JP4655658B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間光変調素子により表示される画像を投射レンズ等の結像光学系を介して表示する画像表示装置に関する。

従来、液晶ライトバルブ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、画像を表示する画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置においては、反射型、または、透過型の空間光変調素子を用いて、この空間光変調素子のピクセルごとに照明光を制御することにより、照明光の光量や偏光状態についての変調を行っている。

図４は、いわゆる「レンズアレイ方式」の従来の画像表示装置の概略的な構成を示す側面図である。

この画像表示装置においては、図４に示すように、光源１０１から発せられた照明光を、照明光学系１０２を介して空間光変調素子１０３上に照射し、この空間光変調素子１０３を照明するようにしている。この画像表示装置は、「レンズアレイ方式」の画像表示装置であり、空間光変調素子１０３を重畳照明する照明光学系１０２として、レンズアレイを備えたものを用いるものである。

この画像表示装置においては、図４に示すように、光源１０１から発せられた照明光は、リフレクタ１０４により反射され、光軸方向に出射される。照明光学系１０２は、第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）１０５と、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）１０６と、重ね合わせレンズ１０７と、コンデンサレンズ１０８とから構成されている。第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６上には、空間光変調素子１０３とほぼ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１０４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１０５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１０６のレンズセルに光束を集光するようになっている。第２のレンズアレイ１０６上には、第１のレンズアレイ１０５のレンズセルと同数の２次光源像が形成されている。一方で、第２のレンズアレイ１０６上の各レンズセルは、対応する第１のレンズアレイ１０５の各レンズセル開口の像を空間光変調素子１０３の入射面に一致させ、重ね合わせレンズ１０７、コンデンサレンズ１０８及び偏光ビームスプリッタ１０９を透して、第１のレンズアレイ１０５の各レンズセルの像が空間光変調素子１０３の入射面上で重なり合うようになっている。

このようにして、第２のレンズアレイ１０６において複数の２次光源像が形成される。さらに、重ね合わせレンズ１０７において複数の３次光源像が形成される。また、コンデンサレンズ１０８は、空間光変調素子１０３の照明光が図示しない投射レンズの入射瞳方向に入射するように配置されている。

この結果、リフレクタ１０４により反射された照明光は、その強度を積分され、空間光変調素子１０３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。このようにして、第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６及び重ね合わせレンズ１０７は、照明光学系１０２を構成している。

空間光変調素子１０３は、例えば、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、前記液晶板が電気信号によって制御されることより、透過、または、反射する光を偏光変調する。すなわち、照明光は、空間光変調素子１０３における画像情報に応じて、Ｐ偏光、Ｓ偏光に変調される。

なお、偏光ビームスプリッタ１０９に対する入射光軸と出射光軸とを含む平面に対して直交する方向に入射角度がずれている光束は、この偏光ビームスプリッタ１０９を透過した後の偏光方向が液晶ライトバルブ１０９における最適方向から外れてしまう。そのため、この偏光ビームスプリッタ１０９と空間光変調素子１０３との間に、図示しないλ／４板（四分の一波長板）を配置することによって、空間光変調素子１０３に対する最適な偏光方向となるように補償している。

この空間光変調素子１０３を経て偏光ビームスプリッタ１０９に戻った変調光は、この偏光ビームスプリッタ１０９において、偏光方向に応じて、第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６側に戻る光路と、投射レンズに入射する光路とに分離される。そして、画像情報の白情報に対応した偏光方向の光のみが画像として投射される。

この画像表示装置は、前述のような構成により、空間光変調素子１０３が表示する画像情報を拡大投影して表示する。

図５は、いわゆる「ロッドインテグレータ方式」の従来の画像表示装置の概略的な構成を示す側面図である。

この画像表示装置においても、図５に示すように、光源１０１から発せられた照明光を、照明光学系１０２を介して空間光変調素子１０３上に照射し、この空間光変調素子１０３を照明するようにしている。この画像表示装置は、「ロッドインテグレータ方式」の画像表示装置であり、空間光変調素子１０３を重畳照明する照明光学系１０２として、ロッドインテグレータを備えたものを用いるものである。

