(57)【要約】【課題】高コントラストで高画質な投写型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】光源１０１から発せられ、第１レンズアレイ１０２、第２レンズアレイ１０３及び重ね合わせレンズ１０４から構成されるインテグレータ光学系を通過した光束を赤色、緑色、青色の各色毎に分解する光分解手段１０５、１０６と、分解された光束を赤色、緑色、青色の各色毎に光変調するライトバルブ１１２、１１３、１１４と、変調された各色の光束を合成してカラー画像を形成する光合成手段１１５とを備えた投写型表示装置において、所定の色についてライトバルブへの入射角度を制限する遮光手段１を備えることにより、各色のバランスを確保して明るさを低下させずに高コントラストな表示を実現する。【選択図】      図６
2004333829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学系と、該照明光学系を介して導かれる光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも１つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、
前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる３色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち１色又は２色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段と、を備え、
前記インテグレータ光学系によって光源と共役な位置、及びライトバルブと共役な位置が前記照明光学系内に存在しており、前記遮光手段は、前記光源と共役な位置と、該光源と共役な位置と隣り合うライトバルブ位置或いはライトバルブと共役な位置との中点よりも前記光源と共役な位置側に配置され、光軸中心を通り互いに直交するとともに光軸に対し垂直な面を形成する２軸に対し線対称に入射光束を遮光することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
照明光学系と、該照明光学系を介して導かれた光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも１つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、
前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる３色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち１色又は２色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段と、を備え、
前記遮光手段は、前記ライトバルブへの入射光束角度を可変制御できることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
前記ライトバルブへの入射光束角度が、波長域の異なる３色の色光毎に異なることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記光分解手段により分解された波長域の異なる３色の光路のうち、他の色光と比較して光路長の異なる光路に配置され、光源側から順に、それぞれ少なくとも１枚のレンズから成る第１、第２、第３のリレーレンズにより構成されるリレー光学系を、前記照明光学系内に備え、
前記遮光手段は前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズの中点から前記第２リレーレンズと前記第３リレーレンズの中点までの間に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記遮光手段は、中心部においては全ての可視光を透過させ、周辺部においては一部の波長帯域の光を反射させるダイクロイック特性を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像光をスクリーン上に投射する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光源より出力された光を照明光学系を介してライトバルブに照射することにより光変調して画像光とし、投射手段によりスクリーン上に投射する投写型表示装置には、透過型ライトバルブを用いる方式と、反射型ライトバルブを用いる方式が知られている。図１は、従来の反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【０００３】
図１において、１０１は光源であり、ランプ１０１ａ、放物面鏡１０１ｂから構成されている。ランプ１０１ａは、放物面鏡１０１ｂの焦点位置に配置されており、光軸Ｏにほぼ平行な光が開口部１０１ｃから発せられる。開口部１０１ｃから発せられた光は、複数のレンズセルが配置された第１レンズアレイ１０２、第２レンズアレイ１０３、及び重ね合わせレンズ１０４により形成されるインテグレータ光学系を順次通過する。これにより、光源１０１の光束が後述するライトバルブの有効開口上に効率よく且つ均一に照射される。
【０００４】
１０５は光源１０１の光束を所定の波長毎に分離するダイクロイックミラー群であり、２枚のダイクロイックミラー１０５ａ、１０５ｂにより構成されている。ダイクロイックミラー群１０５は、後述するダイクロイックミラー１０６と共に光源１０１からの光束を、波長域の異なる赤色光、緑色光、青色光の３色に分解する光分解手段を構成する。ダイクロイックミラー１０５ａ、１０５ｂは反射面が光軸に対しそれぞれ４５°の角度をなすように互いに直交しており、その交差部分に重ね合わせレンズ１０４を通過した軸光が入射するように配置されている。この図に示す例では、ダイクロイックミラー１０５ａで青色光を図面上方向に反射し、ダイクロイックミラー１０５ｂで緑色光及び赤色光を図面下方向に反射している。ダイクロイックミラー１０５ａにより反射された青色光は、ミラー１０７により進行方向を９０°曲げられ、フィールドレンズ１１７を通過して偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳという）１０９に入射する。フィールドレンズ１１７は、光源１０１からの光束をテレセントリックな光束とし、投影される像の誤差を小さくするために設けられている。
【０００５】
一方、ダイクロイックミラー１０５ｂにより反射された緑色光及び赤色光は、ミラー１０８により進行方向を９０°曲げられ、更にダイクロイックミラー１０６により分離される。この図に示す例では、ダイクロイックミラー１０６は、緑色光を反射し、赤色光を透過させるものであり、ダイクロイックミラー１０６により反射された緑色光はフィールドレンズ１１８を通過してＰＢＳ１１０に入射する。そしてダイクロイックミラー１０６を透過した赤色光はフィールドレンズ１１９を通過してＰＢＳ１１１に入射する。この例においては、上述したインテグレータ光学系、光分解手段、フィールドレンズ、及びＰＢＳにより照明光学系が構成され、光源１０１からの光を各ライトバルブ上に収束させている。
【０００６】
青色、緑色、赤色の各光束は、それぞれ対応するＰＢＳ１０９、１１０、１１１により進行方向を９０°曲げられ、液晶パネルからなるライトバルブ１１２、１１３、１１４へ入射する。このときライトバルブ１１２、１１３、１１４の照明に不要な偏光成分はＰＢＳ１０９、１１０、１１１により取り除かれている。各ライトバルブ１１２、１１３、１１４により変調された青色、緑色、赤色の各光束は、再びＰＢＳ１０９、１１０、１１１に入射し、ＰＢＳ１０９、１１０、１１１を透過してスクリーン投影に不要な偏光成分が除去された後、クロスダイクロイックプリズム１１５に入射する。この図に示す例では、青色光は図面上方向から、赤色光は図面下方向から、緑色光は図面右方向から入射する。
【０００７】
クロスダイクロイックプリズム１１５に入射した青色光は反射面１１５ａで、赤色光は反射面１１５ｂでそれぞれ投射レンズ１１６方向に反射され、緑色光は反射面１１５ａ、１１５ｂを透過して直進するため、青色、緑色、赤色の各光束が色合成され、投射手段である投射レンズ１１６によりスクリーン（図示せず）に投射される。
