(57)【要約】【課題】第１、第２光変調素子間でのモアレによる表示画質の低下を抑制でき、装置の信頼性を確保できる画像表示装置を提供する。【解決手段】本発明の画像表示装置１は、光源２と、光源２から射出された光を変調する第１光変調素子（第１変調ライトバルブ２１）と、第１光変調素子から射出された光を変調する第２光変調素子（第１変調ライトバルブ２２）と、第１光変調素子と第２光変調素子との間に配置され、第１光変調素子による光学像を第２光変調素子に伝達するリレー光学系とを備え、リレー光学系が、入射光を反射面で反射させつつ入射光が入射した側と反対側に透過させ、入射光が入射した側と反対側に第１光変調素子による光学像の実像を形成する透過型像形成素子（マイクロミラーアレイ２５）を備えている。【選択図】図１
2008203321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光変調特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記光源から射出された光を変調する第１光変調素子と、光変調特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記第１光変調素子から射出された光を変調する第２光変調素子と、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間に配置され、前記第１光変調素子による光学像を前記第２光変調素子に伝達するリレー光学系と、を備え、
前記リレー光学系が、入射光を反射面で反射させつつ前記入射光が入射した側と反対側に透過させ、前記入射光が入射した側と反対側に前記第１光変調素子による光学像の像を形成する透過型像形成素子を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第１光変調素子が、前記光源から射出される光の波長域のうち、異なる波長域を有する複数の色光をそれぞれ変調する複数の第１液晶ライトバルブで構成され、
前記第２光変調素子が、前記複数の第１液晶ライトバルブの各々によって変調された各波長領域の光をそれぞれ変調する複数の第２液晶ライトバルブで構成され、
各波長領域毎の前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間の光路上に前記透過型像形成素子がそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１光変調素子が、前記光源から射出され前記第１光変調素子に入射する光の光軸に対して略垂直に配置されるとともに、前記透過型像形成素子が、前記光軸に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第１光変調素子または前記第２光変調素子の少なくとも一方が、前記少なくとも一方の光変調素子と前記透過型像形成素子との距離に応じて異なる画像処理を行うことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の画像表示装置と、前記第２光変調素子により形成される画像を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置およびプロジェクタに関し、特に第１光変調素子、第２光変調素子の２段の光変調素子を備えた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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ましく、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。しかしながら、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、視聴者は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。
【０００３】
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。ところが、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、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の実現への要求が高まると予想される。
【０００４】
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射型表示装置（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。
【０００５】