この画像表示装置においては、図５に示すように、光源１０１から発せられた照明光は、リフレクタ１０４により反射され、光軸方向に集光して出射される。照明光学系１０２は、ロッドインテグレータとしてのガラスロッド１１０と、出射レンズ１１１と、重ねあわせレンズ１０７と、コンデンサレンズ１０８とから構成されている。この照明光学系１０２において、リフレクタ１０４によりガラスロッド１１０の入射面に集光して照射された照明光は、このガラスロッド１１０内に入射し、このガラスロッド１１０内で全反射を繰り返して重畳され、出射光では均一分布となる。ガラスロッド１１０からの出射光が入射される出射レンズ１１１は、ガラスロッド１１０からの出射光を重ね合わせレンズ１０７に対して集光させる。重ね合わせレンズ１０７により、ガラスロッド１１０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。このようにして、ガラスロッド１１０、出射レンズ１１１及び重ね合わせレンズ１０７は、コンデンサレンズ１０８及び偏光ビームスプリッタ１０９を透して空間光変調素子１０３を重畳照明する照明光学系１０２を構成している。

この画像表示装置において、空間光変調素子１０３を経て偏光ビームスプリッタ１０９に戻った変調光は、この偏光ビームスプリッタ１０９において、偏光方向に応じて、ガラスロッド１１０側に戻る光路と、図示しない投射レンズに入射する光路とに分離される。

この画像表示装置においても、偏光ビームスプリッタ１０９に対する入射光軸と出射光軸とを含む平面に対して直交する方向に入射角度がずれている光束は、この偏光ビームスプリッタ１０９を透過した後の偏光方向が空間光変調素子１０３における最適方向から外れてしまう。そのため、この偏光ビームスプリッタ１０９と空間光変調素子１０３との間に、図示しないλ／４板（四分の一波長板）を配置することによって、空間光変調素子１０３に対する最適な偏光方向となるように補償している。

ところで、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表示画像の高輝度化が求められている。そのため、これら画像表示装置においては、より広範囲の光を用いて短い光路によって空間光変調素子１０３を照明するようにするため、照明光学系１０２における照明光の径が大きくなり、照明光学系１０２のＦ値が小さくなる傾向にある。

一方、偏光ビームスプリッタ１０９、λ／４波長板、空間光変調素子１０３は、それぞれ入射角度依存性を持っているため、より小さな入射角度の光線に対して、最適な偏光変調を行うことができる。そのため、照明光学系１０２、または、結像光学系のＦ値が大きいほど、高コントラストの表示画像を得ることができる。

すなわち、表示画像の高輝度化と、高コントラスト化とは、照明光学系１０２等のＦ値について相反する関係にある。ここで、使用環境が明るい場合には、表示画像のコントラストを多少低くしても、高輝度の表示画像が得られた方が好ましく、逆に、使用環境が十分に暗い場合には、表示画像の輝度を多少低くしても、高コントラストの表示画像が得られた方が好ましい。

そこで、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、使用環境の明るさに応じて、表示画像の輝度とコントラストとのバランスをユーザが調整することができるようにした画像表示装置が提案されている。この画像表示装置においては、第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６間における光束の一部を遮断して、この光束の断面積を制御する可変開口絞りを備えている。この可変開口絞りは、第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６間における光束を遮光する一対の絞り板が移動可能に配置されて構成され、これら絞り板を移動させることにより、表示画像のコントラスト及び輝度を調整することができるようになっている。

ところで、図４及び図５に示した画像表示装置は、モノクロ表示のものである。カラー表示の画像表示装置においては、照明光学系１０２からの光をＲＧＢ（赤、緑、青の三原色）に分解し、ＲＧＢ光をそれぞれに対応する空間光変調素子により変調した後、これらＲＧＢ光を合成して投射する。

