(57)【要約】【課題】照明光の利用効率を高めるとともに画像の色ずれを補正し正常な色バランスにて画像を表示する。【解決手段】照明光の光束のうち変調素子１２で投射レンズ側に投射されなかった光を第１の反射素子にて光源側に反射し、第２の反射素子にて第１の反射素子により反射された光を変調素子１２に再度導くリサイクル光学系を備える画像表示装置において、変調素子１２にて反射される表示画像光の元画像信号からの色バランスずれを予測する色バランス予測部１７と、予測された色バランスずれに基づいて入力画像信号を補正し変調素子１２へ送る画像補正部１８とを備え、リサイクル光学系における反射と減衰とから変調素子に照射される光束を数列として表しこの数列の和に基づいて入力画像信号を補正する。【選択図】  図１
2005033334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源によって照射された照明光を表示画像に応じて空間変調して反射させる反射型変調素子と、この反射型変調素子の像を結像して投射させる投射レンズとを備えた投射型の画像表示装置において、
上記光源より発せられた照明光の光束のうち上記反射型変調素子で投射レンズ側に投射されなかった光を上記光源側に反射する第１の反射素子と、
上記第１の反射素子により反射された光を上記反射型変調素子に導く第２の反射素子と、
上記反射型変調素子にて反射される表示画像光の元画像信号からの色バランスずれを予測する色バランス予測手段と、
上記色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに基づいて上記投射レンズへ入射する光を補正する補正手段とを備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記補正手段は、上記色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに応じた画像信号を上記反射型変調素子に出力することにより上記投射レンズへ入射する光を補正することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記照明光の光量を可変とする光量可変手段を備え、
上記補正手段は、上記反射型変調素子にて反射され上記光量可変手段を通過する上記照明光の光量を上記色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに基づいて変更することにより上記投射レンズへ入射する光を補正することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
上記光源は、輝度が可変とされた赤色用光源、青色用光源、及び緑色用光源を備え、
上記補正手段は、上記色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに基づいて上記各光源の輝度を変更することにより上記投射レンズへ入射する光を補正することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項５】
光源と、この光源によって照射された照明光を表示画像に応じて空間変調して反射させる反射型変調素子と、この反射型変調素子の像を結像して投射させる投射レンズとを備えた投射型の画像表示装置において、
上記光源より発せられた照明光の光束のうち上記反射型変調素子で投射レンズ側に投射されなかった光を上記光源側に反射する第１の反射素子と、
上記第１の反射素子により反射された光を上記反射型変調素子に導く第２の反射素子と、
上記反射型変調素子に入射される上記照明光を検出する検出手段と、
上記検出手段にて検出された表示画像光に基づいて上記投射レンズへ入射する光を補正する補正手段とを備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
上記補正手段は、上記検出手段にて検出された照明光の光量に応じた画像信号を上記反射型変調素子に出力することにより上記投射レンズへ入射する光を補正することを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
【請求項７】
上記照明光の光量を可変とする光量可変手段を備え、
上記補正手段は、上記反射型変調素子にて反射され上記光量可変手段を通過する光量を変更することにより上記投射レンズへ入射する光を上記検出手段にて検出された照明光の光量に基づいて補正することを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
【請求項８】
上記光源は、輝度が可変とされた赤色用光源、青色用光源、及び緑色用光源を備え、
上記補正手段は、上記検出手段にて検出された照明光に基づいて上記各光源の輝度を変更することにより上記投射レンズへ入射する光を補正することを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置によって照明される変調素子と、この変調素子の像を結像させる投射レンズとを備えた投射型の画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、照明装置と、この照明装置によって照明される反射型空間光変調素子と、この反射型空間光変調素子の像を結像させる投射光学系（投射レンズ）とを備えた投射型の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は、照明装置の光源として放電ランプを用い、反射型空間光変調素子として液晶素子を用いて、比較的大型の画像表示装置として実用化されている。
【０００３】
このような画像表示装置においては、１個の反射型空間光変調素子の各画素にカラーフィルタを配置する構造や、時分割でカラー表示するいわゆるシーケンシャルカラー表示方式を採用することにより装置の低コスト化が図られてはいるものの、光利用効率が低く消費電力が大きいことが問題となっている。
【０００４】
光利用効率が低いことの原因としては、反射型空間光変調素子が入射光の偏光状態を変調する非発光の素子であるため、光源から発せられる光束を偏光成分により分離しその後合成する手段が必要であり、また、自発光の変調素子と違って、黒表示においても光源が発光していること、及び、反射型空間光変調素子の開口率で決まる光利用効率に応じた損失があることなどである。
【０００５】
また、反射型空間光変調素子として、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）半導体基板上に形成されたミラーデバイスを制御して光変調を行うＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた画像表示装置もあり、液晶素子を用いる場合に比べて光利用効率は向上するものの、光利用効率にある程度の損失は避けられない。
【０００６】
従来の画像表示装置において、光利用効率の向上は、以下のようにこの画像表示装置を構成する光学素子等にてなされている。
【０００７】
［偏光成分の分離及び合成について］
照明装置の光源から発せられた光束を偏光成分に応じて分離し、また、合成する偏光変換素子として光源と反射型空間光変調素子との間に配置されるＰ−Ｓ変換素子が知られている。このＰ−Ｓ変換素子は、無機物質からなる多層膜で構成された偏光分離膜が表面に形成された板ガラスと反射面が表面に形成された板ガラスとを交互に貼り合わせたガラスブロックをその貼り合わせ面に対して傾斜した切断面に沿って板状に切断して構成したものである。
【０００８】
このＰ−Ｓ変換素子に、Ｐ偏光及びＳ偏光が混合した光束を入射させると、偏光分離膜においてＰ偏光とＳ偏光とが分離されるので、Ｐ偏光とＳ偏光とは、このＰ−Ｓ変換素子を構成する各層毎に分離されて出射する。そして、この出射側において、Ｓ偏光、もしくはＰ偏光に対応した出射部分に、二分の一波長（λ／２）板を配置しておくことにより、Ｐ偏光、もしくはＳ偏光のうち何れか一方のみの偏光成分を有する光束が得られる。
【０００９】
