(57)【要約】 【課題】  小型でカラー表示を行う投射型の画像表示装置を実現する。【解決手段】  光源１を含む照明装置と、照明装置からの照明光を映像信号に応じて変調する光変調素子２２と、光変調素子２２の像を結像させる投影レンズ１５とを有する投射型の画像表示装置において、照明装置に、互いに異なる波長帯域の光束をそれぞれ空間的に異なる領域から出射する照明光分離手段２１と、この照明光分離手段２１からの各波長帯域の光束をそれぞれ異なる角度分布の光束に変換して光変調素子２２に入射させる光学部品６とを備え、光変調素子２２に、この光学部品６からのそれぞれ入射角度分布の異なる各波長帯域の光束を、それぞれ対応する画素に集光するマイクロレンズアレイを設ける。【選択図】  図９
2005115179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を含む照明装置と、前記照明装置からの照明光を映像信号に応じて変調する光変調素子と、前記光変調素子の像を結像させる投影レンズとを有する投射型の画像表示装置において、
前記照明装置は、
互いに異なる波長帯域の光束をそれぞれ空間的に異なる領域から出射する照明光分離手段と、
前記照明光分離手段からの各波長帯域の光束を、それぞれ異なる角度分布の光束に変換して前記光変調素子に入射させる光学部品と
を備え、
前記光変調素子に、前記光学部品からのそれぞれ入射角度分布の異なる各波長帯域の光束を、それぞれ対応する画素に集光するマイクロレンズアレイが設けられたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示装置において、
前記照明装置は、前記光源からの光を反射して前記光変調素子へ出力するリフレクターをさらに備え、
前記照明光分離手段は、前記光源からの光束のうち、所定の波長帯域の光束を透過し、他の波長帯域の光束を反射して前記リフレクターに戻す光学部品であって、複数の領域に分かれており、透過する波長帯域が各々の領域でそれぞれ異なる光学部品であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記光源は放電ランプであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記リフレクターが放物面形状であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明光分離手段はダイクロイックフィルターであることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明光分離手段はホログラム素子であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明光分離手段は、ストライプ状に３つの領域に分かれており、中央の領域が、前記放電ランプからの光束のうち強度の高い波長帯域を透過し、両端の領域が、それぞれ前記放電ランプからの光束のうち強度の低い波長帯域を透過することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明光分離手段は、赤色波長帯域を透過する領域と、緑色波長帯域を透過する領域と、青色波長帯域を透過する領域と、黄色波長帯域または全ての可視光波長帯域を透過する領域とに分かれており、
前記光変調素子に、前記照明光分離手段の領域に対応して、赤色を表示する画素と、青色を表示する画素と、緑色を表示する画素と、黄色または白色を表示する画素とが設けられたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明光分離手段は、５つ以上の領域に分かれており、青色波長帯域を透過する領域が、他の波長帯域を透過する領域よりも数が少なく、
前記光変調素子は、前記照明光分離手段の領域に対応して、青色を表示する画素が、他の色を表示する画素よりも数が少なくなっていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明装置は、前記光源からの光束の照度分布を均一化するための第１及び第２のフライアイレンズと、前記光源からの光束を特定の直線偏光に変換する偏光変換素子とを含んでおり、
前記照明光分離手段は、前記第２のフライアイレンズと前記偏光変換素子との間に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明装置は、前記光源からの光束の照度分布を均一化するための第１及び第２のフライアイレンズと、前記光源からの光束を特定の直線偏光に変換する偏光変換素子とを含んでおり、
前記照明光分離手段は、前記第２のフライアイレンズに取り付けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明装置は、前記光源からの光束の照度分布を均一化するための第１及び第２のフライアイレンズと、前記光源からの光束を特定の直線偏光に変換する偏光変換素子とを含んでおり、
前記照明光分離手段は、前記偏光変換素子に取り付けられていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明装置は、前記照明光の光路中に前記光源の像が結像する共役点を有する光学系をさらに備え、
前記照明光分離手段は、前記共役点の近傍に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項１４】
請求項２に記載の画像表示装置において、
前記照明光分離手段は、２つの領域に分かれており、少なくとも１つの領域で２つの波長帯域を透過し、
