JP4581371B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、空間光変調素子（液晶ライトバルブ）を用いて変調させた変調光を結像させることにより画像を表示する画像表示装置に関する。

従来、液晶光変調素子（以下、液晶ライトバルブという。）に対する照明光をこの液晶光変調素子によって変調し、この変調光をスクリーン上に結像させる（投射する）ことにより画像を表示する液晶画像表示装置が提供されている。このような液晶画像表示装置は、反射型、または、透過型の液晶ライトバルブを用いて、この液晶ライトバルブのピクセルごとに照明光を制御することにより、照明光の偏光状態についての変調を行っている。

図１５は、液晶画像表示装置の概略的な構成を示す側面図である。

図１５（ａ）は、レンズアレイ方式の液晶画像表示装置の構成を示している。

レンズアレイ方式の液晶画像表示装置は、液晶ライトバルブを重畳照明する重畳手段として、レンズアレイを用いるものである。

この液晶画像表示装置は、図１５（ａ）に示すように、光源１１１と、光源１１１から発した光を光軸Ｌ０方向に反射するリフレクタ１１２と、第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）１１３と、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）１１４と、重ね合わせレンズ１１６と、コンデンサレンズ１１７と、液晶ライトバルブ１１８と、を有している。

第１及び第２のレンズアレイ１１３，１１４上には、液晶ライトバルブ１１８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１１２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１１３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１１４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１１４上には、第１のレンズアレイ１１３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１１４上の各レンズセルは、対応する第１のレンズアレイ１１３の各レンズセル開口の像を液晶ライトバルブ１１８の入射面に一致させ、重ね合わせレンズ１１６、コンデンサレンズ１１７及び偏光ビームスプリッタ１１９を透して、第１のレンズアレイ１１３の各レンズセルの像が液晶ライトバルブ１１８の入射面上で重なり合うようにする。

このようにして、第２のレンズアレイ１１４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１１６において複数の３次光源像が形成される。

コンデンサレンズ１１７は、液晶ライトバルブ１１８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１１２からの反射光束は、その強度を積分され、液晶ライトバルブ１１８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１１３，１１４及び重ね合わせレンズ１１６は、重畳手段を構成している。

液晶ライトバルブ１１８は、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、液晶ライトバルブ１１８における画像情報に応じて、Ｐ偏光、Ｓ偏光に変調される。

ところで、偏光ビームスプリッタ１１９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１１９を透過した後の偏光方向が液晶ライトバルブ１１８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１１９と液晶ライトバルブ１１８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、液晶ライトバルブ１１８に対する最適な偏光方向となるように補償している。

この液晶ライトバルブ１１８を経て偏光ビームスプリッタ１１９に戻った変調光は、この偏光ビームスプリッタ１１９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１１３，１１４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。

この液晶画像表示装置は、前述のような構成により、液晶ライトバルブの情報を拡大投影して表示する。

図１５（ｂ）は、ロッドインテグレータ方式の液晶画像表示装置を示す。

ロッドインテグレータ方式の液晶画像表示装置は、図１５（ｂ）に示すように、液晶ライトバルブを重畳照明する重畳手段として、前述のレンズアレイに代えて、ロッドインテグレータ（ガラスロッド）を用いたものである。

この液晶画像表示装置は、光源１１１と、光源１１１から発した光を光軸Ｌ０方向に反射するリフレクタ１１２と、ロッドインテグレータとしてのガラスロッド１２１と、出射レンズ１２２と、重ねあわせレンズ１１６と、コンデンサレンズ１１７と、液晶ライトバルブ１１８と、を有している。

この液晶画像表示装置においては、リフレクタ１１２は、光源１１１からの光を光軸Ｌ０方向にガラスロッド１２１の入射面に集光して照射する。ガラスロッド１２１の入射面に入射した光は、ガラスロッド１２１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１２１の出射光が入射される出射レンズ１２２は、ガラスロッド１２１からの出射光を重ね合わせレンズ１１６に対して集光させる。重ね合わせレンズ１２２により、ガラスロッド１２１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、ガラスロッド１２１、出射レンズ１２２及び重ね合わせレンズ１１６は、コンデンサレンズ１１７及び偏光ビームスプリッタ１１９を透して液晶ライトバルブ１１８を重畳照明する重畳手段を構成している。

この液晶画像表示装置において、液晶ライトバルブ１１８を経て偏光ビームスプリッタ１１９に戻った変調光は、この偏光ビームスプリッタ１１９において、偏光方向に応じて、ガラスロッド１２１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。

この液晶画像表示装置においても、偏光ビームスプリッタ１１９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１１９を透過した後の偏光方向が液晶ライトバルブ１１８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１１９と液晶ライトバルブ１１８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、液晶ライトバルブ１１８に対する最適な偏光方向となるように補償している。

図１５に示した液晶画像表示装置は、モノクロ表示のものである。カラー表示の液晶画像表示装置においては、前記重畳手段からの光をＲＧＢ（三原色）に分解し、ＲＧＢ光をそれぞれに対応する液晶ライトバルブにより変調した後、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液晶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、液晶ライトバルブ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。