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、光源からの射出光束を第１光変調素子で変調して所望の照明光量分布を形成し、この照明光量分布を第２光変調素子上に伝達し、第２光変調素子によってさらに変調を加えた上で照明するというものである。光変調素子としては、光伝搬特性が独立に制御可能な画素構造や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光変調素子が用いられている。その代表的な例としては、液晶ライトバルブがあげられる。中でも、第１光変調素子と第２光変調素子との間の光路上にリレーレンズを配置し、リレーレンズによって第１光変調素子の光学像を第２光変調素子の入射面に伝達する構成が、下記の特許文献１に開示されている。また、透過型光変調素子に代えて、反射型光変調素子を用いてもよく、その代表例としては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子が挙げられる。あるいは、リレーレンズを介することなく、第１光変調素子と第２光変調素子とを近接配置した構成が、下記の特許文献２に開示されている。
【０００６】
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。従来の投射型表示装置はこの光変調素子を単体で使用する構成であり、輝度ダイナミックレンジは６０／０．２＝３００となる。これに対して、上記のディスプレイ装置は、各々が３００の輝度ダイナミックレンジを有する２段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ため、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って８ビットを超える階調数を得ることができる。
なお、第１光変調素子および第２光変調素子は、映像信号から作られた第１変調信号、第２変調信号によってそれぞれ別個に駆動される。  
【特許文献１】特開２００５−２５０４４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の表示装置においては、リレーレンズを用いて第１光変調素子の光学像を第２光変調素子に伝達しているが、リレーレンズの光学収差や製造誤差等に起因して第１光変調素子の光学像に結像倍率のずれや歪みが生じたり、光学像と第２光変調素子とのアライメントにずれが生じたりする。その結果、第１光変調素子と第２光変調素子の画素の格子構造同士が干渉してモアレが発生し、表示画質が著しく低下する、という課題があった。また逆に、モアレの発生を抑えるためには高精度のリレーレンズやアライメント機構を使用しなければならず、装置のコストが高騰する、という課題もあった。
【０００８】
一方、特許文献２記載の表示装置においては、特に各光変調素子に液晶ライトバルブを用いた場合、近接配置した２枚の液晶ライトバルブの間に偏光板を挿入したり、あるいは液晶ライトバルブや偏光板を冷却するためのある程度広い空間が必要である。ところが、２枚の液晶ライトバルブの間にマイクロレンズを挿入し、前段の液晶ライトバルブの光学像をマイクロレンズで後段の液晶ライトバルブに伝達する構成では、液晶ライトバルブ間に広い空間が存在するため、マイクロレンズの集光性能の悪さに起因して画質が劣化する。これに対して、屈折率分布型レンズ（セルフォックレンズ：登録商標）を使用する場合には、２枚の液晶ライトバルブを十分に近接させる必要があるため、偏光板の挿入や冷却に十分な広さの空間を確保するのが難しく、装置の信頼性が低下する、という課題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、第１、第２光変調素子間でのモアレによる表示画質の低下を抑制することができ、装置の信頼性を確保しつつ、輝度ダイナミックレンジの拡大と階調数の増大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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、光源と、光変調特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記光源から射出された光を変調する第１光変調素子と、光変調特性を独立に制御可能な複数の画素を有し、前記第１光変調素子から射出された光を変調する第２光変調素子と、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間に配置され、前記第１光変調素子による光学像を前記第２光変調素子に伝達するリレー光学系と、を備え、前記リレー光学系が、入射光を反射面で反射させつつ前記入射光が入射した側と反対側に透過させ、前記入射光が入射した側と反対側に前記第１光変調素子による光学像の像を形成する透過型像形成素子を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明で用いる「透過型像形成素子」については、後の［発明を実施するための最良の形態］の項で詳述するが、透過型像形成素子は、鏡像対称位置に物体の像を形成する機能を有する。