前記光変調素子を２つ有しており、少なくとも１つの前記光変調素子に、２つの波長帯域の光束をそれぞれ対応する画素に集光するマイクロレンズアレイが設けられたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の画像表示装置において、
前記照明光分離手段は、青色波長帯域及び赤色波長帯域を透過する領域と、緑色波長帯域及び赤色波長帯域を透過する領域とに分かれており、
１つの前記光変調素子に、青色波長帯域，緑色波長帯域の光束をそれぞれ対応する画素に集光するマイクロレンズアレイが設けられたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型の画像表示装置に関し、特に、小型でカラー表示を行えるようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源を含む照明装置と、照明装置によって照明される光変調素子と、光変調素子の像を結像させる投影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。これらの中には、光源として放電ランプを用い、光変調素子としては液晶パネルを用いているもの（液晶プロジェクター）がある。
【０００３】
液晶プロジェクターの多くは、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の３枚の液晶パネルを備えるため、ダイクロイックミラーなどの光分離手段や、クロスプリズムなどの光合成手段など多くの光学部品が必要であり、装置の小型化、低コスト化が難しい。また、光源のＲ、Ｇ、Ｂの光量のバランスが必ずしも適切であるわけではないことから、色バランスを調整するために光束の一部を利用することができないため、必ずしも有効に光束を利用できていなかった。
【０００４】
単板でカラー表示の液晶プロジェクターを実現するための方法として、カラーフィルターの付いた液晶パネルを利用する方法もある。しかし、この方法では、およそ２／３の光がカラーフィルターによって吸収、もしくは反射してしまう。例えば、赤色波長帯域を透過するカラーフィルターでは、緑、青色波長帯域の光は光変調素子を照明できない。そのため、有効に光束を利用することができなかった。
【０００５】
他の方法としては、液晶パネルに入射する直前にダイクロイックミラーを用いてＲ、Ｇ、Ｂそれぞれを異なった角度成分に分離して、マイクロレンズ付きの液晶パネルに入射させることによって、単板でカラー表示を実現する方法もある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
一方で、光源から出射された光束のうち、光変調素子を照明したい光束を第１の反射素子によって光源に戻し、第２の反射素子によって再度光変調素子に戻すことにより光利用効率を高める方法が公開されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特許第２６２２１８５号公報（第３〜５頁、第１〜２図）
【特許文献２】特開２００２−３２８４３０号公報（段落番号００３９〜００４８、図３〜５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この特許文献１に記載のような方法では、光束を分離するために複数枚のダイクロイックミラーが必要となり、装置が複雑化する。また、１つのマイクロレンズによって集光される複数個の画素において、同一の波長帯域を集光する画素を離して配置するような複雑な画素配列構造（例えば後出の図１２（ａ）や図１２（ｂ）のような画素配列構造）の実現が設計上困難である。
【０００８】
また、この特許文献２には、第１の反射素子として特定の偏光を選択して反射するものや光変調素子内で光束を反射するものを用いることによって光利用効率を高めることは記載されているが、小型でカラー表示を行うようにした構成は記載されていない。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑み、小型でカラー表示を行う投射型の画像表示装置を実現することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するために、本出願人は、光源を含む照明装置と、照明装置からの照明光を映像信号に応じて変調する光変調素子と、光変調素子の像を結像させる投影レンズとを有する投射型の画像表示装置において、照明装置は、互いに異なる波長帯域の光束をそれぞれ空間的に異なる領域から出射する照明光分離手段と、この照明光分離手段からの各波長帯域の光束を、それぞれ異なる角度分布の光束に変換して光変調素子に入射させる光学部品とを備え、光変調素子に、この光学部品からのそれぞれ入射角度分布の異なる各波長帯域の光束を、それぞれ対応する画素に集光するマイクロレンズアレイが設けられた画像表示装置を提案する。
【００１１】
この画像表示装置によれば、互いに空間的に異なる領域から出射する各波長帯域の光束が、それぞれ異なる角度分布の光束に変換されて光変調素子に入射されて（換言すれば、各波長帯域の光束の位置情報が光変調素子への入射角の情報に変換されて）、マイクロレンズアレイでそれぞれ対応する画素に集光される。これにより、カラーフィルターのない１枚の光変調素子でもカラー表示を行うことができるので、小型でカラー表示を行う投射型の画像表示装置を実現することができる。
【００１２】
なお、この画像表示装置において、一例として、照明装置が、光源からの光を反射して光変調素子へ出力するリフレクターをさらに備え、照明光分離手段を、光源からの光束のうち、所定の波長帯域の光束を透過し、他の波長帯域の光束を反射してこのリフレクターに戻す光学部品であって、複数の領域に分かれており、透過する波長帯域が各々の領域でそれぞれ異なる光学部品で構成することが好適である。
【００１３】