一方、従来の液晶画像表示装置においては、装置の小型化及び投射される像の高輝度化が求められている。このため、液晶画像表示装置においては、より広範囲の光を短い光路によって液晶ライトバルブを照明するため、液晶ライトバルブを照明する光束の径が大きくなり、照明光学系のＦ値が小さくなる傾向にある。
特開平７−４９４９４号公報 特開２０００−１３７２８９公報 特開２００１−３３７７３公報

ところで、前述のような重畳手段によりライトバルブの情報を拡大投射する液晶画像表示装置において、ＲＧＢの色バランスを電気信号で調整すると、コントラストが低下する問題が発生する。

さらに、照明光学系の低Ｆ値化によっても、黒情報表示時における液晶ライトバルブの漏れ光が増加し、コントラストが低下する問題が発生する。

図１６は、液晶画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示す図である。

図１６中のＣは、入力信号Ｓが所定値より小さい黒情報表示時の光出力Ｌである。本来、光出力Ｌはゼロレベルが理想であるが、色分解合成光学系の諸性能及び液晶ライトバルブ１１８に用いられている液晶の諸性能により、漏れ光として、Ｃレベルの光が出力される。一方、入力信号Ｓがピークになったとき、光出力ＬはＡレベルになる。このとき、液晶画像表示装置のコントラスト比ＣＲは、Ａ／Ｃで定められる。

ここで、低Ｆ値化によって漏れ光によるＣレベルが増加するため、コントラスト比ＣＲは低下する。

ところで、色バランスを取るために、光出力Ｌを抑制してＡ´レベルの光出力に信号調整すると、コントラスト比ＣＲ´＝Ａ´／Ｃとなり、著しいコントラスト劣化を招く。

ここで、偏光ビームスプリッタの透過率の入射角度特性について検討する。

図１７は、偏光ビームスプリッタの透過率の入射角度特性を示すグラフである。

図１７（ａ）に示すように、光軸に対して入射面が垂直になるように設置された偏光ビームスプリッタに対して、入射光と光軸のなす角を入射角度βとする。

図１７（ｂ）に示した折れ線ａ〜ｅは、入射角βｃ＜βｂ＜βａ＝０＜βｄ＜βｅの光線に対する偏光ビームスプリッタのＰ偏光透過率を示している。このように、入射角度が光軸から振れて、偏光ビームスプリッタの偏光膜面に対する入射角が変化すると、Ｓ偏光の透過率が増大し、また、Ｐ偏光の透過率が減少する。そのため、透過するＳ偏光成分及び反射されるＰ偏光成分が漏れ光となり、図１７におけるＣレベルを増やすことになり、コントラストの低下を招く。

このような要因によるコントラスト劣化は、偏光ビームスプリッタの入射光軸と出射光軸を含む平面に対して、平行な方向の入射角度のずれ量に依存する。

また、液晶ライトバルブ１１８に対する偏光方向を補償するλ／４板（四分の一波長板）の分散特性について検討する。

図１８は、λ／４板の分散特性を示すグラフである。

図中の直線ａは理想的なλ／４波長板特性であり、曲線ｂは実際のλ／４波長板特性（最適波長５５０ｎｍの場合）を示している。

このように、λ／４板は、分散特性を持っており、ある単一の波長の入射光に対しては最適な特性を有するが、入射光がある帯域に亘っている場合には、その帯域のすべてにおいては、最適な特性を有していない。λ／４板に対する入射光が最適な波長から外れるほど、偏光方向の補償能力も劣化し、補償しきれない成分が生ずる。偏光方向を補償しきれなかった成分は、漏れ光となり、図１６におけるＣレベルを増やすことになり、コントラストの低下を招く。

このような要因によるコントラスト劣化は、偏光ビームスプリッタの入射光軸及び出射光軸を含む平面に対して、直交する方向の入射角度ずれの量に依存する。

前述のように、偏光ビームスプリッタの入射光軸及び出射光軸を含む平面に対して、平行な方向の入射角度ずれと、直交する方向の入射角度ずれによるコントラスト劣化要因は異なっており、どちらの方向の入射角度ずれがコントラスト劣化の主たる要因となるかは、使用している偏光ビームスプリッタ及びλ／４板の特性によって異なる。

ここで、照明光学系の外周部を遮光することにより、この照明光学系のＦ値を下げて、コントラスト劣化を防止する構成が従来より提案されている。

図１９は、光学部品の一部にフィルタや遮光膜を形成する工程を示す側面図である。

フィルタや遮光膜をレンズアレイなどの光学部品１２３の外周部に蒸着により形成するときには、この光学部品１２３の所望の領域外に蒸着膜が及ばないように、図１９（ａ）に示すように、ＡＲ（Antireflection；反射防止）コートを付けるときは円環状のマスクＡを用いる。

図１９（ｂ）に示すように外周部１２７にフィルタや遮光膜を形成するときは、図１９（ｃ）に示すように円形のマスク１２９が必要である。しかし、マスク１２９は、光学部品１２３の内周部に位置させる必要があるが、この位置で保持することが不可能であり、実際には、このような形状のフィルタ膜を蒸着によって形成することはできない。

一方、前述のように、照明光学系における縦方向の角度ずれ成分と、横方向の角度ずれ成分とでは、コントラスト劣化の要因となる光学部品が異なるため、照明光学系の外周部の全てを遮光する必要があるとは限らないことになる。