このようなカラー表示の画像表示装置においては、ＲＧＢ光の割合を調整する色バランス（ホワイトバランス）調整を行う必要がある。このような色バランス調整は、ＲＧＢの各液晶ライトバルブを制御する電気信号の大きさを調整することで行う。例えば、空間光変調素子に印加する電気信号の大きさに応じて、透過光量が増加する。

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、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。また、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、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。
特開平５−３０３０８５号公報 特開２００１−１４２０２８公報

ところで、前述のようなカラー表示の画像表示装置における色バランス調整では、白レベルと黒レベルとの双方を調整することができれば理想的であるが、電気的な調整では、白レベル側しか調整することができない。そのため、このような色バランス調整を行うことによって、表示画像のコントラストの低下が招来される。

そこで、本発明者らは、表示画像のコントラストを向上させつつ、色温度を調整することができる画像表示装置として、照明光学系において、任意の波長帯域の成分のみを減衰させて透過させるフィルタを備えたものを提案している。

そして、このようなフィルタを備えた照明光学系において、さらに、前述したような可変開口絞りを設けることにより、表示画像のコントラストを向上させつつ、色温度を調整することが考えられる。

図６は、表示画像のコントラストを向上させつつ、色温度を調整することができるようにした画像表示装置の構成を示す側面図である。

この画像表示装置は、図６に示すように、前述した画像表示装置において、第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６間に、可変開口絞り１１２と、任意の波長帯域の成分のみを減衰させて透過させるフィルタ１１３とを設けることにより構成される。

図７は、図６に示した画像表示装置における可変開口絞りとフィルタとの位置関係を示す正面図である。

この画像表示装置において、フィルタ１１３は、図４中の（ａ）に示すように、第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６間における光束の周囲部分が透過するように配置されている。そして、可変開口絞り１１２は、第１及び第２のレンズアレイ１０５，１０６間における光束を遮光する一対の絞り板が移動可能に配置されて構成されている。

このように可変開口絞り１１２及びフィルタ１１３を備えた画像表示装置においては、図４中の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、表示画像のコントラストを優先して可変開口絞り１１２の開口を絞った場合でも、表示画像の輝度の低下を抑えることができ、また、図４中の（ａ）に示すように、輝度を優先して可変開口絞り１１２の開口を開いた場合でも、フィルタ１１３の作用により、コントラストが向上されつつ表示画像の色温度が調整されるので、コントラストの低下を抑えることができるはずである。

ところが、この画像表示装置においては、表示画像の輝度及びコントラストの調整に伴って、色温度が変化してしまうという虞れがある。すなわち、この画像表示装置においては、可変開口絞り１１２の開口面積を調節したときに、照明光のうち、フィルタに入射する光束と入射しない光束光のバランスが崩れるため、ＲＧＢバランスが崩れ、照明光の色温度が変化してしまう虞れがある。