それにより、照明光分離手段の個々の領域を透過しない光束が、その領域及びリフレクターで反射されて光源に戻った後、リフレクターで再び反射されて、照明光分離手段の別の領域を透過して光変調素子に入射するようになる。したがって、小型でカラー表示を行うだけでなく、低コストで光利用効率の高い投射型の画像表示装置を実現できるようになる。
【００１４】
また、照明光分離手段をこうした光学部品で構成する場合において、一例として、照明光分離手段を、ストライプ状に３つの領域に分かれ、中央の領域が、光源からの光束のうち強度の高い波長帯域を透過し、両端の領域が、それぞれ光源からの光束のうち強度の低い波長帯域を透過するように構成することが好適である。
【００１５】
中央の領域で反射した光束の多くは、リフレクターで反射された後、大半が再び照明光分離手段の中央の領域に戻るため、再び反射を繰り返してしまい、再利用効率があまり高くならない。これに対し、照明光分離手段の個々の端の領域で反射された光束は、リフレクターで反射された後、照明光分離手段の他方の端の領域に戻るため透過する光束が生じ再利用効率が高くなる。そのため、こうした構成をとることにより、光利用効率が高い上に色バランスが調整された投射型の画像表示装置を実現できるようになる。
【００１６】
また、照明光分離手段をこうした光学部品で構成する場合において、別の例として、照明光分離手段を、赤色波長帯域を透過する領域と、緑色波長帯域を透過する領域と、青色波長帯域を透過する領域と、黄色波長帯域または全ての可視光波長帯域を透過する領域とに分かれるように構成し、光変調素子に、この照明光分離手段の領域に対応して、赤色を表示する画素と、緑色を表示する画素と、青色を表示する画素と、黄色または白色を表示する画素とを設けることも好適である。
【００１７】
それにより、簡単な構成で、４色以上の多光源の投射型の画像表示装置を実現し、色再現領域が広く、かつ、光利用効率の高い投射型の画像表示装置を実現することができるようになる。
【００１８】
また、照明光分離手段をこうした光学部品で構成する場合において、別の例として、照明光分離手段を、５つ以上の領域に分かれ、青色波長帯域を透過する領域が、他の波長帯域を透過する領域よりも数が少なくなるように構成するとともに、光変調素子を、この照明光分離手段の領域に対応して、青色を表示する画素が他の色を表示する画素よりも数が少なくなるように構成にすることも好適である。
【００１９】
一般に、人間の目は青色波長領域に関しては他の色に比べて解像力が小さい。そこで、こうした構成をとることにより、低コストで高解像度な投射型の画像表示装置も実現できるようになる。
【００２０】
また、照明光分離手段をこうした光学部品で構成する場合において、別の例として、照明光分離手段を、２つの領域に分かれ、少なくとも１つの領域で２つの波長帯域を透過するように構成するとともに、光変調素子を２つ有し、少なくとも１つの光変調素子に、２つの波長帯域の光束をそれぞれ対応する画素に集光するマイクロレンズアレイを設けるようにすることも好適である。
【００２１】
こうした構成をとった場合にも、例えばＲ、Ｇ、Ｂ３色のうちの２色を表示するための１枚の光変調素子と残りの１色のみを表示するための１枚の光変調素子との合計２枚の光変調素子でカラー表示を行うことができる。したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の３枚の光変調素子を備える場合と比較してやはり小型でカラー表示を行うことができるとともに、低コストで光利用効率の高い投射型の画像表示装置を実現できるようになる。さらに、放電ランプからの光束の強度に波長帯域によって偏りがある場合に、１枚の光変調素子で最も強度の低い色のみを表示することにより、光利用効率が高い上に色バランスが調整された投射型の画像表示装置を実現できるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、小型でカラー表示を行う投射型の画像表示装置を実現できるという効果が得られる。
【００２３】
また、小型でカラー表示を行うだけでなく、低コストで光利用効率の高い投射型の画像表示装置を実現できるという効果が得られる。
【００２４】
さらに、光利用効率が高い上に色バランスが調整された投射型の画像表示装置を実現できるという効果も得られる。
【００２５】
さらに、簡単な構成で、色再現領域が広く、かつ、光利用効率の高い投射型の画像表示装置を実現できるという効果も得られる。
【００２６】
さらに、低コストで高解像度な投射型の画像表示装置も実現できるという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、液晶プロジェクターに本発明を適用した例について、図面を用いて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２８】
最初に、２枚の透過型の液晶パネルでカラー表示を行う２板式液晶プロジェクターについて説明する。
＜構成＞
図１は、本発明による２板式液晶プロジェクターの光学系を示す。この光学系は、光源である放電ランプ１と、放電ランプ１の出射光を反射する放物面形状のリフレクター２と、第１フライアイレンズ３と、第２フライアイレンズ４と、ダイクロイックフィルター１６と、ＰＳコンバータ（偏光ビームスプリッタと１／２波長板とから成り入射光を特定の直線偏光に変換する光学部品）５と、コンデンサーレンズ６と、ダイクロイックミラー７と、反射ミラー８及び９と、フィールドレンズ１０及び１２と、透過型の液晶パネル１１及び１３と、色合成プリズム１４と、投影レンズ１５とで形成されている。
【００２９】