【０００８】
次に、透過型ライトバルブを用いる方式について説明する。図５は、従来の透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。透過型ライトバルブを用いた場合、光束がライトバルブに入射する入射面とライトバルブから投射レンズに導かれる光束の射出面が異なるため、照明光学系にＰＢＳは不要となる。なお、各ライトバルブの入射面側及び射出面側には偏光板（図示せず）が設けられ、ＰＢＳに代わり光束を所定の偏光のみを取り出す。また、この図に示す例では、ダイクロイックミラー１２３は赤色光のみ反射するものを用いており、赤色光はダイクロイックミラー１２３で反射して進行方向を図面上方向に９０°曲げられ、緑色光及び青色光はダイクロイックミラー１２３を透過して直進する。
【０００９】
ダイクロイックミラー１２３で反射した赤色光は更にミラー１０７により進行方向を図面右方向に９０°曲げられた後、フィールドレンズ１１９を介してライトバルブ１１４に入射する。ダイクロイックミラー１２４は緑色光のみ反射するものを用いており、ダイクロイックミラー１２３を透過した緑色光及び青色光のうち、緑色光はダイクロイックミラー１２４で反射して進行方向を図面上方向に９０°曲げられ、青色光はダイクロイックミラー１２４を透過して直進する。ダイクロイックミラー１２４で反射した緑色光はフィールドレンズ１１８を介してライトバルブ１１３に入射する。一方、青色光については光路長が長くなることに起因する光利用効率の低下を防ぐために第１リレーレンズ１２５、第２リレーレンズ１２６、第３リレーレンズ１２７を組み合わせたリレー光学系１２８を介してライトバルブ１１２に入射される。各ライトバルブに入射した赤色、緑色、青色の光束はクロスダイクロイックプリズム１１５により色合成され、投射レンズ１１６によりスクリーン（図示せず）に投射される。また、第１レンズアレイ１０２と第２レンズアレイ１０３の間にはミラー１２９が配置され、光源１０１からの光路は９０°曲げられている。その他の構成は図１と同様であるため、説明は省略する。
【００１０】
クロスダイクロイックプリズム１１５の反射、透過特性は入射光の波長や偏波面によって異なるため、投射された画像において左右の色合いが異なるという、いわゆるカラーシェーディング現象が生じることが知られている。そこで、赤色光、青色光、緑色光が均等にクロスダイクロイックプリズム１１５を透過するように、赤色光、青色光をＳ波、緑色光をＰ波に変換してカラーシェーディングを防止する方法が考案されているが、フレネルレンズ及びレンチキュラーレンズから構成される投影スクリーンを用いる場合、Ｓ波とＰ波では投影スクリーンへの入射角により反射率が異なるため、画像の端部において緑色が濃くなるという色ムラが生じる。特許文献１においては、緑色光の光路を制限する遮光手段を設けることにより上記色ムラを防止する方法が開示されている。
【００１１】
また、ライトバルブ１１２、１１３、１１４に用いられる液晶パネルは、入射光の角度等によりコントラストが変化する、いわゆる視野角特性を有することが知られており、特許文献２においては、液晶パネルの視野角特性に応じて、入射される光束の一部を減衰させる減衰板を設けることにより、液晶パネルの視野角特性により生じるコントラストの劣化を防止する方法が開示されている。また、特許文献３においては、波長選択性を有する減衰板を使用して、少なくとも何れか１つの色光だけを選択的に減衰させ、液晶パネルの視野角特性に応じた遮光を行い、他の色光に影響を与えることなくコントラストを改善する方法が開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−９３５９８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２２００２号公報
【特許文献３】
特開２００３−１０７５７９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置の場合、ＰＢＳに光弾性定数の大きな硝材を用いると、ＰＢＳ内部で偏光状態が変化し、十分な偏光分離性能が確保できず、投写型表示装置のコントラストの低下を招く。そのため、高コントラストを確保するためには、光弾性定数の小さい硝材を用いる必要がある。ところが、光弾性定数の小さい硝材は赤色、緑色などの長波長側の光に比べて短波長側の青色光の透過率が低く、ライトバルブの照明に必要な青色成分の不足を招き、投射画面が黄色味を帯びるといった画質低下を招いてしまう。特に高いコントラストが要求される光学系においては、図２に示すようにＰＢＳを各光路について複数用いることがあるが、光が硝材を通過する距離が長くなるため、この現象が更に顕著に発生する。
【００１４】
そこで、この黄色味を補正するために、ライトバルブの電気的な制御により赤色、緑色領域の光利用効率を下げる方法が提案された。図３にライトバルブの電気的制御による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す。色補正前（図３（ａ））において、投写型表示装置の最も明るい変調状態での明るさ（ＯＮ光レベル）をＡ、最も暗い変調状態での明るさ（ＯＦＦ光レベル）をＣとすると、色補正後（図３（ｂ））は赤色光、緑色光のＯＮ光レベルは補正によりｋ×Ａ（ｋ＜１）となり、青色光と同程度となっているが、ＯＦＦ光レベルは補正されずＣのままである。投写型表示装置のコントラストはＯＮ光レベル／ＯＦＦ光レベルで表されるが、赤色光、緑色光では補正後のコントラストはｋ×Ａ／Ｃ（ｋ＜１）となって補正前のコントラストＡ／Ｃよりも低下する。即ち、この制御方法ではＯＦＦ光レベルを下げることができず、ＯＮ光レベルのみを低下させることとなるため、投写型表示装置の明るさの低下のみでなく、ＯＮ光レベル／ＯＦＦ光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を招くこととなる。
【００１５】
また、ＰＢＳを用いた光学系においては、ＰＢＳへの入射角度が大きくなるにつれて、ライトバルブへの入射光束の偏光方向とライトバルブからの射出光束の偏光方向の差異が大きくなることでＯＦＦ光レベルでの光漏れが増大し、コントラストが低下する性質がある。図４は、ＰＢＳに対する入射光線及び反射光線の関係を示す概略図である。ここでは説明の便宜のため、ライトバルブを平面ミラーに置き換えている。図４において、２１はＰＢＳ１０９の反射面であり、Ｓ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を直進させる。ＰＢＳ１０９への入射光軸２２をＹ軸、反射光軸２３をＺ軸、Ｙ軸とＺ軸に直交する方向をＸ軸とする。
【００１６】
図４に示すように、ＰＢＳ１０９への入射光線２４がＸＹ平面内にあり、入射方向がＹ軸と平行でない場合、平面ミラー２９への入射光線２５と、その反射光線２６とは共にＸＺ平面内にあり、平面ミラー２９への入射光線２５及び平面ミラー２９からの反射光線２６のなす角を２等分する方向はＺ軸に平行である。ただし、平面ミラー２９への入射光線２５及び平面ミラー２９からの反射光線２６に対するＳ偏光の方向はＸＺ平面と平行ではない。すなわち、Ｘ軸に対するＳ偏光の方向が、入射光線２５は左回りに、反射光線２６は右回りに同量だけ回転しているため、入射光線２５に対するＳ偏光は偏光方向２７の直線偏光となり、反射光線２６に対するＳ偏光は偏光方向２８の直線偏光となるが、平面ミラー２９は反射の前後で偏光状態を変化させないため、反射光線２６のＳ偏光は偏光方向２９の直線偏光となり、ＰＢＳ１０９の反射光線２６に対するＳ偏光の方向２８と一致しない。このため、反射光線２６の一部がＰＢＳ１０９を直進してしまい、コントラストの低下を招く。この現象は、ＰＢＳ１０９への入射光線２４と入射光軸２２のなす角度が大きくなるにつれて顕著となる。
【００１７】
一方、透過型ライトバルブを用いた投写型表示装置の場合、光源のランプには発光効率に優れた超高圧水銀ランプやメタルハライドランプが用いられる。これらのランプは青色光、緑色光に比べて赤色光の比率が低いため、青色光及び緑色光の光利用効率を電気的に低下させて色再現性を確保する方法がとられているが、反射型ライトバルブを用いた場合と同様に、投写型表示装置の明るさ及びコントラストの低下を招いていた。
【００１８】