このようなＰ−Ｓ変換素子及び二分の一波長（λ／２）板を偏光分離装置として用いることにより、入射光の偏光成分を変調する反射型空間光変調素子を照明する照明装置としての光利用効率を改善することができる。
【００１０】
この照明装置においては、光源から発せられた光束は、放物面鏡によって反射され、一対のフライアイレンズを経てＰ−Ｓ変換素子に入射される。そして、二分の一波長（λ／２）板及びコンデンサレンズを経て、反射型空間光変調素子に至る。
【００１１】
［反射型偏光板］
従来より使用されている偏光板は、一方の偏光成分を透過させ、他方の偏光成分については、吸収してしまう。しかし、一方の偏光成分を透過させ、他方の偏光成分については、吸収せずに反射する機能を有する「反射型偏光板」が知られている。このような「反射型偏光板」を偏光変換素子として使用すると、他方の偏光成分については、再び反射させるなどして利用することができ、光利用効率を改善することができる。
【００１２】
反射型空間光変調素子（反射型光変調素子）を用いて投射レンズ側に投射されなかった光を光源側に反射し、光源側から反射型空間光変調素子に対して再度照射する光学系を有する画像表示装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
［複屈折多層膜を使った直線偏光板］
複屈折多層膜を使った直線偏光板は、それぞれ屈折率異方性を有し互いに屈折率の異なる２種類のポリマーフィルムを多層積層させて延伸することにより作られる。すなわち、積層された２種類のポリマーフィルムは、一方の偏光軸方位についての屈折率を互いに一致させ、他方の偏光軸方位についての屈折率は互いに一致していない。そして、このように互いに異なる屈折率について調整することにより、一方の偏光軸方位の偏光を透過させ、これと直交する他方の偏光軸方位の偏光を反射させる「反射型偏光板」を構成することができる。
【００１４】
なお、このような「反射型偏光板」は、例えば、「３Ｍ社」より、商品名「ＤＢＥＦ」、または、商品名「ＨＭＦ」として発売されている。
【００１５】
［コレステリック液晶を使った円偏光板］
コレステリック液晶の選択反射を利用した円偏光板は、例えば、特開平６−２８１８１４号公報に記載されているように、コレステリックのピッチが１００ｎｍ以上変化していることにより、選択反射の波長域を可視域全域とすることが可能である。このようなコレステリック円偏光板を使うことにより、波長依存性のない円偏光板を作製することが可能となる。
【００１６】
コレステリック液晶を使った円偏光板とこれを使った偏光変換素子は、例えば、特許２５０９３７２号公報に示されている。この発明は、円偏光の特性、すなわち、１回の反射によって位相が１８０°変化することにより、右回り円偏光は左回り円偏光へと、左回り円偏光は右回り円偏光へと変化することを利用したものである。
【００１７】
そして、コレステリック液晶に反射鏡を組み合わせることにより、偏光分離合成装置を構成することが可能となる。上述のような直線偏光を使った偏光分離合成装置においては、二分の一波長（λ／２）板を必要としたが、円偏光の場合には、二分の一波長（λ／２）板を必要としない。
【００１８】
すなわち、光源から発せられた光束は、その出射方向により、コンデンサレンズを介して直接コレステリック液晶に入射するか、あるいは、反射鏡に反射されてから、コンデンサレンズを介してコレステリック液晶に入射する。
【００１９】
このとき、一方向の円偏光はコレステリック液晶を透過するが、他方向の円偏光はコレステリック液晶により反射される。このようにしてコレステリック液晶により反射された他方向の円偏光は、反射鏡に反射されることにより、一方向の円偏光となって、再びコレステリック液晶に入射し、このコレステリック液晶を透過する。このようにして、コレステリック液晶を透過した光は、全て一方向の円偏光となっている。
【００２０】
【特許文献１】
特開２００２−３２８４３０公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、反射型の空間光変調素子（光変調素子）を用いた画像表示装置では、画像中の暗部の光は光変調素子から光源に戻り、光源のリフレクタの反射などにより再び光変調素子に照射される。また、この再び光変調素子に達した照射光のうち画像中の暗部に照射されたものはさらにまた上記の現象を繰り返す。このために画像の一部に同様の画像が表示されていたとしても、周囲が暗部の多い画像の場合には、周囲に暗部が少ない画像に比べ明るく表示される。この現象は各色の光変調素子で起こるが、例えば周囲に白でない色が多い場合、その補色が明るく表示されるために、画像の色バランスが正常ではなくなるという問題が生じていた。
【００２２】
そこで本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、照明光の利用効率を高めるとともに、画像の色ずれを補正し正常な色バランスにて画像を表示する画像表示装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明は、光源によって照射された照明光を表示画像に応じて空間変調して反射させる反射型変調素子と、この反射型変調素子の像を結像して投射させる投射レンズとを備えた投射型の画像表示装置において、光源より発せられた照明光の光束のうち反射型変調素子で投射レンズ側に投射されなかった光を光源側に反射する第１の反射素子と、第１の反射素子により反射された光を反射型変調素子に導く第２の反射素子と、反射型変調素子にて反射される表示画像光の元画像信号からの色バランスずれを予測する色バランス予測手段と、色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに基づいて投射レンズへ入射する光を補正する補正手段とを備えるようにした。
【００２４】
本発明に係る画像表示装置は、色バランス予測手段において反射型変調素子にて反射される光の元の画像信号からのバランスずれを予測し、投射レンズに入射する光をこのずれ量分補正する。
【００２５】
ここで、補正手段は、色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに応じた画像信号を反射型変調素子に出力することにより投射レンズへ入射する光を補正する。
【００２６】
また、この画像表示装置が照明光の光量を可変とする光量可変手段を備えていれば、色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに基づいて、補正手段にて光量可変手段を通過する照明光の光量を変更すればよい。
【００２７】
また、輝度が可変とされた赤色用光源、青色用光源、及び緑色用光源を備える正面手段を用いれば、補正手段では、色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに基づいて各光源の輝度を変更することにより投射レンズへ入射する光を補正するようにしてもよい。
【００２８】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る画像表示装置は、色バランスのずれを予測するほか、反射型変調手段に入射される照明光を直接検出する検出手段を備えて、補正手段において、この検出手段にて検出された表示画像光に基づいて投射レンズへ入射する光を補正するようにした。
【００２９】
ここで、補正手段は、検出手段にて検出された照明光の光量に応じた画像信号を反射型変調素子に出力することにより投射レンズへ入射する光を補正する。また、この画像表示装置は、照明光の光量を可変とする光量可変手段を備え、補正手段は、検出手段にて検出された照明光の光量に基づいて光量可変手段を通過する光量を変更することにより投射レンズへ入射する光を補正するようにしてもよい。
【００３０】