本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、色バランスの調整において、調整対象の色についての照明光学系のＦ値を高くすることにより、効果的にコントラスト劣化を防止することができる画像表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、照明光学系内のフィルタの形状を最適化することにより、色バランスの調整において、調整対象の色についての照明光学系のＦ値を高くして、より効果的なコントラスト劣化の防止を実現できる画像表示装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る画像表示装置は、白色光源と、前記白色光源から発した光を複数の部分光に分光し、分光された複数の前記部分光を重畳する重畳手段と、３原色に対応し、入射した光を光変調し変調光として射出する３つの反射型空間光変調素子と、前記重畳手段で重畳された光を３原色に分解して、３原色の光としてそれぞれ空間光変調素子に供給すると共に、それぞれの前記空間光変調素子からの変調光を合成する分解合成手段と、前記重畳手段と前記分解合成手段との間の位置であって、入射する光の光軸を挟んで所定の距離離れた２箇所に配設され、入射する光の任意の波長帯域の光強度を減衰させて３原色の比率を調整して射出する前記光軸と直交する方向に並べられた２つの光減衰手段と、前記分解合成手段を経た光を投射する投射手段と、を備える。

前記分解合成手段は複数の偏光ビームスプリッタを有し、前記分解合成手段における前記重畳手段からの光が入射する位置に配設された前記偏光ビームスプリッタは、入射した光を入射した光の偏光方向に応じて透過すると共に、入射した光の光軸に対して直交する方向に反射することが好ましい。

この画像表示装置においては、液晶ライトバルブに入射する光束のうち、光軸から遠い光束について、フィルタによってレベルを落とす波長域の光を遮断している。このように、この画像表示装置においては、液晶ライトバルブに入射する光を光学的に制御しているため、液晶ライトバルブを電気的に制御することにより変調光の光量を抑制する必要がない。そのため、液晶ライトバルブの黒情報表示時の光量も相対的に低下するため、色バランス（ホワイトバランス）を調整しても、表示画像のコントラストが低下することがない。

また、この画像表示装置においては、光軸から遠い光束について、レベルを落とす波長域を遮断している。したがって、光束の実質的な系を小さくして、照明光学系のＦ値を大きくすることができる。すなわち、光を変調する液晶ライトバルブに入射する光の角度を小さくできるので、黒情報表示時に、液晶ライトバルブに達する漏れ光を少なくすることができる。したがって、黒情報表示時の出力光のレベルを低下させ、コントラストを向上させることができる。

なお、フィルタは、重畳手段から供給された光を制御することにより、色バランスを調整するものであることが好ましい。

本発明によれば、画像表示装置における色バランスの調整において、調整対象の色についての照明光学系のＦ値を高くすることにより、効果的にコントラスト劣化を防止することができる。

また、本発明は、画像表示装置における照明光学系内のフィルタの形状を最適化することにより、色バランスの調整において、調整対象の色についての照明光学系のＦ値を高くして、より効果的なコントラスト劣化の防止を実現することができる。

以下、本発明に係る画像表示装置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、本実施の形態の液晶画像表示装置の構成を示す図である。

図１においては、簡単のために光源１１から発した光が単一の液晶ライトバルブ１８を照射するモノクロ表示の液晶画像表示装置を示す。この図は、本発明の原理を説明するために示すもので、色バランス（ホワイトバランス）の調整が必要になるカラー表示の液晶画像表示装置には、光をＲＧＢに分解／合成する色分解光学系及び色合成光学系が備えられている。

図１（ａ）は、レンズアレイ方式の液晶画像表示装置を示す図である。

この液晶画像表示装置は、光源１１と、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を軸とした回転楕円面の反射面を有し、光源１１から出射された光を反射面で反射して光軸Ｌ０に平行な光束として出射する。

また、この液晶画像表示装置は、第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）１３と、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）１４と、フィルタ１５と、重ね合わせレンズ１６と、コンデンサレンズ１７と、液晶ライトバルブ１８と、を有している。

第１及び第２のレンズアレイ１３，１４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、液晶ライトバルブ１８に相似した形状の複数のレンズセルを２次元配列している。

第１のレンズアレイ１３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１４のレンズセルに光束を集光し、第２のレンズアレイ１４上に第１のレンズアレイ１３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１４は、各レンズセルごとに、対応する第１のレンズアレイ１３のレンズセル開口を液晶ライトバルブ１８面に一致させ、第１のレンズアレイ１３の各レンズセルが液晶ライトバルブ１８面上で重なり合うようにする。

フィルタ１５は、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４を透過した光束の内、光軸Ｌ０から遠い光束についてレベルを落とす波長域を遮断し、残りの光束についてそのまま透過させる。

重ね合わせレンズ１６は、各レンズセル中心を液晶ライトバルブ１８中心に一致させ、第１レンズアレイ１３２の各レンズセルが液晶ライトバルブ１８面上で重なり合うようにする。

コンデンサレンズ１７は、液晶ライトバルブ１８の照明光が投射レンズ（図示していない）入射瞳方向に入射するようにする。

液晶ライトバルブ１８は、複数の液晶セルを２次元配列してなる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）を有し、各液晶セルごとに透過する光量を制御することによって画像を変調する。