例えば、フィルタ１１３がＧ（緑色）及びＢ（青色）成分を減衰させる特性を有している場合において、図４中の（ａ）に示すように、可変開口絞り１１２を全開とし、フィルタ１１３を透過する照明光もフィルタ１１３を透過しない照明光も全く遮断されない状態としたときに、照明光におけるＲＧＧの比率がＲ：Ｇ：Ｂで、この照明光の色温度がＫ_１であったとする。そして、図４中の（ｂ）に示すように、可変開口絞り１１２をやや絞り、フィルタ１１３を透過する照明光のみの一部が遮断される状態とすると、照明光におけるＲＧＧの比率は、Ｒ´：Ｇ：Ｂとなり（∵Ｒ´＜Ｒ）、照明光の色温度は、Ｋ_２となる。さらに、図４中の（ｃ）に示すように、可変開口絞り１１２をさらに絞り、フィルタ１１３を透過する照明光の一部のみならず、フィルタ１１３を透過しない照明光の一部も遮断される状態とすると、照明光におけるＲＧＧの比率は、Ｒ″：Ｇ´：Ｂ´となり（∵Ｒ″＜Ｒ´＜Ｒ、Ｇ´＜Ｇ、Ｂ´＜Ｂ）、照明光の色温度は、Ｋ_３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、使用環境（周囲の明るさ）に応じて、表示画像のコントラストを優先する場合と、輝度を優先する場合とを選択することのできる画像表示装置であって、コントラストを優先した場合でも輝度の低下を抑え、また、輝度を優先した場合でもコントラストの低下を抑えることができ、かつ、コントラスト及び輝度を調整しても照明光の色温度が変化しない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。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る画像表示装置は、空間光変調素子により表示される画像を結像光学系を介して表示する画像表示装置において、白色光源と、白色光源から発せられた光束を複数のレンズセルにより空間的に分割する第１のレンズアレイと、第１のレンズアレイの各レンズセルに対応する複数のレンズセルを有する第２のレンズアレイと、第１のレンズアレイの各レンズセルの像を空間変調素子の上で重ね合わせる重ね合わせレンズと、重ね合わせレンズから出射した光を３原色に分解する色分解手段と、色分解手段により３原色に分解された光束を変調する空間光変調素子と、空間変調素子により変調された３原色の変調光を合成する色合成手段と、色合成手段を経た変調光が入射され空間光変調素子が表示する画像を結像させる結像光学系と、第１のレンズアレイと重ね合わせレンズとの間であって第２のレンズアレイにおける対向する左右または上下のいずれか一方の両辺部分に配置され任意の波長帯域の成分を減衰させその他の波長帯域の光を透過させるフィルタと、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間または結像光学系に設けられフィルタが第２のレンズアレイにおける左右両辺部分に設けられている場合には上下方向に移動しフィルタが第２のレンズアレイにおける上下両辺部分に設けられている場合には左右方向に移動して開口面積を増減させるように配置されている可変開口絞りとを備えたことを特徴とするものである。

本発明に係る画像表示装置においては、可変開口絞りを通過する照明光のうち、フィルタに入射する照明光とフィルタに入射しない照明光との光量比が、可変開口絞りの絞り具合に無関係に常に一定に維持されるので、可変開口絞りの開口面積を増減させることによって表示画像のコントラスト及び輝度を調整したときにも、照明光の色温度が略一定に保たれ、表示画像のカラーバランスが変化することがない。

すなわち、本発明は、使用環境（周囲の明るさ）に応じて、表示画像のコントラストを優先する場合と、輝度を優先する場合とを選択することのできる画像表示装置であって、コントラストを優先した場合でも輝度の低下を抑え、また、輝度を優先した場合でもコントラストの低下を抑えることができ、かつ、コントラスト及び輝度を調整しても照明光の色温度が変化しないようになされた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、本実施の形態における画像表示装置の構成を示す側面図である。

この画像表示装置は、光源１１と、この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を軸とした回転放物面の反射面を有し、光源１１から出射された光を反射面で反射して光軸Ｌ０に平行な照明光として出射する。

この照明光は、コリメータレンズ１３及びＵＶ／ＩＲ（紫外光及び赤外光）カットフィルタ１４を透過して、照明光学系を構成する第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）１５に入射される。ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１４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する。

第１のレンズアレイ１５を経た照明光は、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）１６に入射される。これら第１のレンズアレイ１５と第２のレンズアレイ１６との間には、可変開口絞り１７及びフィルタ１８が設けられている。第２のレンズアレイ１６から出射された照明光は、ＰＳコンバイナ１９、重ね合わせレンズ２０、コンデンサレンズ２１及びポラライザ２２を経て、色分解手段及び色合成手段となる色分解合成ブロック２３に入射される。

第１及び第２のレンズアレイ１５，１６は、リフレクタ１２が光束を出射する開口を空間的に分割するように、後述する空間光変調素子である各液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに相似した形状の複数のレンズセルを２次元配列して構成されている。この第１のレンズアレイ１５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１６のレンズセルに照明光を集光させ、第２のレンズアレイ１６上に第１のレンズアレイ１５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１６は、各レンズセルごとに、対応する第１のレンズアレイ１５のレンズセル開口の像を液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ面に一致させ、第１のレンズアレイ１５の各レンズセルが液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ面上で重なり合うようにする。