さらに、輝度が可変とされた赤色用光源、青色用光源、及び緑色用光源を備える光源を用いれば、補正手段は、検出手段にて検出された照明光に基づいて各光源の輝度を変更することにより投射レンズへ入射する光を補正することもできる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の具体例として示す画像表示装置は、光源からの光を画像信号に基づいて変調し、変調された光をスクリーン等に投影して画像を表示する、いわゆるプロジェクタ装置（投写型液晶表示装置）として用いられるものであり、特に、反射型空間光変調素子（反射型光変調素子）を用いて、投射レンズ側に投射されなかった光を光源側に反射し、光源側から反射型空間光変調素子に対して再度照射する光学系を有する画像表示装置である。本具体例では、適宜、この光学系を「リサイクル光学系」と記す。
【００３２】
本具体例では、入力画像信号と実際に反射型空間光変調素子にて反射された出力画像光との間に生じる色バランスのずれを予測（算出）し、これを補正する画像信号を反射型空間光変調素子に出力することによって絵柄によって生じる表示画像の色バランスのずれを抑制した画像表示装置と、変調素子に入射される照明光を検出し、投射レンズへ入射する光を補正する画像表示装置とを説明している。これら画像表示装置によれば、従来の「リサイクル光学系」を有する画像表示装置に現れ易い色バランスのずれが解消できる。
【００３３】
まず、入力画像信号と実際に変調素子にて反射された出力画像光との間に生じる色バランスのずれを予測（算出）し、これを補正する画像表示装置について説明する。
【００３４】
図１に示す画像表示装置１は、光源１１と、光源１１によって照射された照明光を表示画像に応じて空間変調して反射させる変調素子１２と、この変調素子の像を結像して投射させる投射レンズ１３とを備えた反射型の空間変調素子を用いた投射型の画像表示装置である。この画像表示装置１は、リサイクル光学系として、照明部より発せられた照明光の光束のうち変調素子１２によって投射レンズ側に投射されなかった光を光源側に反射する第１の反射素子と第１の反射素子により反射された光を上記変調素子に導く第２の反射素子とを有する偏光変換素子１４を、光源１１と変調素子１２との間に備えている。
【００３５】
また、光源１１から出射された光束内の光強度分布の斑を平均化するインテグレータ素子１５、インテグレータ素子１５から出射された光束を変調素子１２に効率よく入射させるコンデンサレンズ群１６を備えている。このコンデンサレンズ群１６は、インテグレータ素子１５の像を変調素子１２上に結像するレンズになっている。変調素子１２にて変調された光は、投射レンズ１３からスクリーン等に投影される。
【００３６】
この画像表示装置１は、変調素子１２にて反射される表示画像光の元画像信号からの色バランスずれを予測する色バランス予測部１７と、色バランス予測部１７にて予測された色バランスずれに基づいて入力画像信号を補正し、変調素子１２へ送る画像補正部１８とを備える。画像表示装置１は、色バランス予測部１７にて色バランスのずれを予測し、画像補正部１８にて色バランスずれに応じて変調素子１２を制御する信号を送ることによって、投射レンズ１３へ入射する光のバランスを補正できる。ここでは、変調素子１２は、３原色の各色毎に設けられるものとする。
【００３７】
光源１１から出た光は、変調素子１２に照射されるが、光源より発せられた照明光の光束のうち変調素子１２にて投射レンズ側に投射されなかった光を第１の反射素子にて光源側に反射し、第２の反射素子にて第１の反射素子により反射された光を変調素子１２に再度導く。このとき、変調素子に再度照射される光は、光学系での吸収等によりある程度減衰している。そこで、光変調素子にて反射された光量のγｃ（添え字ｃは、ＲＧＢの何れかを表す）倍となって再び光変調素子に照射されるとする。
【００３８】
変調素子の反射率が０の場合、光変調素子に入射する光束をφｃとし（添え字ｃはＲＧＢの何れかを表す）、光変調素子の各画素の信号を０〜１の理想的な反射率で表した値をＳｃｉｊとする（添え字ｃはＲＧＢの何れかを表し、ｉｊは画素の位置を表す）。
【００３９】
微細な時系列における光束の振る舞いに注目すれば、全光束は、信号Ｓｃｉｊの平均値をＳｃとして変調素子１２に照射され、後段に存在する各種光学系にて減衰されるものの、Ｓｃ×φｃが実際の出力画像光として使用される。また、（１−Ｓｃ）×φｃが光源方向等に反射されることになる。しかし、減衰を考慮してもγｃ×（１−Ｓｃ）×φｃが変調素子１２に再度照射される。
【００４０】
この光束は、反射と減衰とを繰り返すため、変調素子に照射される光束は、以下のような数列にて表すことができる。
【００４１】
2005033334.tif 000003
【００４２】
したがって、変調素子に照射される光束は、１／［１−γｃ（１−Ｓｃ）］倍になる。これをリサイクル率とする。ここで各画素の平均値Ｓｃは、色毎に異なる値になるため、各色の光束の増加倍率もまたそれぞれ異なり、表示される画像の色が本来の画像の色と異なることになる。
【００４３】
そこで、これを修正するため、図１に示す画像表示装置１では、画像信号Ｓｃｉｊを可変にして以下のようにして色ずれを補正している。まず、リサイクル率が最も小さい色に対しては、補正する必要はないため、１／［１−γｃ（１−Ｓｃ）］が最少になるものを選ぶ。ここで選択されたリサイクル率が最も小さい色をｃｍと表す。
【００４４】
また、補正後の信号をＳ’ｃｉｊとすると、Ｓ’ｃｍｉｊ＝Ｓｃｍｉｊとなる。補正後の信号の平均値をＳ’ｃと表せば、Ｓ’ｃｍ＝Ｓｃｍとなる。これを用いたリサイクル率１／［１−γｃｍ（１−Ｓｃｍ）］をαと書くことにする。このとき、ｃｍ以外の色についてＳ’ｃｉｊ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃｉｊとなっていれば、上段にて求めた各変調素子に照射される光束をかけたときに、どの光変調素子でも各画素の投射映像に使用される光束がαＳｃｉｊΦｃとなる。これは、元画像のα倍の明るさであるから、この値をもとに色バランスのずれが補正できる。
【００４５】
しかし、Ｓ’ｃｉｊ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃｉｊなる式は、両辺にＳ’を含んでいるためＳ’について解く。両辺をｉｊについて平均すると、Ｓ’ｃ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃとなり、これを解くと、Ｓ’ｃ＝αＳｃ（１−γｃ）／（１−γｃαＳｃ）となる。したがって、Ｓ’ｃｉｊ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃｉｊ＝α（１−γｃ）／（１−αγｃＳｃ）Ｓｃｉｊ
【００４６】
したがって、図１の入力画像信号から出力画像光に生じる色バランスのずれをこのように予測し、入力画像信号に対して上記のような信号補正を行えば、投射される画像の色バランスずれを補正できる。
【００４７】
図２に示す例は、同様に入力画像信号と実際に変調素子にて反射された出力画像光との間に生じる色バランスのずれを予測（算出）し、これを補正する画像表示装置であるが、変調素子１２にて反射された光量を調整可能なフィルタを設け、予測された色バランスずれに基づいてこの光量可変フィルタを制御する点が特徴である。なお、ここでは、上述した画像表示装置１と同様の作用効果を有する構成は、同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【００４８】
図２に示す画像表示装置２は、変調素子１２にて反射された照明光の光量を可変とする光量可変フィルタ２０と、色バランス予測部１７からの信号に基づいてこの光量可変フィルタ２０を調整する輝度補正信号を生成する輝度補正部１９とを備えている。
【００４９】