本発明の透過型像形成素子において「像を形成する」とは、「擬似的な実像を形成する（擬似的に結像する）」という意味である。すなわち、透過型像形成素子は、光を収束する作用は有しているものの、リレーレンズと異なり、完全な結像作用を有していないため、鏡像対称位置に形成される像の解像度は低下する。これにより、第１光変調素子の光学像と第２光変調素子との干渉で生じるモアレを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の画像表示装置において、前記第１光変調素子が、前記光源から射出される光の波長域のうち、異なる波長域を有する複数の色光をそれぞれ変調する複数の第１液晶ライトバルブで構成され、前記第２光変調素子が、前記複数の第１液晶ライトバルブの各々によって変調された各波長領域の光をそれぞれ変調する複数の第２液晶ライトバルブで構成され、各波長領域毎の前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間の光路上に前記透過型像形成素子がそれぞれ設けられた構成を採用しても良い。
【００１３】
この構成によれば、透過型像形成素子に対して第１液晶ライトバルブと第２液晶ライトバルブとを鏡像対称位置に配置する必要があるので、透過型像形成素子と各液晶ライトバルブとの間にある程度の広さを持った空間が必要となる。そのため、液晶ライトバルブに付帯する偏光板を配置する空間が確保できるとともに、液晶ライトバルブや偏光板の冷却に必要な空間が確保でき、装置の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の画像表示装置において、前記第１光変調素子が、前記光源から射出され前記第１光変調素子に入射する光の光軸に対して略垂直に配置されるとともに、前記透過型像形成素子が、前記光軸に対して斜めに配置されていることが望ましい。
【００１５】
透過型像形成素子は、入射光を反射面で反射させつつ反対側に透過させる関係から、素子に対して斜め方向から光を入射させる必要がある。したがって、第１光変調素子が光源からの光の光軸に対して略垂直に配置され、透過型像形成素子が前記光軸に対して斜めに配置された構成とすれば、光源からの光の利用効率が最も高くなる。
【００１６】
また、本発明の画像表示装置において、前記第１光変調素子または前記第２光変調素子の少なくとも一方が、前記少なくとも一方の光変調素子と前記透過型像形成素子との距離に応じて異なる画像処理を行う構成としても良い。
【００１７】
上記のように、第１光変調素子と透過型像形成素子とを斜めに配置した場合、第１光変調素子と透過型像形成素子との距離が場所によって異なるため、第１光変調素子と第２光変調素子との距離も場所によって異なる。すると、第２光変調素子上での光の広がりの度合いが場所によって異なるため、第１光変調素子または第２光変調素子で均一な画像処理を行うと、画像の部位によって画質に差異が生じてしまう。したがって、第１光変調素子または第２光変調素子の少なくとも一方が、透過型像形成素子との距離に応じて異なる画像処理を行う構成とすれば、均一な画質を持った画像が得られる。
【００１８】
本発明のプロジェクタは、上記本発明の画像表示装置と、前記第２光変調素子により形成される画像を投射する投射光学系と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、第１光変調素子の光学像と第２光変調素子との干渉で生じるモアレが抑制され、表示品位に優れたプロジェクタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図７を参照しつつ説明する。
本実施形態の画像表示装置は、第１光変調素子、第２光変調素子の双方に液晶ライトバルブを採用した２変調方式の投射型画像表示装置（プロジェクタ）の例である。赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の異なる色光をそれぞれ変調する透過型液晶ライトバルブが各色光毎に２枚用いられており、２枚の液晶ライトバルブの間にマイクロミラーアレイ（透過型像形成素子）が配置されている。このマイクロミラーアレイは、鏡像対称位置に物体の擬似的な実像を形成する（擬似的に結像する）ものであり、光を収束する作用は有しているが、一般的なリレーレンズのように完全な結像作用は有していない。
【００２０】