このような問題点を解決するため、赤色光、緑色光、青色光のうち所定の光束について、ライトバルブへの入射角度を光学的に制限する方法が考えられる。しかしながら、前記特許文献１に記載の方法では投影スクリーンへの光束の入射角度を制限するため、遮光手段はライトバルブの近傍に設けられることとなるが、遮光手段をライトバルブの近傍に配置した場合、遮光手段自身の影がライトバルブに入り込んでしまうため、入射角度を制限される色光の明るさにムラが生じてしまう。また、特許文献２および３に記載の方法では、ライトバルブに用いられる液晶パネルの視野角特性に応じて、入射される光束の一部を光軸に対して非対称に減衰させるため、ビネッティングによる画像ムラが避けられない。
【００１９】
本発明は、上記問題点に鑑み、高コントラストで照度ムラや色ムラのない高画質な投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれる光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも１つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる３色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち１色又は２色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記インテグレータ光学系によって光源と共役な位置、及びライトバルブと共役な位置が前記照明光学系内に存在しており、前記遮光手段は、前記光源と共役な位置と、該光源と共役な位置と隣り合うライトバルブ位置或いはライトバルブと共役な位置との中点よりも前記光源と共役な位置側に配置され、光軸中心を通り互いに直交するとともに光軸に対し垂直な面を形成する２軸に対し線対称に入射光束を遮光することを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、赤色光、緑色光、青色光のうち最も利用効率の低い光に合わせてＯＮ光レベルとＯＦＦ光レベルを同時に低下させることができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を適切な割合にすることにより、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。更に各色のバランスを適切な割合に調整することにより、所望の色温度の設定も可能となる。また、遮光手段を照明光学系内の所定の位置に配置したので、画像をスクリーンに投射した場合、スクリーンの中心部と周辺部で赤色光、緑色光、青色光の光量バランスが確保され、スクリーン投射時の色ムラが抑制される。更に入射光束を光軸に直交するするとともに光軸に対し垂直な面を形成する２軸に対し線対称に制限したので、ビネッティングによる色ムラを防止することができる。
【００２２】
また、ＰＢＳを用いた光学系において、ＰＢＳへの入射光束の角度を制限できるので、ライトバルブへの入射光量の低減に加えてライトバルブへの入射光束とライトバルブからの射出光束の偏光面の差異により発生するＯＦＦ光レベルでの光漏れを低減する効果も得られ、よりコントラストの高い投射型表示装置を提供することができる。また、ＰＢＳの反射膜に対する入射光の角度が大きくなるにつれＰ偏光成分の透過率が低下することが知られており、入射光束角度を低減するのはＰＢＳの反射膜設計の観点からも好ましい。
【００２３】
また本発明は、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれた光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも１つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる３色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち１色又は２色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記遮光手段は、前記ライトバルブへの入射光束角度を可変制御できることを特徴とする。
【００２４】
この構成によると、投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによってライトバルブへの光束の入射角度を可変制御できるので、各色のバランスやコントラストの調整が容易となる。
【００２５】
また本発明は、上記構成の投写型表示装置において、前記ライトバルブに入射する入射光束角度が、波長域の異なる３色の色光毎に異なることとした。
【００２６】
この構成によると、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについて光利用効率が異なる場合でも、３色のうち最も低い光に合わせてＯＮ光レベルとＯＦＦ光レベルを同時に低下させることができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にすることにより、各色のバランスを確保することができる。特に光学系にＰＢＳを用いた場合は投射画面が黄色味を帯びる画質低下を防ぐために赤色光を最も多く制限し、赤色光の比率が低い超高圧水銀ランプやメタルハライドランプを光源に用いた場合は青色光を最も多く制限することにより、色再現性を確保しながら高コントラスト表示を実現することができる。
【００２７】
また本発明は、上記構成の投写型表示装置において、前記光分解手段により分解された波長域の異なる３色の光路のうち、他の色光と比較して光路長の異なる光路に配置され、光源側から順に、それぞれ少なくとも１枚のレンズから成る第１、第２、第３のリレーレンズにより構成されるリレー光学系を、前記照明光学系内に備え、前記遮光手段は前記第１リレーレンズと前記第２リレーレンズの中点から前記第２リレーレンズと前記第３リレーレンズの中点までの間に設けられることとした。
【００２８】
この構成によると、光をリレー光学系を介してライトバルブに入射させる場合においても、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。また、遮光手段をリレー光学系内の所定の位置に配置することにより、スクリーン投射時の色ムラを防止することができる。
【００２９】
また本発明は、上記構成の投写型表示装置において、前記遮光手段は、中心部においては全ての可視光を透過させ、周辺部においては一部の波長帯域の光を反射させるダイクロイック特性を有することとした。
【００３０】
この構成によると、光源からの照明光の赤色光、緑色光、青色光のうち過剰な成分のみをダイクロイックコートのコート特性の選択及びコート面積の調整により簡易且つ確実に低減することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図６は第１実施形態の投写型表示装置を示す概略図であり、図３（ａ）のような色バランスを持つ図１に示す従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものである。投写型表示装置の大まかな構成及び構成部品の一部は図１と共通するため、説明は省略する。なお、説明の便宜上、図１と同一の部分については同一の符号を付している。
【００３２】
図６において、１は光源１０１から発せられた光束のうち所定の色についてライトバルブへの入射角度を制限する遮光手段であり、第２レンズアレイ１０３と重ね合わせレンズ１０４の間に光軸に対して垂直に配置されている。本実施形態においては、緑色光、赤色光についてライトバルブ１１３、１１４に入射する入射角度を制限することにより、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保して明るさを低下させずに高コントラストな表示を実現している。
【００３３】