この画像表示装置２では、光量可変フィルタ２０として、例えば、透過率が可変な液晶フィルタを用い、これを各照明光の経路に配置する。光源１１から出射された光は、上述したように、変調素子１２に照射されるが変調素子１２を照明しなかった光が第１の反射素子にて光源側に反射され、第２の反射素子にて第１の反射素子により反射された光が変調素子１２に再度導かれる。上述の例と同様に、補正しなければ、各色の変調素子に照射される光束は、１／［１−γｃ（１−Ｓｃ）］×Φｃとなるが、リサイクル率が最小の色をｃｍで表すと、ｃｍの照明光に対する光量可変フィルタは、全光束を透過できる透過率１００％とする。その他の色に関しては、フィルタの透過率を［１−γｃ（１−Ｓｃ）］／［１−γｃｍ（１−Ｓｃｍ）］×１００％とすれば、色バランスのずれを補正できる。
【００５０】
したがって、この画像表示装置２は、輝度補正部１９において、色バランス予測部１７にて予測した色バランスずれに基づいて変調素子１２にて反射され光量可変フィルタ２０を通過する照明光の光量を変更することにより、投射レンズへ入射する光のバランスを補正できる。
【００５１】
上述した各画像表示装置では、例えば、偏光変換素子３３と変調素子との間に色分離素子を配置し、光源１１から出射された照明光を３原色に分離し３原色の表示に対応した変調素子のそれぞれに入射するようにしてもよい。すなわち、光源を分離し原色毎に対応する変調素子を用いることもできる。
【００５２】
図３に示す画像表示装置３は、光源２１に輝度が可変とされた赤色用光源２１ａ、青色用光源２１ｂ、及び緑色用光源２１ｃを備え、色バランス予測部１７にて予測した色バランスずれに基づいて輝度補正部２２において各光源の輝度を変更することにより投射レンズ１３へ入射する光のバランスを補正する。
【００５３】
この例では、レーザ光源等、輝度の変調が可能な光源を用いる。光源１１から出た光は、一様な照明光とされ各色の変調素子１２に照射される。ここでは、反射型の変調素子１２を使用しているため、出力画像光にて使用されなかった照明光は、この変調素子１２で反射され、光路に設けられた、例えばロッドインテグレータの端面に設けられたミラー（リレーレンズブロック）等で反射されて再び変調素子１２に照射される。
【００５４】
上述した例と同様に、補正しなければ各色の変調素子１２に照射される光束は、１／［１−γｃ（１−Ｓｃ）］×Φｃとなるが、リサイクル率が最小になる色をｃｍと表すと、ｃｍの色にあたる光源を最高輝度で出力するように設定する。その他の色に関しては、［１−γｃ（１−Ｓｃ）］／［１−γｃｍ（１−Ｓｃｍ）］×１００％の出力で出力すれば、色バランスのずれを補正できる。
【００５５】
このように、入力画像信号の色バランスのずれを予測し、輝度補正部２２からの信号に応じて３色の光源の輝度を偏光することによって、投射レンズ１３へ入射する光のバランスを補正できる。
【００５６】
続いて、変調素子に入射される照明光を直接検出し検出結果に基づいて投射レンズへ入射する光を補正する画像表示装置について説明する。
【００５７】
図４に示す画像表示装置４は、変調素子１２に入射する光を検出する光量検出部２３を備え、この光量検出部２３にて検出された光量に基づいて画像補正部１８にて入力画像信号を補正し変調素子１２へ送る。
【００５８】
光源１１から出た光は、変調素子１２に照射されるが、反射型の光変調素子を使用しているため、出力画像光にて使用されなかった照明光は、変調素子１２で反射され光源１１に戻る。そして、光源付近で反射され、再び変調素子１２に照射される。
【００５９】
この具体例では、変調素子１２に入射する照射光を検出する光量検出部２３として、フォトダイオード等を光変調素子付近に配置し、不要散乱光を検出するものとする。この光量検出部２３の出力信号に基づいて、以下に示すアルゴリズムにより画像信号のレベルをコントロールする。なお、光量検出信号は、補正を全く行わない全白時に各色の信号値が同じ値となるように予め調整されているものとする。
【００６０】
まず、３色の光量を検出し、光量値が最小の色を選び出し、補正を徐々に解除する。他の２色よりも光量が小さいうちに補正を解除できれば、最初に選択した色が光量値が最小の色であり、この値に合わせて他の色に対して補正を行い、同じ輝度になるようにフィードバックする。仮に補正を解除している間に、最初に選択した色の光量が他の色よりも大きくなるようであれば、この色の補正も同時に解除する。こうして一番初めに補正解除され光量が変化しなくなった色を選び出し、その他の色の光量に補正をかけ光量を小さくし３色が同じ光量になるようにフィードバックする。
【００６１】
こうして、変調素子に照射される照明光の光量を検出し、照明光の光量に応じた画像信号を変調素子に出力することによって色バランスのずれを補正できる。但し、この例では画像信号に制御をかけても変調素子の応答遅延時間等があるため、フィードバックにある程度の時定数を設けることが好ましく、その長さは画像が変化するフレーム時間とするのがよい。
【００６２】
図５に示す画像表示装置５は、変調素子１２に入射する照明光を検出する光量検出部２３と、変調素子１２にて反射された照明光の光量を可変とする光量可変フィルタ２０と、光量検出部２３からの信号に基づいてこの光量可変フィルタ２０を調整する輝度補正信号を生成する輝度補正部１９とを備えている。
【００６３】
この例では、光量可変フィルタ２０として透過率可変の液晶フィルタを用い、これを各照明光の経路に配置し、さらに光量検出部２３としてフォトダイオード等を変調素子付近に配置して不要散乱光を検出する。この光量検出部２３の出力信号に基づいて、以下に示すアルゴリズムにより光量可変フィルタ２０の透過率をコントロールする。なお、光量検出信号は、補正を全くかけていない全白時に各色の信号値が同じ値となるように予め調整されているものとする。
【００６４】
まず、３色の光量を検出し、光量が最小のものを選び出し、補正を徐々に解除する。他の２色よりも光量が小さいうちに補正が全て解除されれば、最初に選択した色が最小の光量値をもつことになるため、この最小値に合わせて他の色を補正し、同じ輝度になるようにフィードバックする。仮に、補正を解除している間に、最初に選んだ色の光量が他の色よりも大きくなるようならば、その色の補正を同時に解除し始める。そして、最初に補正が解除され光量が変化しなくなった色を選び出し、その他の色の光量を補正して小さくし、３色とも同じ光量になるようにフィードバックをかける。
【００６５】
このように、変調素子に照射される照明光の光量を読み取る光量検出部２３と、変調素子１２の照明光の経路に配置され光量検出部２３からの信号に応じて各変調素子に照射される光の光量が可変なフィルタを用いることによって、色バランスのずれが補正できる。但し、この具体例では、液晶フィルタを制御するにしても液晶フィルタの応答遅延時間などがあるため、フィードバックにはある程度の時定数を設けるのが好ましく、この長さは、画像が変化するフレーム時間とほぼ同一にするのがよい。
【００６６】
また、別の具体例として、色バランスずれを予測する場合の具体例と同様、光源を分離し原色毎に対応する変調素子を設けるようにすることもできる。図６に示す画像表示装置６は、光源２１に輝度が可変とされた赤色用光源２１ａ、青色用光源２１ｂ、及び緑色用光源２１ｃを備え、光量検出部２３にて検出した光量に基づいて輝度補正部２２において各光源の輝度を変更する。
【００６７】
この例では、レーザ光源等、輝度変調が可能な光源を用いるものとし、フォトダイオード等を変調素子１２付近に配置して不要散乱光を検出する。この光量検出部２３の出力信号に基づいて、以下に示すアルゴリズムにより光源１１の出力をコントロールする。なお、光量検出信号は、映像が全白時に各色の信号値が同じ値となるように予め調整されているものとする。
【００６８】
以下でいう補正とは、このレーザ光源の出力を小さくすることを意味するものとする。
【００６９】
まず、３色の光量を検出し、光量値が最小のものを選び出し、補正を徐々に解除する。他の２色よりも光量が小さいうちに補正が全て解除されれば、最初に選択された色が光量が最小の色ということになり、これに合わせて他の色に補正をかけ、同じ輝度になるようにフィードバックをかける。仮に、補正を解除している間に、最初に選んだ色の光量が他の色よりも大きくなるようならば、その色の補正も同じ速さで解除する。そして、最初に補正が解除され光量が変化しなくなった色を選び出し、その他の色の光量を補正して３色とも同一の光量になるようにフィードバックをかける。