放電ランプ１から出射した光束は、リフレクター２によってほぼ平行光となり、第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４に入射する。フライアイレンズ３及び４は、入射した光束の空間分布を均一化する。第２フライアイレンズ４を透過した光束は、ダイクロイックフィルター１６に入射する。ダイクロイックフィルター１６は、放電ランプ１の２つの電極間に形成される発光領域と略共役の位置、すなわち透過型の液晶パネル１１及び１３を照明する照明光の光路中に、放電ランプ１からの光がリフレクター２を介して第１フライアイレンズ３の個々のレンズエレメントにより集光され、放電ランプ１の像として結像する共役点の近傍に配置されている。このダイクロイックフィルター１６は、図２（ａ）に示すように、２つの領域１６Ｙ、１６Ｍに分かれた構造をしている。領域１６Ｙは、赤色と緑色の波長帯域の光を透過し、青色波長帯域の光を反射する。一方、領域１６Ｍは、赤色と青色の波長帯域の光を透過し、緑色の波長帯域を反射する。
【００３０】
図３に示すように、ダイクロイックフィルター１６で反射された光束は、第２フライアイレンズ４及び第１フライアイレンズ３を透過し、リフレクター２で反射されて、放電ランプ１の２つの電極間に形成される発光領域に戻る。そして、この電極間を通過後、リフレクター２で反射され、再び第１フライアイレンズ３及び第２フライアイレンズ４を透過してダイクロイックフィルター１６に入射する。このリサイクル過程より、ダイクロイックフィルター１６（図２（ａ））の領域１６Ｙで反射した青色波長帯域の光は領域１６Ｍに再入射してダイクロイックフィルター１６を透過し、領域１６Ｍで反射した緑色波長帯域の光は領域１６Ｙに再入射してダイクロイックフィルター１６を透過する。
【００３１】
以上の過程によって、放電ランプ１の出射光のうち、赤色光はダイクロイックフィルター１６の全面から出射し、緑色光はダイクロイックフィルター１６の領域１６Ｙだけから出射し、青色光はダイクロイックフィルター１６の領域１６Ｍだけから出射することになる。
【００３２】
ダイクロイックフィルター１６を透過した光は、図１のＰＳコンバータ５により、特定の直線偏光（液晶パネル１１や１３の入射面側の偏光板を透過する直線偏光）に変換される。図４は、ダイクロイックフィルター１６を透過した後の赤色波長帯域の光束の光路を示す。ダイクロイックフィルター１６の全面から出射した赤色帯域の光束は、ＰＳコンバータ５を経てコンデンサーレンズ６を透過し、ダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７は赤色波長帯域を反射して緑色波長帯域及び青色波長帯域を透過するミラーであり、赤色帯域の光束はここで反射される。その後、更に反射ミラー９で反射され、フィールドレンズ１０を透過した後、液晶パネル１１を照明する。液晶パネル１１には、図示は省略するが、赤色表示用の画素が形成されている。
【００３３】
図５は、ダイクロイックフィルター１６を透過した後の緑色波長帯域及び青色波長帯域の光束の光路を示す。ダイクロイックフィルター１６が２つの領域１６Ｙと１６Ｍとに分割されているため（図２（ａ））、緑色波長帯域、青色波長帯域の光束は、互いに空間的に異なる領域から出射する。これらの光束は、ＰＳコンバータ５を経た後、コンデンサーレンズ６を透過することにより、緑色波長帯域と青色波長帯域でそれぞれ異なった角度成分をもった光束となる。換言すれば、ダイクロイックフィルター１６からの緑色波長帯域、青色波長帯域の光束の位置情報が、コンデンサーレンズ６によって角度情報に変換される。
【００３４】
コンデンサーレンズ６を透過した緑色波長帯域及び青色波長帯域の光束は、ダイクロイックミラー７を透過した後、反射ミラー８で反射され、フィールドレンズ１２を透過した後、液晶パネル１３を照明する。
【００３５】
図６は、液晶パネル１３の構成を模式的に示す図である。図６（ａ）に示すように、液晶パネル１３には、複数のマイクロレンズ１０１を配列したマイクロレンズアレイが、光の照射面側の対向基板１０２の上に設けられている。液晶パネル１３の液晶層１０３には、緑色表示用の画素１０４Ｇと青色表示用の画素１０４Ｂとが交互に配列されている。１つのマイクロレンズ１０１には、１組の画素１０４Ｇ及び１０４Ｂが対応している。図６（ｂ）は、この１組の画素１０４Ｇ及び１０４Ｂをマイクロレンズ１０１の上側から見た様子を示している。
【００３６】
液晶パネル１３を照明する光束は、図５を用いて説明したように、青色波長帯域と緑色波長帯域とで液晶パネル１３への入射角分布が異なる。そのため、図６（ａ）に示すように、青色波長帯域の光はマイクロレンズ１０１で集光されて画素１０４Ｂに入射し、緑色波長帯域の光はマイクロレンズ１０１で集光されて画素１０４Ｇに入射することになる。
【００３７】
液晶パネル１１の画素、液晶パネル１３の画素１０４Ｇ、液晶パネル１３の画素１０４Ｂには、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ信号に応じた駆動電圧が印加される。そして、図１に示すように、液晶パネル１１によって変調された赤色波長帯域の光束と、液晶パネル１３によって変調された緑色及び青色波長帯域の光束とが、色合成プリズム１４によって合成され、投影レンズ１５によってスクリーン(図示していない)上に投影される。
【００３８】
この２板式液晶プロジェクターと、通常の３板式液晶プロジェクターと比較した場合、赤色波長領域に関しては光利用効率はほぼ同等である。
【００３９】