図１は、本実施形態の投射型画像表示装置の概略構成図（平面図）である。図２は、同画像表示装置の変調部の構成を示す図である。図３は、マイクロミラーアレイの構成を示す斜視図である。図４は、同マイクロミラーアレイの１つのマイクロミラーにより光が反射する様子を示す斜視図である。図５は、複数のマイクロミラーからの射出光束の様子を示す図である。図６は、マイクロミラーアレイをリレー光学系として用いる場合の３つの構成例を示す図である。図７は、マイクロミラーアレイによってできる各点の像の広がりを示す図である。
なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素毎に寸法や位置関係の縮尺を異ならせることもある。
【００２１】
本実施形態の投射型画像表示装置１は、図１に示すように、光源２と、光源２から入射した光の輝度分布を均一化する均一照明光学系３と、均一照明光学系３から入射した光をＲ、Ｇ、Ｂの３原色毎に２枚の液晶ライトバルブを用いて２段階で変調する変調部４と、変調部４から入射した光をスクリーン５に投射する投射レンズ６（投射光学系）とで構成されている。光源２は、高圧水銀ランプ等のランプ７と、ランプ７からの射出光を反射するリフレクタ８とで構成されている。
【００２２】
光源２から射出した光束は均一照明光学系３に入射する。均一照明光学系３は、第１フライアイレンズ１０、第２フライアイレンズ１１、偏光変換素子１２、集光レンズ１３が光源２側からこの順に設置されて構成されている。中でも、第１フライアイレンズ１０、第２フライアイレンズ１１、および集光レンズ１３は光束断面における光強度分布を均一化する機能を有する。また、偏光変換素子１２は、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）アレイと１／２波長板などから構成されており、光源２から射出された不定偏光状態の光束を後段の光学系で利用可能な振動方向が一方向に揃った直線偏光に変換する。
【００２３】
均一照明光学系３を射出した光束は変調部４に入射する。変調部４は、図１に示す２枚のＢ光路用リレーレンズ１４，１５と、２枚のダイクロイックミラー１６，１７と、１枚のミラー１８と、図２に示す透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した６枚の透過型液晶ライトバルブ２１Ｒ，２２Ｒ，２１Ｇ，２２Ｇ，２１Ｂ，２２Ｂ（Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用に各２枚ずつ）と、３枚のフィールドレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと、クロスダイクロイックプリズム２４と、３枚のマイクロミラーアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ（透過型像形成素子）とで構成されている。なお、Ｒ，Ｇ，Ｂの各光路にはそれぞれ２枚の透過型液晶ライトバルブが配置されているが、以下の文章において、必要に応じて各光路の光源２に近い側（前段側）に配置されている３枚の透過型液晶ライトバルブを一括して第１変調ライトバルブ２１（第１光変調素子）と称することもある。また、光源２から遠い側（後段側）に配置されている残り３枚の透過型液晶ライトバルブを一括して第２変調ライトバルブ２２と称することもある。
【００２４】
ダイクロイックミラー１６，１７は、光源２から射出された光（白色光）を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３原色に分離（分光）する。Ｂ光反射ダイクロイックミラー１６は、ガラス板等にＢ光を反射し、Ｇ光およびＲ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したものであり、光源２からの白色光に含まれるＢ光を反射し、Ｇ光およびＲ光を透過する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１７は、ガラス板等にＧ光を反射し、Ｒ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成したものであり、Ｂ光反射ダイクロイックミラー１６を透過したＧ光およびＲ光のうち、Ｇ光を反射してフィールドレンズ２３Ｇに伝達し、Ｒ光を透過してフィールドレンズ２３Ｒに伝達する。
【００２５】