【００７０】
このように、変調素子に照射される照明光の光量を読み取る光量検出部２３と、光量検出部２３からの信号に応じて輝度が可変な３色の光源での出射光量を偏光することにより、色バランスのずれを補正できる。
【００７１】
以下、本発明の更なる具体例を、図面を参照して詳細に説明する。
【００７２】
図７は、上述した図１に示した画像表示装置１の一具体例である２つの空間光変調素子を備えた２板式の画像表示装置を示している。この画像表示装置７は、図７に示すように、回転楕円面形状を有し開口端を有する楕円反射鏡３１及びこの楕円反射鏡３１の第１焦点上に設置された光源３２を備えている。この光源３２としては、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）の如き放電ランプを用いる。
【００７３】
楕円反射鏡３１の開口端には、偏光変換素子３３が設けられている。この偏光変換素子３３は、図８に示すように、光軸を対称軸として放射線状に偶数個の領域に分割された四分の一（１／４）波長板、または、二分の一（１／２）波長板から構成されている。
【００７４】
そして、楕円反射鏡３１の第２焦点の近傍には、中央部に開口部が形成されて円環状となされた反射板３４及び反射型偏光選択素子３５を挟み込んで構成されたリレーレンズブロック３６が配設されている。反射型偏光選択素子３５としては、反射型円偏光板、または、反射型偏光板（いわゆる「ワイヤグリッドボラライザ」）を用いる。反射型偏光選択素子３５が反射型円偏光板であるときには、偏光変換素子３３は、四分の一（１／４）波長板により構成する。また、反射型偏光選択素子３５が反射型偏光板であるときは、偏光変換素子３３を二分の一（１／２）波長板により構成する。
【００７５】
この画像表示装置の光学系は、上述のように配置された光源３２より反射型偏光選択素子３５までの部分が偏光変換部３７を構成している。
【００７６】
この偏光変換部３７においては、偏光変換素子３３を経て反射型偏光選択素子３５に至った光について偏光分離を行い、この反射型偏光選択素子３５において反射された光を偏光変換素子３３及び楕円反射鏡３１を経て再び光源３２に戻す。このように光源３２に戻された光は、アークギャップを通過して楕円反射鏡３１の反対側で反射され、再び偏光変換素子３３を透過して反射型偏光選択素子３５に至る。このとき、この光は、反射型偏光選択素子３５を透過する偏光状態に変換されている。このようにして、反射型偏光選択素子３５を透過した光は、一定の偏光状態に揃えられる。
【００７７】
まず、偏光変換素子３３が四分の一（１／４）波長板から構成され、反射型偏光選択素子３５が反射型円偏光板である場合について説明する。ここで、四分の一（１／４）波長板は、広帯域の波長域で機能するものが望ましい。また、反射型円偏光板としては、コレステリック液晶ポリマ円偏光板を使用することができる。なお、各光学素子の空気界面には、反射防止膜が形成されている。
【００７８】
偏光変換素子３３は、図８に示すように、光軸を対称軸として、放射線状に偶数個の領域３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ａ’，３３ｂ’，３３ｃ’，３３ｄ’に分割されている。これら各領域の遅相軸は、各領域における中心部と光軸とを結ぶ直線に対して、４５°をなす方向となっており、かつ、光軸を介して対称となる位置関係の領域の遅相軸に対して直交する方向となっている。
【００７９】
光源３２から出射された光は、偏光変換素子３３の四分の一（１／４）波長板を透過することにより円偏光に変化され、反射型円偏光板である反射型偏光選択素子３５に至る。このとき、この光の偏光状態は、反射型円偏光板の入射面において、一方向又は他方向の円偏光となる。そして、この反射型円偏光板では、一方向の円偏光が光源３２側に反射される。
【００８０】
反射型円偏光板である反射型偏光選択素子３５により反射された光は、偏光変換素子３３の四分の一（１／４）波長板を経て、楕円反射鏡３１において２回反射されて、再び偏光変換素子３３の四分の一（１／４）波長板に至る。このとき、この光は、反射型円偏光板により反射された後に透過した偏光変換素子３３の領域（例えば３３ａ）に対して、光軸を介して対称となっている領域（例えば３３ａ’）に至る。
【００８１】
このようにして、偏光変換素子３３に至った光は、すでにこの偏光変換素子３３をなす四分の一（１／４）波長板を２回透過し反射型円偏光板を経ているため、Ｐ偏光もしくはＳ偏光に揃った直線偏光状態となっており、位相差を発生していない。したがって、遅相軸が直交する方位となっている四分の一（１／４）波長板からなる領域を通過することにより、反射型偏光選択素子３５への初めの入射時とは逆方向の円偏光となり、この反射型偏光選択素子３５を通過する。この偏光変換部では、上述のようにして偏光の変換が行われる。
【００８２】
なお、楕円反射鏡３１は、凸レンズと組み合わせた放物面鏡に代えることができる。この場合には、光源から発せられた光が放物面鏡によって平行光束となされ、この平行光束が凸レンズによって集光される。そして、この凸レンズの焦点の近傍に、リレーレンズブロック３６が配設される。
【００８３】
この偏光変換部３７において、反射型円偏光板としては、複屈折多層膜を使った直線偏光板を用いることができる。この反射型偏光板は、屈折率の異なる２種類のポリマーフィルムを多層積層延伸することによって作られる。２種類のポリマーフィルムの一方の屈折率を一致させ、他方の屈折率を調整することにより、一方の偏光軸方位の偏光を透過し、それと直交する方位の偏光を反射させる素子となる。この技術を使った直線偏光板は、例えば「３Ｍ」社より、商品名「ＤＢＥＦ」、または、「ＨＭＦ」として実用化されている。
【００８４】
また、反射型偏光板である「ワイヤーグリッドポラライザ」は、ガラス基板上にストライプ状のアルミ層を配置した構造を有し、一方の直線偏光を反射し、他方の直線偏光を透過するものである。このような「ワイヤーグリッドポラライザ」は、例えば、「Ｍｏｘｔｅｋ」社により実用化されている。
【００８５】
上述のような偏光変換部３７を経た光束は、図７に示すようにリサイクル光学系３８に入射する。このリサイクル光学系３８では、反射型偏光選択素子３５を透過した偏光変換された光が第１及び第２のフライアイインテグレータ３９，４０、フィールドレンズ４１、色選択手段となる色選択素子４２及び広波長帯域に対応した偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２４を経て、第１及び第２の反射型空間光変調素子４４，４５に至る。
【００８６】
第１及び第２のフライアイインテグレータ３９，４０は、それぞれ、一の面が凸レンズ、他の面がフライアイレンズ面となされて一体型に形成されており、互いにフライアイレンズ面を対向させて配設されている。
【００８７】
色選択素子４２は、特定の波長域の光（例えば、赤色の光束）のみを選択して偏光軸を回転させ、他の波長域の光（例えば、青色及び緑色の光束）の偏光方向と異なる方向とさせる素子である。このような色選択素子４２は、周知となっているものであり、例えば、カラーリンク社より「カラーセレクト」の名称で、すでに商品化もされている。
【００８８】
第１の反射型空間光変調素子４４の入射側には、反射型カラーフィルタ４６が設けられている。この反射型カラーフィルタ４６は、無機材料から構成されたものを用いることができるが、有機材料から構成されたものであってもよい。
【００８９】
このリサイクル光学系３８では、偏光ビームスプリッタ４３の反射面において、２色の光束（例えば、青色及び緑色の光束）を反射させ、第１の反射型空間光変調素子４４を照明する。この２色の光束は、偏光ビームスプリッタ４３の反射面に対してＳ偏光となっている。この２色の光束は、反射型カラーフィルタ４６によって選別されて、各色に対応する画素のみに照射され、照射されない成分は反射される。
【００９０】