可変開口絞り１７は、第１及び第２のレンズアレイ１５，１６間における光束を遮光する一対の絞り板が移動可能に配置されて構成され、これら絞り板を移動させることにより、この画像表示装置による表示画像のコントラスト及び輝度を調整することができるようになっている。

フィルタ１８は、第１及び第２のレンズアレイ１５，１６を透過した照明光の一部（例えば、Ｇ（緑色）成分及びＢ（青色）成分）について、レベルを落とす所定の波長域の成分を減衰させ、残りの光束（例えば、Ｒ（赤色）成分）についてはそのまま透過させる。

ＰＳコンバイナ１９は、複数の偏光ビームスプリッタが並列に配列されて平板状に構成された光学素子であり、入射光の偏光方向を一定の方向に揃えて出射させる。また、ポラライザ２２は、Ｒ成分光及びＢ成分光の偏光方向を９０°回転させる光学素子である。

重ね合わせレンズ２０は、第１のレンズアレイ１５の各レンズセルの像の中心を液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの中心に一致させ、第１レンズアレイ１５の各レンズセルの像が液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの表示面上で重なり合うようにする。

コンデンサレンズ２１は、液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂを経た照明光（変調光）が、結像光学系となる投射レンズ２６の入射瞳方向に入射するようにする。

色分解合成ブロック２３は、入射された光をＲＧＢ（赤緑青の三原色）に分解して各色に対応する液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂにそれぞれ入射させ、これらの液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂで変調されたＲＧＢ光を合成する光学系である。すなわち、色分解合成ブロック２３から出射される照明光が、各液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに照射される。この色分解合成ブロック２３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が、この実施の形態では、４個の偏光ビームスプリッタ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄにより構成されている。

この色分解合成ブロック２３において、第１の偏光ビームスプリッタ２３ａに入射された照明光は、偏光分離膜において、Ｇ成分光が透過し、Ｒ成分光及びＢ成分光が反射されて偏向される。第１の偏光ビームスプリッタ２３ａの偏光分離膜を透過したＧ成分光は、さらに、第２の偏光ビームスプリッタ２３ｂを透過して、緑色用液晶ライトバルブ２４Ｇに照射される。第１の偏光ビームスプリッタ２３ａの偏光分離膜により反射されたＲ成分光及びＢ成分光は、第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃに入射する。このとき、図示しない光学素子により、Ｒ成分光の偏光方向が９０°回転される。この第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃの偏光分離膜においては、Ｒ成分光が透過し、Ｂ成分光が反射されて偏向される。第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃの偏光分離膜を透過したＲ成分光は、赤色用液晶ライトバルブ２４Ｒに照射される。また、第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃの偏光分離膜により反射されたＢ成分光は、青色用液晶ライトバルブ２４Ｂに照射される。

この画像表示装置においては、第２のレンズアレイ１６により複数の２次光源像が形成され、重ね合わせレンズ２０により、液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂにおいて、複数の３次光源像が形成される。この３次光源像は、液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂを重畳照明する。この画像表示装置において、このような重畳照明を行う照明光学系は、第１及び第２のレンズアレイ１５，１６と、重ね合わせレンズ２０とが構成している。

各液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、複数の液晶セルを２次元配列してなる液晶板を有して構成され、各液晶セルごとに透過する照明光の偏光方向を制御し、この照明光を背後の反射板により反射することによって、表示画像に応じて偏光変調された変調光を反射する反射型液晶空間光変調素子である。

赤色用液晶ライトバルブ２４Ｒにおいて変調された変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃに戻り、この第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃの偏光分離膜で反射され、図示しない光学素子によって偏光方向を９０°回転され、第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄに入射される。この赤色の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄの偏光分離膜を透過し、この第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄから出射される。

また、緑色用液晶ライトバルブ２４Ｇにおいて変調された変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃに戻り、この第３の偏光ビームスプリッタ２３ｃの偏光分離膜を透過し、第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄに入射される。この緑色の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄの偏光分離膜を透過し、この第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄから出射される。