Ｂ光の光路上の第２リレーレンズ１５は第１リレーレンズ１４近傍の光（光強度分布）をフィールドレンズ２３Ｂ近傍に伝達する機能を有し、第１リレーレンズ１４は第２リレーレンズ１５に光を効率良く入射させる機能を有する。また、第１リレーレンズ１４に入射したＢ光は、その強度分布がほぼ保存された状態で、かつ、光損失をほとんど伴うことなく空間的に離れた透過型液晶ライトバルブ２１Ｂに伝達される。フィールドレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、対応する透過型液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに入射する各色光を略平行化し、液晶ライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを透過した光を効率良くマイクロミラーアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂに入射させる機能を有する。ダイクロイックミラー１６，１７で分光されたＲ、Ｇ、Ｂの３原色の光は、上述したフィールドレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、およびリレーレンズ１４，１５、反射ミラー１８を介して第１変調ライトバルブ２１に入射する。そして、分光したＲ、Ｇ、Ｂの３原色の光の輝度が各透過型液晶ライトバルブにより変調され（第１の変調）、変調されたＲ、Ｇ、Ｂの３原色の光がマイクロミラーアレイ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂにそれぞれ射出される。
【００２６】
透過型液晶ライトバルブ２１Ｒ，２２Ｒ，２１Ｇ，２２Ｇ，２１Ｂ，２２Ｂは、画素電極およびこれを駆動するための薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたＴＦＴアレイ基板と、全面にわたって共通電極が形成された対向基板との間に、ＴＮ（Twisted Nematic）型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。液晶ライトバルブ２１Ｒ，２２Ｒ，２１Ｇ，２２Ｇ，２１Ｂ，２２Ｂは、電圧無印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーホワイトモード、またはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、印加電圧値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。液晶ライトバルブ２１Ｂ，２２Ｂは、入射されたＢ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ２１Ｇ，２２Ｇは、入射されたＧ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。液晶ライトバルブ２１Ｒ，２２Ｒは、入射されたＲ光を表示画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した変調光を射出する。
【００２７】
クロスダイクロイックプリズム２４は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造からなり、その内部には、Ｂ光を反射する誘電体多層膜（Ｂ光反射ダイクロイック膜）とＲ光を反射する誘電体多層膜（Ｒ光反射ダイクロイック膜）とが断面Ｘ字状に形成されている。そして、液晶ライトバルブ２２ＧからのＧ光を透過し、液晶ライトバルブ２２ＲからのＲ光と液晶ライトバルブ２２ＢからのＢ光とを反射させてこれらの３色の光を合成し、カラー画像を形成する。
【００２８】
マイクロミラーアレイ２５は、第１変調ライトバルブ２１の光学像を第２変調ライトバルブ２２の近傍に（擬似的に）結像するものであり、その詳細は後述する。第２変調ライトバルブ２２の近傍に結像した光束は、第２変調ライトバルブ２２によって第２の変調を受ける。第２変調ライトバルブ２２は、上述した第１変調ライトバルブ２１と同等のものであり、入射した光を変調して射出する。Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの第２変調ライトバルブ２２から射出した光束はクロスダイクロイックプリズム２４で合成された後、投射レンズ６に入射し、投射レンズ６によってスクリーン５に投影される。
【００２９】
次に、図３〜図５を用いてマイクロミラーアレイ２５の光学機能を説明する。
マイクロミラーアレイ２５は、図３に示すように、任意の板体２７に多数の微細な四角形の貫通孔２８をアレイ状に形成した素子である。貫通孔２８の内壁面２９ａ，２９ｂはマイクロミラーアレイ２５の主面に対し垂直に形成されており、かつ、内壁面２９ａ，２９ｂ同士は直交している。これらの内壁面２９ａ，２９ｂは高い反射率を有する鏡面となっており、隣接する２枚の鏡面が組みとなって２面コーナーリフレクタを構成する。すなわち、この２面コーナーリフレクタは２枚の反射鏡が直角に配置されたものであり、２枚の反射鏡の垂線で作られる平面内においては、光は入射方向に戻るが、２枚の鏡に平行な成分には影響を与えないという特性を持つ。以後、上記の貫通孔２８をマイクロミラーと称する。マイクロミラー２８の一辺は約１０〜１００μｍ程度の寸法を有しており、このような微細なマイクロミラー２８がアレイ状に多数配列されていることで、マイクロミラーアレイ２５を中心として物体（Ａ点）の鏡像対称となる位置にＡ点の像が形成される。ただし、マイクロミラーアレイ２５は結像作用を持っていないため、像の解像度は低下する。解像度の低下の度合いは、物体とマイクロミラーアレイ２５の距離とマイクロミラー２８のサイズとで決まる。