また、このリサイクル光学系３８においては、偏光ビームスプリッタ４３の反射面において、残る１色の光束（例えば、赤色の光束）を透過させ、第２の反射型空間光変調素子４５を照明する。この１色の光束は、偏光ビームスプリッタ４３の反射面に対してＰ偏光となっている。
【００９１】
すなわち、このリサイクル光学系３８では、色選択素子４２及び偏光ビームスプリッタ４３の反射面が光源からの光を空間的に色分割する色選択手段を構成している。また、反射型カラーフィルタ４６も、色選択素子４２及び偏光ビームスプリッタ４３の反射面によって選択された光をさらに空間的に色分割する色選択手段となっている。
【００９２】
第１の反射型空間光変調素子４４において変調された光は、偏光ビームスプリッタ４３の反射面に対するＰ偏光となってこの第１の反射型空間光変調素子４４により反射され、偏光ビームスプリッタ４３の反射面を透過して投射レンズ４７に入射し、この投射レンズ４７によって図示しないスクリーンに向けて投影される。この第１の反射型空間光変調素子４４において変調されずに第１の反射型空間光変調素子４４により反射された光は、反射型カラーフィルタ４６によって反射された光とともに、偏光ビームスプリッタ４３の反射面において反射されて光源３２側に戻る。
【００９３】
また、第２の反射型空間光変調素子４５において変調された光は、偏光ビームスプリッタ４３の反射面に対するＳ偏光となってこの第２の反射型空間光変調素子４５により反射され、偏光ビームスプリッタ４３の反射面により反射されて投射レンズ４７に入射し、この投射レンズ４７によって図示しないスクリーンに向けて投影される。この第２の反射型空間光変調素子４５において変調されずに第２の反射型空間光変調素子４５により反射された光は、偏光ビームスプリッタ４３の反射面を透過して光源３２側に戻る。
【００９４】
このように、このリサイクル光学系３８においては、反射型カラーフィルタ４６において選択されて透過する光以外の反射光、及び反射型空間光変調素子４４，４５において色信号に基づく画像表示に使用されない非変調光は、光源３２側に戻っていくこととなる。
【００９５】
なお、この画像表示装置７の光学系においては、光源３２と、第１のフライアイインテグレータ３９のフライアイレンズ面及び各反射型空間光変調素子４４，４５とがそれぞれ共役の関係となっており、また、リレーレンズブロック３６と、第２のフライアイインテグレータ４０のフライアイレンズ面とが共役の関係になっている。
【００９６】
この具体例においては、２板の反射型液晶表示素子を反射型空間光変調素子４４，４５として用いている。この反射型空間光変調素子４４，４５は、例えば、図９に示すように、基板４９、反射型カラーフィルタ４６、透明電極５０、配向層５１、液晶層５２、配向層５３、反射電極５４、アクティブマトリクス基板５５が順次積層されて構成されている（なお、第２の反射型空間光変調素子４５には、反射型カラーフィルタ４６は設けられていない）。反射電極５４は、有効画素範囲に対応して形成されている。
【００９７】
そして、この画像表示装置７は、入力した画像信号と実際に投射レンズに入射する表示画像光との色バランスのずれを予測する色バランス予測部１７と、この予測に基づいて反射型空間光変調素子４４，４５に入力する入力画像信号を補正する画像補正部１８とを備えている。
【００９８】
この画像表示装置７において、反射型空間光変調素子４４，４５を照明する光は、まず、反射型カラーフィルタ４６において、このカラーフィルタ４６を透過しない光が反射される。例えば、赤色（Ｒ）用のカラーフィルタにおいては、青色（Ｂ）または、緑色（Ｇ）の光が反射され光源側に戻る。また、反射型空間光変調素子を照明する光は、一定の方向の偏光、すなわち偏光ビームスプリッタ４３の反射面に対するＳ偏光、またはＰ偏光に揃えられている。そして、表示画像に応じて偏光状態を変換された光は、上述のように投射レンズに向かうが、偏光状態を変換されなかった光は、偏光ビームスプリッタ４３の反射面を経て光源側に戻される。このようにして光源側に戻った光は、リレーレンズブロック３６に支持された反射板３４にて反射され、反射型空間光変調素子４４，４５を再び照明する。
【００９９】
本具体例では、色選択素子４２から先の光学系において、特定の色、または非変調光などを選別して光を反射する手段が設けられた全ての画像表示装置に対して、光源からの光束を再利用して光利用効率を向上させることができる。そして、この画像表示装置は、図７に示すように、各フライアイインテグレータ３９，４０が光学系全体の光軸（リレーレンズブロック３６、フィールドレンズ４１及び投射レンズ４７の一致した光軸）に対してこの光軸に直交する方向に所定距離だけずれている。すなわち、各フライアイインテグレータ３９，４０は、これらフライアイインテグレータ３９，４０のフライアイレンズ面をなす大きさが等しく一定のピッチで配列された複数のフライアイレンズの中心部分に位置するフライアイレンズがリレーレンズブロック３６の光軸に対して、少なくともこの光軸に直交する一方向に各フライアイレンズのピッチの１／４に相当する距離だけずれている。
【０１００】
フライアイレンズ面における複数のフライアイレンズは、縦横にマトリクス状に配列されているので、これらフライアイインテグレータ３９，４０の光軸に対するずれの方向は、フライアイレンズが配列されている縦方向、または、フライアイレンズが配列されている横方向、あるいは、これら縦方向及び横方向のそれぞれについて１／４ピッチずつであってもよい。縦方向及び横方向のそれぞれについて１／４ピッチずつずらした場合には、ずれの距離は、（√２）／４ピッチとなる。
【０１０１】
このように各フライアイインテグレータ３９，４０が光軸に対してずれていることにより、各空間光変調素子４４，４５側から光源３２側に戻された光束は、各空間光変調素子４４，４５に向かう光に対して各フライアイレンズのピッチの１／２に相当する距離だけずれることになる。
【０１０２】
すなわち、各空間光変調素子４４，４５に向かう往路において第２のフライアイインテグレータ４０において各フライアイレンズの頂点を透過した光束は、各空間光変調素子４４，４５より戻される復路においては、第２のフライアイインテグレータ４０において各フライアイレンズの境目（谷間）の位置に戻され、往路の光線と分離される。
【０１０３】
第２のフライアイインテグレータ４０のフライアイレンズ面と共役の関係にあるリレーレンズブロック３６には、往路の光束が通過する反射板３４の開口部（反射型偏光選択素子３５）からずれた位置に光束が戻り、戻った光は反射板３４によって反射されることになる。そして、この光は、再び、各反射型空間光変調素子４４，４５の側に戻り、これら反射型空間光変調素子４４，４５を照明することとなる。
【０１０４】
この画像表示装置７では、偏光時の光リサイクルと反射型カラーフィルタ４６での光リサイクルと反射型空間光変調素子４４，４５による光リサイクルの３つの光リサイクルとを実現している。
【０１０５】
光源３２から照射された光線は、楕円反射鏡３１にて集光され、リレーレンズブロック３６（波長板アレイ）に配置された反射型偏光選択素子３５に到達する。偏光選択素子３５を透過できない偏光方向の光束は反射されて、楕円反射鏡３１に戻り、光源近傍を通過して再び反射され、反射型偏光選択素子３５に達する。このとき、偏光方向が回転し反射型偏光素子１５を透過するように波長板アレイの構造が決められる。
【０１０６】
このようにして偏光方向の揃った光束は、続いて向き合った一体形成の第１及び第２のフライアイインテグレータ３９，４０を透過して均一な照明となり、ＰＢＳ４３に入射する。ＰＢＳ４３に入射する直前に赤色の光束だけ色選択素子４２によって偏光方向を回転し、ＰＢＳ４３で分光し、それぞれの反射型空間光変調素子４４，４５に所望の波長の光束を照射する。これが初回の照明光の経路となる。
【０１０７】
このとき、反射型空間光変調素子４４，４５にて投影映像に使われずに反射された光束とカラーフィルタ４６により反射された光束とは、逆方向から第１及び第２のフライアイインテグレータ３９，４０に入射するが、フライアイインテグレータ３９，４０は、レンズアレイの半ピッチ離軸されているため、フライアイインテグレータを透過した後に反射型偏光選択素子３５には戻らず、この近傍に配置された反射板３４に入射する。この反射板３４にて反射された光束は、再びフライアイインテグレータ３９，４０に入射し、反射型空間光変調素子４４，４５に達する。これが１回目の光リサイクルによる照明光となる。