一方緑色、青色波長領域に関しては、ダイクロイックフィルター１６で反射した光束のうち、放電ランプ１の電極間に再入射した後再び第１フライアイレンズ３に入射する光束の割合であるリサイクル光利用率(ダイクロイックフィルター１６で１度以上反射した光束が、再びダイクロイックフィルター１６に入射し透過する確率)が１００％ならば、通常の３板式液晶プロジェクターと光利用効率が同等となるが、実際には、機械的な製造誤差や放電ランプ１の電極による散乱等の影響を受けて、それほど大きくなることはなく、例えば３５〜４０％程度になる。しかし、一般に光源として用いられる超高圧水銀ランプは、赤色波長帯域成分に対して緑色、青色波長帯域成分が多いため、色のバランスをとることを考慮すれば、先の緑色、青色波長帯域成分の減少はなんら問題はない。つまり、本発明によって光利用効率の劣化や、画像の劣化を生じることなく、装置の小型化、および部品点数減少による低コスト化を達成することができる。
【００４０】
＜ダイクロイックフィルター１６、液晶パネル１３の他の構成例＞
先に説明したように、投射型の画像表示装置の多くは、光源として超高圧水銀ランプが使われている。画像表示装置用の照明光としての色バランスを考慮すると、このランプは、比較的緑色波長帯域成分が多く、ついで青色、赤色と続く。
【００４１】
それらの関係を考慮することにより、ダイクロイックフィルター１６の他の構成例としては、図２（ｂ）のような、領域１６Ｍに対して領域１６Ｙの面積を小さくすることが挙げられる。この場合も、先の例と同様、赤色波長帯域成分と、領域１６Ｙに入射した緑色波長帯域成分と、領域１６Ｍに入射した青色波長帯域成分とはダイクロイックフィルター１６を透過するが、領域１６Ｙに入射した青色波長帯域成分と、領域１６Ｍに入射した緑色波長帯域成分とは反射されて放電ランプ１の電極間に戻り、再び第１フライアイレンズ３へと入射する（図３）。そのため、ダイクロイックフィルター１６を透過した後の光路としては、赤色波長帯域は図４に示したようになる。また緑色波長帯域、青色波長帯域は、図７に示すように、光軸に対する角度成分が異なる。
【００４２】
図８は、この場合の液晶パネル１３の構成を図６と同様にして示す図である。液晶パネル１３は、ダイクロイックフィルター１６の領域１６Ｍと領域１６Ｙとの面積比に対応して、画素１０４Ｂに対して画素１０４Ｇの面積を小さくする。これにより、青色波長帯域成分の光をより効率良く利用できる。また、赤色波長成分はやはり液晶パネル１１の全面を利用できるため、更に光利用効率は高くなる。以上の結果、光量の少ない色をより効率良く利用できることとなるため、全体としての光利用効率を高くすることができる。
【実施例２】
【００４３】
次に、１枚の透過型の液晶パネルでカラー表示を行う単板式液晶プロジェクターについて説明する。
＜構成＞
図９は、本発明による単板式液晶プロジェクターの光学系を示す図であり、図１と共通する部分には同一符号を付している。この光学系は、光源である放電ランプ１と、放電ランプ１の出射光を反射する放物面形状のリフレクター２と、第１フライアイレンズ３と、第２フライアイレンズ４と、ダイクロイックフィルター２１と、ＰＳコンバータ５と、コンデンサーレンズ６と、フィールドレンズ１０と、透過型の液晶パネル２２と、投影レンズ１５とで形成されている。ダイクロイックフィルター２１は、放電ランプ１の発光部と共役の位置に配置されている。
【００４４】
放電ランプ１から出射した光束は、リフレクター２によってほぼ平行光となり、第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４に入射する。フライアイレンズ３及び４は、入射した光束の空間分布を均一化する。第２フライアイレンズ４を透過した光束は、ダイクロイックフィルター２１に入射する。このダイクロイックフィルター２１は、図１０（ａ）に示すように、３つの領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに分かれた構造をしている。領域２１Ｒは、赤色波長帯域を透過し、他の波長帯域を反射する。領域２１Ｇは、緑色波長帯域を透過し、他の波長帯域を反射する。領域２１Ｂは、青色波長帯域を透過し、他の波長帯域を反射する。
【００４５】
図９において、ダイクロイックフィルター２１で反射された光束は、第２フライアイレンズ４及び第１フライアイレンズ３を透過して、放電ランプ１の発光部に戻る。そして、放電ランプ１の電極間を通過後、リフレクター２で反射され、再び第１フライアイレンズ３及び第２フライアイレンズ４を透過してダイクロイックフィルター２１に入射する。
【００４６】
このリサイクル過程より、ダイクロイックフィルター２１の一端の領域２１Ｒで反射した緑色波長帯域及び青色波長帯域の光の大部分はダイクロイックフィルター２１のもう一端の領域２１Ｂに再入射し、このうちの青色波長帯域の光だけがダイクロイックフィルター２１を透過する。
【００４７】
同様に、ダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｂで反射した緑色波長帯域及び赤色波長帯域の光の大部分は領域２１Ｒに再入射し、このうちの赤色波長帯域の光だけがダイクロイックフィルター２１を透過する。
【００４８】
また、ダイクロイックフィルター２１の中央の領域２１Ｇで反射した赤色波長帯域及び青色波長帯域の光も、一部分は領域２１Ｒや領域２１Ｂに再入射してダイクロイックフィルター２１を透過する。
【００４９】
以上の過程によって、光利用効率を高めつつ、赤色波長帯域の光束はダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｒだけから出射され、緑色波長帯域の光束はダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｇだけから出射され、青色波長帯域の光束はダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｂだけから出射されることになる。しかも、緑色波長帯域よりも赤色波長帯域及び青色波長帯域の光の利用効率が高くなるので、前述のように光源として比較的緑色波長帯域成分が多い超高圧水銀ランプを使う場合に、色バランスも調整することができる。