【００３０】
図３に示すように、第１変調ライトバルブ２１のＡ点から射出した光束Ｌは、マイクロミラー２８の隣接する２つの内壁面２９ａ，２９ｂでそれぞれ反射し（図３では図面を見やすくするために１回の反射で示してある）、マイクロミラーアレイ２５から射出する。この射出光は、マイクロミラーアレイ２５に対してＡ点と鏡像対称位置の近傍を通過し、像を形成する。
【００３１】
図４は、１つのマイクロミラー２８により光が反射する様子の詳細を示す図である。Ａ点から射出した光束Ｌは、マイクロミラー２８の上左側の内壁面２９ａで反射された後、上右側の内壁面２９ｂで反射され、マイクロミラー２８を通過する。この２回の反射作用によって、入射光束Ｌの光線ベクトルのうち、上左側と上右側の２枚の内壁面２９ａ，２９ｂの垂線で作られる平面内の成分は、入射方向に戻るが、２枚の内壁面２９ａ，２９ｂに平行な成分は影響を受けない。この結果、マイクロミラー２８を通過した光束Ｌは、略Ａ点の鏡像対称位置の方向に向けて進行する。
【００３２】
図５は、複数のマイクロミラー２８からの射出光束の様子を示す図である。なお、本図においても、図面を見やすく表示するためにマイクロミラー２８内部での反射は１回で示してある。この図に示すように、Ａ点からの射出光束のうち、異なるマイクロミラー２８を通過した光束も略Ａ点の鏡像対称位置の近傍に収束する。したがって、第１変調ライトバルブ２１で形成された画像情報は、マイクロミラーアレイ２５によって、マイクロミラーアレイ２５に対してほぼ鏡像対称となる空間位置に擬似的に結像される。したがって、前述の結像位置に第２変調ライトバルブ２２を配置することで、第１変調ライトバルブ２１での画像情報に対して第２の変調をさらに付加することができるため、ダイナミックレンジが高い表示画像を得ることが可能になる。
【００３３】
図６にマイクロミラーアレイ２５をリレー光学系として用いる場合の光学構成の３つの例を示す。なお、同図では図示を簡単にするために、光源２、第１変調ライトバルブ２１、マイクロミラーアレイ２５、第２変調ライトバルブ２２、投射レンズ６のみを記してある。図６（ａ）は、光源２からの光の光軸Ｍに対して第１変調ライトバルブ２１が略垂直に配置され、かつ、第１変調ライトバルブ２１、マイクロミラーアレイ２５、第２変調ライトバルブ２２が互いに略平行に配置された構成である。この場合、マイクロミラーアレイ２５は光源２からの光の光軸Ｍに対して略垂直に配置されている。マイクロミラーアレイ２５はその前後の光路に対して鏡像対称に作用するため、第２変調ライトバルブ２２は投射レンズ６の光軸Ｔに対して略垂直に配置されている。図６（ｂ）は、光源２からの光の光軸Ｍに対して第１変調ライトバルブ２１が略垂直に配置され、かつ、マイクロミラーアレイ２５が光源２からの光の光軸Ｍに対して斜めに配置されている。第２変調ライトバルブ２２は投射レンズ６の光軸Ｔに対して略垂直に配置されている。図６（ｃ）は光源２からの光の光軸Ｍに対して第１変調ライトバルブ２１が斜めに配置され、かつ、マイクロミラーアレイ２５も光源２からの光の光軸Ｍに対して斜めに配置されている。第２変調ライトバルブ２２も投射レンズ６の光軸Ｔに対して斜めに配置されている。
【００３４】
これらの光学構成のいずれも本装置の光学系として使用可能であるが、図６（ａ）の構成では、第１変調ライトバルブ２１から射出された光束の一部のみがマイクロミラーアレイ２５に入射され、照明光束の一部しか利用できないため、光利用効率が低いという課題がある。また、図６（ｃ）の構成は、投射レンズ６の光軸Ｔに対して第２変調ライトバルブ２２が斜めに配置されている、いわゆるオフアクシス配置となっている。そのため、投射画像に台形ひずみが生じたり、投射レンズ６が複雑で高価なものになるという課題がある。これに対して、図６（ｂ）の構成は、第１変調ライトバルブ２１から射出された光束の略全てがマイクロミラーアレイ２５に入射され、照明光束を略全て利用可能である。また、投射レンズ６の光軸Ｔに対して第２変調ライトバルブ２２が略垂直に配置されているため、投射画像に台形ひずみが生じることがなく、投射レンズ６も一般的なもので済む。したがって、図６（ｂ）の構成が最も望ましい光学構成である。
【００３５】