この液晶画像表示装置においては、第２のレンズアレイ１４における複数の２次光源像が形成される。また、重ね合わせレンズ１６において複数３次光源像が形成される。そして、この３次光源像を用いて液晶バルブ１８を重畳照明している。液晶画像表示装置において、この重畳照明を行う重畳手段は、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４と、重ね合わせレンズ１６と、が構成している。

前記フィルタ１５は、２次光源像が形成される第２のレンズアレイ１４と３次光現像が形成される重ね合わせレンズ１６との間に設置される。そして、落とすレベルに相当した面積の光束に適用して所望の波長域を遮断し、残りの光束をそのまま透過させる。

ここで、フィルタ１５は、光軸から遠い光束から順に前記所望の波長域を遮断する。これによって、フィルタ１５を透過した光束の径は、実質的に小さくなる。すなわち、フィルタ１５によって光束の径は前記所望の波長域についてのみ狭くなるが、各波長域を含む光束全体としても、光束の外側の光量が減少するため、光束の径が実質的に小さくなったということができる。換言すると、実質的にＦ値が大きくなったということができる。

このようにフィルタ１５によって光束の径が実質的に小さくなったので、光軸Ｌ０から遠く、液晶ライトバルブ１８に大きな角度で入射する光も少なくなる。したがって、後述するように液晶ライトバルブ１８の黒情報表示時における漏れ光も少なくなる。

例えば、落とすレベルに相当した面積の光束にＲ透過フィルタを適用する場合、光線ａ，ｂ，ｅ，ｆはＲ光のみ、光線ｃ，ｄはＲ＋Ｇ＋Ｂの白色光である。したがって、液晶ライトバルブ１８上に重畳された光は、ＧとＢの成分が削減され色温度の低い光となる。

なお、図においては第２のレンズアレイ１４と重ね合わせレンズ１６の間にフィルタ１５を設けた例を示したが、フィルタ１５は第１及び第２のレンズアレイ１３，１４間に設置することもできる。

図１（ｂ）は、ガラスロッド方式の液晶画像表示装置を示す図である。

この液晶画像表示装置は、図１（ａ）に示したレンズアレイ方式の液晶画像表示装置と、第１及び第２のレンズアレイ１３，１４に代わってガラスロッド２１及び出射レンズ２２を採用して、フィルタ１５が重ね合わせレンズ１６の後ろに設置された点が異なっている。図１（ａ）に示したレンズアレイ方式と同様な部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

リフレクタ１２は、光源１１から出射された光を回転楕円面の反射面で反射してガラスロッド２１の入射面に集光して入射する。

ガラスロッド２１は、リフレクタ１２から入射された光を内面で多重回にわたって全反射する。出射レンズ２２は、ガラスロッド２１から出射された光をリレーレンズ１６に供給する。

このとき、ガラスロッド２１の出射面には複数の２次光源像が形成される。また、重ね合わせレンズ１６には、複数の３次光源像が形成される。これら２次光源像及び３次光源像の数は、ガラスロッド２１内において光が全反射する回数に対応している。

前記フィルタ１５は、３次光源像が形成される重ね合わせレンズ１６の後段に設置される。そして、落とすレベルに相当した面積の光束に適用して所望の波長域を遮断し、残りの光束をそのまま透過させる。図１（ａ）に示したレンズアレイ方式の場合と同様に、Ｒ透過フィルタを示すもので、光線ａ，ｂ，ｅ，ｆについてはＲ光のみ、光線ｃ，ｄについてはＲ＋Ｇ＋Ｂの白色光である。

前述したように、図１に示した液晶画像表示装置においては、簡単のために色分解光学系及び色合成光学系に関連する部分を省略している。実際には、ＲＧＢ光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブが設けられる。また、これらの液晶ライトバルブの前段には光をＲＧＢに分解する色分解光学系が設置され、液晶ライトバルブの後段にはＲＧＢ光を合成する色合成光学系が設置される。投射レンズは、この色合成光学系で合成された光を投射する。

図２は、フィルタを示す斜視図である。

図中のフィルタ３１は、図１に示したフィルタ１５の具体例を示すものである。このフィルタ３１は、縦横６×６の要素を有し、それぞれの要素ごとに光の透過を制御することができる。すなわち、各要素について、レベルを落とす波長域の光を遮断する状態と、光をそのまま透過させる状態を切り替えることができる。

例えば、図２（ａ）に示すように、最右列及び最左列からそれぞれ２列の要素３１ａについてレベルを落とす波長域について遮断する状態に、残りの中央２列の要素３１ｂについて光をそのまま透過させる状態に制御することができる。

このように、フィルタ３１の中央を貫く光軸に直交する一つの直線について対称になるように、レンズの光軸Ｌ０から離れた要素から順に、レベルを落とす波長域の光を遮断させ、残りの要素についてはそのまま光を透過させるように制御することができる。

また、例えば、図２（ｂ）に示すように、配列の周囲の要素３１ｃについてレベルを落とす波長域の光を遮断し、残りの中央の４個の要素３１ｄについての光をそのまま透過させる状態に制御することができる。

このように、フィルタ３１を構成する要素について、周囲の要素から順にレベルを落とす波長域の光を遮断し、残りの要素についてはそのまま光透過させるように制御することができる。