【００５０】
図９に示すように、ダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂをそれぞれ透過した赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の光束は、ＰＳコンバータ５を経た後、コンデンサーレンズ６を透過することにより、赤色波長帯域と緑色波長帯域と青色波長帯域でそれぞれ異なった角度成分をもった光束となる。換言すれば、ダイクロイックフィルター２１からの赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の光束の位置情報が、コンデンサーレンズ６によって角度情報に変換される。
【００５１】
コンデンサーレンズ６を透過した赤色波長帯域、緑色波長帯域及び青色波長帯域の光束は、フィールドレンズ１０を透過した後、液晶パネル２２を照明する。
【００５２】
図１１は、液晶パネル２２の構成を模式的に示す図であり、図６と共通する部分には同一符号を付している。図１１（ａ）に示すように、液晶パネル２２には、複数のマイクロレンズ１０１を配列したマイクロレンズアレイが、光の照射面側の対向基板１０２の上に設けられている。液晶パネル１３の液晶層１０３には、赤色表示用の画素１０５Ｒと緑色表示用の画素１０５Ｇと青色表示用の画素１０５Ｂとが交互に配列されている。１つのマイクロレンズ１０１は、１組の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ及び１０５Ｂが対応している。図１１（ｂ）は、この１組の画素１０５Ｒ、１０５Ｇ及び１０５Ｂをマイクロレンズ１０１の上側から見た様子を示している。
【００５３】
液晶パネル２２を照明する光束は、図９を用いて説明したように、赤色波長帯域と青色波長帯域と緑色波長帯域とで液晶パネル２２への入射角分布が異なる。そのため、図１１（ａ）に示すように、赤色波長帯域の光はマイクロレンズ１０１で集光されて画素１０５Ｒに入射し、青色波長帯域の光はマイクロレンズ１０１で集光されて画素１０５Ｂに入射し、緑色波長帯域の光はマイクロレンズ１０１で集光されて画素１０５Ｇに入射することになる。
【００５４】
液晶パネル２２の画素１０５Ｒ、画素１０５Ｇ、画素１０５Ｂには、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ信号に応じた駆動電圧が印加される。そして、図９に示すように、液晶パネル２２によって変調された赤色波長帯域、緑色赤色波長帯域及び青色波長帯域の光束が、投影レンズ１５によってスクリーン(図示していない)上に投影される。
【００５５】
＜ダイクロイックフィルター２１、液晶パネル２２の他の構成例＞
一般に、人間の目は青色波長領域に関しては他の色に比べて解像力が小さいために、他の色の波長帯域に対して、画素数を少なくしても、精細な映像を表示することができる（（参考：PenTile Matrix http://www.pentile.com）。そのため、図１２(ａ)や図１２(ｂ)に示すように、ダイクロイックフィルター２１の他の構成例として、領域２１Ｂの分割数と比較して領域２１Ｒや２１Ｇの分割数を増やすことが考えられる。
【００５６】
図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１２（ａ）、（ｂ）の場合の液晶パネル２２の画素構造を図１１（ｂ）と同様にして示す図である。ダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの数及び面積に対応して、画素１０５Ｂの数を画素１０５Ｒや１０５Ｇよりも少なくするとともに、画素１０５Ｂの面積を画素１０５Ｒや１０５Ｇよりも大きくする。このような構成にすることにより、高精細で低コストな単板式液晶プロジェクターの実現が可能となる。
【００５７】
ダイクロイックフィルター２１のさらに他の構成例としては、図１２(ｃ)に示すように、領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに加えて、黄色波長帯域のみを透過して他の波長帯域を反射する領域２１Ｙを設けることが考えられる。図１３（ｃ）は、この場合の液晶パネル２２の画素構造を図１１（ｂ）と同様にして示す図である。ダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、２１Ｙに対応して、それぞれ画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂ、１０５Ｙを設ける。
【００５８】
また、同様の例として、図１２(ｄ)に示すように、図１２（ｃ）の領域２１Ｙの代わりに、全ての可視光波長帯域を透過する領域２１Ｗを設けることも考えられる。図１３（ｄ）は、この場合の液晶パネル２２の画素構造を図１１（ｂ）と同様にして示す図である。ダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、２１Ｗに対応して、それぞれ画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂ、１０５Ｗを設ける。
【００５９】
一般の液晶プロジェクターでは、色再現領域を広めようとすると光利用効率は悪くなり、逆に光利用効率を高めようとすると色再現領域は狭くなる傾向がある。しかし、図１２（ｃ）及び図１３（ｃ）の構成や図１２（ｄ）及び図１３（ｄ）の構成をとった場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの色純度が良く、かつ、光利用効率の高い液晶プロジェクターの実現が可能となる。