本実施形態に用いられる遮光手段１には、図７に示すようにガラス製の平板２の中央部に反射防止コート（以下、ＡＲコートという）３が円形にコーティングされたカラーフィルターが用いられている。反射防止コート３の周辺部には特定色の光のみ透過させるダイクロイックコート４がコーティングされており、本実施形態においては青色光のみ透過させるものを用いている。図８に本実施形態に用いられるＡＲコート３及びダイクロイックコート４のコート特性を示す。ＡＲコート３は青色領域から赤色領域までの各波長に対し、全て１００％近い透過率を有している（図８（ａ））。これに対しダイクロイックコート４は青色領域においては１００％近い透過率を示すが、青色領域より長波長側においては急激に透過率が低下し、緑色及び赤色領域では透過率はほぼ０％となっている（図８（ｂ））。また、本実施形態においてはダイクロイックコート４は青色光を透過し、緑色光及び赤色光を透過しないものを用いたが、投写型表示装置において不足している色とその光量に合わせて波長を選択透過させるコートを任意に選択可能である。
【００３４】
また、ＡＲコート３をコーティングする部分の形状は円形に限られるものではなく、図１６（ａ）に示すような楕円形、図１６（ｂ）に示すような猫目形、図１６（ｃ）に示すような矩形など光軸に直交する２軸に対称な他の形状とすることもできる。ＰＢＳの偏光面の特性が縦方向及び横方向で異なる場合、例えば図４に示すように、ＰＢＳへの入射光束の方向によるコントラスト低下の現象が、入射光束がＹ軸方向にずれることにより顕著となる場合には、Ｙ軸方向の入射光束を制限するため、Ｚ軸方向に細長い楕円形や猫目形とするのが好ましい。
【００３５】
図９に本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示す。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ、ＰＢＳ及びライトバルブは各色毎に設けられているが、ここでは一色についてのみ表示している。遮光手段１を透過した光束は、フィールドレンズ１１７、１１８、１１９及びＰＢＳ１０９、１１０、１１１を通過してライトバルブ１１２、１１３、１１４に入射する。このとき、青色光は遮光手段１の全領域を透過してライトバルブ１１２に到達するのに対し、緑色光及び赤色光はダイクロイックコート４を透過しないため、ＡＲコート３がコーティングされた中央の円形部のみを透過してライトバルブ１１３、１１４に到達する。これにより、中央の円形部においては全色の光束Ｄが通過し、周辺部においては青色光Ｅのみが通過することとなり、ライトバルブ１１３、１１４に入射する緑色光及び赤色光はライトバルブ１１２に入射する青色光に比べ入射角度が制限されるため、ライトバルブ１１２、１１３、１１４に入射する各色光の光利用効率が均等になる。
【００３６】
図１０に、本実施形態の光束角度低減による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す。本実施形態においては波長選択性を有するコートを用いて入射光量を光学的に低減するため、電気的制御手段により色補正を行う図３の場合と異なり、赤色光、緑色光のＯＮ光レベル及びＯＦＦ光レベルは共に補正によりｋ×Ａ及びｋ×Ｃ（ｋ＜１）となり、青色光と同程度となっている（図１０（ｂ））。これにより、赤色光、緑色光では補正後のコントラストはｋ×Ａ／ｋ×Ｃ（ｋ＜１）＝Ａ／Ｃとなって補正前のコントラストＡ／Ｃと同程度に保たれるため、ＯＮ光レベル／ＯＦＦ光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を防ぐことができる。なお、本実施形態においては、色補正により赤色光、緑色光、青色光のバランスを均等にして高コントラスト化を実現しているが、各色の色バランスを適切な割合に調整することにより、所望の色温度を設定することも可能である。
【００３７】
次に、ＰＢＳを用いた光学系における本実施形態の光束角度低減による効果を説明する。図１１に本実施形態の光束角度低減によるＰＢＳへの効果を示す。ＰＢＳを用いた光学系においては、ＰＢＳへの入射角度が大きくなるにつれて、ライトバルブへの入射光束の偏光方向とライトバルブからの射出光束の偏光方向の差異が大きくなることでＯＦＦ光レベルでの光漏れが増大し、コントラストの低下を招くこととなるが、本実施形態では図１０に示した入射光量の低減効果（×ｋ）に加えて、ＰＢＳへの入射角度の制限によるＯＦＦ光レベルでの光漏れ防止効果（×ｍ）が得られる。したがって、赤色光、緑色光のＯＮ光レベルは共に補正によりｋ×Ａ（ｋ＜１）となるのに対し、ＯＦＦ光レベルは共に補正によりｋｋ×ｍ×Ｃ（ｋ＜１、ｍ＜１）となる（図１１（ｂ））。これにより、赤色光、緑色光では補正後のコントラストはｋ×Ａ／ｋ×ｍ×Ｃ（ｋ＜１、ｍ＜１）＝Ａ／ｍ×Ｃ（ｍ＜１）となって補正前のコントラストＡ／Ｃに比べ高くなるため、色補正前より高コントラスト化を実現できる。
【００３８】
次に、本実施形態において用いられる遮光手段の他の形態について説明する。図１２は本実施形態における遮光手段を示す概略構成図であり、遮光手段１を可変制御可能としたものである。図１２において、遮光手段１は、特定色の光のみ透過させるダイクロイックコート４がコーティングされた２枚のガラス製の平板２から構成され、第２レンズアレイ１０３の上端部及び下端部を覆うように配置されている。更に各平板２は第２レンズアレイ１０３のレンズ面に沿って摺動可能に構成されており、投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できるので、各色のバランスやコントラストの調整が容易となる。なお、この例では遮光手段１を第２レンズアレイ１０３の上端部及び下端部を覆うように配置して可変制御可能としたが、左右両端部に配置してもよく、上下左右に配置してもよい。また、遮光手段１をカメラの絞りのような構造にして遮光部分の大きさを光軸中心に対し均等に可変制御可能とすることもできる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、遮光手段１は第２レンズアレイ１０３の近傍に配置したが、光源１０１から各ライトバルブ１１２、１１３、１１４までの照明光学系内の他の位置に配置することもでき、図１３に示すように第１レンズアレイ１０２と第２レンズアレイ１０３との中点Ｆと、各ライトバルブ１１２、１１３、１１４と第２レンズアレイ１０３との中点Ｈの間に配置することが好ましい。第２レンズアレイ１０３は光源１０１に対し共役な位置にあり、第１レンズアレイ１０２は各ライトバルブ１１２、１１３、１１４に対し共役な位置にあるため、遮光手段１は光源に対し共役な位置とライトバルブに対し共役な位置との中点よりも光源に対し共役な位置側で、且つ光源に対し共役な位置とライトバルブとの中点よりも光源に対し共役な位置側に配置されることとなる。上記範囲内に配置した場合は、遮光手段１自身の影がライトバルブに映り込むことがなく、スクリーンの中心部と周辺部で青色、緑色、赤色の各光量バランスが確保され、スクリーン投射時の色ムラを抑制することができる。また、遮光手段１を既存の光学部品と接合することや、第２レンズアレイ等の光学部品自体と兼用することも可能である。例えば、第２レンズアレイと兼用する場合は、第２レンズアレイの何れかの面に上記ＡＲコート３及びダイクロイックコート４をコーティングすればよい。
【００４０】
次に本発明の第２実施形態を図面を参照して説明する。図１４は第２実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図５に示す従来の透過型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものである。投写型表示装置の構成及び構成部品は図５と共通するため、説明は省略する。なお、説明の便宜上、図５と同一の部分については同一の符号を付している。
【００４１】
本実施形態の遮光手段１も、光源１０１と共役な位置である第２レンズアレイ１０３と重ね合わせレンズ１０４の間に配置されている。遮光手段１の構成についても第１実施形態と同様であるが、本実施形態では不足している光が赤色光であるため、図７においてダイクロイックコート４は赤色光を透過し、青色光及び緑色光を透過しないものを用いている。また、第１実施形態と同様に、投写型表示装置において不足している色とその光量に合わせて波長を選択透過させるコートを任意に選択可能である。
【００４２】
また、第１実施形態と同様に、図１２に示すような構成により遮光手段１を可変制御可能とすることもでき、遮光手段１を既存の光学部品と接合することや、第２レンズアレイ等の光学部品自体と兼用することも可能である。さらに、遮光手段１は第２レンズアレイ１０３の近傍に配置したが、図１３に示すように第１レンズアレイ１０２と第２レンズアレイ１０３との中点Ｆと、各ライトバルブ１１２、１１３、１１４と第２レンズアレイ１０３の中点Ｈまでの間に配置することができるのはもちろんである。