本実施の形態では、図２（ａ）及び図２（ｂ）のいずれについても光軸Ｌ０近くの中央の要素について光をそのまま透過させるように制御している。したがって、液晶ライトバルブ１８を照明する光束の実質的な径が小さくなるので、Ｆ値が大きくなる。また、液晶ライバルブ１８に大きな角度で入射する光を抑制することができる。

ここで、図１（ａ）に示したようにレンズアレイを用いる場合には、フィルタ３１を構成する要素をレンズアレイを構成するレンズセルの配列に対応するように配列することができる。このようにフィルタ３１の要素とレンズアレイをレンズセルの配置を対応させることで、これらの配列の不一致に由来する色むらを抑制することができる。

図３は、Ｆ値と液晶ライトバルブの漏れ光との関係を示す図である。

この液晶ライトバルブは、図１に示した液晶ライトバルブ１８を模式的に示すもので、液晶板４１及びアナライザ（偏光板）４２を有している。図においては、液晶板４１への信号の印加がなく、液晶分子は長軸方向が液晶板４１に直交する方向となるように整列している。

ここでは、反射型の液晶板４１を用いるものとして説明するが、Ｆ値や入射角と漏れ光との関係は透過型の液晶板を用いる場合にも同様である。

図３（ａ）は、液晶板４１に対して直交する、または、角度が小さい（高Ｆ値）光Ｌ１が通過するときの様子を示している。この場合、液晶板４１を通過（反射してきた）した光Ｌ２は、液晶分子の長軸方向が光Ｌ１方向に整列しているため、変調を受けることなくアナライザ４２で吸収遮蔽される。

図３（ｂ）は、液晶板４１に対して角度が大きい（低Ｆ値）光Ｌ１´が通過するときの様子を示している。この場合、液晶はその長軸が液晶板４１に直交する方向に整列しているが、光Ｌ１´は液晶分子に対して大きな角度で入射するため、若干の変調を受ける。したがって、アナライザ４２では変調を受けた分の光が通過してしまい、漏れ光になる。このような漏れ光があると、黒情報表示時の光出力を底上げすることになる。

前述のように、本実施の形態ではフィルタ１５によって、光束の実質的な径が小さく、Ｆ値が小さい。したがって、本実施の形態の液晶画像表示装置は、入射角度が直交する、または、小さい図３（ａ）に対応している。すなわち、本実施の形態においては漏れ光が少なく、黒情報表示時の光出力は小さい。

図４は、本実施の形態の液晶画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示す図である。

図中Ｃは、入力信号Ｓが所定値より小さい黒情報表示時の光出力Ｌである。この場合の光出力Ｌは本来ゼロレベルが理想であるが、色分解合成光学系の諸性能および液晶ライトバルブ１８に用いられている液晶の諸性能により、漏れ光としてＣレベルの光が出力される。前述したように、本実施の形態の液晶画像表示装置においてはＦ値が大きく、入射角が小さいので液晶ライトバルブの漏れ光は小さい。

一方、入力信号Ｓがピークになったとき、光出力ＬはＡレベルになる。このとき、液晶画像表示装置のコントラスト比ＣＲは、Ａ／Ｃで定められる。本実施の形態では、漏れ光が少なく黒情報表示時のレベルＣが低いため、コントラスト比ＣＲは大きい。

ここで、色バランス（ホワイトバランス）を調整するために、光出力Ｌを抑制してＡ´レベルの光出力に信号調整すると、黒情報表示時の漏れ光もＣ´レベルに低下する。これは、本実施の形態では、色バランスはフィルタを透過する光量を光学的に制限することで調整しているためである。このため、黒情報表示時の漏れ光Ｃ‘は、色バランス調整のためにフィルタで遮断する光量に応じて低下する。

したがって、本実施の形態では光出力がＡからＡ´に低下しても、黒情報表示時の漏れ光Ｃも同じ比率で減少してＣ´になる。これによって、コントラスト比ＣＲ´＝Ａ´／Ｃ´＝ＣＲとなり、色バランスのためにピークレベルの光出力を調整してＡレベルに低下させてもコントラストは維持される。

図５は、本実施の形態の液晶画像表示装置の構成をより具体的に示す図である。

この液晶画像表示装置は、図１（ａ）に示したレンズアレイ方式の液晶画像表示装置について、色分解合成光学系を含めより詳細に示すものである。

この液晶画像表示装置は、光源５１と、光源５１の光を一方向に反射するリフレクタ５２と、コリメータレンズ５３と、赤色光／紫外光カットフィルタ５４と、第１のレンズアレイ５５と、フィルタ５６と、第２のレンズアレイ５７と、コンバイナ５８と、重ね合わせレンズ５９と、コンデンサレンズ６９と、ポラライザ（偏光板）６１と、を有している。

コリメータレンズ５３は、光の利用効率を高めるように、リフレクタ５２から供給された光を平行光に近づけている。

赤外光／紫外光カットフィルタ５４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している。

第１及び第２のレンズアレイ５４，５７及び重ね合わせレンズ５９は、重ね合わせレンズ５９に形成される複数の３次光源像により液晶ライトバルブを重畳照明する重畳手段を構成している。