なお、図６（ｂ）の構成では、マイクロミラーアレイ２５が第１変調ライトバルブ２１および第２変調ライトバルブ２２に対して斜めに配置されているため、図７に示すように、マイクロミラーアレイ２５からより遠いＦ点の像の広がりとより近いＮ点の像の広がりに差が生じる。すなわち、マイクロミラーアレイ２５からより遠いＦ点の像の広がりが相対的に大きくなり、より近いＮ点の像の広がりが相対的に小さくなる。この結果、第１変調ライトバルブ２１に均一な画像処理を施した表示を行うと、投射画像の部位によってその画質に差異が生じてしまう。これを解決するために、第１変調ライトバルブ２１に表示する画像に対して、マイクロミラーアレイ２５からの距離に応じて異なる画像処理を施す必要がある。一例としては、より近い距離の画像情報に対してより低い周波数のローパスフィルターをかけることが挙げられる。あるいは、第２変調ライトバルブ２２に対して、マイクロミラーアレイ２５からの距離に応じて異なる画像処理を施してもよい。
【００３６】
本実施形態の投射型画像表示装置１においては、各色光毎の第１変調ライトバルブ２１の像をマイクロミラーアレイ２５で第２変調ライトバルブ２２に伝達しているため、モアレの発生を抑制することができる。すなわち、図５に示したように、第１変調ライトバルブ２１上のＡ点から射出した光束が、第２変調ライトバルブ２２上で結像するのではなく、第２変調ライトバルブ２２上に収束することで像を形成する。このため、像の解像度がやや低下し、マイクロミラーアレイ２５は一種の光学的ローパスフィルターとして機能する。この結果、モアレの発生による表示画質の劣化を抑制することができる。また、第１変調ライトバルブ２１とマイクロミラーアレイ２５の間、およびマイクロミラーアレイ２５と第２変調ライトバルブ２２の間にはある程度広い空間ができるため、偏光板の挿入とその冷却用の空間を充分に確保でき、装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【００３７】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図８を用いて説明する。
本実施形態の画像表示装置も、第１実施形態と同様、第１光変調素子、第２光変調素子の双方に液晶ライトバルブを用いた２変調方式の投射型画像表示装置の例である。
図８は、本実施形態の投射型画像表示装置の概略構成図（平面図）である。この図において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３８】
本実施形態の投射型画像表示装置３１は、図８に示すように、ダイクロイックミラー１７，３３で分光されたＲ，Ｇ，Ｂの各色光の光路に、青色光用液晶ライトバルブ３２Ｂ，緑色光用液晶ライトバルブ３２Ｇ，赤色光用液晶ライトバルブ３２Ｒ（なお、以下の説明ではこれらの液晶ライトバルブを総称して色変調用ライトバルブ３２（第１光変調素子）と呼ぶこともある）がそれぞれ配置されている。これら色変調用ライトバルブ３２によって変調された各色光はクロスダイクロイックプリズム２４によって一つの光束に合成される。合成光は１枚の液晶ライトバルブ３４（第２光変調素子、以下、輝度変調用ライトバルブと呼ぶこともある）に入射され、変調される。なお、ダイクロイックミラー３３は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する特性を有するダイクロイックミラーである。
【００３９】
本実施形態では、クロスダイクロイックプリズム２４と輝度変調用ライトバルブ３４との間に、第１実施形態と同様のマイクロミラーアレイ２５が配置されている。マイクロミラーアレイ２５は、クロスダイクロイックプリズム２４から射出される光の光軸に対して斜めに配置され、かつ、投射レンズ６の光軸に対して斜めに配置されている。このマイクロミラーアレイ２５によって、クロスダイクロイックプリズム２４からの合成光で形成された色変調用ライトバルブ３２の光学像（光強度分布）が後段の輝度変調用ライトバルブ３４に伝達される。
【００４０】
本実施形態の投射型画像表示装置３１においても、各色光毎の色変調用ライトバルブ３２の像をマイクロミラーアレイ２５によって輝度変調用ライトバルブ３４に伝達しているため、モアレの発生を抑制することができる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図９を用いて説明する。
本実施形態の画像表示装置も、第１、第２実施形態と同様、第１光変調素子、第２光変調素子の双方に液晶ライトバルブを用いた２変調方式の投射型画像表示装置の例である。
図９は、本実施形態の投射型画像表示装置の概略構成図（平面図）である。この図において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４２】