【００４３】
本実施形態では、光学系にＰＢＳを用いないため、光束角度低減によるＰＢＳへの効果は生じないが、ライトバルブへの入射光束角度の制限により入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正後のコントラストを色補正前のコントラストと同程度に保持し、色補正によるＯＮ光レベル／ＯＦＦ光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を防ぐことができる。
【００４４】
次に本発明の第３実施形態を図面を参照して説明する。図１５は第３実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図２に示す従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものであり、図２と同様に青色光、緑色光、赤色光の各光路にＰＢＳ１２０、１２１、１２２を増設している。投写型表示装置の構成及び構成部品は図２と共通するため、説明は省略する。なお、説明の便宜上、従来例の図２と同一の部分については同一の符号を付している。
【００４５】
本実施形態においては、図２に示す従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置において、緑色光及び赤色光を反射するダイクロイックミラー１０５ｂと反射ミラー１０８の間に遮光手段５を配置している。図１５に示すように、遮光手段５は、例えば金属板等に通過穴５ａを開け、通過穴５ａ以外の部分を遮光部５ｂとしたものである。ダイクロイックミラー１０５ｂにより反射された緑色光及び赤色光は、遮光手段５の通過穴５ａを通過することにより入射角度が低減される。なお、本実施形態においては通過穴５ａの形状を八角形としたが、図１６（ａ）に示すような楕円形、図１６（ｂ）に示すような猫目形、図１６（ｃ）に示すような矩形などの他の形状とすることもできる。光源１０１からの照明光は光軸に対し対称な広がりを有するのに対し、投影画像は通常縦横の比率が異なるため、ライトバルブのパネル面も縦横比が異なる。そのため、特に遮光手段５をライトバルブ寄りに配置する場合、楕円形、猫目形等の画像に合わせた形状にする方が画像にムラが生じないためより好ましい。また、通過穴５ａの大きさについても入射光量を低減する度合いに合わせて任意に選択可能であり、例えば遮光手段５をカメラの絞りのような構造にして通過穴５ａの大きさを可変制御可能とすることもできる。
【００４６】
図１７に本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示す。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ、ＰＢＳ及びライトバルブは各色毎に設けられるが、ここでは緑色光及び赤色光は一色についてのみ表示している。本実施形態においては、青色光の光路には遮光手段５が設けられていないため、ダイクロイックミラー１０５ａにより反射された青色光は全てライトバルブ１１２に到達する（図１７（ａ））。一方、緑色光及び赤色光は遮光手段５の通過穴２ａを通過した光のみがライトバルブ１１３、１１４に到達する（図１７（ｂ））。ライトバルブ１１３、１１４に入射する緑色光及び赤色光はライトバルブ１１２に入射する青色光に比べ入射角度が制限されるため、ライトバルブ１１２、１１３、１１４に入射する各色光の光利用効率が均等になる。これにより、各光路に複数のＰＢＳを用いた場合でも投射画面が黄色味を帯びることによる画質低下を防ぎ、高コントラストで高画質な投射画像を確保することができる。
【００４７】
次に、投写型表示装置の色補正前の色バランスが、図１９に示すように青色光、緑色光、赤色光の順に高くなっている場合について説明する。図１８は本発明の第４実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図１５に示す反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置を更に改良したものである。投写型表示装置の構成及び構成部品は図１５と共通するため、説明は省略する。
【００４８】
本実施形態においては、第２レンズアレイ１０３と重ね合わせレンズ１０４の間に配置された波長選択による第１の遮光手段１に加えて、第３実施形態の遮光手段５を第２の遮光手段としてダイクロイックミラー１０５ｂと反射ミラー１０８の間に配置している。遮光手段１、５により各色の光の入射角度は２段階で補正され、赤色光を最も多く遮光し、次いで緑色光を遮光することにより、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保している。
【００４９】
図２０は本実施形態において用いる遮光手段の特性及び形状を示したものである。第１の遮光手段１には第１、第２実施形態と同様にカラーフィルターが用いられており、ガラス製の平板２の中央部にＡＲコート３が円形にコーティングされており、ＡＲコート３の周辺部には特定色の光のみ透過させるダイクロイックコート４がコーティングされている（図２０（ｂ））。本実施形態においては青色光及び緑色光のみ透過させるものを用いており、ダイクロイックコート４は青色領域及び緑色領域においては１００％近い透過率を示すが、緑色領域より長波長側においては急激に透過率が低下し、赤色領域では透過率はほぼ０％となっている（図２０（ａ））。また、第２の遮光手段５は第３実施形態と同様、金属板等に通過穴５ａを開け、通過穴５ａ以外の部分を遮光部５ｂとしたものであるが、本実施形態においては、通過穴５ａは、第１の遮光手段１のＡＲコート３がコーティングされた円形部を通過した光が影響を受けないような大きさ及び形状に構成されている（図２０（ｃ））。
【００５０】
図２１は本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示したものである。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ、ＰＢＳ及びライトバルブは各色毎に設けられるが、ここでは緑色光及び赤色光は一色についてのみ表示している。この場合、青色光は第１の遮光手段１の全域を通過し、さらに青色光の光路には第２の遮光手段５が設けられていないため、第２レンズアレイ１０３を通過した青色光は全てライトバルブ１１２に到達する（図２１（ａ））。一方、緑色光及び赤色光は第２の遮光手段５の通過穴５ａを通過することによりライトバルブ１１３、１１４に到達するが、赤色光は第１の遮光手段１を通過する際、ダイクロイックコート４により入射角度が低減されているため、第２の遮光手段５の影響を受けずにライトバルブ１１４に到達する。これに対し緑色光は、青色光と同様に第１の遮光手段１の制限を受けずに全域を通過するため、第２の遮光手段５により入射角度が低減されてライトバルブ１１３に到達する（図２１（ｂ））。これにより、赤色光、緑色光の順に入射角度が多く制限され、青色光は入射角度を制限されることなくライトバルブに到達するため、ライトバルブ１１２、１１３、１１４に入射する各色光の光利用効率が均等になる。
【００５１】
第１の遮光手段１は色補正前の赤色光、緑色光、青色光のバランスにより、コーティング部の大きさや、波長を選択透過させるコート材の種類等を任意に選択可能である。また、第２の遮光手段５についても同様に通過穴５ａの形状及び大きさを本発明の目的を逸脱しない範囲で任意に選択することができる。すなわち、これら遮光手段１、５を適宜組み合わせることにより、最適な色バランスとすることが可能となる。
【００５２】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ライトバルブへの入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正後のコントラストを色補正前のコントラストと同程度に保持する。また、光学系にＰＢＳを用いているため、光束角度低減によるＰＢＳへの効果も期待され、色補正によるＯＮ光レベル／ＯＦＦ光レベルで表される投写型表示装置のコントラストの向上を図ることができる。