フィルタ５６は、第１及び第２のレンズアレイ５４，４７間に設置され、光軸から遠い光束についてレベルを落とす波長域について遮断し、光軸に近い光束についてはそのまま透過させるように制御する。そして、前記波長域に制限する光束の分量を制限することにより、この液晶画像表示装置の色バランス（ホワイトバランス）を調整している。

コンバイナ５８は、後段の偏光光学系における光の利用効率を向上させるため、入射する光をＳ偏光に変換している。

コンデンサレンズ６０は、液晶ライトバルブの照明光が投射レンズの入射瞳方向に入射するようにしている。

ポラライザ６１は、Ｓ偏光のみが透過するように制限している。

また、この液晶画像表示装置は、色分解合成光学系６５と、Ｂ色液晶ライトバルブ６２と、Ｒ色液晶ライトバルブ６３と、Ｂ色液晶ライトバルブ６４と、アナライザ６６と、投射レンズ６７と、を有している。

色分解合成光学系６５は、入射された光をＲＧＢに分解して各色に対応する液晶ライトバルブ６２，６３，６４にそれぞれ供給し、これらの液晶ライトバルブ６２，６３，６４で変調されたＲＧＢ光を合成する。

色分解光学系６５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ので具体的な構成は図示を省略する。図の色分解光学系６５のブロックには、ＲＧＢ光が各色の液晶ライトバルブ６２，６３，６４に達するまでの光路のみを示す。

アナライザ（偏光板）６６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６２，６３，６４で変調を受けていない光はこのアナライザ６６によって遮断される。

投射レンズ６７は、アナライザ６６を透過した光をスクリーンに向けて投射する。

本実施の形態においては、光学系のＦナンバーを例えば２．４として構成することができる。この場合、反射型液晶光変調素子への入射角は、最大１１．８度になる。ここで、例えばＢ色の光を５０％減らしたいならば、Ｆナンバーを２．４から３．４にする。このときの入射角は、最大８．４度になる。

〔第２の実施の形態〕
図６は、レンズアレイ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第２の実施の形態を示す側面図である。

この第２の実施の形態における照明光学系においては、コンデンサレンズ１７と液晶ライトバルブ１８との間に、偏光ビームスプリッタ１９が配置されている他は、前述した第１の実施例における構成と同様である。

液晶ライトバルブ１８に対する照明光は、この液晶ライトバルブ１８における画像情報に応じて、Ｐ偏光、Ｓ偏光に変調されて、偏光ビームスプリッタ１９に戻り、この偏光ビームスプリッタ１９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１３，１４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。

この照明光学系においては、偏光ビームスプリッタ１９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１９を透過した後の偏光方向が液晶ライトバルブ１８における最適方向から外れてしまうため、この偏光ビームスプリッタ１９と液晶ライトバルブ１８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、液晶ライトバルブ１８に対する最適な偏光方向となるように補償している。

光源１１の２次光源像が形成される第２のレンズアレイ１４の近辺には、レベルを落としたい色をカットするフィルタ１５を、落とすレベルに相当したレンズアレイ１４の開口部に対応して覆うように配置している。

このとき、光線ａ、ｂ、ｅ、ｆ、は、Ｒ光のみ、ｃ、ｄは、Ｒ＋Ｇ＋Ｂのホワイト光であり、液晶ライトバルブ１８上に重畳された照明光は、ＧとＢの成分が削減され、色温度の低い光となる。

これにより、図４に示した入力信号に対する光出力の関係においては、光出力がＡからＡ´になっても、同じ割合で、ＣはＣ´になり、コントラストの劣化を招くことがない。また、ＧＢ色は、偏光ビームスプリッタ１９の偏光膜面に対して、角度のきつい成分が無くなり、すなわち、Ｆ値が大きくなるので、図４で説明したように、コントラストが向上する。

図７は、ロッドインテグレータ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第２の実施の形態を示す側面図である。

この照明光学系においても、コンデンサレンズ１７と液晶ライトバルブ１８との間に、偏光ビームスプリッタ１９が配置されている他は、前述した第１の実施例における構成と同様である。

液晶ライトバルブ１８に対する照明光は、この液晶ライトバルブ１８における画像情報に応じて、Ｐ偏光、Ｓ偏光に変調されて、偏光ビームスプリッタ１９に戻り、この偏光ビームスプリッタ１９において、偏光方向に応じて、ガラスロッド２１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。

この照明光学系においても、偏光ビームスプリッタ１９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１９を透過した後の偏光方向が液晶ライトバルブ１８における最適方向から外れてしまうため、この偏光ビームスプリッタ１９と液晶ライトバルブ１８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、液晶ライトバルブ１８に対する最適な偏光方向となるように補償している。

光源の３次光源像が形成されるリレーレンズ１６の後に、レベルを落としたい色をカットするフィルタ１５を、落とすレベルに相当した面積で覆うように配置している。例えば、Ｒ透過フィルタを配置すると、光線ａ、ｂ、ｅ、ｆ、は、Ｒ光のみ、ｃ、ｄは、Ｒ＋Ｇ＋Ｂのホワイト光であり、液晶ライトバルブ１８上に重畳された照明光は、ＧとＢの成分が削減され、色温度の低い光となる。