【０１０８】
しかし、上述と同様、ある部分の光束は、反射型空間光変調素子４４，４５と色選択素子４２により反射され、再びフライアイインテグレータ３９，４０に戻される。このとき、離軸分が相殺される。光束は、フライアイインテグレータを透過後、反射型偏光選択素子３５に入射するが、偏光方向が反射型偏光選択素子３５の透過方向であるため、この光束は、再び反射型偏光選択素子３５を透過して楕円反射鏡３１に達する。ここで反射され、ランプ近傍を通って再び楕円反射鏡３１にて反射され、反射型偏光選択素子３５に到達する。
【０１０９】
このとき光束の偏光方向は、反射型偏光選択素子３５の透過方向と直交しているために反射され、楕円反射鏡３１、ランプ近傍、楕円反射鏡３１、波長板を経て再び反射型偏光選択素子３５に達する。このときは、光束の偏光方向が反射型偏光選択素子３５の透過方向と一致しているため、光束は透過される。この後、光束は、初回の照明光の経路と同様に進行して再び反射型空間光変調素子４４，４５の照明光となる。つまり、この光学系では、初回と偶数回目の光リサイクル照明光の経路と、奇数回目の光リサイクルによる照明光の経路とが異なる。
【０１１０】
そのため、反射型空間光変調素子４４，４５で反射されてから反射板３４の部分で反射して再び反射型空間光変調素子４４，４５に照射される偶数回のリサイクル光の減衰率、及び一旦楕円反射鏡３１まで光束が戻ってから再び光変調素子に照射される奇数回のリサイクル光の減衰率は、以下のように考えることができる。
【０１１１】
偶数回目のリサイクル光の減衰率をγ１ｃ、奇数回目のリサイクル光の減衰率をγ２ｃとすると、図１の例の場合と同じ記号を用いれば、リサイクルを含め光変調素子に照射される光束は以下のような数列となる。さらにこれらを加える。
【０１１２】
2005033334.tif 000004
【０１１３】
つまり、光束の増加率は、｛１＋γ１ｃ（１−Ｓｃ）｝／｛１−γ１ｃγ２ｃ（１−Ｓｃ）＾２｝となる（これをリサイクル率と記す。）。このリサイクル率が最低の色ｃｍを選び出すと、この色に関しては補正をかける必要はなく、Ｓｃｍｉｊ’＝  Ｓｃｍｉｊとすればよい。またそのときのリサイクル率をαと記す。
【０１１４】
但し、ここでα＝｛１＋γ１ｃｍ（１−Ｓｃｍ）｝／｛１−γ１ｃｍγ２ｃｍ（１−Ｓｃｍ）＾２｝である。このとき、他の色に対する補正がＳｃｉｊ’＝αＳｃｉｊ｛１−γ１ｃγ２ｃ（１−Ｓｃ’）＾２｝／｛１＋γ１ｃ（１−Ｓｃ’）｝となっていれば、どの色の映像出力もα倍になるため、色ずれのないα倍だけ輝度の大きい映像が得られる。上式を補正後の信号の要素について解く。両辺を全画素に対して加え合わせると、以下のようになる。さらに、以下の式をＳｃ’について解く。
【０１１５】
2005033334.tif 000005
【０１１６】
これを上記Ｓｃｉｊ’＝αＳｃｉｊ｛１−γ１ｃγ２ｃ（１−Ｓｃ’）＾２｝／｛１＋γ１ｃ（１−Ｓｃ’）｝に代入してＳｃｉｊ’を得る。したがって、この式に基づいて補正した画像信号を反射型空間光変調素子４４，４５に出力することによって、入力画像信号から出力映像に生じる色バランスのずれを予測できる。
【０１１７】
なお、この画像表示装置７において、反射型空間光変調素子４４，４５は、有効画素範囲の周辺の無効領域を反射部として形成されていてもよい。この場合には、有効画素範囲から外れた照明光を反射部によって反射して光源側に戻すことができる。
【０１１８】
また、反射型空間光変調素子４４，４５は、上述のように反射型カラーフィルタ４６を備えた反射型液晶表示素子に限定されず、反射型カラーフィルタを用いた「ＨＴＰＳ」（高温ポリシリコンなどの透過型液晶タイプ）を使用することも可能である。さらに、反射型空間光変調素子４４，４５の代わりに、いわゆる「フィールドシーケンシャル方式」や「カラーホイール方式」を用いることができる。これらは、１つの反射型液晶表示素子が時間的に色分割する色選択手段を介して照明されることにより、時分割的に複数の色成分に基づく変調を行うものである。
【０１１９】
続いて、図１０に示す画像表示装置８は、上述した図１に示す色バランスのずれを予測して補正する画像表示装置１の別の具体例であって、「フィールドシーケンシャル方式」や「カラーホイール方式」等の単板時分割方式の反射型空間光変調素子を用いた画像表示装置である。なお、上述の画像表示装置に設けられたものと同様の作用効果を有する構成に関しては、同一の番号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２０】
図１０に示す画像表示装置８は、ロッドインテグレータ６１、カラーホイール６２、このカラーホイールを駆動するためのモータ６３、予測に基づいて入力画像を補正した信号を反射型空間光変調素子（以下、光変調素子と記す。）４４に送る画像補正部６４、モータ６３に対してカラーホイール６２の制御信号を送るカラーホイール制御回路６５を備えている。ロッドインテグレータ６１は、画像表示装置１，７におけるリレーレンズブロック３６と第１及び第２のフライアイインテグレータ３９，４０とが一体化された光学部材である。
【０１２１】
光源から出た光は、ロッドインテグレータ６１で一様な照明光とされ、光変調素子に照射される。このとき、光変調素子４４を使用しているために、出力画像光で使用されなかった照明光は、ここで反射され、ロッドインテグレータ６１の端面に設けられたミラー（リレーレンズブロック３６）にて反射されて再び光変調素子４４に照射される。この例では色選別機構として図１１のように透明領域６２ａ、青領域６２ｂ、赤領域６２ｃ、緑領域６２ｄに色分けされたカラーホイール６２を用いる。
【０１２２】
入力画像信号は、カラーホイール制御回路６５によって、カラーホイール６２の回転と同期して光変調素子４４に送られ、カラーホイール６２の色と同色の画像信号が光変調素子４４に表示されるようになっている。但し、カラーホイール６２の透明部分又はカラーホイール６２の境界部分が光路に入るときは、光変調素子４４には輝度信号のみが表示される。このように輝度信号のみが表示されている間は、色ずれが生じないので補正を予測する必要がない。
【０１２３】
光変調素子４４で反射された後、再びこの光変調素子４４に照射される光は、光学系での反射を繰り返すうちに吸収等によって減衰され、光変調素子４４で反射された光量のγｃ（但し、添え字ｃは、ＲＧＢの何れかを表す。）倍となって再び戻ってくる。
【０１２４】
光変調素子４４における反射率が０の場合、この光変調素子４４に対してカラーホイール６２の回転の１周期中に入射する光束をφｃとし（但し、添え字ｃは、ＲＧＢの何れかを表すとする。）、光変調素子４４の各色各画素の信号を０〜１の理想的な反射率で表した値をＳｃｉｊとする（但し、添え字ｃは、ＲＧＢの何れかを表し、ｉｊは、画素の位置を表す）。
【０１２５】
微細な時系列期間にて光束の振る舞いについて考える。まず、入力画像信号Ｓｃｉｊの平均値をＳｃとするとき、全光束は、光変調素子４４に照射され、後段の光学系で減衰はするものの、Ｓｃ×φｃが映像の表示に使われる。また、（１−Ｓｃ）×φｃが光源方向等に反射されることになる。但し、本具体例では、光源光束の減衰等を含めても、γｃ×（１−Ｓｃ）×φｃが再び光変調素子４４に照射される。この光束は、再び同様の反射と減衰を繰り返すため、光変調素子に照射される光束（画像信号の出力）は、以下のような数列として表すことができる。
【０１２６】
2005033334.tif 000006
【０１２７】
つまり、光変調素子に照射される光束は、１／［１−γｃ（１−Ｓｃ）］倍になる。しかし、各画素の平均値Ｓｃは、色毎に異なる値になるため、各色の光束の増加倍率はそれぞれ異なり、表示される映像の色は、本来の画像の色と異なってしまう。
【０１２８】