そして、青色用液晶ライトバルブ２４Ｇにおいて変調された変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ２３ｂに戻り、この第２の偏光ビームスプリッタ２３ｂの偏光分離膜で反射され、第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄに入射される。この青色の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄの偏光分離膜で反射され、この第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄから出射される。

このようにして第４の偏光ビームスプリッタ２３ｄから出射されたＲＧＢ各色の変調光は、図示しない光学素子によって青色の変調光のみが偏光方向を９０°回転され、アナライザ（偏光板）２５に入射される。このアナライザ２５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２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂで変調を受けていない光はこのアナライザ２５によって遮断される。このアナライザ２５を経た変調光は、投射レンズ２６に入射される。この投射レンズ２６は、アナライザ２５を透過した変調光を、図示しないスクリーンに向けて投射し、結像させる。

図２は、可変開口絞りとフィルタとの位置関係を示す正面図である。

前述したフィルタ１８は、２次光源像が形成される第２のレンズアレイ１６の近傍に配置され、図２中の（ａ）に示すように、所定の波長帯域の成分を減衰させるべきレンズアレイの開口部に対応して、第２のレンズアレイ１６の対向する両辺部分に配置されている。ここで、図１において、照明光における光線ａ、ｂ、ｆ、ｇは、略Ｒ光成分のみとなっており、光線ｃ、ｄ、ｅは、ＲＧＢの各色光が揃った白色光となる。したがって、各液晶ライトバルブ２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂにおいて重畳される照明光は、Ｇ成分及びＢ成分が減衰され、色温度の低い光となる。また、Ｇ成分及びＢ成分については、Ｒ成分に比較して、照明光の周辺部が遮断されて照明光学系のＦ値が実質的に大きくなったことになるので、表示画像におけるコントラストが向上している。

そして、可変開口絞り１７とフィルタ１８の位置関係については、図２中の（ａ）及び（ｂ）に示すように、可変開口絞り１７は、フィルタ１８が配置されている第２のレンズアレイ１６の両辺部分に対して、垂直な方向から、開口面積を増減させるように配置されている。すなわち、フィルタ１８の境界線は、可変開口絞り１７をなす遮光板の移動方向に沿った方向となっている。したがって、可変開口絞り１７が開口面積を増減させても、図１における光線ａ、ｂ、ｆ、ｇと光線ｃ、ｄ、ｅとの光量比が変化することがなく、すなわち、照明光の色温度が変化することがない。

なお、第２のレンズアレイ１６上の２次光源像に光量分布があり、図２中の（ａ）及び（ｂ）に示したフィルタ１８の配置では可変開口絞り１７を開閉させたときに各色光の光量比が変化する場合には、図２中の（ｃ）に示すように、可変開口絞り１７を開閉させても可変開口絞り１７の絞り具合に無関係に常に各色光の光量比が一定に維持されるように、フィルタ１８の配置位置を調整してもよい。このとき、フィルタ１８の境界線は、第２のレンズアレイ１６のセル内部は通過せずに、セルの境界線に一致していることが好ましい。

さらに、図２中の（ｄ）に示すように、フィルタ１８の配置位置を光軸を中心とした放射状の位置とし、可変開口絞り１７を円形、または、多角形の羽根絞り（虹彩絞り）としてもよい。

また、図２中の（ｅ）に示すように、可変開口絞り１７をフィルタ１８が配置されている第２のレンズアレイ１６の両辺部分と同じ方向から開口面積を増減させるように配置し、この可変開口絞り１７の遮光板の移動に応じて、フィルタ１８を移動させるようにして、可変開口絞り１７を開閉させても可変開口絞り１７の絞り具合に無関係に常に各色光の光量比が一定に維持されるようにすることもできる。この場合には、フィルタ１８の移動量は、可変開口絞り１７の遮光板の移動量に比例し、かつ、この遮光板の移動量よりも少ない移動量とすることが好ましい。すなわち、図２中の（ｅ）において、可変開口絞り１７の開口径がＡであるときにフィルタ１８の幅がＢであるとすると、可変開口絞り１７を絞って開口径がＡ´となったときには、フィルタ１８の幅がＢ´となるようにし、Ａ：ＢがＡ´：Ｂ´に等しくなるようにする。