図８（ａ）及び（ｂ）は、この実施の形態においてフィルタを挿入する方向の例を示す斜視図である。

フィルタ１５は、図８（ａ）に示すように、このフィルタ１５の内側（光軸側）の縁Ａが、偏光ビームスプリッタ１９の入射光軸と出射（反射）光軸とを含む平面に対して直交する方向となるように配置する。または、フィルタ１５は、図８（ｂ）のように、このフィルタ１５の内側（光軸側）の縁Ａが、偏光ビームスプリッタの入射光軸と出射（反射）光軸とを含む平面に対して平行な方向となるように配置する。

すなわち、偏光ビームスプリッタ１９に入射する光束の入射角度の傾きによる漏れ光が多い場合には、図８（ａ）に示すように、このフィルタ１５の内側（光軸側）の縁Ａが、偏光ビームスプリッタ１９の入射光軸と出射（反射）光軸とを含む平面に対して直交する方向となるように配置する。

また、λ／４板の分散特性による偏光方向の補償能力の劣化に起因する漏れ光が多い場合には、図８（ｂ）に示すように、このフィルタ１５の内側（光軸側）の縁Ａが、偏光ビームスプリッタの入射光軸と出射（反射）光軸とを含む平面に対して平行な方向となるように配置する。

図９は、第２のレンズアレイ１４に対してフィルタ１５を直接蒸着して形成した例を示す斜視図である。

フィルタ１５は、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２のレンズアレイ１４上に直接蒸着して形成してもよい。

なお、フィルタ１５の挿入位置は、光源１１から液晶ライトバルブ１８に至る間のどこに挿入しても良いが、光源１１から重畳手段の重ね合わせレンズの間に挿入した方が、色むらが生じないため好ましい。

この照明光学系を用いても、図５に示すように、液晶画像表示装置を構成することができる。この液晶画像表示装置の構成は、前述したものと同様である。

〔第３の実施の形態〕
図１０は、レンズアレイ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第３の実施の形態を示す側面図である。

この第３の実施の形態における照明光学系は、フィルタ１５を、第２のレンズアレイ１４の入射面側に直接蒸着により形成している点を除けば、全体的な構成は、前述した第２の実施の形態と同様である。

すなわち、光源１１の２次光源像が形成される第２のレンズアレイ１４の入射面側には、レベルを落としたい色をカットするフィルタ１５を、落とすレベルに相当したレンズアレイの開口部に対応して覆うように形成しておく。このとき、光線ａ、ｂ、ｅ、ｆ、は、Ｒ光のみ、ｃ、ｄは、Ｒ＋Ｇ＋Ｂのホワイト光であり、液晶ライトバルブ１８上に重畳された光は、ＧとＢの成分が削減され、色温度の低い光となる。

これにより、図４に示した入力信号に対する光出力の関係においては、光出力がＡからＡ´になっても、同じ割合で、ＣはＣ´になり、コントラストの劣化を招くことがない。また、ＧＢ色は、偏光ビームスプリッタ１９の偏光膜面に対して、角度のきつい成分が無くなり、すなわち、Ｆ値が大きくなるので、図４で説明したように、コントラストが向上する。

図１１は、ロッドインテグレータ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第３の実施の形態を示す側面図である。

この照明光学系は、フィルタ１５を、リレーレンズ１６の出射面側に直接蒸着により形成している点を除けば、全体的な構成は、前述した第２の実施の形態と同様である。

すなわち、光源１１の３次光源像が形成されるリレーレンズ１６の出射面側に、レベルを落としたい色をカットするフィルタ１５を、落とすレベルに相当した面積で覆うように形成しておく。例えば、Ｒ透過フィルタを配置すると、光線ａ、ｂ、ｅ、ｆ、は、Ｒ光のみ、ｃ、ｄは、Ｒ＋Ｇ＋Ｂのホワイト光であり、液晶ライトバルブ１８上に重畳された光は、ＧとＢの成分が削減され、色温度の低い光となる。

図１２は、フィルタ１５を第２のレンズアレイ１４に蒸着した状態を示す斜視図である。

この実施の形態においては、図１２に示すように、第２のレンズアレイ１４の少なくとも外周部の一部分には、フィルタ１５の無い領域を設ける。これによって、図１７により前述したように、フィルタ１５を蒸着によって形成するときに、第２のレンズアレイ１４の中心側部分を覆うマスクＢを保持することが可能となる。

ここで、フィルタ１５の無い領域を 図１２（ａ）に示すように、上下方向に設けるか、図１２（ｂ）に示すように、左右方向に設けるかは、使用する偏光ビームスプリッタ及びλ／４波長板によって異なり、コントラストの高くなる方に設ける。

すなわち、偏光ビームスプリッタ１９に入射する光束の入射角度の傾きによる漏れ光が多い場合には、図１２（ａ）に示すように、このフィルタ１５の領域を、偏光ビームスプリッタ１９の入射光軸と出射（反射）光軸とを含む平面に対して平行な方向に配列された方向（図１２における上下方向）となるように形成する。

また、λ／４板の分散特性による偏光方向の補償能力の劣化に起因する漏れ光が多い場合には、図１２（ｂ）に示すように、このフィルタ１５の領域を、偏光ビームスプリッタ１９の入射光軸と出射（反射）光軸とを含む平面に対して直交する方向に配列された方向（図１２における左右方向）となるように形成する。