本具体例では、これを修正するために画像信号Ｓｃｉｊを可変にして、この色バランスのずれを補正している。
【０１２９】
まず、リサイクル率の最も小さい色は、補正する必要はない。そこで、１／［１−γｃ（１−Ｓｃ）］の最も小さい色成分を選ぶ。（この色成分をｃｍと記す。）。補正後の信号をＳ’ｃｉｊとすると、Ｓ’ｃｍｉｊ＝Ｓｃｍｉｊとなる。
補正後の信号の平均値をＳ’ｃとしたとき、Ｓ’ｃｍ＝Ｓｃｍとなるため、これを用いたリサイクル率１／［１−γｃｍ（１−Ｓｃｍ）］をαと表す。
【０１３０】
このとき、ｃｍ以外の色についてＳ’ｃｉｊ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃｉｊとなっていれば、上式で求めたそれぞれの光変調素子に照射される光束をかけたときに、各画素の投射映像に使用される光束がどの色のタイミングでもαＳｃｉｊΦｃになる。したがって、元画像はα倍の明るさとなるから、この値に基づいて色バランスのずれを補正できる。
【０１３１】
Ｓ’ｃｉｊ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃｉｊをＳ’について解く。
【０１３２】
まず両辺をｉｊについて平均すると、Ｓ’ｃ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃとなり、Ｓ’ｃ＝αＳｃ（１−γｃ）／（１−γｃαＳｃ）となる。これを用いると、Ｓ’ｃｉｊ＝［１−γｃ（１−Ｓ’ｃ）］αＳｃｉｊ＝α（１−γｃ）／（１−αγｃＳｃ）Ｓｃｉｊ
【０１３３】
したがって、単板時分割方式の画像表示装置において、入力画像信号に対して以上のような補正を行えば、投射される表示画像の色バランスのずれが補正できる。
【０１３４】
次に、図１２に示す画像表示装置９は、単板時分割方式の反射型空間光変調素子を用いた画像表示装置であって、上述した図６に示す変調素子にて反射された照明の光量を検出して光源光量を補正する画像表示装置６の具体例である。
【０１３５】
画像表示装置９は、光源として、出力可変な３原色のレーザ光源を用い、光源光量を測定する光量検出部２３を備えている。
【０１３６】
各光源からの出射光は、ダイクロイックミラー６７等によって１つの光束とされ、ロッドインテグレータ６１にて一様な照明光とされ、光変調素子４４に照射される。このとき反射型の光変調素子を使用しているため、出力画像光で使用されなかった照明光は、光変調素子４４にて反射され、ロッドインテグレータ６１の端面に設けられたミラー（リレーレンズブロック３６）において反射されて光変調素子４４に再び照射される。
【０１３７】
この具体例では、上述のように、光源として輝度可変のレーザ光源を用い、色選別機構として図１３に示すような、透明領域６６ａ、青領域６６ｂ、赤領域６６ｃ、緑領域６６ｄが螺旋状に色分けされたカラーホイール６６を用いる。
【０１３８】
このようなカラーホイール６６を用いた場合、図１３の黒枠内Ｓに示すような、各色が円弧帯状に並んだ光束が光変調素子４４に照射されることになる。この光束帯は、カラーホイール６６の回転とともに光変調素子４４上を上から下に入れ替わりながら移動していく。光変調素子４４の画素は、カラーホイール制御回路６５によってこの光束帯の移動と同期してコントロールされ、照射され光の色の情報を表示する。
【０１３９】
この具体例では、３原色であるＲＧＢそれぞれの光量を観測できるフォトダイオードからなる光量検出部２３をロッドインテグレータ付近に３つ配置し、それぞれの色の輝度を不要散乱光から検出する。この光量検出部２３の検出信号に基づいて、以下に示すアルゴリズムにより光源の出力をコントロールする。なお、ここで、光量検出信号は、画像が全白時に各色の信号値が同じ値になるように、予め調整しておくこととする。
【０１４０】
この具体例では、補正とはレーザ光源の出力を調節することを意味する。まず、所定期間、３色の光量を光量検出部２３にて検出し、各色各時間の中で光量の最低値を検出する。各色の光量が常にこの最低の光量値になるように光源出力可変回路６８（輝度補正部２２に相当する。）を用いて光源出力にフィードバックをかける。
【０１４１】
これにより、光変調素子４４に照射される照明光は、常に各色とも一定の輝度となり、色バランスのずれを解消できる。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る画像表示装置は、光源より発せられた照明光の光束のうち反射型変調素子で投射レンズ側に投射されなかった光を光源側に反射する第１の反射素子と、第１の反射素子により反射された光を反射型変調素子に導く第２の反射素子とを備える光学系から出射される表示画像光の元画像信号からの色バランスずれを予測する色バランス予測手段と、色バランス予測手段にて予測した色バランスずれに基づいて投射レンズへ入射する光を補正する補正手段とを備えることにより、投射レンズから投射される出力画像の色バランスのずれを補正できる。
【０１４３】
また、本発明に係る画像表示装置は、光源より発せられた照明光の光束のうち反射型変調素子で投射レンズ側に投射されなかった光を光源側に反射する第１の反射素子と、第１の反射素子により反射された光を変調素子に導く第２の反射素子とを備える光学系において、変調素子に変調素子に入射される照明光を検出する検出手段と、検出手段にて検出された表示画像光に基づいて上記投射レンズへ入射する光を補正する補正手段とを備えることにより、投射レンズから投射される出力画像の色バランスのずれを補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体例として示す画像表示装置であって、入力画像信号と実際に変調素子にて反射された出力画像光との間に生じる色バランスのずれを予測（算出）し、これを補正する画像表示装置を説明する概略構成図である。
【図２】本発明の具体例として示す画像表示装置であって、入力画像信号と実際に変調素子にて反射された出力画像光との間に生じる色バランスのずれを予測（算出）し、光量可変フィルタを調整する画像表示装置を説明する概略構成図である。
【図３】本発明の具体例として示す画像表示装置であって、３原色の光源を備え、入力画像信号と実際に変調素子にて反射された出力画像光との間に生じる色バランスのずれを予測（算出）し、光源光量を調整する画像表示装置を説明する概略構成図である。
【図４】本発明の具体例として示す画像表示装置であって、変調素子に入射する光量を検出し、検出される光量に基づいて投射レンズに照射される光を補正する画像表示装置を説明する概略構成図である。
【図５】本発明の具体例として示す画像表示装置であって、変調素子に入射する光量を検出し、光量可変フィルタを調整する画像表示装置を説明する概略構成図である。
【図６】本発明の具体例として示す画像表示装置であって、３原色の光源を備え、変調素子に入射する光量を検出し、光源光量を調整する画像表示装置を説明する概略構成図である。
【図７】上記図１に示す例をさらに具体的にした画像表示装置を説明する図である。
【図８】上記図１に示す画像表示装置の偏光変換素子を説明する図である。
【図９】上記図８示す画像表示装置の反射型空間光変調素子を説明する図である。
【図１０】上記図１に示す例をさらに具体的にした画像表示装置を説明する図である。
【図１１】上記図１０に示す画像表示装置のカラーホイールを説明する図である。
【図１２】上記図６に示す例をさらに具体的にした画像表示装置を説明する図である。
【図１３】上記図１２に示す画像表示装置のカラーホイールを説明する図である。
【符号の説明】
１  画像表示装置、１１  光源、１２  変調素子、１３  投射レンズ、１４  偏光変換素子、１５  インテグレータ素子、１６  コンデンサレンズ群、１７  色バランス予測部、１８  画像補正部、１９  輝度補正部、２０  光量可変フィルタ
【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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