズム２２８は、ダイクロイックプリズム２２６と同一の材料、例えばガラスや樹脂などの透明材料によって形成されている。したがって、ダイクロイックプリズム２２６内と光透過プリズム２２８内とでは、屈折率及び光路長が等しくなっている。

本実施形態によれば、光透過部材として偏光ビームスプリッタ２２８を有しているので、液晶ライトバルブ２２２、２２３、２２４とリレー光学系２２７間の光路条件と、リレー光学系２２７と液晶ライトバルブ２２５間の光路条件をほぼ揃えることができると同時に、液晶ライトバルブ２２５の入射側で偏光板としての役割を持たせることが可能となる。

偏光ビームスプリッタ２２８は偏光板より光の透過効率が高いため、偏光板を液晶ライトバルブ２２５の入射側に設けた場合に比べてスクリーン２０７に投射される画像の明るさが向上する。また、当該偏光ビームスプリッタ２２８によって光吸収による発熱に対しても放熱効果を増大させる事が可能となる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、第１実施形態では、光透過プリズム２８に偏光板２８ａが貼り付けられた構成になっているが、これに限られることは無く、例えばリレー光学系２７からの光を狭帯域化するローパスフィルタや、その他位相差板などの光学部材を貼り付ける構成であっても勿論構わない。

ローパスフィルタを貼り付けた場合、合成光の輝度を調節することができる。例えば合成光の輝度を抑える際に、全波長域で均一に輝度を抑えた場合に比べて合成光の色純度が向上するという利点もある。加えて、光透過プリズム２８にローパスフィルタが貼り付けられた構成になっているので、当該ローパスフィルタを別部材として設ける必要が無く、その分画像表示装置１０２内のスペースを節約することができる。これにより、画像表示装置１０２の小型化が可能となる。また、位相差板を貼り付けた場合についても同様に、当該位相差板を別部材として設ける必要が無く、その分のスペースを節約することができ、画像表示装置１０２の小型化が可能となる。

また、第２実施形態では、光路を折り曲げるために三角プリズム１２８が用いられていたが、これに限られることは無く、例えば第１実施形態の光透過プリズム２８の内部、例えば平面視した状態の対角線に重なる位置に反射面を形成しても良い。これにより、光学系の設計の幅が広がることになる。

また、上記実施形態では、光源として白色光を射出するランプ１１を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えば光源として赤色光、緑色光、青色光のそれぞれを色光ごとに射出するような光源、例えば固体光源であるＬＥＤ等を用いることができる。なおこの場合には、ダイクロイックミラー１７、１８を省略することができる。

また、上記実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを用いた例を示したが、これに限られることは無く、例えば反射型の液晶ライトバルブを用いても良い。また、マイクロミラーアレイデバイス等の光変調素子を用いても本発明の適用は可能である。

また、上記実施形態では、各液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５は、同一の寸法、例えば４．６平方センチメートル（約０．７平方インチ）程度の寸法を有しており、液晶ライトバルブ２２、２３、２４、２５に形成された画素数は同一になっており、画素の配列やピッチも同一になっている場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、寸法、画素数、画素の配列やピッチが同一になっていない場合であっても本発明の適用は可能である。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。 本実施形態に係るプロジェクタのリレー光学系の構成を示す図である。 本実施形態に係るプロジェクタの制御系の構成を示す図である。 本実施形態に係るプロジェクタの制御を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの構成を示す図である。

符号の説明

１、１０１、２０１…プロジェクタ ２、１０２、２０２…画像表示装置 ４、１０４、２０４…光源部 ６、１０６、２０６…色変調部 ２６、１２６、２２６…ダイクロイックプリズム ２２〜２５、１２２〜１２５、２２２〜２２５…液晶ライトバルブ １２８…三角プリズム ２２８…偏光ビームスプリッタ １２８ａ…反射面 １２８ｂ…入射面 １２８ｃ…射出面

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源からの複数の色光をそれぞれ変調する第１光変調素子と、
   前記第１光変調素子からの前記複数の色光を合成する色合成部材と、
   前記色合成部材からの光を変調する第２光変調素子と、
   前記色合成部材と前記第２光変調素子との間に設けられ、前記色合成部材からの光を前記第２光変調素子へ導光するリレー光学系と、
   前記リレー光学系と前記第２光変調素子との間に設けられ、前記第１光変調素子から前記色合成部材を経て前記リレー光学系までの光路条件と前記リレー光学系から前記第２光変調素子までの光路条件とをほぼ同一にする機能を有し前記リレー光学系からの光を透過する光透過部材と
   を具備することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光透過部材が、前記色合成部材の材料と同一の材料からなり、
   前記光透過部材の光軸方向の寸法が、前記色合成部材の光軸方向の寸法とほぼ同一に設けられた光透過プリズムである
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光透過部材には、前記リレー光学系からの光を反射する反射面が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記色合成部材から前記リレー光学系までの距離と、前記リレー光学系から前記光透過部材までの距離とがほぼ等しくなるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
5. 前記光透過部材に偏光板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 前記光透過部材は、偏光分離部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
7. 前記光透過部材に、前記光を狭帯域化する光学フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
8. 前記光透過部材に、位相差板が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の画像表示装置。
9. 請求項１乃至請求項８のうちいずれか一項に記載の画像表示装置を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

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