【００５３】
なお、第４実施形態においては、第２の遮光手段５をダイクロイックミラー１０５ｂと反射ミラー１０８の間に配置したが、第２の遮光手段５の配置位置はこれに限定されるものではなく、光源１０１から各ライトバルブ１１２、１１３、１１４までの照明光学系内の他の位置に配置することもできる。ただし、本実施形態のように遮光手段５が光の通過穴５ａと遮光部５ｂを設けた遮光板により構成される場合は、遮光手段５を通過する全ての光束の角度が制限されるため、ダイクロイックミラー群１０５の前段に配置することはできない。赤色光、緑色光、青色光のうち少なくとも１つの光束を分離する光分解手段より後段に配置することにより、各色のバランスの調整が可能となる。
【００５４】
図２２は本発明の第５実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、第２の遮光手段５は反射ミラー１０８の後段に配置されている。投写型表示装置のその他の構成は第４実施形態と共通するため、説明は省略する。また、ここでは第１の遮光手段１は第４実施形態と同様に第２レンズアレイ１０３の近傍に配置したが、第１の遮光手段１の配置についても本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜選定することができる。
【００５５】
次に、本発明の第６実施形態を図面を参照して説明する。図２３は第６実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図５に示す従来の透過型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものである。投写型表示装置の構成及び構成部品は図５と共通するため、説明は省略する。なお、本実施形態においては、青色光をリレー光学系を介してライトバルブに導いているものとし、投写型表示装置の色補正前の色バランスが、図２４に示すように赤色光、緑色光、青色光の順に高くなっている場合について説明する。
【００５６】
本実施形態においては、波長選択による第１の遮光手段１を設けた第２実施形態の構成に加えて遮光板に通過穴５ａを設けた第２の遮光手段５を併用し、第４実施形態と同様に各色光の光利用効率を均等にしている。図２３において、青色光の光路は赤色光、緑色光と比較して光路長が長くなるため、青色光の光利用効率の低下を防ぎ、赤色光、緑色光と同じ照明状態にするため、第１リレーレンズ１２５、第２リレーレンズ１２６、及び第３リレーレンズ１２７を組み合わせたリレーレンズ光学系１２８を介してライトバルブ１０９に入射される。第１の遮光手段１は第２実施形態と同様に第２レンズアレイ１０３と重ね合わせレンズ１０４の間に配置され、第２の遮光手段５は、第２レンズアレイ１０３と共役な位置である青色光の光路に設けられたリレー光学系１２８内の第２リレーレンズ１２６の近傍に配置されている。
【００５７】
図２５は本実施形態において用いる波長選択による第１の遮光手段の特性を示したものである。本実施形態においては赤色光のみ透過させるものを用いており、ダイクロイックコート４は赤色領域においては１００％近い透過率を示すが、赤色領域より短波長側においては急激に透過率が低下し、緑色領域及び青色領域では透過率はほぼ０％となっている。また、図２２に示すように、第２の遮光手段５は第３実施形態と同様、金属板等に円形の通過穴５ａを開け、通過穴５ａ以外の部分を遮光部５ｂとしたものであるが、本実施形態においては、通過穴５ａは第１の遮光手段１のＡＲコート３がコーティングされた円形部を通過した光をさらに低減するような大きさに構成されている。
【００５８】
図２６は本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示したものである。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ及びライトバルブは各色毎に設けられるが、ここでは緑色光及び赤色光は一色についてのみ表示している。図２４において、赤色光は第１の遮光手段１の全域を通過してライトバルブ１１４に到達するが、緑色光は遮光手段１を通過する際、ダイクロイックコート４により入射角度が低減されて、ＡＲコート３がコーティングされた中央の円形部のみを通過してライトバルブ１１３に到達する（図２６（ａ））。一方、青色光は緑色光と同様に第１の遮光手段１のＡＲコート３がコーティングされた中央の円形部のみを通過してリレー光学系１２８内に導かれる。リレー光学系１２８内の第２リレーレンズ１２６の近傍には第２の遮光手段５が設けられており、青色光は第２の遮光手段５の通過穴５ａを通過することにより、緑色光よりも更に入射角度を低減されてライトバルブ１１２に到達する（図２６（ｂ））。これにより、第４実施形態とは逆に、青色光の入射角度が最も多く制限され、次いで緑色光が制限され、赤色光については制限を受けずそのままライトバルブに到達するため、ライトバルブ１１２、１１３、１１４に入射する各色光の光利用効率が均等になる。
【００５９】
本実施形態においても、第４実施形態と同様に第１の遮光手段１のコーティング部の形状及び大きさ、波長を選択透過させるコート材の種類等を任意に選択可能である。また、第２の遮光手段５についても同様に通過穴５ａの形状及び大きさを任意に選択することができる。なお、本実施形態においては第２の遮光手段５は金属板に通過穴５ａを設けて入射角度を制限する構成としたが、第２の遮光手段５を設けずに、第２リレーレンズ１２６のレンズ径を小さくすることにより入射角度を制限することもできる。また、これらの遮光手段１、５は投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できる構成としても良い。
【００６０】
また、第１の遮光手段１及び第２の遮光手段５は照明光学系内の他の位置に配置することもできる。図２７は本実施形態における遮光手段の配置可能位置を示す概略図である。図２７に示すように、本実施形態においては第２レンズアレイ１０３の他に第２リレーレンズ１２６も光源１０１と共役な位置にあり、第１レンズアレイ１０２の他に第１リレーレンズ１２５もライトバルブ１１２と共役な位置にある。よって、第１の遮光手段１を、光源１０１と共役な位置にある第２レンズアレイ１０３と、第２レンズアレイ１０３と隣り合うライトバルブ１１２と共役な位置にある第１レンズアレイ１０２及び第１リレーレンズ１２５との中点Ｉ、Ｊの間に配置し、第２の遮光手段５を、光源１０１と共役な位置にある第２リレーレンズ１２６と、第２リレーレンズ１２６と隣り合うライトバルブ１１２と共役な位置にある第１リレーレンズ１２５との中点Ｋ及び第２リレーレンズ１２６とライトバルブ１１２との中点Ｌの間に配置するのが好ましい。ここで第３リレーレンズ１２７はライトバルブ１１２の近傍に位置するため、第２の遮光手段５は第１リレーレンズ１２５と第２リレーレンズ１２６との中点と、第２リレーレンズ１２６と第３リレーレンズ１２７との中点の間に配置されることになる。このように第１の遮光手段１及び第２の遮光手段５を光源１０１と略共役な位置に配置することにより、遮光手段１、５自身の影によるスクリーン投射時の色ムラを防止することができる。
【００６１】
本実施形態では、第２実施形態と同様に光学系にＰＢＳを用いないため、光束角度低減によるＰＢＳへの効果は生じないが、ライトバルブへの入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正によるＯＮ光レベル／ＯＦＦ光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を防ぐことができる。
【００６２】
次に本発明を単板ライトバルブの投射型表示装置に適用した例について説明する。図２８は本発明の第７実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、ダイクロイックミラーの代わりにカラーホイールを光分解手段として用いている。なお、説明の便宜上、従来例と同一の部分については同一の符号を付している。
【００６３】