【実施例３】
【００６０】
次に、１枚の透過型の液晶パネルでカラー表示を行う単板式液晶プロジェクターであって、第１フライアイレンズ及び第２フライアイレンズの代わりにロッドインテグレータを使ったものについて説明する。
＜構成＞
図１４は、そうした単板式液晶プロジェクターの光学系を示す図であり、図９と共通する部分には同一符号を付している。この光学系は、光源である放電ランプ１と、放電ランプ１の出射光を反射する楕円形状のリフレクター２０２と、ロッドインテグレータ２０３と、ダイクロイックフィルター２１と、コンデンサーレンズ６と、フィールドレンズ１０と、透過型の液晶パネル２２と、投影レンズ１５とで形成されている。ダイクロイックフィルター２１は、放電ランプ１の発光部と共役の位置に配置されている。
【００６１】
放電ランプ１から出射した光束は、リフレクター２０２によって集光され、ロッドインテグレータ２０３に入射する。このロッドインテグレータ２０３の前面には、ＰＢＳ２０４と１／２波長板２０５とからなるＰＳコンバータが設けられている。ロッドインテグレータ２０３に入射した光束は、このＰＳコンバータで特定の直線偏光に変換された後、ロッドインテグレータ２０３内で反射を繰り返すことによって強度分布が均一化されて、ロッドインテグレータ２０３から出射してダイクロイックフィルター２１に入射する。
【００６２】
ダイクロイックフィルター２１は図１０（ａ）に示したように３つの領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに分かれた構造をしており、これにより、実施例２で説明したように、光利用効率を高めつつ赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の光束がそれぞれダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂだけから出射され、しかも色バランスも調整することができる。
【００６３】
図１４に示すように、ダイクロイックフィルター２１の領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂをそれぞれ透過した赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の光束は、コンデンサーレンズ６を透過することにより、赤色波長帯域と緑色波長帯域と青色波長帯域でそれぞれ異なった角度成分をもった光束となる。コンデンサーレンズ６を透過した赤色波長帯域、緑色波長帯域及び青色波長帯域の光束は、フィールドレンズ１０を透過した後、液晶パネル２２を照明する。
【００６４】
液晶パネル２２は図１１に示したような構成をしており、これにより、赤色波長帯域、青色波長帯域、緑色波長帯域の光がそれぞれマイクロレンズ１０１で集光されて画素１０５Ｒ、１０５Ｇ、１５Ｂに入射する。液晶パネル２２によってＲ、Ｇ、Ｂ信号に応じて変調された赤色波長帯域、緑色赤色波長帯域及び青色波長帯域の光束は、図１４に示すように、投影レンズ１５によってスクリーン(図示していない)上に投影される。
【００６５】
最後に、以上の実施例１〜実施例３のうちの２つ以上の実施例に共通する変更例についていくつか説明する。
＜ダイクロイックフィルター及びフライアイレンズの変更例＞
まず、ダイクロイックフィルター及びフライアイレンズの構成の変更例について説明する。実施例１〜実施例３に記載したダイクロイックフィルターは、それぞれ複数の領域に分かれているが、いずれも各領域が隙間なく並んでいる。例えば図１５（ａ）は図１２（ｄ）のダイクロイックフィルター２１を改めて示したものであるが、領域２１Ｒと２１Ｇと２１Ｂと２１Ｗとが隙間なく並んでいる。しかし、このダイクロイックフィルター２１のうちの例えば領域２１Ｒと２１Ｇとの境界付近の領域Ａを透過した光束は、図１５（Ｃ）に示すように液晶パネル２２の画素１０５Ｒと画素１０５Ｇとの間の領域（信号電極等の領域）Ａ’を照明することになるので、光束を無駄にしてしまう。
【００６６】
そこで、図１５(ｂ)に示すように、このダイクロイックフィルター２１の各領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、２１Ｗの間に、可視光波長帯域を反射するミラー２３を形成する。これにより、ミラー２３で反射した光束は放電ランプ１に戻り、その一部は領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、２１Ｗに再入射するので、液晶パネル２２の画素領域を照明することになる。
【００６７】
以上のように、液晶パネル上の画素がない領域に入射する光束を、事前にダイクロイックフィルターで反射し、画素のある領域に入射させることによって、より光利用効率を高くすることができる。
【００６８】
さらに、実施例２では、図１６（ａ）に示すように、第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４（図９）のうちの第２フライアイレンズ４を、図１５(ｂ)のダイクロイックフィルター２１のミラー２３に対応する位置のレンズ４ａが他のレンズよりも小さい形状にする。これにより、図１６（ｂ）に示すように、レンズ４ａに対応する第１フライアイレンズ３のレンズ３ａに入射してからレンズ４ａに達する光の入射角θ１よりも、第１フライアイレンズ３の他のレンズに入射してから第２フライアイレンズ４の対応するレンズに達する光の入射角θ２のほうが大きくなる。
【００６９】
その結果、第２フライアイレンズ４を出射する光束のうち、ダイクロイックフィルター２１（図１５（ｂ））の領域２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ、２１Ｗに入射して液晶パネル２２（図１５（ｃ））の画素領域に入射する光束の割合がさらに多くなり、領域Ａ’のような画素間の領域に入射する光束の割合が少なくなるので、光利用効率をより高めることができる。