なお、フィルタ１８は、この実施の形態においては、第１及び第２のレンズアレイ１５，１６間に設置しているが、第２のレンズアレイ１６と重ね合わせレンズ２０との間に設置するようにしてもよい。

さらに、この画像表示装置は、前述した「レンズアレイ方式」の画像表示装置として構成することに限定されず、第１及び第２のレンズアレイ１５，１６に代えて、ガラスロッド及び出射レンズを配置して、「ロッドインテグレータ方式」の画像表示装置として構成してもよい。

〔第２の実施の形態〕
図３は、本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す側面図である。

この画像表示装置は、図３に示すように、フィルタ１８を、前述の第１の実施の形態と同様に、第２のレンズアレイ１６近傍に配置し、可変開口絞り１７は、投射レンズ２６の瞳上に配置することとしてもよい。

この構成においても、前述の第１の実施の形態と同様に、可変開口絞り１７を、フィルタ１８が配置されている第２のレンズアレイ１６の両辺部分に対して、垂直な方向から、開口面積を増減させるように配置することにより、可変開口絞り１７が開口面積を増減させても、表示画像における光束の色温度が変化しないようにすることができる。

本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態における構成を示す側面図である。 前記画像表示装置における可変開口絞りとフィルタとの位置関係を示す正面図である。 本発明に係る画像表示装置の第２の実施の形態における構成を示す側面図である。 いわゆる「レンズアレイ方式」の従来の画像表示装置の概略的な構成を示す側面図である。 いわゆる「ロッドインテグレータ方式」の従来の画像表示装置の概略的な構成を示す側面図である。 表示画像のコントラストを向上させつつ、色温度を調整することができるようにした従来の画像表示装置の構成を示す側面図である。 図６に示した画像表示装置における可変開口絞りとフィルタとの位置関係を示す正面図である。

符号の説明

１１ 光源
１５ 第１のレンズアレイ
１６ 第２のレンズアレイ
１７ 可変開口絞り
１８ フィルタ
２０ 重ね合わせレンズ
２１ コンデンサレンズ
２３ 色分解合成ブロック
２３ａ 第１の偏光ビームスプリッタ
２３ｂ 第２の偏光ビームスプリッタ
２３ｃ 第３の偏光ビームスプリッタ
２３ｄ 第４の偏光ビームスプリッタ
２４Ｒ 赤色用液晶ライトバルブ
２４Ｇ 緑色用液晶ライトバルブ
２４Ｂ 青色用液晶ライトバルブ
２６ 投射レンズ

Claims (1)

1. 空間光変調素子により表示される画像を結像光学系を介して表示する画像表示装置において、
   白色光源と、
   前記白色光源から発せられた光束を複数のレンズセルにより空間的に分割する第１のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイの各レンズセルに対応する複数のレンズセルを有する第２のレンズアレイと、
   前記第１のレンズアレイの各レンズセルの像を空間変調素子の上で重ね合わせる重ね合わせレンズと、
   前記重ね合わせレンズから出射した光を３原色に分解する色分解手段と、
   前記色分解手段により３原色に分解された光束を変調する空間光変調素子と、
   前記空間変調素子により変調された３原色の変調光を合成する色合成手段と、
   前記色合成手段を経た変調光が入射され、前記空間光変調素子が表示する画像を結像させる結像光学系と、
   前記第１のレンズアレイと前記重ね合わせレンズとの間であって第２のレンズアレイにおける対向する左右または上下のいずれか一方の両辺部分に配置され、任意の波長帯域の成分を減衰させその他の波長帯域の光を透過させるフィルタと、
   前記第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとの間、または、前記結像光学系に設けられ、前記フィルタが前記第２のレンズアレイにおける左右両辺部分に設けられている場合には上下方向に移動し、前記フィルタが前記第２のレンズアレイにおける上下両辺部分に設けられている場合には左右方向に移動して、開口面積を増減させるように配置されている可変開口絞りと、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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