図２８において、光源１０１から発せられた光はコンデンサレンズ５によってカラーホイール６の近傍に焦点を結ぶ。カラーホイール６は、コンデンサレンズ５の焦点付近に赤色光、緑色光、青色光の各色成分を通過させるカラーフィルター７を回転軸８から等距離の位置に有しており、カラーホイール６が回転軸８を中心に高速回転することにより、透過光の色を経時的に順次切り替える。カラーホイール６を透過した光は、コリメータレンズ９により光軸に対し平行光となる。なお、本実施形態においてはコンデンサレンズ５を用いてカラーホイール６の近傍に焦点を結ばせているが、例えば光源１０１を第１焦点及び第２焦点を有する楕円リフレクタとし、第２焦点付近にカラーホイール６を配置して第１焦点近傍から発せられる光をカラーホイール６の近傍に焦点を結ばせる構成としても良い。
【００６４】
コリメータレンズ９により平行となった光は、第１レンズアレイ１０２及び第２レンズアレイ１０３により均一化される。本実施形態においては、コリメータレンズ９と第１レンズアレイ１０２との間、及び第１レンズアレイ１０２と第２レンズアレイ１０３との間に反射ミラー１０、１１を配置し、光路を１８０°方向変換している。第２レンズアレイの各セルより射出した光は重ね合わせレンズ１０４を通過した後、反射ミラー１２により光路を９０°曲げられ、フィールドレンズ１３を通過してＰＢＳ１４に入射する。フィールドレンズ１３は、光源１０１からの光束をテレセントリックな光束とし、投影される像の誤差を小さくするために設けられている。
【００６５】
ＰＢＳ１４により進行方向を９０°曲げられた光束は、ライトバルブ１５へ入射する。このときライトバルブ１５の照明に不要な偏光成分はＰＢＳ１４により取り除かれている。ライトバルブ１５により変調された光束は、再びＰＢＳ１４に入射し、スクリーン投影に不要な偏光成分が除去された後、投射レンズ１１６によりスクリーン（図示せず）に投射される。
【００６６】
本実施形態においては、遮光手段１は光源１０１に対し共役な位置である第２レンズアレイ１０３と重ね合わせレンズ１０４の間に配置されている。これにより、所定の色の光についてライトバルブ１５に入射する入射角度が制限され、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保して明るさを低下させずに高コントラストな表示が実現される。遮光手段１の構成やコート特性、配置可能位置などは第１実施形態と共通するため、説明は省略するが、本実施形態では、第２レンズアレイ１０３の他にカラーホイール６の位置も光源１０１に対し共役となっているため、遮光手段１を、カラーホイール６と、ライトバルブ１５と共役な位置にあるコンデンサレンズ５及びコリメータレンズ９との中点の間に配置することも可能である。また、遮光手段１を投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できる構成としても良い。
【００６７】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ライトバルブへの入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正後のコントラストを色補正前のコントラストと同程度に保持する。また、光学系にＰＢＳを用いているため、光束角度低減によるＰＢＳへの効果も期待され、色補正によるＯＮ光レベル／ＯＦＦ光レベルで表される投写型表示装置のコントラストの向上を図ることができる。また、遮光手段１を光源１０１に対し共役な位置にある第２レンズアレイ１０３の近傍に配置しているため、遮光手段１自身の影がライトバルブに入り込むことはなく、明るさのムラを抑制できる。
【００６８】
図２９は本発明の第８実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、ライトバルブ１６は赤色光、緑色光、青色光に対応した画素を有する構成とし、さらに第７実施形態のカラーホイールに換えてダイクロイックミラー群を用いて照明光を赤色、緑色、青色の各色に分解している。なお、説明の便宜上、従来例と同一の部分については同一の符号を付している。
【００６９】
図２９において、光源１０１から発せられた光束は、第１レンズアレイ１０２及び第２レンズアレイにより均一化され、重ね合わせレンズ１０４を通過して光分解手段であるダイクロイックミラー群１７、１８により赤色光、緑色光、青色光に分離される。各色に分離された光束はフィールドレンズ１９によりテレセントリックな光束とされた後、プリズム２０に装着されたライトバルブ１６に入射する。ライトバルブ１６上には画素毎にホログラムレンズ（図示せず）が設けられており、赤色、緑色、青色の各光束は、ホログラムレンズによりライトバルブ１６に形成される各色に対応した画素に照射される。各色の光束はライトバルブ１６の各色に対応した画素の電極を駆動することにより変調され、投射レンズ１１６を介してスクリーン（図示せず）に投影される。
【００７０】
本実施形態においては、第７実施形態と同様に、遮光手段１は光源１０１に対し共役な位置にある第２レンズアレイ１０３と重ね合わせレンズ１０４の間に配置されている。これにより、所定の色の光についてライトバルブ１６に入射する入射角度を制限することができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保して明るさを低下させずに高コントラストな表示が実現される。更に、遮光手段１自身の影がライトバルブに入り込むことがなく、明るさのムラを抑制できる。なお、遮光手段１の構成やコート特性、配置可能位置などは第１実施形態と共通するため、説明は省略する。また、図１２に示したように遮光手段１を投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できる構成としても良い。
【００７１】
また、遮光手段１を用いない場合、光束が広がりをもつため、各色の光束はホログラムレンズにより所望の色に対応した画素に的確に照射されず、混色が発生することがあった。遮光手段１を備えた本実施形態の投写型表示装置では、所望の色の光束についてライトバルブ１６への入射角度を低減できるため、明るさ及びコントラストの調整を行いながら、所望の色の混色を防ぐことが可能である。この場合、それぞれの色に対応した画素は長方形であるため、遮光手段１のＡＲコート部分の形状を図１６に示すような楕円形、猫目型とすることにより混色を効果的に防止することができる。
【００７２】
また、上記の何れの実施形態においても、ライトバルブを均一に効率良く照明するために、レンズアレイを用いたインテグレータ光学系を使用しているが、それ以外の方式、例えばロッドインテグレータを用いたインテグレータ光学系を用いてもよい。ロッドインテグレータを用いたインテグレータ光学系においても、光源と共役な位置及びライトバルブと共役な位置が定義でき、レンズアレイを用いた場合と同様に、ロッドインテグレータによるインテグレータ光学系を備えた照明光学系においても本発明の遮光手段が有効に適用できる。また、上記実施形態においてはライトバルブに液晶パネルを用いたが、ライトバルブの構成はこれに限られるものではなく、例えば、米国テキサスインスツルメンツ社のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることもでき、それ以外の他の素子を用いてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれる光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも１つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる３色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち１色又は２色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記インテグレータ光学系によって光源と共役な位置、及びライトバルブと共役な位置が前記照明光学系内に存在しており、前記遮光手段は、前記光源と共役な位置と、該光源と共役な位置と隣り合うライトバルブ位置或いはライトバルブと共役な位置との中点よりも前記光源と共役な位置側に配置され、光軸中心を通り互いに直交するとともに光軸に対し垂直な面を形成する２軸に対し線対称に入射光束を遮光することにより、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。また、画像をスクリーンに投射した場合、スクリーンの中心部と周辺部で赤色光、緑色光、青色光の光量バランスが確保されるため、スクリーン投射時の色ムラが抑制され、更にビネッティングによる色ムラも防止することができる。