【００７０】
ここでは図１２（ｄ）のダイクロイックフィルター２１について例示したが、図１２（ａ）〜（ｃ）のダイクロイックフィルター２１や図２のダイクロイックフィルター１６についても、同様にして、各領域の間にミラーを形成する（さらに、実施例１や実施例２では、第２フライアイレンズ４のうちそのミラーに対応する位置のレンズの形状を他のレンズよりも小さくする）ようにすればよい。
【００７１】
＜液晶パネルとＯＳＲ素子との組み合わせ＞
次に液晶パネルをＯＳＲ素子と組み合わせる変更例について説明する。実施例１の２板透過型の場合には１枚の液晶パネル１３で青、緑の２色を表示しており（図６）、実施例２や実施例３では、１枚の液晶パネル２２で３色以上の色を表示している（図１１、図１３）。そのため、同一のサイズの液晶パネルを考えた場合、画面の解像度が粗くなってしまう。それを解決する方法として、実施例２では青の分割数と比較して赤と緑の分割数を増やし、人間の視覚特性を利用して実効的な解像度を大きくした（図１３（ａ）、（ｂ））。
【００７２】
他の方法としては、ＯＳＲ(Optical Super Resolution)素子と呼ばれる光学素子（参考：http://www1.olympus.co.jp/jp/imsg/LineUp/HMD/FMD700/tech.html）を液晶パネルと組み合わせて利用しても良い。ＯＳＲ素子は、偏光制御素子と複屈折板を組合せた光学素子であり、偏光制御素子の電圧を制御することによって画素から発光された光を１画素ずつシフトすることができる。これにより実効的な解像度が上昇し、小型で、高効率な画像表示装置を実現することができる。
【００７３】
＜その他＞
以上の実施例１〜実施例３では、放電ランプからの光束のうちの特定の波長帯域の光束を反射する手段として、ダイクロイックフィルターを用いた。しかし、これに限らず、例えばホログラム素子などを用いてもかまわない。
【００７４】
また、以上の実施例１〜実施例３では、放電ランプの発光部と共役の位置にダイクロイックフィルターを配置した。しかし、これに限らず、例えば実施例１や実施例２では、この共役の位置の近傍にある第２フライアイレンズ４やＰＳコンバータ５（図１、図９）に、このダイクロイックフィルターの役割を果たす光学部品を取り付けてもよい。
【００７５】
また、以上の実施例１〜実施例３では、光源として放電ランプを用い、この放電ランプからの光束をダイクロイックフィルターに入射させることにより、互いに異なる波長帯域の光束をそれぞれ空間的に異なる領域から出射してコンデンサーレンズに入射させるようにしている。しかし、これに限らず、例えば光源として、互いに異なる波長帯域の光を発振する複数のレーザー発振器を用い、それらのレーザー発振器により、互いに異なる波長帯域の光束をそれぞれ空間的に異なる領域から出射してコンデンサーレンズに入射させるようにしてもよい。
【００７６】
また、以上の実施例１〜実施例３では液晶プロジェクターに本発明を適用しているが、液晶プロジェクター以外の投射型の画像表示装置にも本発明を適用してよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明による２板式液晶プロジェクターの光学系を示す図である。
【図２】図１のダイクロイックフィルターの構成例を示す図である。
【図３】図１の液晶プロジェクターにおける光のリサイクル光路の一例を示す図である。
【図４】図１の液晶プロジェクターにおける赤色光の光路を示す図である。
【図５】図１の液晶プロジェクターにおける緑色、青色光の光路を示す図である。
【図６】図１の液晶パネル１３の構成を示す図である。
【図７】図１の液晶プロジェクターにおける緑色、青色光の光路の他の例を示す図である。
【図８】図１の液晶パネル１３の他の構成例を示す図である。
【図９】本発明による単板式液晶プロジェクターの光学系を示す図である。
【図１０】図９のダイクロイックフィルターの構成を示す図である。
【図１１】図９の液晶パネルの構成を示す図である。
【図１２】図９のダイクロイックフィルターの他の構成例を示す図である。
【図１３】図９の液晶パネルの他の構成例を示す図である。
【図１４】本発明による単板式液晶プロジェクターの光学系を示す図である。
【図１５】図１２（ｄ）のダイクロイックフィルターの構成の変更例を示す図である。
【図１６】第２フライアイレンズの構成の変更例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１        放電ランプ
２        リフレクター
３        第１フライアイレンズ
４        第２フライアイレンズ
５        ＰＳコンバータ
６        コンデンサーレンズ
７        ダイクロイックミラー
８        反射ミラー
９        反射ミラー
１０      フィールドレンズ
１１      透過型液晶パネル
１２      フィールドレンズ
１３      透過型液晶パネル
１４      色合成プリズム
１５      投影レンズ
１６      ダイクロイックフィルター
２１      ダイクロイックフィルター
２２      透過型液晶パネル
１０１    マイクロレンズ
２０２    リフレクター
２０５    ロッドインテグレータ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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