第２実施形態の投射型画像表示装置は、前段側が色変調用ライトバルブ、後段側が輝度変調用ライトバルブであったのに対し、本実施形態の投射型画像表示装置は、前段側が輝度変調用ライトバルブ、後段側が色変調用ライトバルブである点が異なる。すなわち、本実施形態の投射型画像表示装置４１は、図９に示すように、均一照明光学系３から射出された光が１枚の液晶ライトバルブからなる輝度変調用ライトバルブ３４（第１光変調素子）に入射され、変調される。なお、輝度変調用ライトバルブ３４の前後にはレンズ４２，４３が配置されている。そして、輝度変調用ライトバルブ３４によって変調された光がダイクロイックミラー１７，３３で分光された後、各色光毎にそれぞれ設けられたＢ光用液晶ライトバルブ３２Ｂ，Ｇ光用液晶ライトバルブ３２Ｇ，Ｒ光用液晶ライトバルブ３２Ｒの３枚の色変調用ライトバルブ３２（第２光変調素子）に入射され、変調される。なお、Ｂ光の光路上のリレーレンズ１４とリレーレンズ１５との間には第１サブリレーレンズ４４が設けられ、リレーレンズ１５とフィールドレンズ２３Ｂとの間には第２サブリレーレンズ４５が設けられている。
【００４３】
本実施形態では、輝度変調用ライトバルブ３４の後段側のレンズ４３とダイクロイックミラー１７との間に、第１実施形態と同様のマイクロミラーアレイ２５が配置されている。マイクロミラーアレイ２５は、輝度変調用ライトバルブ３４から射出される光の光軸に対して斜めに配置され、かつ、投射レンズ６の光軸に対して斜めに配置されている。このマイクロミラーアレイ２５によって、輝度変調用ライトバルブ３４の光学像（光強度分布）が３枚の色変調用ライトバルブ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに伝達される。
【００４４】
本実施形態の画像表示装置４１においても、輝度変調用ライトバルブ３４の像をマイクロミラーアレイ２５で各色光毎の色変調用ライトバルブ３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに伝達しているため、モアレの発生を抑制することができる、といった第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の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において種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態で例示した投射型画像表示装置の各光学系の具体的な構成については適宜変更が可能であり、例えば第１、第２光変調素子として、透過型液晶ライトバルブ以外に、反射型液晶ライトバルブ、ＤＭＤ等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態の投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図２】同画像表示装置の変調部の構成を示す図である。
【図３】同画像表示装置のマイクロミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図４】同マイクロミラーアレイの１つのマイクロミラーにより光が反射する様子を示す斜視図である。
【図５】複数のマイクロミラーからの射出光束の様子を示す図である。
【図６】マイクロミラーアレイをリレー光学系として用いる場合の３つの構成例を示す図である。
【図７】マイクロミラーアレイによってできる各点の像の広がりを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態の投射型画像表示装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第３実施形態の投射型画像表示装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，３１，４１…投射型画像表示装置（画像表示装置）、２…光源、２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ，３２，３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ…第１変調ライトバルブ（色変調用ライトバルブ、第１光変調素子）、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ，３４…第２変調ライトバルブ（輝度変調用ライトバルブ、第２光変調素子）、２５，２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ…マイクロミラーアレイ（透過型像形成素子）。
【図１】
2008203321.tif 000003
【図２】
2008203321.tif 000004
【図３】
2008203321.tif 000005
【図４】
2008203321.tif 000006
【図５】
2008203321.tif 000007
【図６】
2008203321.tif 000008
【図７】
2008203321.tif 000009
【図８】
2008203321.tif 000010
【図９】
2008203321.tif 000011