【００７４】
また、光学系にＰＢＳを用いる場合、ＰＢＳへの入射光束の角度も同時に制限できるため、ライトバルブへの入射光量の低減に加えてライトバルブへの入射光束とライトバルブからの射出光束の偏光面の差異により発生するＯＦＦ光レベルでの光漏れを低減する効果も得られ、よりコントラストの高い投射型表示装置を提供することができる。さらにライトバルブが赤色光、緑色光、青色光に対応した画素を有する構成の場合、光束が広がりをもつため、各色の光束が所望の色に対応した画素に的確に照射されず混色が発生することがあったが、所望の色の光束についてライトバルブへの入射角度を低減できるため、明るさ及びコントラストの調整を行いながら混色を防ぐことが可能である。
【００７５】
また本発明によると、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれた光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも１つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる３色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち１色又は２色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記遮光手段は、前記ライトバルブへの入射光束角度を可変制御できることとしたので、投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などに応じた制御が可能となり、各色のバランスやコントラストの調整が容易となる。
【００７６】
また本発明によると、上記構成の投写型表示装置において、遮光手段により制限される入射光束角度が、前記赤色光、緑色光、青色光毎に異なることとしたので、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについて光利用効率が異なる場合でも、３色のうち最も低い光に合わせてＯＮ光レベルとＯＦＦ光レベルを同時に低下させることができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にすることにより、各色のバランスを確保することができる。また、赤色光、緑色光、青色光のバランスを適切な割合に調整することにより、所望の色温度の設定も可能となる。
【００７７】
また本発明によると、赤色光、緑色光、青色光のうち１色が、光源側から順に第１、第２、第３リレーレンズより構成されるリレー光学系を介して前記ライトバルブに入射し、遮光手段が第１リレーレンズと第２リレーレンズとの中点、及び第２リレーレンズと第３リレーレンズとの中点の間に設けられることとしたので、光をリレー光学系を介してライトバルブに入射させる場合においても、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。また、遮光手段をリレー光学系内の所定の位置に配置することにより、スクリーン投射時の色ムラを防止することができる。
【００７８】
また本発明によると、遮光手段は、中心部においては全ての可視光を透過させ、周辺部においては一部の波長帯域の光を反射させるダイクロイック特性を有することとした。これにより、光源からの照明光の赤色光、緑色光、青色光のうち過剰な成分のみをダイクロイックコートのコート特性の選択及びコート面積の調整により簡易且つ確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、従来の反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【図２】は、光路に複数のＰＢＳを用いた従来の投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【図３】は、従来のライトバルブの電気的制御による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す模式図である。
【図４】は、ＰＢＳに対する入射光線及び反射光線の関係を示す概略図である。
【図５】は、従来の透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【図６】は、本発明の第１実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図７】は、本実施形態に用いる遮光手段のコート例を示す模式図である。
【図８】は、本実施形態に用いるＡＲコート及びダイクロイックコートのコート特性を示すグラフである。
【図９】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図１０】は、本実施形態の光束角度低減による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す模式図である。
【図１１】は、本実施形態の光束角度低減によるＰＢＳへの効果を示す模式図である。
【図１２】は、本実施形態において遮光手段を可変制御可能とした例を示す概略図である。
【図１３】は、本実施形態における遮光手段の配置可能位置を示す概略図である。
【図１４】は、本発明の第２実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図１５】は、本発明の第３実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図１６】は、本実施形態に用いる遮光手段の他の形態を示す模式図である。
【図１７】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図１８】は、本発明の第４実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図１９】は、本実施形態における色補正前の色バランスを示す模式図である。
【図２０】は、本実施形態において用いる遮光手段の特性及び形状を示した図である。
【図２１】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図２２】は、本発明の第５実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図２３】は、本実施形態における色補正前の色バランスを示す模式図である。
【図２４】は、本実施形態に用いるダイクロイックコートのコート特性を示すグラフである。
【図２５】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図２６】は、本発明の第６実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図２７】は、本実施形態における遮光手段の配置可能位置を示す概略図である。
【図２８】は、本発明の第７実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図２９】は、本発明の第８実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１．    遮光手段
３．    ＡＲコート
４．    ダイクロイックコート
５．    遮光手段
１５，１６．ライトバルブ
１７，１８．ダイクロイックミラー群
１０１．光源
１０２．第１レンズアレイ
１０３．第２レンズアレイ
１０４．重ね合わせレンズ
１０５．ダイクロイックミラー群
１０６．ダイクロイックミラー
１０９〜１１１．ＰＢＳ
１１２〜１１４．ライトバルブ
１１５．クロスダイクロイックプリズム
１１６．投射レンズ
１１７〜１１９．フィールドレンズ
１２０〜１２２．ＰＢＳ
１２３．第１リレーレンズ
１２４．第２リレーレンズ
１２５．第３リレーレンズ
１２６．リレー光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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