また、このフィルタ１５は、図１２に示すように、第２のレンズアレイ１４のセルを単位とした領域に形成することとし、フィルタ１５の透過光量と表示画像のコントラストとの最もバランスが取れている形状へ最適化することができる。

この照明光学系を用いても、図５に示すように、液晶画像表示装置を構成することができる。この液晶画像表示装置の構成は、前述したものと同様である。

〔第４の実施の形態〕
図１３に、レンズアレイ方式の照明系を用いたときの実施例を示す。

２次光源像が形成される第２アレイ１４近辺に、レベルを落としたい色をカットするフィルタを、落とすレベルに相当したレンズアレイの開口部数おおう。例えば、Ｒ透過フィルタ１５とＲＧ透過フィルタ２５を配置すると、光線ａ、ｆはＲ光のみ、ｂ、ｅはＲ＋Ｇ光、ｃ、ｄはＲ＋Ｇ＋Ｂの白色（ホワイト）光であり、ライトバルブ１８上に重畳された光は、ＧＢの成分が削減され色温度の低い光となる。これにより、図４の入力信号に対する光出力の関係に示すように光出力はＡからＡ´になっても、同じ割合でＣはＣ´になり、コントラストの劣化を招かない。同時に、ＧＢ光は偏光ビームスプリッタ１９の膜面に対して、角度のきつい成分が無くなり（Ｆ値が高くなる）、コントラストが向上する。

図１４にフィルタと遮光板を一体化した場合の構造の例を示す。

図１４のように、レンズアレイ間に遮光板を設け、第１フィルタを固定する。また、第２フィルタは第２レンズアレイに蒸着するが、これは遮光板に取り付けても良いし、第１、第２フィルタともに第２レンズアレイに蒸着しても良い。また、遮光板と第１フィルタを接着している接着剤は２００℃以上の耐熱性を有しているものとする。さらに、遮光板に取り付けるフィルタは遮光板とレンズアレイの固定用部材を一体化した構造とすることで、部品点数を削減できる。

なお、前述の実施の形態は、本発明の一具体例を示すもので本発明はこれに限定されない。本発明を逸脱しない範囲で様々な変形等を行うことができることは、本技術分野の専門家には明らかであろう。

本発明の実施の形態の液晶画像表示装置の構成を示す側面図である。 フィルタを示す斜視図である。 Ｆ値と液晶ライトバルブの漏れ光との関係を示す断面図である。 本実施の形態の液晶画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示すグラフである。 本実施の形態の液晶画像表示装置の構成をより具体的に示す側面図である。 レンズアレイ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第２の実施の形態を示す側面図である。 ロッドインテグレータ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第２の実施の形態を示す側面図である。 上記第２の実施の形態において、フィルタを挿入する方向の例を示す斜視図である。 上記第２の実施の形態において、フィルタを蒸着により形成した例を示す斜視図である。 レンズアレイ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第３の実施の形態を示す側面図である。 ロッドインテグレータ方式の照明光学系を用いた本発明に係る液晶画像表示装置の第３の実施の形態を示す側面図である。 上記第３の実施の形態において、フィルタを蒸着により形成した例を示す斜視図である。 第４に実施の形態を示す図である。 フィルタと遮光板を一体化した場合の構造の例を示す図である。 液晶画像表示装置の概略的な構成を示す図である。 液晶画像表示装置における入力信号と光出力との関係を示す図である。 偏光ビームスプリッタの透過率の入射角度特性を示すグラフである。 λ／４板の分散特性を示すグラフである。 光学部品の一部にフィルタや遮光膜を形成する工程を示す側面図である。

符号の説明

１１ 光源
１２ 反射鏡
１３ 第１のレンズアレイ
１４ 第２のレンズアレイ
１５ フィルタ
１６ リレーレンズ
１７ コンデンサレンズ
１８ 液晶ライトバルブ
１９ 偏光ビームスプリッタ
２１ ガラスロッド
２２ 出射レンズ

Claims (2)

1. 白色光源と、
   前記白色光源から発した光を複数の部分光に分光し、分光された複数の前記部分光を重畳する重畳手段と、
   ３原色に対応し、入射した光を光変調し変調光として射出する３つの反射型空間光変調素子と、
   前記重畳手段で重畳された光を３原色に分解して、３原色の光としてそれぞれ空間光変調素子に供給すると共に、それぞれの前記空間光変調素子からの変調光を合成する分解合成手段と、
   前記重畳手段と前記分解合成手段との間の位置であって、入射する光の光軸を挟んで所定の距離離れた２箇所に配設され、入射する光の任意の波長帯域の光強度を減衰させて３原色の比率を調整して射出する前記光軸と直交する方向に並べられた２つの光減衰手段と、
   前記分解合成手段を経た光を投射する投射手段と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記分解合成手段は複数の偏光ビームスプリッタを有し、
   前記分解合成手段における前記重畳手段からの光が入射する位置に配設された前記偏光
   ビームスプリッタは、入射した光を入射した光の偏光方向に応じて透過すると共に、入射
   した光の光軸に対して直交する方向に反射することを特徴とする請求項1記載の画像表示
   装置。

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